CN102622875A - 面向运行管理阶段信号交叉口相位切换交通安全评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路交通安全领域。为提供相位切换时交通安全评价的方法，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，面向运行管理阶段信号交叉口相位切换交通安全评价方法，包括下列步骤：遭遇时间差PET的计算：PET＝(Y+AR+t_e)-t_c-T_e；碰撞动量损失的计算，假设两冲突车辆保持原来速度发生碰撞，根据碰撞动力学理论，碰撞前后的动量损失可通过公式5计算得到，系统碰撞前的动量P_m为：

；冲突发生的概率P

；相位切换时的交叉口交通安全评价。本发明主要应用于满足交通安全要求的道路设计。

Description

面向运行管理阶段信号交叉口相位切换交通安全评价方法

技术领域

本发明属于道路交通安全领域，具体讲，涉及面向运行管理阶段信号交叉口相位切换交通安全评价方法。

背景技术

我国城市道路交通事故中有25％～35％的事故发生在道路交叉口及其邻近路段，其中约90％的事故发生在绿间隔期间(相位切换时段)内。上述情况对于城市郊区和港口等区域依然存在。因此，为保障交通参与者的生命财产安全，在交叉口运行管理阶段，需要对交叉口进行跟踪的交通安全评价。另外，在交叉口改善前后的效果对比时，交通安全评价也是非常必要的。

常用的交通安全评价方法分为两大类：一类是直接评价方法，该方法基于对实际事故数据的统计分析，具有较高的准确性和合理性；但是由于其评价周期长，受事故发生频率的随机性、不可重现性及不可观测性的影响较大，且统计观测方法的不同也会对事故观测的准确性产生影响。因此，交通工程师们提出了一种间接评价方法，即交通冲突技术评价方法。交通冲突技术理论研究表明，冲突与事故之间存在着一定的替换关系，可以利用冲突评价交通的安全性。目前基于冲突的交通安全评价主要用于比较不同类型交叉口的交通安全，对具有相似条件的交叉口进行安全比较，交叉口改善方案效果评价以及分析同一交叉口中不同类型的交通冲突。相比传统的基于事故数据的直接评价方法而言，交通冲突技术评价方法是比较便捷快速、可靠性和有效性都较高的方法，拥有“大样本、短周期、小区域、高信度”的统计学优势。因此，交通冲突技术对于交叉口的交通安全评价具有十分重要的意义。

然而，现有的基于交通冲突分析法通常都只对绿灯期间的交通安全进行定量的评价，忽视了绿间隔期间(相位切换条件下)交通安全的重要性。尽管绝大多数的交叉口事故发生在绿间隔期间，但是现有方法对该阶段交通安全的评价还仅停留在闯红灯的数量或者时间等粗放性指标之上，不能准确地评价信号交叉口相位切换时的安全性。这类指标只能描述清空车辆的危险性，却无法反映下一相位进入交叉口的车辆的危险性，也不能完整体现车辆速度、相位结构以及交叉口几何设计对安全性的影响。由于绿灯间隔期间车辆到达冲突点的时间受清空距离和进入距离的影响；车辆冲突角度随交叉口几何设计和相位结构的不同而变化；且由于交通流的随机性导致车辆碰撞速度也各不相同；这些因素都增加了相位切换时交通安全评价的难度和复杂性。

发明内容

本发明旨在解决克服现有技术的不足，提供相位切换时交通安全评价的方法，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，面向运行管理阶段信号交叉口相位切换交通安全评价方法，包括下列步骤：

a)遭遇时间差PET的计算：

PET是指两冲突车辆先后通过冲突点或者区域的时间差，针对绿间隔期间的交通冲突，PET是指黄灯起亮后通过停车线的最后一辆车与下一相位绿灯起亮后的第一辆车先后通过冲突点的时间差值，可通过公式2计算得到：

PET＝(Y+AR+t_e)-t_c-T_e                                           公式2

式中，Y为黄灯时长，单位秒；AR为全红时间，单位秒；t_e为进入时间，单位秒；t_c为最后一辆车的清空时间，单位秒；T_e为黄灯启亮后前一相位最后一辆车通过停车线的时间，单位秒；

