基于事故推演结果的隧道进出口路段行车风险评价①

□□ 黄正华，周子楚

(1.义乌工商职业技术学院，浙江 金华 322000；2.湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南 长沙 410008)

引言

隧道本身的交通环境和开放道路环境差异较大。内部的交通环境是封闭的，视线较差。发生交通事故后，疏散难度较大。驾驶员进出隧道时视觉对隧道环境都需要一段适应时间，在隧道内行驶时视野狭窄，这种行驶环境容易造成驾驶员的压抑感，在一些特殊地形条件下，加之环境的限制，隧道内的道路线形很难达到理想的线形条件。隧道内的交通安全条件远低于开放的交通环境。

道路安全评价模型分为四类[1-4]：一是描述性模型；二是基于事故风险的非事故数据模型；三是基于事故数据的预测模型；四是事故后果模型。基于事故数据的评价方式主要有三种[5-7]：一是相对事故率法。是以相对事故率为标准，对道路交通安全水平进行评价和比较；二是时间序列分析法。是采取纵向对比的方式将事故率因时间的变化情况作为道路交通安全水平评价的标准；三是回归分析法。是利用过往事故的主要影响因素与事故数据建立回归模型从而判定路段安全水平。非事故资料的评价方法主要是基于交通流参数的评价方法，而用于道路安全评价的交通流参数主要有运行车速、交通冲突、行车风险指数等[8]。

现有的行车安全评价方法，大多基于事故数据分析，很少考虑到隧道进出口路段安全状态与特征集之间的耦合关系、隧道进出口路段运行环境随时间的变化，基于影响因素建立隧道进出口路段交通事故推演模型，以作为行车安全评价的基础。

1 工程概况

通过调研得到某在建高速公路的设计资料，主要的技术指标见表1。从中选取了10个隧道进出口路段进行事故推演计算，并结合事故推演结果进行隧道进出口路段的行车风险分析。

表1 评价路段主要技术指标

2 隧道进出口路段行车风险综合评价模型建立

通过分析可知，影响山区高速公路隧道行车安全的是一个多因素的复杂体系,对车辆在隧道段的行车安全进行建模时，要对其影响系统综合考虑。

2.1 确定评价指标

在进行道路安全评价时，专家主观评定和比较判定法及数据统计分析法是构建指标体系的两种方法。前者的适用对象主要是缺乏全面的资料，只能通过专家的经验和知识来确定，后者的适用对象主要是具有定量指标的被评价对象。本文选取事故持续时间、事故发生位置、风险损失(死亡人数、受伤人数、直接经济损失)、公路通行状况等六项指标对隧道行车安全进行分析。

2.1.1事故持续时间

交通事故持续时间是交通事故分析的重要内容之一。事故持续时间直接反应了事故的影响程度。交通事故持续时间主要由事故发现时间、事故响应时间、事故清除时间、交通恢复时间等四部分组成[9]，如图1所示。准确预估交通事故持续时间不但可以让出行者合理选择通行路径，还可以减少事故发生路段的交通压力，避免二次事故的发生，交通事故持续时间的预测也有助于隧道管理人员制定疏散方案。

图1 事故持续时间

2.1.2事故发生位置

由于隧道不同区段的光照条件、行车环境等的不同，不同区段发生交通事故的次数也有很大差异。根据JTG/T D70/2-01—2014《公路隧道照明设计细则》[10]将其分为五个区段，如图2所示。

图2 隧道分段图

2.1.3风险损失

隧道风险损失是发生交通事故时可能产生的任何潜在的或外在的不利后果,包括人员死亡、受伤以及直接经济损失等。根据《公安部关于修订道路交通事故等级划分标准的通知》规定，对道路交通事故等级进行了划分，具体见表2。

表2 道路交通事故等级划分标准

2.1.4公路通行状况

交通事故的发生势必对交通流形成短暂影响，公路通行状况能有效地反应路段风险等级。当交通事故严重程度较高时，对交通流影响较大，此时会出现部分车辆占道通行，加大了路段的风险等级；而事故较为轻微时，车辆可正常通行对整个交通流影响较小。

2.2 变量分析

事故持续时间越长，表明道路事故越严重或是事故处理耗时越长。该指标反映了一次事故的时间和空间影响范围，其3个等级区间见表3[11]。

表3 事故持续时间指标路段风险划分

现有研究中大多根据隧道照明的规定将单体隧道划分为不同的区域，包括入口段、过渡段、中间段和出口段。将整段隧道分为隧道入口前200 m、前100 m、隧道内、隧道出口后100 m、后200 m进行分析。在隧道入口前驾驶员会采取减速措施，但此时易造成该路段速度差值较大，易增大路段风险等级；当驾驶员即将驶入隧道内时，隧道内外亮度变化明显形成白洞效应，对行车安全也产生较大影响；由于在隧道内行驶时，驾驶员处在一个密闭的空间且收到隧道照明的影响，隧道内的事故数量也是居高不下；同理，隧道出口的行车风险也较高。事故发生位置统计结果如图3所示。

图3 事故发生位置图

由图3可知，隧道内事故发生频率最大，隧道出入口次之。事故发生频率数值越大则表示更容易发生事故，风险等级也就越高。当事故发生概率>0.5则定义该路段风险等级为严重，当事故发生概率<0.2则定义风险等级为轻微。

