CN103366582A - 信号控制交叉口的交通安全评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号控制交叉口的交通安全评价方法。本发明采用全周期危险程度指数作为信号控制交叉口的安全评价指标，整合绿灯相位期间和绿灯间隔期间的危险程度指数，得到待评价的信号控制交叉口的全周期危险程度指数。本发明针对规划设计阶段的信号控制交叉口进行全周期的交通安全评价，提高了信号控制交叉口交通安全评价的准确性、全面性和便捷性，实现了在信号控制交叉口正式建设和运行管理之前的交通安全预评价。

Description

信号控制交叉口的交通安全评价方法

技术领域

本发明涉及一种信号控制交叉口的交通安全评价方法。

背景技术

目前交通领域常用的安全评价方法主要分为直接评价方法和间接评价方法两大类。直接评价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，受交通事故发生的随机性、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。间接评价方法，即交通冲突技术评价方法。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、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。

然而现有的交通冲突技术评价方法大部分是面向交叉口运营阶段的，即必须基于大量的冲突观测数据，不能在规划设计阶段就对交通安全进行直接评价；而是需要通过仿真等手段模拟交叉口运行场景，获取评价所需数据进而完成评价。但仿真所需的时间和资金投入都较大，并不经济便捷。此外，目前的交通冲突技术评价方法不能对绿灯间隔期间的交通冲突进行定量评价，且没有整合绿灯相位期间的交通冲突指标，不能实现对信号控制交叉口运行情况的全周期交通安全评价。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种信号控制交叉口的交通安全评价方法，该方法实现了在规划设计阶段针对信号控制交叉口运行状况的全周期交通安全评价，提高了信号控制交叉口安全评价的准确性、全面性和便捷性，实现了在信号控制交叉口正式建设和运行管理之前的交通安全预评价。

为解决上述技术问题，本发明信号控制交叉口的交通安全评价方法，采用全周期危险程度指数作为信号控制交叉口的全周期安全评价指标，所述全周期危险程度指数由以下步骤获得：

1)在道路几何条件和交通条件与待评价的信号控制交叉口相类似的信号控制交叉口，测得车道组交通流率；

2)根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯相位期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度；

3)根据绿灯相位期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度，得到绿灯相位期间的危险程度指数；

4)根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯间隔期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度；

5)根据绿灯间隔期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度，得到绿灯间隔期间的危险程度指数；

6)根据绿灯相位期间的危险程度指数和绿灯间隔期间的危险程度指数，得到待评价的信号控制交叉口信号的全周期危险程度指数。

优选的，步骤2)中的绿灯相位期间的冲突发生概率的获得方法步骤如下：

①根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时，得到对向车流排队消散时间和左转车辆头车到达时间；

②根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时，得到不饱和车流可穿越间隙的概率；

③当对向车流排队消散时间大于左转车辆头车到达时间，转弯车流可穿越间隙的产生时段为有效绿灯时间与对向车流排队消散时间之差；当对向车流排队消散时间小于左转车辆头车到达时间，转弯车流可穿越间隙的产生时段为有效绿灯时间与左转车辆头车到达时间之差；

④根据转弯车流可穿越间隙的产生时段，得到绿灯期间可能冲突发生概率；

⑤根据不饱和车流可穿越间隙的概率和绿灯期间可能冲突发生概率，得到绿灯相位期间的冲突发生概率。

优选的，步骤2)中的绿灯相位期间的交通冲突强度的获得方法步骤如下：

①根据待评价的信号控制交叉口的几何条件，得到左转车辆穿越时间；

②根据左转车辆穿越时间，得到绿灯相位期间的交通冲突强度。

优选的，步骤4)中的绿灯间隔期间的冲突发生概率的获得方法步骤如下：

①根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率和下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率；

②若当绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数n＝0时，绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率为1，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；若下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率为0，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；

③当绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为0的概率不为1，且下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率不为0时，则绿灯间隔期间的冲突发生概率为下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率。

优选的，步骤4)中的绿灯间隔期间的交通冲突强度的获得方法步骤如下：

①根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率和下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率；

②若当绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数n＝0时，绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率为1，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；若下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率为0，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；

③当绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率不为1，且下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率不为0时，计算清空车辆的进入时间、下一相位头车的进入时间和车辆清空时间；