黄灯启亮后，通过停车线的最后一辆车所用的清空时间t_c可以由下式计算得到，Y，AR，t_e和T_e均可通过观测直接得到：

$t_c=\frac{S_c+L}{V_c}$ 公式3

式中，S_c为停车线或等待地点到冲突点间的距离，单位米；L为车辆长度，单位米；V_c为清空速度，单位米/秒；其余参数同上；

绿灯启亮后进入交叉口的第一辆车有可能是从停止状态，初速度为0出发，也可能带有一定的初始速度进入交叉口，则进入时间t_e可用公式4计算得出：

$t_e=H_1+\frac{-V_0+\sqrt{V_0^2+{2\mathrm{aS}}_e}}{a}$ 公式4

式中，H₁为从绿灯开始到头车前轮通过停车线的时间，单位秒，V₀为初始速度，单位米/秒，S_e为进入车辆停车线到冲突点间的距离，单位米，a为进入车辆的加速度，单位米/秒²；式中各参数通过观测直接得到；

b)碰撞动量损失的计算

假设两冲突车辆保持原来速度发生碰撞，根据碰撞动力学理论，碰撞前后的动量损失可通过公式5计算得到，系统碰撞前的动量P_m为：

$P_m=\sqrt{{(M_1{V}_1{\cos \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\cos \mathrm{\θ}}_2)}^2+{(M_1{V}_1{\sin \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\sin \mathrm{\θ}}_2)}^2}$ 公式5

式中，M₁，M₂为冲突车辆的质量，单位千克；

V₁，V₂为碰撞发生前的车辆速度，单位米/秒；

θ₁，θ₂为车速与参考坐标系的夹角，θ₁，θ₂的范围在0到90度之间，而对于合流和分流冲突，则θ₁，θ₂的范围在0到45度之间；

系统碰撞后的动量(P_n)为：

P_n＝(M₁+M₂)V_C                                                     公式6

式中，V_C为碰撞后两车的速度，单位米/秒；

由动量守恒定律P_m＝P_n，可得：

$V_c=\frac{\sqrt{{(M_1{V}_1{\cos \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\cos \mathrm{\θ}}_2)}^2+{(M_1{V}_1{\sin \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\sin \mathrm{\θ}}_2)}^2}}{M_1+M_2}$ 公式7

则碰撞前后的动能损失量ΔK可由下式得出：

$\mathrm{\ΔK}=K_m+K_n-K_{\mathrm{mn}}$

$=\frac{M_1{M}_2[{V_1}^2+{V_2}^2-2V_1{V}_2({\cos \mathrm{\θ}}_1{\cos \mathrm{\θ}}_2+{\sin \mathrm{\θ}}_1{\sin \mathrm{\θ}}_2]}{2(M_1+M_2)}$ 公式8

式中，K_mn为碰撞后两车所构成系统的动能，单位焦耳；K_m、K_n分别为碰撞前车辆的动能，单位焦耳；

c)冲突严重性指标I的开发

冲突严重性指标I的计算方法如下：

$I_i=\frac{\mathrm{\ΔK}}{e^{{\mathrm{PET}}_i}}=\frac{K_m+K_n-K_{\mathrm{mn}}}{e^{{\mathrm{PET}}_i}}$ 公式9

式中，PET_i为某次冲突发生时，两冲突车辆相继通过冲突点/冲突区域的时间差，单位秒；

d)冲突发生的概率P

根据本发明中对冲突的定义，对运行中的交叉口进行观测，在计算冲突发生概率时，认为只要黄灯启亮以后有车辆继续驶入交叉口并且下一相位有车辆等待即认为发生了交通冲突，在观测时间内，有交通冲突的周期数量比上整个观测期间的周期数量就是交通冲突发生的概率，冲突发生概率P可由下式表示：

公式10

式中，N_cj为观察时间内发生第j类冲突的周期数；N为观察时段的周期数；

e)相位切换时的交叉口交通安全评价

根据公式1，冲突严重性指标I和冲突发生概率P相乘即得到一个周期的冲突严重程度指标R，把观测期间内所有周期的交通安全进行累加即得到观测期间内的交通安全，R的具体计算方法即公式11如下：

