不同间距的高速公路交织路段的交通冲突特征及其演变机制

《Accident Analysis & Prevention》：Traffic conflict characteristics and evolution mechanism in freeway weaving segments with varying spacing

　　

作者：徐?、刘彦玲、陈志伟、王涛

重庆交通大学交通与运输学院，中国重庆400074

摘要

随着中国高速公路网络的快速扩张和互通立交集群密度的增加，减少互通间距已成为影响交织路段安全的关键挑战。为了系统地分析间距如何影响交织区域内的交通冲突分布、严重程度和持续时间，本研究收集了东莞长湖高速公路上四个交织路段的航拍视频数据，这些路段的间距分别为400米、600米、850米和1400米。利用Data From Sky视频分析平台进行轨迹提取，并基于碰撞时间（TTC）进行替代安全分析，研究了不同间距条件下的交通冲突的时空演变。研究结果表明，间距是影响冲突风险的关键因素。间距的减少通过空间压缩效应加剧了风险，表现为主要TTC分布峰值的左移、碰撞避免时间的缩短，以及关键冲突比例和TET（从冲突发生到结束的时间）的显著增加。相比之下，较长的间距（850米和1400米）提供了必要的缓冲空间，优化了冲突分布并降低了冲突严重程度。交织流量比率与单位冲突率呈正相关。850米间距的场景因高交通流量和高交织流量比率的结合而表现出最高的冲突率；然而，冲突严重程度主要仍受间距控制。重型车辆（L-L）之间的冲突风险最高，平均TTC仅为2.3秒，关键冲突比例为18.53%，而轻型车辆组合（S-S）的表现最佳。车辆行驶意图也对冲突特性有显著影响：具有相同行驶意图的组合（S-S、F-F、H-H）由于轨迹重叠度高而面临更高的风险，且在较长间距下冲突数量呈增加趋势。相反，异型车辆组合（S-F、S-H）受间距变化的影响较小。基于这些发现，建议将最小间距设置为850米作为交织路段设计的实际安全阈值，并建议对低于此基准的路段采取针对车辆类型的管控措施。本研究的结果可以为高速公路互通立交的交织路段规划、设计和管理提供理论基础和实践指导。

引言

高速公路上的交织路段是互通立交系统的重要组成部分，是车辆合并、分流和变道操作的关键区域。这些路段对高速公路的通行能力和交通安全有着重要影响。随着中国高速公路网络的持续扩展，交通流量稳步增加，互通立交之间的距离也越来越近。这一趋势在城市环线高速公路与其他高速公路路线的交汇处尤为明显，出现了间距较短的互通立交集群。如图1所示，当互通间距受限时，可用的交织长度受到压缩，迫使驾驶员在更短的距离内执行合并和变道操作。尽管这种紧凑的空间配置使交通转换更加顺畅，但同时也限制了执行交织操作的距离和时间。因此，驾驶员必须在更短的距离内更频繁和紧急地变道，从而加剧了车辆间的互动，大大增加了交通冲突的风险。这些密集的操作引入了显著的交通湍流，迫使车辆减速并保持更大的安全车距，从而引发了“瓶颈效应”，降低了最大通行能力。这种动态对道路通行能力和交通安全产生了深远影响。

关于交织路段交通冲突的研究早在很久以前就开始了。许多学者提出了预测模型来分析这些区域的车辆安全性（胡等人，2022年；Formosa等人，2020年）。例如，何慧宇等人（2024年）研究了苜蓿叶形互通立交交织区域内的交通冲突，发现横向冲突是最主要类型的冲突。他们发现，当相对速度超过20公里/小时、车辆速度超过60公里/小时且平均车距低于12米时，碰撞风险会增加。欧阳等人（2020年）开发了一个冲突频率预测模型来评估隧道连接交织路段的安全性，确定了分流段、合并段和交织段的长度是影响冲突的关键因素。夏等人（2022年）提出了一个建模框架来识别潜在的碰撞风险并预测多车道交织区域内的冲突。他们的结果显示，梯度提升决策树模型在交通冲突预测方面的表现优于其他评估方法。

然而，上述研究尚未充分探讨互通间距对交织路段交通冲突的影响。当间距较小时，用于变道和速度调整的空间有限。驾驶员的决策时间减少，可能导致驾驶行为失误，从而增加交通冲突的概率。例如，张驰等人（2023年）指出，间距显著影响了高速公路隧道与互通出口之间的驾驶风险。王等人（2022年）根据西安G3001高速公路的事故数据，指出间距过小是影响交通安全的主要因素。袁等人（2019年）通过驾驶模拟研究确定，间距较小的互通立交是事故高发区。尚等人（2022年）分析了影响强制变道持续时间的各种因素，发现间距对驾驶风险的影响最为显著。

尽管有这些贡献，但系统地分析互通间距如何影响交织路段内交通冲突的分布、严重程度和持续时间仍然不足。本研究在不同间距条件下研究了交织区域内的交通冲突分布模式。其主要目的是评估间距减少如何影响车辆互动和冲突特性，从而在无法满足标准间距时为实践者提供经验性安全阈值。利用间隔为400米、600米、850米和1400米的高保真度无人机拍摄视频数据，本研究旨在确定受限空间配置下的“实际安全底线”。研究结果揭示了几何设计与运行安全之间的内在关系，为高速公路互通立交系统的规划和管理提供了定量基础。

章节摘录

文献综述

交通冲突技术（TCT）被广泛认为是评估交通安全的一种重要主动方法。由于其实时适用性、处理大规模样本的能力以及捕捉频繁交通冲突事件的高效率（这些事件是事故的前兆），它在交通行为分析和安全评估中得到了广泛应用，从而克服了低频率事故统计的局限性。

研究地点

本研究选择了中国广东省东莞市长湖高速公路上的四个交织路段，具体位于大尤堰互通立交与松山湖互通立交之间，以及龙大互通立交与大岭山互通立交之间。这些路段位于珠江三角洲典型的城郊区走廊内，是主要工业区和住宅区之间的重要连接枢纽。

其中三个交织路段位于三车道道路上

根据第3.4节详细介绍的数据提取方法，使用TTC指标从航拍视频中识别出了总计4807起交通冲突事件。图5展示了TTC值的频率分布直方图和累积频率曲线。TTC指标量化了交通冲突的风险水平，较低的TTC值表示两辆车之间的预计碰撞时间较短，因此风险水平较高。

在本研究中...

结论

（1）研究发现，间距的减少显著加剧了交织路段内的冲突风险，表现为主要TTC分布峰值的左移、高风险冲突的聚集以及可用碰撞避免时间的显著减少。关键冲突的比例和TET持续时间也大幅增加，表明碰撞的可能性增加。从空间角度来看，间距直接影响驾驶决策。

徐?： 起草 – 审稿与编辑，撰写原始草稿，可视化。刘彦玲： 监督，调查，数据整理。陈志伟： 监督，调查，数据管理。王涛： 验证，项目管理，正式分析。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究部分得到了中国国家自然科学基金委员会（项目编号52172340）和中国福建省重大科技专项项目（项目编号2024HZ041012）的支持。

资助

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号52172340）和中国福建省重大科技专项项目（项目编号2024HZ041012）的支持。