④根据清空车辆的进入时间、下一相位头车的进入时间和车辆清空时间，得到绿灯间隔期间的交通冲突强度。

本发明的有益效果有如下几点：

1)分别考虑在绿灯相位期间和绿灯间隔时间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度；针对冲突发生时段的不同，精确计算绿灯相位阶段和绿灯间隔时间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度；

2)根据转弯车辆通过时所需的可穿越间隙发生的概率来估算绿灯相位期间冲突发生概率，而不是通过实际交通运行状况来得出冲突的概率；

3)根据车辆到达停车线时的到达规律得到绿灯间隔期间的冲突发生概率；

4)用全周期危险程度指数整合绿灯期间和绿间隔期间的交通冲突评价，实现对信号控制交叉口的全周期评价。

附图说明

图1为本发明信号控制交叉口的交通安全评价方法的一种具体实施方式的流程图。

图2为图1所示的信号控制交叉口的交通安全评价方法的绿灯相位期间的流程图。

图3为图2所示的信号控制交叉口的交通安全评价方法的待评价的绿灯相位期间的信号控制交叉口的示意图。

图4为图2所示的信号控制交叉口的交通安全评价方法的绿灯相位期间的交通冲突强度的示意图。

图5为图1所示的信号控制交叉口的交通安全评价方法的绿灯间隔期间的流程图。

图6为图5所示的信号控制交叉口的交通安全评价方法的待评价的绿灯间隔期间的信号控制交叉口的示意图。

图7为图5所示的信号控制交叉口的交通安全评价方法的绿灯间隔期间的交通冲突强度的示意图。

图8为图1所示的信号控制交叉口的交通安全评价方法的待评价的信号控制交叉口的相位结构及冲突示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明的目标是开发一种基于交通冲突理论的信号控制交叉口的交通安全评价方法，来弥补现有方法无法描述和评价规划设计阶段的信号控制交叉口交通安全的不足。通过穿越间隙理论和交通冲突理论的有机结合，综合考虑车辆类型、速度、交通量、信号配时以及信号控制交叉口的几何条件等因素，对信号控制交叉口交通安全进行全面评价。

本发明解决了现有城市信号控制交叉口交通安全评价方法无法对规划设计阶段的信号控制交叉口进行评价的问题，针对规划设计的信号控制交叉口或无微观观测数据的信号控制交叉口提供一种面向规划设计阶段的信号控制交叉口全周期交通安全评价方法。该发明根据绿灯相位期间和绿灯间隔期间交通流运行特性的不同分布采用不同的计算模型对信号控制交叉口交通安全进行评价；并提出以全周期危险程度指数R为评价指标，整合绿灯相位期间和绿灯间隔期间的交通安全状况，实现了信号控制交叉口的全周期评价，为信号控制交叉口的几何设计和信号设计提供依据。

本发明的具体内容和特点如下：

1)分别考虑在绿灯相位期间和绿灯间隔时间的冲突；针对冲突发生时段的不同，精确计算绿灯相位阶段和绿灯间隔时间内的冲突数量和强度；

2)根据转弯车辆通过时所需的可穿越间隙发生的概率来估算绿灯相位期间冲突发生的概率，而不是通过实际交通运行状况来得出冲突的概率；

3)根据车辆到达停车线时的到达规律得到绿灯间隔期间的冲突发生概率；

4)用全周期危险程度指数整合绿灯相位期间和绿灯间隔期间的交通冲突评价，实现对信号控制交叉口的全周期评价。

本发明所提出的基于概率模型的信号控制交叉口的安全评价方法，主要考虑以下几个因素：绿灯期间转弯车辆穿越对向车流的可接受间隙，车辆在交叉口内部的运行速度，停车线距冲突点的距离，车辆到达停车线的分布规律等。为实现这一评价方法，需要对信号控制交叉口在绿灯相位期间和绿灯间隔期间的交通流特性分别进行研究；然后通过概率模型计算冲突发生概率和对应的交通冲突强度。

首先，根据信号控制交叉口各进口道设计流量计算绿灯相位期间冲突车流可穿越间隙发生的概率及相应的交通冲突强度；计算绿灯间隔时间内黄灯期间清空车辆到达停车线的时间、绿灯启亮后车辆通过停车线的概率、相应的交通冲突强度，最后通过评价模型计算出当前交叉口的全周期危险程度指数。