$R=$

$\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{cj}}}{N}\×(\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{cj}}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{e^{{\mathrm{PET}}_{\mathrm{ij}}}}\×\frac{M_{A1j}{M}_{A2j}[{V_{A1\mathrm{ij}}}^2+{V_{A2\mathrm{ij}}}^2-{2V}_{A1\mathrm{ij}}{V}_{A2\mathrm{ij}}({\cos \mathrm{\θ}}_{A1\mathrm{ij}}{\cos \mathrm{\θ}}_{A2\mathrm{ij}}+{\sin \mathrm{\θ}}_{A1\mathrm{ij}}{\sin \mathrm{\θ}}_{A2\mathrm{ij}}]}{2(M_{A1j}+M_{A2j})})$

式中，k为冲突类别数量；N_cj为第j类冲突发生的周期数；N为观察时段的周期数；M_A1j，M_A2j为第j类冲突中的冲突车辆的质量，单位千克；V_A1ij，V_A2ij为第j类冲突中第i个碰撞发生前的车辆速度，单位米/秒；θ_A1ij，θ_A2ij为车速与参考坐标系的夹角，θ_A1ij，θ_A2ij的范围在0到90度之间，而对于合流和分流冲突，则θ_A1ij，θ_A2ij的范围在0到45度之间；PET_ij为某冲突发生时，两冲突车辆相继通过冲突点/冲突区域的时间差，单位秒。

本发明的技术特点及效果：

(1)提出一种冲突严重性的综合性评价指标I，该指标能够反映车型(质量和尺寸)、车速、相位结构、信号配时以及交叉口几何设计等因素对交通安全的影响，全面准确地评价信号相位切换时段(绿灯间隔时间内)的交叉口交通安全；

(2)针对冲突严重性指标I，提出一种绿间隔期间交通冲突分析的方法以及理论计算模型，综合考虑相位切换时的各类型交通冲突的严重性及其发生的概率；

(3)基于以上的模型，开发了基于小样本观测数据的计算方法，简单而实用。

附图说明

图1为四相位交叉口相位切换阶段冲突示意图。

图2为绿灯相位期间冲突车辆PET示意图。

图3为碰撞模型示意图。

图4为本发明所提出的相位切换时的交叉口安全评价方法流程图。

图5为实施例交叉口相位结构及冲突示意图。

图6为实施例交叉口PET计算示意图。

具体实施方式

本发明的目标是开发一种基于交通冲突理论的交叉口交通安全评价方法，来弥补现有方法无法描述和评价相位切换时段(绿灯间隔期间)交通安全的不足。通过碰撞动力学理论和交通冲突理论的有机结合，综合考虑车辆类型、速度、冲突角度、信号配时以及交叉口几何特性等因素，对信号控制交叉口相位切换时的交通安全进行全面评价。

本发明针对现有的交通安全评价方法无法反映交叉口几何设计、车辆类型和交通状况等因素对绿灯间隔时间内交通安全影响程度的缺陷，通过碰撞动力学理论和交通冲突理论的融合，提出一种面向运行管理阶段的信号交叉口相位切换时的交通安全评价方法。

本发明的具体内容和特点如下：

(1)提出一种冲突严重性的综合性评价指标I，该指标能够反映车型(质量和尺寸)、车速、相位结构、信号配时以及交叉口几何设计等因素对交通安全的影响，全面准确地评价信号相位切换时段(绿灯间隔时间内)的交叉口交通安全；

(2)针对冲突严重性指标I，提出一种绿间隔期间交通冲突分析的方法以及理论计算模型，综合考虑相位切换时的各类型交通冲突的严重性及其发生的概率。

(3)基于以上的模型，开发了基于小样本观测数据的计算方法，简单而实用。

本发明所提出的面向运行管理阶段的信号交叉口相位切换时的交通安全评价方法具体考虑以下几个因素：绿间隔时间(黄灯时间和全红时间)、冲突车辆类型、冲突类别、上一相位绿间隔期间最后一辆进入交叉口车辆的停车线穿越时间及到达冲突点的时间、下一相位第一辆进入交叉口车辆离开停车线的时间及其到达冲突点的时间、冲突发生时两车辆的速度以及可能的碰撞角度。

首先，需要根据信号控制相位结构的不同，对可能发生的交通冲突进行分类，明确冲突可能发生的位置或区域；然后，通过实地观测的数据来估计冲突评价时所需要的上述参数；最后，通过评价模型计算出当前交叉口信号相位切换时的危险程度R。

