山区及平原区高速公路几何线形指标与事故率间关系对比研究

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第39卷，第1期公路工程Vo1．39，No．12014年2月HighwayEngineeringFeb．，2014山区及平原区高速公路几何线形指标与事故率间关系对比研究张晓明。，孟祥海，郑来(1．天津市城市规划设计研究滨海分院，天津300457；2．哈尔滨工业大学交通科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150090)[摘要】为准确分析高速公路线形指标与交通事故率间关系，首先选择两条具有代表性的山区及平原区高速公路作为研究对象，对两种高速公路的平面线形、纵断面线形及组合线形安全性进行了对比分析；之后利用曲线拟合回归方法，建立了山区及平原区高速公路交通事故率与单一线形指标问的关系模型，并分析了事故率与组合线形指标问的关系；通过山区及平原区高速公路的对比分析，发现两种高速公路几何线形指标与交通事故率间关系存在一定程度的不同，因此在相关研究中应充分重视由于地形条件的不同所造成的影响。[关键词】山区高速公路；平原区高速公路；地形条件；几何线形；事故率；对比分析[中图分类号]U491．1[文献标识码】A[文章编号]1674—0610(2014)Ol一0212—04ComparisonAnalysisoftheRelationshipBetweenGeometricAlignmentandAccidentRateofMountainousandPlainTerrainFreewayZHANGXiaoming，MENGXianghai，ZHENGLai。(1．BinHaiBranchofTianjinUrbanPlanning&DesignInstitute，Tianjin300457，China；2．SchoolofTransportationScienceandEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Haerbin，Heilongjiang150090，China)[Abstract]Inordertoanalyzetherelationshipbetweenfreewaygeometricalignmentindexesandaccidentrateaccurately，firstly，thetypicalmountainousandplainterrainfreewaywereselectedastheresearchobjects．Thesafetycharacteristicsofhorizontalalignment，verticalalignmentandcombinationa-lignmentonmountainousandplainterrainfreewaywereanalyzed，andthesafetycomparisonanalysisweredone．Secondly，themodelbetweenaccidentrateandsinglegeometricalignmentindexwasestab-lishedusedthecurvefittingregressionmethod，andtherelationshipbetweenaccidentrateandcombina·tionalignmentwasanalyzed．Finally，thediferenceoftherelationshipbetweengeometricalignmentandaccidentratewasconfirmedusedthecomparisonanalysismethod，andthisdifferencecausedbythedifferenceofterrainconditionshouldattractedmoreattentioninrelatedresearch．[Keywords]mountainousfreeway；plainterrainfreeway；terraincondition，geometricalignment；accidentrate；comparisonanalysis形指标的变化规律，对于开展高速公路安全整治及1概述交通事故防控具有重要的理论及实际意义。道路几何线形作为高速公路的基本组成要素，国内外学者针对道路几何线形与交通事故间关与交通事故间存在必然的联系。分析高速公路线形系开展了大量研究工作。孟祥海等对线形指标与交指标与交通事故率问的关系，发现交通事故率随线通事故间的关系开展了大量研究，分析了几何线形[收稿日期]2013—04—1l[作者简介】张晓明(1988一)，男，山东临沂人，硕士，研究方向为交通规划、交通安全。 