如图1所示，本发明用于信号控制交叉口交通安全评价，采用全周期危险程度指数作为信号控制交叉口的全周期安全评价指标，所述全周期危险程度指数由以下步骤获得：

1)在道路几何条件和交通条件与待评价的信号控制交叉口相类似的信号控制交叉口，测得车道组交通流率；

2)根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯相位期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度；

3)根据绿灯相位期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度，得到绿灯相位期间的危险程度指数；

4)根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯间隔期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度；

5)根据绿灯间隔期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度，得到绿灯间隔期间的危险程度指数；

6)根据绿灯相位期间的危险程度指数和绿灯间隔期间的危险程度指数，得到待评价的信号控制交叉口的全周期危险程度指数。

如图2所示，步骤2)中的绿灯相位期间的冲突发生概率的获得方法步骤如下：

①根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时，得到对向车流排队消散时间和左转车辆头车到达时间；

②根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时，得到不饱和车流可穿越间隙的概率；

③当对向车流排队消散时间大于左转车辆头车到达时间，转弯车流可穿越间隙的产生时段为有效绿灯时间与对向车流排队消散时间之差；当对向车流排队消散时间小于左转车辆头车到达时间，转弯车流可穿越间隙的产生时段为有效绿灯时间与左转车辆头车到达时间之差；

④根据转弯车流可穿越间隙的产生时段，得到绿灯期间可能冲突发生概率；

⑤根据不饱和车流可穿越间隙的概率和绿灯期间可能冲突发生概率，得到绿灯相位期间的冲突发生概率。

如图2所示，步骤2)中的绿灯相位期间的交通冲突强度的获得方法步骤如下：

①根据待评价的信号控制交叉口的几何条件，得到左转车辆穿越时间；

②根据左转车辆穿越时间，得到绿灯相位期间的交通冲突强度。

如图5所示，步骤4)中的绿灯间隔期间的冲突发生概率的获得方法步骤如下：

①根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率和下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率；

②若当绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数n＝0时，绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率为1，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；若下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率为0，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；

③当绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为0的概率不为1，且下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率不为0时，则绿灯间隔期间的冲突发生概率为下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率。

如图5所示，步骤4)中的绿灯间隔期间的交通冲突强度的获得方法步骤如下：

①根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率和下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率；

②若当绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数n＝0时，绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率为1，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；若下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率为0，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；

③当绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率不为1，且下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率不为0时，计算清空车辆的进入时间、下一相位头车的进入时间和车辆清空时间；

④根据清空车辆的进入时间、下一相位头车的进入时间和车辆清空时间，得到绿灯间隔期间的交通冲突强度。

上述方法的进一步的详细步骤如下：

A.绿灯相位阶段

方法流程见图2所示。

a)借用道路几何条件和交通条件相类似的信号控制交叉口(如图3所示)：获取绿灯相位阶段内两冲突车流中拥有优先权的那股车流O(另一股车流用C表示)的车头时距和车辆到达流率，以及绿灯启亮后车流O所在车道上的排队车辆以饱和车头时距完全消散所需的时间g_q(单位s)；通过观测得出绿灯启亮后车流C的头车到达冲突点/冲突区域所用的时间g_f(单位s)。其中，排队消散时间可由信号控制交叉口排队长度推算得出。

《通行能力手册》(HCM2000)中提供了排队长度和排队消散时间的估算方法。

Q＝Q₁+Q₂     公式1

$Q_1={\mathrm{PF}}_2\frac{\frac{V_{L}C}{3600}(1-\frac{g}{C})}{1-\left[\min (1.0,X_L)\frac{g}{C}\right]}$ 公式2

$Q_2=0.25C_{L}T[(X_L-1)+\sqrt{(X_L-1)+\frac{8K_B{X}_L}{C_{L}T}+\frac{16K_B{Q}_{\mathrm{bL}}}{{\left(c_{L}T\right)}^2}}]$ 公式3

${\mathrm{PF}}_2=\frac{(1-R_P\frac{g}{C})(1-\frac{v_L}{s_L})}{(1-\frac{g}{C})[1-R_P\left(\frac{v_L}{s_L}\right)]}$ 公式4