A.危险程度R的定义

本发明所提出的交通安全评价方法以危险程度R(Risk)来综合衡量信号交叉口相位切换时的交通安全表现。R可由公式1计算得出。

R＝P×I                                         公式1

式中，P为交通冲突发生的概率；I为冲突严重性指标。

其中冲突严重性指标I由两部分组成，一部分反映了某种类型的车辆发生冲突时两车之间的PET(Post-Encroachment Time，遭遇时间差)值的大小(基于交通冲突理论)，另一部分为假设发生碰撞而产生的能量损失，另一方面，交通冲突发生的概率P是基于对一段时间内交叉口信号切换阶段的冲突观测得到的结果，能够反映宏观交通运行状况对于安全的影响。

B.相位切换期间的交通冲突分析

相位切换期间是交叉口通行权的交替时段；绿灯结束黄灯启亮后，该相位车辆清空，不再通过停车线进入交叉口，待下一相位绿灯启亮该相位等待车辆开始通行，从而完成通行权的转换。在这段时间内，原本通过信号控制实现了时间上的分离的两股车辆则有产生冲突的可能。

以图1所示的典型四相位信号控制交叉口为例，通过信号控制手段，在空间上存在冲突的车流以被分配到四个不同的时段分别通行，但在信号切换阶段下一相位头车在绿灯启亮后开始进入交叉口，此时在交叉口内部可能存在上一相位未清空的车辆，由此引发冲突。可以看出，同一相位不同车道的车流距离冲突点的距离有所不同。随着相位间的不断切换，交叉口内部冲突点的位置也发生着变化。

需要注意的是，此类交通冲突由于受到绿间隔时间的影响，有别于一般的绿灯期间的交织、合流和分流等交通冲突。因此，本发明中对相位切换条件下的交通冲突进行如下定义：如果黄灯启亮后前一相位有车辆通过停车线进入交叉口且后一项为绿灯启亮后有头车等待进入交叉口，则认为交通冲突存在。

C.理论计算

基于前面的冲突分析，本发明中提出的交通安全评价方法需要对不同相位切换时段内的交通冲突进行分别分析和计算。

a)遭遇时间差PET的计算

PET是指两冲突车辆先后通过冲突点或者区域的时间差。针对绿间隔期间的交通冲突，PET是指黄灯起亮后通过停车线的最后一辆车与下一相位绿灯起亮后的第一辆车先后通过冲突点的时间差值，可通过公式2计算得到。式中各参数的具体含义以及相互关系如图2所示。

PET＝(Y+AR+t_e)-t_c-T_e                                  公式2

式中，Y为黄灯时长(秒)；AR为全红时间(秒)；t_e为进入时间(秒)；t_c为最后一辆车的清空时间(秒)；T_e为黄灯启亮后前一相位最后一辆车通过停车线的时间(秒)。

黄灯启亮后，通过停车线的最后一辆车所用的清空时间t_c可以由下式计算得到，Y，AR，t_e和T_e均可通过观测直接得到。

$t_c=\frac{S_c+L}{V_c}$ 公式3

式中，t_c为最后一辆车的清空时间(秒)；S_c为停车线或等待地点到冲突点间的距离(米)；L为车辆长度(米)；V_c为清空速度(米/秒)；其余参数同上。

绿灯启亮后进入交叉口的第一辆车有可能是从停止状态(初速度为0)出发，也可能带有一定的初始速度进入交叉口，则进入时间t_e可用公式4计算得出。

$t_e=H_1+\frac{-V_0+\sqrt{V_0^2+{2\mathrm{aS}}_e}}{a}$ 公式4

式中，H₁为从绿灯开始到头车前轮通过停车线的时间(秒)，V₀为初始速度(米/秒)，S_e为进入车辆停车线到冲突点间的距离(米)，a为进入车辆的加速度(米/秒²)。式中各参数均可通过观测直接得到。

b)碰撞动量损失的计算

交通冲突理论认为两冲突车辆之间的遭遇时间差过小的情况下，可以认为两车可能发生碰撞，遭遇时间差越小，碰撞发生的概率越高，由此来评价交通安全。假设两冲突车辆保持原来速度发生碰撞，根据碰撞动力学理论，碰撞前后的动量损失可通过公式5计算得到，碰撞模型示意图如图3所示。