第1期张晓明，等：山区及平原区高速公路几何线形指标与事故率间关系对比研究213与交通事故间的关系⋯；鉴别了道路线形指标中交在此对山区及平原区高速公路平面线形、纵断面线通事故的突出影响因素，何洁、陈先义等对道路形及平纵线形组合路段事故率进行统计，简要分析线形的安全性、舒适性进行了评价；裴玉龙等研两种高速公路的线形安全性差异。究了平、纵、横断面指标对事故的影响；郭忠印等此次以亿车公里事故率作为高速公路安全性评提出了“前／后对比分析”方法，并利用此方法验证价指标。以道路平纵线形控制点为分割点，可将京了道路线形与交通安全状况间的关系。珠高速公路粤北段划分为959个小路段，沪宁高速Miaoa等利用泊松分布模型证明了道路线形与公路苏州至常州段划分为811个小路段，综合统计大型车事故间存在密切联系；Matthew等利用分分析各路段上的事故次数、交通量等数据，确定高速层树回归法量化了道路特性对事故率的影响，研究公路不同几何线形上的事故率如表1所示。表明道路线形以及路面状况是交通事故的最主要因表1高速公路不同几何线形的事故率统计表素；ChenZhang研究了道路线形条件对正面碰撞Table1Statisticofaccidentrateondifferentgeometrica—lignmentofmountainousandplainterrainfreeway事故的影响，研究结果表明增大平纵曲线半径能有效的降低交通事故率；Milton等分析了公路几何线形与交通事故次数间的关系。。。上述研究具有重要的应用意义及参考价值，但受研究数据的限制，大量研究工作仅针对某条或某个区域内高速公路开展，对由于地形条件的不同而导致的道路几何线形与交通事故间关系的变化考虑较少，研究成果的普遍适用性有待检验。从不同线形的安全性分析结果可以发现：2数据描述①山区高速公路的整体安全性明显低于平原区高速公路；此次研究选用京珠高速公路粤北段以及沪宁高②2种高速公路组合线形上的事故率均高于速公路苏州至常州段作为山区及平原区高速公路的单一线形上的事故率；典型代表。两条高速公路几何线形及事故数据分别③在单一线形安全性方面，山区高速公路纵坡来自《京珠高速公路粤北段灾害气象防治与综合管路段安全性最低而平原区高速公路平曲线路段的安理技术研究》之专题二“京珠高速公路粤北段交通全性最低；组合线形安全性方面，山区高速公路平曲安全保障技术研究”及《国道主干线系统综合评估线与纵坡组合路段的安全性最低而平原区高速公路基础参数研究》之专题二“国道主干线系统对交通直线接平曲线路段的安全性最低。安全的贡献研究”课题。山区与平原区高速公路的线形安全性差异较京珠高速粤北段全长109．39km，路线穿越重大，表明地形条件的不同会对高速公路的安全性产丘区和山岭区，设计速度为100km／h和80km／h，生影响。是我国山区高速公路典型代表；沪宁高速苏州至常为进一步探究导致两种高速公路线形安全性差州段全长156．257km，位于长江中下游平原，设计异的原因，接下来将建立线形指标与事故率间的关速度120km／h，是我国平原区高速公路典型代表。2006至2008年3a间京珠高速公路粤北段共系模型，分析两种高速公路事故率与线形指标间关发生交通事故1564起，平均l4．3起／km；2005至系的异同。2007年3a间沪宁高速公路苏州至常州段共发生交4线形指标与事故率间关系分析通事故1220起，平均7．87起／kin。两条高速公路的几何线形及交通事故数据能够支撑此次研究工4．1平面线形指标与事故率间关系作。对山区及平原区高速公路的直线段长度、平曲线半径及偏角角度与事故率间关系进行分析，结果3高速公路线形安全性评价如图1～图3所示。由统计结果可以发现：高速公路所穿越区域的地形条件存在较大差①直线段长度与事故率间呈抛物线关系，但取异，因此其线形条件、设计速度等均存在较大不同。事故率极小值时，平原区高速公路直线段长度略大 214公路工程39卷、斟滔僻于山区高速—公一目路；卅随2}着直线下坡路段长度增加，山区舳∞∞加∞∞∞们加0与平原区∞高加速加公∞路舳的∞事∞故加率O差距有逐渐增大趋势；基②平曲线半径与事故率间呈幂函数关系，但山区及平原区高速公路的拐点明显不同，这与两种高速公路所采用的最小平曲线半径有较大关系；③偏角角度与事故率间的关系呈抛物线形式，但山区高速公路取得事故率极小值时偏角角度较大；两种高速公路左偏路段的事故率差距较小，而右暑偏角路段的事故率差距较大。慕垂4．2纵断面线形指标与事故率间关系高速公路事故率与纵断面线形指标间的关系如图4及表2所示。由统计结果可以发现：①山区及平原区高速公路坡度与事故率间均呈抛物线关系，并且随着上坡坡度的增大，两者的事图1高速公路直线段长度与事故率间关系分析Figure1Analysisoftherelationshipbetweentangentlength故率差距逐渐减小，随着下坡坡度的增大，两者的事andaccidentrateonmountainousandplainterrain故率差距逐渐增大；两种高速公路均在上坡坡度为freeway1％左右时取得事故率极小值；②2种高速公路凹形竖曲线的安全性均低于凸形竖曲线，且事故率随两种竖曲线半径的增大而降低。