式中，Q为平均排队长度，单位辆；Q₁表示车辆排队长度第一项，单位辆；Q₂表示车辆排队长度第二项，单位辆；PF₂为调整系数；V_L为车道组交通流率，单位辆/小时；C为周期时长，单位秒；g表示有效绿灯时间；X_L为VC比；C_L为车道组通行能力，单位辆/时；s_L为车道组饱和流率，单位辆/时；R_P为队列比；T为分析时段长度，单位小时；K_B为第二项调整系数；Q_bL为分析时段初期的初始排队长度，单位辆。

b)对向车流排队消散时间g_q

通过上述公式即可算出车流O的平均排队长度。然后根据公式5即可算出车流O消散所需的时间g_q.

g_q＝Q·3600/s_L+t_L    公式5

式中t_L为车辆平均损失时间，单位秒；其余参数同上。

c)左转车辆头车到达时间g_f

通绿灯启亮后车流C的头车到达冲突点/冲突区域所用的时间g_f可由公式6计算得出。

$g_f={\mathrm{Ge}}^{\left(0.86{\mathrm{LTC}}^{0.629}\right)}-t_L$ 公式6

式中G为允许相位的实际绿灯时间，单位秒；LTC为每周期的左转车辆数，单位辆；其余参数同上。

d)转弯车辆可穿越间隙的产生时段g_u

可能产生冲突的绿灯时间长度g_u可以用下列公式计算：

$g_u=\left\{\begin{array}{cc}g-g_q& g_q{\≥g}_f\\ g-g_f& g_q{\≤g}_f\end{array}\right.$ 公式7

e)绿灯期间可能冲突发生概率p_gu

则在整个绿灯相位期间，冲突可能发生的概率P_gu为：

$P_{\mathrm{gu}}=\frac{g_u}{g}$ 公式8

f)不饱和车流可穿越间隙P(t)

假设对向直行车流的车头时距服从负指数分布，则车头时距为t的概率可以用公式9计算得出。

P(t)＝e^-λt    公式9

其中，P(t)为车头时距小于等于t的概率，t为可穿越间隙。λ_oi＝V_oi/3600，对向直行车流的到达率，单位辆/秒；V_oi为对向车流的小时流率，单位辆/时。

g)冲突发生概率P₁

P₁即为左转车流潜在的冲突发生概率为：

P₁＝P(t)*P_gu    公式10

h)左转车辆穿越时间t_c

左转车流C进入交叉口到达冲突点所用的时间t_c可由下列公式计算得出：

公式11

式中，S为停车线到冲突点的距离，单位米；L为左转车辆的长度，单位米；a为左转车辆的加速度，单位米/秒方；V₀为左转车的初始速度，单位米/秒。

i)绿灯相位阶段的交通冲突强度PET_G

穿过间隙的车辆会与其冲突方向车流产生冲突，则绿灯相位阶段所产生的交通冲突强度PET_G的大小可由下式计算得出：

PET_G＝t-t_c-τ    公式12

式中，t为可穿越间隙的大小，单位秒；t_c为左转车的进入时间，单位秒；τ为启动反应时间，单位秒。

j)绿灯相位阶段的危险程度指数R_G

R_G＝P₁×PET_G    公式13

B.绿灯间隔期间

绿灯间隔期间(流程见图5)，黄灯期间车辆通过停车线的概率为P(＞0)，进入时间为T_e，车速为V₁；下一相位绿灯启亮后，停车线后有等待车辆的概率为P_s，且t秒后第一辆车通过停车线的速度为V₂，能够通过测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件得出绿灯间隔期间的冲突发生概率P₂及交通冲突强度PET_IG；即可求得绿灯间隔期间交叉口的危险程度指数R_IG。

a)清空车辆的进入时间T_e

假设车辆以匀速V_C进入交叉口，则黄灯启亮时，前一相位通过停车线的最后一辆车在交叉口内所处的位置有图中所示的几种可能。本方法认为当车辆距离停车线的距离为3V到4V之间时，驾驶员可能通过加速的办法以较高的速度通过停车线。而当车辆到停车线的距离大于4V后即使有车辆也不可能在黄灯期间到达并通过停车线。假设车辆到达服从泊松分布，最后一辆车出现在各区段中的概率分别可以由以下公式计算得到：