系统碰撞前的动量(P_m)为：

$P_m=\sqrt{{(M_1{V}_1{\cos \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\cos \mathrm{\θ}}_2)}^2+{(M_1{V}_1{\sin \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\sin \mathrm{\θ}}_2)}^2}$ 公式5

式中，M₁，M₂为冲突车辆的质量(千克)；

V₁，V₂为碰撞发生前的车辆速度(米/秒)；

θ₁，θ₂为车速与参考坐标系的夹角。一般对于交叉冲突，θ₁，θ₂的范围在0到90度之间，而对于合流和分流冲突，则θ₁，θ₂的范围在0到45度之间。

系统碰撞后的动量(P_n)为：

p_n＝(M₁+M₂)V_C                                   公式6

式中，V_C为碰撞后两车的速度，单位米/秒；

由动量守恒定律P_m＝P_n，可得：

$V_c=\frac{\sqrt{{(M_1{V}_1{\cos \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\cos \mathrm{\θ}}_2)}^2+{(M_1{V}_1{\sin \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\sin \mathrm{\θ}}_2)}^2}}{M_1+M_2}$ 公式7

则碰撞前后的动能损失量(ΔK)可由下式得出：

$\mathrm{\ΔK}=K_m+K_n-K_{\mathrm{mn}}$

$=\frac{M_1{M}_2[{V_1}^2+{V_2}^2-2V_1{V}_2({\cos \mathrm{\θ}}_1{\cos \mathrm{\θ}}_2+{\sin \mathrm{\θ}}_1{\sin \mathrm{\θ}}_2]}{2(M_1+M_2)}$ 公式8

c)冲突严重性指标I的开发

以上的分析可得出如下结论：遭遇时间差PET越小，交通冲突越严重；碰撞发生时产生的动量损失越大，交通冲突越严重。基于PET、和冲突严重性的关系，本发明提出的冲突严重性指标I的计算方法如下。

$I_i=\frac{\mathrm{\ΔK}}{e^{{\mathrm{PET}}_i}}=\frac{K_m+K_n-K_{\mathrm{mn}}}{e^{{\mathrm{PET}}_i}}$ 公式9

式中，PET_i为某次冲突发生时，两冲突车辆相继通过冲突点/冲突区域的时间差，单位秒。

从公式9可以看出，当碰撞真正发生时，即PET＝0时，冲突严重性就等于碰撞产生的动量损失ΔK，符合物理规律；当PET增加时，冲突严重性则呈现幂指数趋势的迅速下降，这也符合实际的交通状况。

d)冲突发生的概率P

根据本发明中对冲突的定义，对运行中的交叉口进行观测。在计算冲突发生概率时，认为只要黄灯启亮以后有车辆继续驶入交叉口并且下一相位有车辆等待即认为发生了交通冲突。在观测时间内，有交通冲突的周期数量比上整个观测期间的周期数量就是交通冲突发生的概率，冲突发生概率P可由下式表示：

$P_j=\frac{N_{\mathrm{cj}}}{N}$ 公式10

式中，N_c为观察时间内发生第j类冲突的周期数；N为观察时段的周期数。

e)相位切换时的交叉口交通安全评价

根据公式1，冲突严重性指标I和冲突发生概率P相乘即得到一个周期的冲突严重程度指标R，把观测期间内所有周期的交通安全进行累加即得到观测期间内的交通安全。因此，本发明提出的相位切换时的交通安全评价方法的操作流程如图4所示，R的具体计算方法公式11如下。

$R=$

$\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{cj}}}{N}\×(\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{cj}}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{e^{{\mathrm{PET}}_{\mathrm{ij}}}}\×\frac{M_{A1j}{M}_{A2j}[{V_{A1\mathrm{ij}}}^2+{V_{A2\mathrm{ij}}}^2-{2V}_{A1\mathrm{ij}}{V}_{A2\mathrm{ij}}({\cos \mathrm{\θ}}_{A1\mathrm{ij}}{\cos \mathrm{\θ}}_{A2\mathrm{ij}}+{\sin \mathrm{\θ}}_{A1\mathrm{ij}}{\sin \mathrm{\θ}}_{A2\mathrm{ij}}]}{2(M_{A1j}+M_{A2j})})$