■《蛞士0200040006000800010000秦主山区。平原区平曲线半径／m图2高速公路平曲线半径与事故率间关系分析Y=3．3073x2-8．2671x+29．Figure2Analysisoftherelationshipbetweenradiusofhori．zontalcurveandaccidentrateonmountainousandplainterrainfreeway下坡上坡坡度／％图4高速公路纵坡坡度与事故率间关系分析Figure4Analysisoftherelationshipbetweenthelongitudinalgradientandaccidentrateonmountainousandplainterrianfreeway表2高速公路竖曲线半径与事故率间关系分析Table2Analysisoftherelatinshipbetweenradiusofverticalcurveandaccidentrateonmountainousandplainterianfreewayy：0．1033l2l0蚪58．11姗_＼。。。辑赫1。’’．．-’_I}．’，r一：：0-14l2_4．074+42-67偏角／(。)图3高速公路偏角角度与事故率间关系分析Figure3Analysisoftherelationshipbetweendeclinationof4．3组合线形与事故率间关系horizontalcurveandaccidentrateonmountainous选择山区及平原区高速公路普遍存在的3种典andplainterrainfreeway 第1期张晓明，等：山区及平原区高速公路几何线形指标与事故率间关系对比研究215型组合线形进行研究，其事故率变化规律见图5～竖曲线半径与平曲线半径的比值继续增大后，山区图7。高速公路事故率逐渐降低，但受平原区高速数据资①直线接平曲线组合路段的事故率。源限制，无法判断其变化趋势。如图5所示。2种高速公路在直线连接平曲线60路段的事故率变化规律有一定的不同，山区高速公．二、40：20路事故率随着直线段长度的增加及平曲线半径的减小而先降低后增加；而平原区高速公路事故率随着直线段长度的增加及平曲线半径的减小而逐渐增‘402o大。②平曲线与纵坡组合路段的事故率。如图6所示。2种高速公路的事故率在平曲线与纵坡组合路段的变化趋势均为幂函数，即事故率随下坡坡度的增大及平曲线半径的减小而增加，但两种高速公路事故率的拐点差异性较大。③平曲线与竖曲线组合路段的事故率。如图7所示。2种高速公路的事故率均随竖曲5结语线半径与平曲线半径比值的增大而先减小后增加；通过对山区及平原区高速公路道路几何线形要素与交通事故率间关系的分析，得出以下结论：①山区高速公路的整体安全性、单一线形的安全性及组合线形的安全性均低于平原区高速公路；②山区高速公路与平原区高速公路事故率在单一平面线形、单一纵断面线形上的变化规律相同，图5山区及平原区高速公路直线接平曲线路段事故率但两者的特征点存在较大不同；Figure5Relationshipbetweenaccidentrateofthesegmentcombinedwithtangentandhorizontalcurveon③虽然在平曲线与纵坡组合路段，山区及平原mountainousandplainterrianfreeway区高速公路事故率均成幂函数变化，但两种高速公一2路幂函数的拐点仍存在一定的不同；两种高速公路：1事故率在直线接平曲线路段及平竖曲线组合路段的变化规律差异性较大。垂综合来看，山区及平原区高速公路在线形安全性、线形与事故率间关系等方面均存在一定程度的不同(组合线形上的差异性更大)，即说明地形条件平曲线半径／Il的变化会对线形与事故率间关系产生影响，因此在(a)山区高速公路相关研究中，应充分重视两种高速公路的差异，同时在道路安全性防护方面，也应针对高速公路所穿越E区域的地形条件采取不同的防护措施。垂6有待进一步研究的问题此次研究所采用的几何线形及交通事故数据具有较强的代表性，研究结果具有较强的说服力；为充平曲线半径／km(b)平原区高速公路分说明导致山区及平原区高速公路几何线形与交通图6山区及平原区高速公路平曲线与纵坡组合路段事故率事故率间关系不同的原因，还需对多种线形指标叠Figure6Relationshipbetweenaccidentrateandradiusofhor—加作用下交通事故的发生机理做进一步研究。izontalcurveunderdeferentgradientonmountainous(下转第220页)andplainterrianfreeway 22O公路工程39卷知，随着结冰厚度的增加路面抗滑能力逐渐降低，摩同的结冰预警等级，供道路管理部门参考。擦系数由0．42逐渐降到0．28、0．15。可见，当路面本模型也有一定的局限，在实际应用中神经网结冰厚度达到2～3mm时，抗滑能力大大下降，严络学习速度慢，系统训练不稳定以及容易陷入局部重影响道路行车安全。