P_s1＝P_t＝1(1)×P_t＝2(1)×P_t＝3(1)×P_t＝4(1)    公式14

P_s2＝P_t＝1(0)×P_t＝2(1)×P_t＝3(1)×P_t＝4(1)     公式15

P_s3＝P_t＝1(0)×P_t＝2(0)×P_t＝3(1)×P_t＝4(1)    公式16

P_s4＝P_t＝1(0)×P_t＝2(0)×P_t＝3(0)×P_t＝4(1)    公式17

其中，

P(0)＝e^-λt；P(1)＝λte^-λt

λ为车辆到达率，单位辆/秒；t为计数间隔持续的时间，单位秒。

P_s1，P_s2，P_s3，P_s4，分别为黄灯启亮后停车先后，V，V～2V，2V～3V，3V～4V距离内有一辆车存在的概率。

P_t(0)表示t秒内有0辆车通过停车线的概率，(t＝1，2，3，4秒)；

P_t(1)表示t秒内有1辆车通过停车线的概率，(t＝1，2，3，4秒)。

用二项logit模型模拟车辆在黄灯期间到达停车线的状态，则车辆通过停车线的概率P_g可以用下式表示：

$P_g\left(x\right)=\frac{e^{{\mathrm{\β}}_0+{\mathrm{\β}}_{1}x}}{1+e^{{\mathrm{\β}}_0+{\mathrm{\β}}_{1}x}},(x=\mathrm{1,2,3,4})$ 公式18

由此可得，黄灯启亮后有车辆通过停车线的概率为：

黄灯启亮后第1秒内有车辆通过的概率：P(1)＝P_S1×P_g(1)；

黄灯启亮后第2秒内有车辆通过的概率：P(2)＝P_S2×P_g(2)；

黄灯启亮后第3秒内有车辆通过的概率：P(3)＝P_S3×P_g(3)+P_S4×P_g(4)；

综上，可以得知，黄灯启亮后，清空车流最后一辆车通过停车线的概率P_c为：

P_C＝P(1)+P(2)+P(3)    公式19

由此可以推算出，前一相位最后一辆车在黄灯启亮后通过停车线的时刻T_e为：

$T_e=\frac{1{\×P}_{s1}+2{\×P}_{s2}+3\×(P_{s3}+P_{s4})}{P_{s1}+P_{s2}+P_{s3}+P_{s4}}$ 公式20

b)车辆清空时间t_c

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。

$t_c=\frac{S_c+L}{V_c}$ 公式21

式中，t_c为最后一辆车的清空时间，单位秒；S_c为停车线或等待地点到冲突点间的距离，单位米；V_c为清空速度，单位米/秒；其余参数同上。

c)下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率P_s

下一相位绿灯启亮后，停车线后有等待车辆的概率为P_s，假定车辆随机到达，则

P_s＝1-exp[-λ(C-g)]    公式22

式中，λ为到达率，单位辆/秒；其余参数同上。

d)绿灯间隔期间的冲突发生概率P₂

P₂＝P_s＝1-exp[-λ(C-g)]    公式23

f)下一相位头车的进入时间t_e

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可用公式计算得出。

公式24

g)绿灯间隔期间的交通冲突强度PET_IG

综上，绿灯间隔期间PET_IG的计算(如图4所示)可由下式得出：

PET_IG＝(Y+AR+t_e)-t_c-T_e-τ    公式25

式中，Y表示黄灯时长，单位秒；AR为全红时间，单位秒；τ为驾驶员反应时间，单位秒；其余参数同上。

h)绿灯间隔期间的危险程度指数R_IG

R_IG＝P₂×PET_IG    公式26

C.全周期危险程度指数R的计算

信号控制交叉口的严重程度需要综合反映冲突发生的频率和严重程度，因此设计全周期危险程度指数R作为本发明所提出的基于概率模型的安全评价方法的评价指标。

定义如下：

R＝R_G+R_IG＝P₁×PET_G+P₂×PET_IG    公式27

式中，R_G为绿灯相位期间的危险程度指数，R_IG为绿灯间隔期间的危险程度指数，P₁为绿灯相位期间的冲突发生概率；PET_G为绿灯间隔期间的交通冲突强度；P₂为绿灯间隔期间的冲突发生概率；PET_IG为绿灯间隔期间的交通冲突强度。

假设本发明用于信号控制交叉口交通安全评价方法用于某地一设计中的信号控制交叉口。该信号控制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(如图8所示)；周期时长为185秒，绿灯间隔时间为3秒。