式中，k为冲突类别数量；N_cj为第j类冲突发生的周期数；N为观察时段的周期数；M_A1j，M_A2j为第j类冲突中的冲突车辆的质量，单位千克；V_A1ij，V_A2ij为第j类冲突中第i个碰撞发生前的车辆速度，单位米/秒；θ_A1ij，θ_A2ij为车速与参考坐标系的夹角，θ_A1ij，θ_A2ij的范围在0到90度之间，而对于合流和分流冲突，则θ_A1ij，θ_A2ij的范围在0到45度之间；PET_ij为某冲突发生时，两冲突车辆相继通过冲突点/冲突区域的时间差，单位秒。

下面为本发明实施例的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：本发明交叉口安全评价方法用于某地一信号控制交叉口。该交叉口相交道路均为双向六车道设计，采用三相位信号控制结构；周期时长为172s，绿灯间隔时间为3s。

图5所示为该交叉口的相位结构图和信号切换阶段的交通冲突分析。可以看出虽然信号控制方案能够从一定程度上对冲突车流进行时间隔离，但在绿灯间隔期间仍然存在冲突车流共用交叉口内部空间的可能。

本实施例中，进行信号交叉口相位切换时的交通安全评价时采用录像观测和轨迹提取的手段进行数据采集。如图6所示，观测员通过观察交叉口运行录像，确定某一绿灯间隔时间内是否有冲突发生。如有冲突，则回播录像，并利用轨迹提取软件获取该冲突发生时的PET和冲突双方的速度(大小、方向)；记录冲突双方的车辆类型、进口道与流量方向，及清空与进入车流所在的相位。

本实施例对2011年11月19日14:55～16:50这一时段的交叉口录像进行处理，采集安全评价所需的相关数据。得到结果如下：

绿灯间隔时间内的交叉冲突样本数为8，观测时段内总周期数为40；则冲突发生的频率P＝20％；冲突严重度分析结果如下表1所示。

表1绿灯间隔时间内冲突观测记录及分析

备注：集装箱车的质量取50000kg，小汽车的质量取1000kg。

由此计算得到，该交叉口在信号相位切换时的危险程度R为：

R＝P×∑I＝3307.5。

Claims (1)

1.一种面向运行管理阶段信号交叉口相位切换交通安全评价方法，其特征是，包括下列步骤：

a)遭遇时间差PET的计算：

PET是指两冲突车辆先后通过冲突点或者区域的时间差，针对绿间隔期间的交通冲突，PET是指黄灯起亮后通过停车线的最后一辆车与下一相位绿灯起亮后的第一辆车先后通过冲突点的时间差值，可通过公式2计算得到：

PET＝(Y+AR+t_e)-t_c-T_e                        公式2

式中，Y为黄灯时长，单位秒；AR为全红时间，单位秒；t_e为进入时间，单位秒；t_c为最后一辆车的清空时间，单位秒；T_e为黄灯启亮后前一相位最后一辆车通过停车线的时间，单位秒；

黄灯启亮后，通过停车线的最后一辆车所用的清空时间t_c可以由下式计算得到，Y，AR，t_e和T_e均可通过观测直接得到：

$t_c=\frac{S_c+L}{V_c}$ 公式3

式中，S_c为停车线或等待地点到冲突点间的距离，单位米；L为车辆长度，单位米；V_c为清空速度，单位米/秒；其余参数同上；

绿灯启亮后进入交叉口的第一辆车有可能是从停止状态，初速度为0出发，也可能带有一定的初始速度进入交叉口，则进入时间t_e可用公式4计算得出：

$t_e=H_1+\frac{-V_0+\sqrt{V_0^2+{2\mathrm{aS}}_e}}{a}$ 公式4

式中，H₁为从绿灯开始到头车前轮通过停车线的时间，单位秒，V₀为初始速度，单位米/秒，S_e为进入车辆停车线到冲突点间的距离，单位米，a为进入车辆的加速度，单位米/秒²；式中各参数通过观测直接得到；

b)碰撞动量损失的计算

假设两冲突车辆保持原来速度发生碰撞，根据碰撞动力学理论，碰撞前后的动量损失可通过公式5计算得到，系统碰撞前的动量P_m为：

$P_m=\sqrt{{(M_1{V}_1{\cos \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\cos \mathrm{\θ}}_2)}^2+{(M_1{V}_1{\sin \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\sin \mathrm{\θ}}_2)}^2}$ 公式5