对事故风险损失进行量化处理时，考虑人员伤亡以及直接经济损失。由表2可知路段风险评价标准，可将道路人员伤亡转化为直接经济损失。伤亡人数与直接经济损失对应关系见表4。

表4 伤亡人数与直接经济对应关系表

由表4可知，事故损失由两部分构成：一为事故发生造成的直接经济损失；二为事故造成的人员伤亡所需赔偿。假设事故受伤人数n1人，当量直接经济损失金额为K1；死亡人数n2人，当量直接经济损失金额为K2；原数据集中事故造成的直接经济损失记为K3。则事故所造成的总损失金额S=n1K1+n2K2+K3，i=1，2，…，n，其中i为事故发生所属路段，这样可以得到第i个隧道的第j个路段事故损失当量，其中K1为167万元，K2为500万元。

发生交通事故后公路通行状况一般分为正常通行、交通阻断、交通间断性放行、占道通行等情况。当发生交通事故后车辆能够正常通行或对交通流无影响时表明此时交通流稳定对整个交通系统影响轻微；而当出现阻断和间断性放行时，表明此刻交通流表现为阻塞流；当阻塞时间较长时会造成驾驶员烦闷等不良情绪的产生而使得驾驶员占道行驶，当占道不良驾驶行为出现时，易导致二次事故的发生。因此，对公路通行状况进行赋值量化，将事故路段风险分为轻微、一般、以及严重等安全等级。划分标准见表5。

表5 公路通行状况与事故等级

2.3 归一化处理

数据归一化(标准化)是一种通过无量纲处理的手段，将数值变成具有某种相对关系的相对值，缩小量值之间差值。其是应用在机器学习、模型预测等方面的典型方法。无量纲化方法的主要特点是规范化后的指标值和测量值之间呈一种线性关系。常见的直线型无量纲化方法是衡量事物发展变化的一些特殊指标值，比如极大值、极小值、满意值、不允许值等。

无量纲化方法使指标变化呈现阶段性，指标值在不同阶段变化对表征路段的风险等级不同。可以将数据归一化到[0,1]范围内，假设有某个数据集，对其进行归一化处理常采用三种线性变换，变换公式见式(1～3)：

(1)

(2)

(3)

式中：Xij——归一化后指标数值；

xij——归一化前指标数值；

minx——样本数据最小值；

maxx——样本数据最大值；

xmid——样本数据均值；

xi——样本数据。

选取式(1～3)进行归一化处理，处理结果见表6。

表6 事故持续时间归一化

2.4 评价标准

各个隧道不同路段的事故发生风险情况不尽相同，而隧道路段风险又表现为路段发生事故概率以及交通事故造成的后果，即事故持续时间越长、风险损失越大以及公路通行状况越紊乱对隧道路段的安全性有着极其重要的影响。隧道路段行车风险的表达式见式(4)：

R=P位置×T×Q损失×C状况

(4)

式中：R——隧道路段风险；

P位置——归一化前指标数值；

T——样本数据最小值；

Q损失——样本数据最大值；

C状况——公路通行状况。

隧道进出口路段行车风险评价见表7。

表7 隧道进出口路段行车风险评价标准

3 工程案例

3.1 指标分析

对选取的10条隧道事故发生位置进行分析，得到事故路段与事故数量间关系如图4所示。

图4 事故发生位置与事故数量关系

由上述图表可知，隧道内事故发生数量显著高于隧道出入口及过渡段位置的事故数量。对各个隧道进出口路段事故进行统计，其结果见表8。

表8 隧道进出口路段事故发生概率

对各个评价隧道进出口路段发生事故持续时间进行统计，并对持续时间进行归一化处理，结果见表9。

表9 隧道进出口路段事故持续时间

对各个评价隧道进出口路段事故造成的风险损失进行统计，并对风险损失进行归一化处理，结果见表10。

表10 隧道进出口路段事故风险损失

对各个评价隧道进出口路段发生事故后公路通行状况统计，并进行归一化处理，结果见表11。

表11 隧道进出口路段事故后公路通行状况

3.2 路段评价

通过对隧道进出口路段行车风险评级指标分析计算，结合路段行车风险等级评价标准进行研究，得到隧道进出口路段的风险等级见表12。

表12 隧道进出口路段风险评价等级

3.3 安全措施

对隧道的行车安全状态进行评价分析，根据评价结果针对存在问题提出改善对策如下：

(1)进一步优化交通标志的设置，切实提高驾驶员的警惕性；鉴于隊道连续纵坡路段，事故多发，应设置一定的限速、警告标志。

(2)在接近隧道的路段，设置可变信息情报板，及时反馈隧道的最新行车安全状态，减少事故持续时间，降低风险等级。

(3)对于隧道内的交通量检测器及相应的基础设施定期进行检修，保证其正常运行。

4 结语

通过选取了事故发生位置、事故持续时间、事故风险损失以及公路通行状况作为特征指标建立了隧道特征路段事故推演模型，并确定了相应的标准。基于在建高速公路的设计资料，应用事故推演模型对其中10个隧道进出口路段进行事故推演计算，分析行车风险。针对隧道评价结果，提出进一步优化交通标志的设置位置，设置可变信息情报板，对隧道基础设施定期检修等建议。