已知交叉口运行参数如表1所示：

表1案例交叉口运行参数

平均损失时间t_L：2s；根据间隙选择理论，对左转车穿越对向直行车流时的临界间隙进行计算，得出8.9秒。

A.绿灯相位阶段

根据本发明所提供的方法(以第一相位为例)，可以得出东进口直行的排队长度(辆)：

PF_2东＝1.06；K_B东＝0.55；Q_东＝Q_1东+Q_2东＝2.56+0.07＝2.63；

则东进口直行车辆排队消散所需的时间分别为：

g_q东＝17.8s；g_q西＝9.0s；

绿灯启亮后左转车辆的头车到达冲突点所用的时间为：

g_f东＝5.2s；

则，对于东进口左转车而言，能够产生冲突的绿灯时间长度为：

g_u东＝G-g_q西＝35.2s；可穿越间隙为t＝8.9s；则可穿越间隙发生的冲突发生概率P₁＝P(8.9)＝85％；

则绿灯相位阶段的交通冲突强度PET_G值：

PET_G＝t-t_c-τ＝8.9-4.9-3＝1s

绿灯相位阶段，东进口直行车流的危险程度指数为：

R_G＝P₁×PET_G＝0.85×1＝0.85

B.绿灯间隔阶段

假设车辆到达信号控制交叉口服从泊松分布，则黄灯启亮后有车辆通过停车线的概率P_c可以通过如下步骤计算(以西进口直行清空，北进口直行进入为例)：

a)清空车辆

本实施例中交叉口黄灯时间为3s，则在泊松分布中

$\mathrm{\λ}=\frac{64}{3600}=0.018$

P_s1＝P_t＝1(1)×P_t＝2(1)×P_t＝3(1)×P_t＝4(1)＝0.001

P_s2＝P_t＝1(0)×P_t＝2(1)×P_t＝3(1)×P_t＝4(1)＝0.002

P_s3＝P_t＝1(0)×P_t＝2(0)×P_t＝3(1)×P_t＝4(1)＝0.003

P_s4＝P_t＝1(0)×P_t＝2(0)×P_t＝3(0)×P_t＝4(1)＝0.06

根据黄灯起亮时刻车辆距停车线的距离以及车辆到达停车线的时间，分析车辆到达停车线时间和停止/通过选择行为之间的关系，模型如下

$p_g=\frac{1}{1+e^{-(a+\mathrm{bt})}}$

式中：p_cross为黄灯起亮之后车辆通过停车线的概率，t黄灯起亮之后车辆达到停车线的时间，a，b是系数。

通过对运营中交叉口的调查，得出模型中的变量如表2所示

表2方程中的变量

B列对应的是模型参数的估计值，a＝7.838，b＝-2.507。停止的决策为0，通过的决策为1。即，

$P_g=\frac{1}{1+e^{-(a+\mathrm{bt})}}=\frac{1}{1+e^{-(7.838-2.507t)}}$

则有，

$P_g\left(1\right)=\frac{1}{1+e^{-(7.838-2.507\×1)}}=0.995$

$P_g\left(2\right)=\frac{1}{1+e^{-(7.838-2.507\×2)}}=0.944$

$P_g\left(3\right)=\frac{1}{1+e^{-(7.838-2.507\×3)}}=0.578$

$P_g\left(4\right)=\frac{1}{1+e^{-(7.838-2.507\×4)}}=0.1$

黄灯启亮后第1秒内有车辆通过的概率：P(1)＝P_S1×P_g(1)＝0.000995；

黄灯启亮后第2秒内有车辆通过的概率：P(2)＝P_S2×P_g(2)＝0.001888；

黄灯启亮后第3秒内有车辆通过的概率：P(3)＝P_S3×P_g(3)+P_S4×P_g(4)＝0.00774；

综上，可以得知，黄灯启亮后，清空车流最后一辆车通过停车线的概率P_c为：

P_C＝P(1)+P(2)+P(3)＝0.01

则清空车辆到达停车线的平均时间为：

$T_e=\frac{1{\×P}_{s1}+2{\×P}_{s2}+3\×(P_{s3}+P_{s4})}{P_{s1}+P_{s2}+P_{s3}+P_{s4}}=2.94s$

即，黄灯时长内有车辆通过西进口停车线的概率为0.01。

清空时间：t_c＝5s。

b)进入车辆

下一相位绿灯启亮后，停车线后有车辆等待得概率为P₂.