式中，M₁，M₂为冲突车辆的质量，单位千克；

V₁，V₂为碰撞发生前的车辆速度，单位米/秒；

θ₁，θ₂为车速与参考坐标系的夹角，θ₁，θ₂的范围在0到90度之间，而对于合流和分流冲突，则θ₁，θ₂的范围在0到45度之间；

系统碰撞后的动量(P_n)为：

P_n＝(M₁+M₂)V_C                      公式6

式中，V_C为碰撞后两车的速度，单位米/秒；

由动量守恒定律P_m＝P_n，可得：

$V_c=\frac{\sqrt{{(M_1{V}_1{\cos \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\cos \mathrm{\θ}}_2)}^2+{(M_1{V}_1{\sin \mathrm{\θ}}_1+M_2{V}_2{\sin \mathrm{\θ}}_2)}^2}}{M_1+M_2}$ 公式7

则碰撞前后的动能损失量ΔK可由下式得出：

$\mathrm{\ΔK}=K_m+K_n-K_{\mathrm{mn}}$

$=\frac{M_1{M}_2[{V_1}^2+{V_2}^2-2V_1{V}_2({\cos \mathrm{\θ}}_1{\cos \mathrm{\θ}}_2+{\sin \mathrm{\θ}}_1{\sin \mathrm{\θ}}_2]}{2(M_1+M_2)}$ 公式8

式中，K_mn为碰撞后两车所构成系统的动能，单位焦耳；K_m、K_n分别为碰撞前车辆的动能，单位焦耳；

c)冲突严重性指标I的开发

冲突严重性指标I的计算方法如下：

$I_i=\frac{\mathrm{\ΔK}}{e^{{\mathrm{PET}}_i}}=\frac{K_m+K_n-K_{\mathrm{mn}}}{e^{{\mathrm{PET}}_i}}$ 公式9

式中，PET_i为某次冲突发生时，两冲突车辆相继通过冲突点/冲突区域的时间差，单位秒；

d)冲突发生的概率P

根据本发明中对冲突的定义，对运行中的交叉口进行观测，在计算冲突发生概率时，认为只要黄灯启亮以后有车辆继续驶入交叉口并且下一相位有车辆等待即认为发生了交通冲突，在观测时间内，有交通冲突的周期数量比上整个观测期间的周期数量就是交通冲突发生的概率，冲突发生概率P可由下式表示：

公式10

式中，N_cj为观察时间内发生第j类冲突的周期数；N为观察时段的周期数；

e)相位切换时的交叉口交通安全评价

根据公式1，冲突严重性指标I和冲突发生概率P相乘即得到一个周期的冲突严重程度指标R，把观测期间内所有周期的交通安全进行累加即得到观测期间内的交通安全，R的具体计算方法即公式11如下：

$R=$

$\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{N_{\mathrm{cj}}}{N}\×(\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{cj}}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{e^{{\mathrm{PET}}_{\mathrm{ij}}}}\×\frac{M_{A1j}{M}_{A2j}[{V_{A1\mathrm{ij}}}^2+{V_{A2\mathrm{ij}}}^2-{2V}_{A1\mathrm{ij}}{V}_{A2\mathrm{ij}}({\cos \mathrm{\θ}}_{A1\mathrm{ij}}{\cos \mathrm{\θ}}_{A2\mathrm{ij}}+{\sin \mathrm{\θ}}_{A1\mathrm{ij}}{\sin \mathrm{\θ}}_{A2\mathrm{ij}}]}{2(M_{A1j}+M_{A2j})})$

式中，k为冲突类别数量；N_cj为第j类冲突发生的周期数；N为观察时段的周期数；M_A1j，M_A2j为第j类冲突中的冲突车辆的质量，单位千克；V_A1ij，V_A2ij为第j类冲突中第i个碰撞发生前的车辆速度，单位米/秒；θ_A1ij，θ_A2ij为车速与参考坐标系的夹角，θ_A1ij，θ_A2ij的范围在0到90度之间，而对于合流和分流冲突，则θ_A1ij，θ_A2ij的范围在0到45度之间；PET_ij为某冲突发生时，两冲突车辆相继通过冲突点/冲突区域的时间差，单位秒。

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