极小值影响了神经网络的预测结果，因此有待于做由于冰层的存在使得车轮和地面之间摩擦系数进一步研究来改善其缺陷。降低，刹车距离增大，极易引发车辆侧滑、横移等事故，对道路交通行车安全影响较大。因此，利用本次[参考文献]实验得到的抗滑能力变化情况结合相关文献，杨献章，胡柏学，廖春芳，等．相变控温技术在桥梁防冻工程的应用[J]．公路工程，2013，38(1)：1—4，27．按照路面结冰的形成发展过程及对行车的危险程[2]JonasNorrman．Slipperinessonroads—anexpe~systemclassifi-度，将路面结冰划分成4个等级实行预警，见表3。cation[J]．Meteorologicalapplications，2000，7(1)：27—36．表3路面结冰预警[3]邓长菊，赵娜，马小会，等．北京地区5年两遇的降雪和道路结Table3IcyRoadswarning冰天气分析[C]．中国气象学会2006年年会论文集．2006：512—5l7．[4]刘梅，尹东屏，王清楼，等．南京地区冬季路面结冰天气标准及其预测[J]．气象科学，2007，27(6)：685—690．[5]程丛兰，李迅，郑祚芳，等．北京道路安全气象预警指标构建及初步应用[C]．第27届中国气象学会年会论文集．2010：1—8．[6]李蕊．路面温度和结冰预报模式研制及应用[D]．南京：南京5结语信息工程大学，2010．[7]汪凡，杨建喜．基于BP神经网络的路面使用性能预测模型结冰是一个持续状态，既包括冰的形成过程、持[J]．中外公路，2009，29(1)：86—89．续状态，也包括冰的消融过程，所以基于时间序列的[8]周须文．气象条件对高速公路路面抗滑性能的影响及预报探BP神经网络不仅可以对冰的形成过程进行预估，对讨[z]．中国气象学会年会，广州，2007．于持续结冰、融冰也可以预估，充分挖掘了神经网络[9]程国柱，莫宣艳，毛程远．冰雪条件下城市道路交通安全评价方法研究[J]．交通运输系统工程与信息，2011，l1(1)：130一适合短期预测的潜力；该模型还可以预测结冰时间，l34．根据路面完全结冰或者达到某一个结冰比转折点时[1O]王正君，雷明臣，丁琳，等．冰雪路面抗滑性能试验研究[J]．对应的时间段n，推算距离完全结冰或者结冰转折中外公路，2009，29(2)：69—72．点的预计时长。方勇，李志勇，岳志平，等．山区公路平曲线路段动态限速与路面结冰最大的危险性在于降低了车轮与路面预警方案[J]．公路工程，2012，37(4)：1—5，19．之间的摩擦系数，通过实验得出了结冰过程中路面[12]孙凤英．冬季冰雪路面行车速度与安全隐患分析[J】．森林工程，2010(3)．的摩擦系数变化，结合其对行车的风险性划分了不(上接第2l5页)一lO8．[7]Miaousp，LumH．Modelingvehicleaccidentandhighwayge-[参考文献】ometricdesignrelationships．TRB，1993(10)：20—30．[1]王浩，孟祥海，关志强．山区高速公路几何线形与事故率关[8]MatthewG．Karlaflis，IoannisGolias．Effectsofroadgeometry系研究[J]．公路工程．2011，36(4)：89—92．andtrafficvolumesonruralroadwayaccidentrates[J]．Acci-[2]孟祥海，张晓明，郑来．基于线形与交通状态的山区高速公dentAnalysisandPrevention．2002．(34)357—365．路追尾事故预测[J]．中国公路学报．2012，25(4)：113一lI8．[9]ChenZhangandJohnN．Ivan．EfectsofGeometricCharac—[3]何杰，李志勇，吴卫，等．基于运行速度的高速公路线形评估teristiesonHcad．OnCrashIncidenceonTWoLaneRoadsin[J]．公路工程，2007，32(5)：74—77．Connecticut．TRB，NO．1908，159—164．[4]陈先义，张文斌．生理负荷在公路线形设计评价中的应用研[1O]JohnMilton。FredMannering．TheRelationshipamongHigh-究[J]．公路工程，2012，37(3)：200—203．wayGeometries，Trafic-relatedelementsandMotor·vehicle[5]裴玉龙，马骥．道路交通事故道路条件成因分析及预防对策AccidentFrequencies[J]．Transportation，1998，25：395—研究[J]．中国公路学报．2003，16(4)：77—82．413．[6]梁夏，郭忠印，方守恩．道路线形与道路安全性关系的统计分析[J]．同济大学学报，2002．30(2)：203—206、24(2)：103