$P_2=1-e^{-\mathrm{\λ}(C-g)}=1-e^{-\frac{16}{44}(153-44)}=1$

进入时间：t_e＝4s。

c)PET_IG的计算

(Y+AR+t_e)-t_c-T_e-τ＝(3+4)-5-2.94-2＝-2.94

PET_IG＝|-2.94|＝2.94s

则当西进口直行清空，北进口直行进入时，危险程度指数为：

R_IG＝P_IG×PET_IG＝P₂×PET_IG＝1×2.94＝2.94

则，交叉口的全周期危险程度指数R为：

R＝R_G+R_IG＝0.85+2.94＝3.89

以上对本发明实施例所提供的信号控制交叉口的交通安全评价方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种信号控制交叉口的交通安全评价方法，其特征在于，采用全周期危险程度指数整合信号控制交叉口绿灯相位期间和绿灯间隔期间的危险程度指数，所述全周期危险程度指数由以下步骤获得：

1)在道路几何条件和交通条件与待评价的信号控制交叉口相类似的信号控制交叉口，测得车道组交通流率；

2)根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯相位期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度；

3)根据所述绿灯相位期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度，得到绿灯相位期间的危险程度指数；

4)根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯间隔期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度；

5)根据所述绿灯间隔期间的冲突发生概率及相应的交通冲突强度，得到绿灯间隔期间的危险程度指数；

6)根据所述绿灯相位期间的危险程度指数和所述绿灯间隔期间的危险程度指数，得到待评价的信号控制交叉口的全周期危险程度指数。

2.根据权利要求1所述的信号控制交叉口的交通安全评价方法，其特征在于，步骤2)中的所述绿灯相位期间的冲突发生概率的获得方法步骤如下：

①根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时，得到对向车流排队消散时间和左转车辆头车到达时间；

②根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时，得到不饱和车流可穿越间隙的概率；

③当所述对向车流排队消散时间大于所述左转车辆头车到达时间，转弯车流可穿越间隙的产生时段为有效绿灯时间与所述对向车流排队消散时间之差；当对向车流排队消散时间小于左转车辆头车到达时间，转弯车流可穿越间隙的产生时段为有效绿灯时间与所述左转车辆头车到达时间之差；

④根据所述转弯车流可穿越间隙的产生时段，得到绿灯期间可能冲突发生概率；

⑤根据所述不饱和车流可穿越间隙的概率和所述绿灯期间可能冲突发生概率，得到绿灯相位期间的冲突发生概率。

3.根据权利要求1所述的信号控制交叉口的交通安全评价方法，其特征在于，步骤2)中的所述绿灯相位期间的交通冲突强度的获得方法步骤如下：

①根据待评价的信号控制交叉口的几何条件，得到左转车辆穿越时间；

②根据所述左转车辆穿越时间，得到绿灯相位期间的交通冲突强度。

4.根据权利要求1所述的信号控制交叉口的交通安全评价方法，其特征在于，步骤4)中的所述绿灯间隔期间的冲突发生概率的获得方法步骤如下：

①根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率和下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率；

②若当所述绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数n＝0时，所述绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率为1，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；若下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率为0，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；

③当所述绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为0的概率不为1，且所述下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率不为0时，则所述绿灯间隔期间的冲突发生概率为所述下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率。

5.根据权利要求1所述的信号控制交叉口的交通安全评价方法，其特征在于，步骤4)中的所述绿灯间隔期间的交通冲突强度的获得方法步骤如下：

①根据测得的车道组交通流率和待评价的信号控制交叉口的信号配时及几何条件，得到绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率和下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率；

②若当所述绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数n＝0时，绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率为1，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；若下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率为0，则绿灯间隔期间的信号控制交叉口是安全的；

③当所述绿灯间隔期间每车道通过停车线的车辆数为n的概率不为1，且所述下一相位绿灯启亮后停车线后有车通过的概率不为0时，计算清空车辆的进入时间、下一相位头车的进入时间和车辆清空时间；

④根据所述清空车辆的进入时间、下一相位头车的进入时间和车辆清空时间，得到所述绿灯间隔期间的交通冲突强度。

Images