CN113256970A - 一种交叉口行车安全性评价方法及系统 - Google Patents

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CN113256970A CN202110491070.1A CN202110491070A CN113256970A CN 113256970 A CN113256970 A CN 113256970A CN 202110491070 A CN202110491070 A CN 202110491070A CN 113256970 A CN113256970 A CN 113256970A
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Abstract

本发明涉及一种交叉口行车安全性评价方法，包括如下步骤：步骤一、获取交叉口附近线形设计数据及相关交通数据；步骤二、利用所获取的交通数据，判断交叉口路况；步骤三、得到交叉口行车安全性评价结果。本发明从动态交通参数及交叉口设计角度提出一种适用于城市道路的交叉口行车安全性评价系统，结合交叉口几何设计及动态交通数据进行交叉口行车安全性分析，以减少道路交叉口周围交通事故率，提高交通安全水平。

Description

一种交叉口行车安全性评价方法及系统
技术领域
本发明属于交通安全领域，具体涉及一种交叉口行车安全性评价方法及系统。
背景技术
交通事故频发的一个重要原因是道路设计时对交叉口运行车辆的行车安全性考虑不足，因此对交叉口进行行车安全性评价是一项必不可少的工作。
国内现有的一些道路交叉口安全评价方法或警示系统，一般通过人车碰撞概率、车辆碰撞概率、车速信息等交通流信息角度来进行道路交叉口车辆运行安全性分析，以降低交叉口周围事故风险。但引起事故风险的最重要原因是交叉口线形及安全设施设计存在不足，以上方法很少考虑交叉口线形设计及安全设施设计对交叉口行车安全性的影响。
发明内容
本发明是要解决现有技术中，交叉口安全事故频发问题，进而提供了一种交叉口行车安全性评价方法及系统。
本发明涉及一种交叉口行车安全性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、获取交叉口附近线形设计数据及相关交通数据；
步骤二、利用所获取的交通数据，判断交叉口路况；
步骤三、得到交叉口行车安全性评价结果。
本发明还涉及一种交叉口行车安全性评价系统，所述系统包括数据获取模块、交叉口视野评价模块、竖曲线停车视距评价模块、平曲线停车视距评价模块、交通信号视距评价模块和评价结果输出模块。
有益效果
本发明从动态交通参数及交叉口设计角度提出一种适用于城市道路的交叉口行车安全性评价系统，结合交叉口几何设计及动态交通数据进行交叉口行车安全性分析，以减少道路交叉口周围交通事故率，提高交通安全水平。
本发明综合考虑了在交叉口周围车辆行驶的交叉口视野、竖曲线停车视距、平曲线停车视距、交通信号视距。数据获取模块、交叉口视野评价模块、竖曲线停车视距评价模块、平曲线停车视距评价模块、交通信号视距评价模块和评价结果输出模块协调运作。根据交叉口周围基本情况、线形设计及相关交通数据评价交叉口次要道路驾驶员左转、右转以及穿越主路时的视野范围，主要道路和次要道路驾驶员竖、平曲线停车视距及交通信号视距是否能保证行车安全性。
本发明对某城市多个交叉口进行安全评价，事故率较高的交叉口评价结果中均存在安全性“较差”或“极差”情况，评价结果的准确度较高，可应用于我国道路交叉口进行行车安全性评价。
附图说明
图1为本发明的思路框架图；
图2为本发明中交叉口视野三角形示意图；
图3为本发明中平曲线前后视野三角形示意图；
图4为本发明中交通信号前驾驶员视野三角形示意图。
具体实施方式
以下结合图1至4对本实施方式进行说明。
本发明的交叉口行车安全性评价方法，主要包括如下步骤：
步骤一、获取交叉口附近基本情况，线形设计数据及交通流数据
步骤二、利用所获取的交通数据，判断交叉口各种路况
具体判断方法如下：
1、对交叉口视野进行评价，确定交叉口是否存在障碍物影响驾驶员视野，步骤如下：
首先，根据交叉口线形设计数据及实际交通数据，输出在次要路段左转、右转及穿越主要道路需要的主要道路视野距离：
ISD1＝0.278V1×t1
式中：ISD1—次要道路车辆左转所需主要道路左侧视野距离(m)；V1—主要道路上左侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)；t1—次要道路左转所需时间(s)；
在次要道路决策点处左转需要观察的主要道路右侧视野距离：
ISD2＝0.278V2×t2
式中：ISD2—次要道路车辆左转所需主要道路右侧视野距离(m)；V2—主要道路上右侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)；t2—次要道路左转所需时间(s)，t2＝t1；
在次要道路决策点处右转需要观察的主要道路左侧视野距离：
ISD3＝0.278V3×t3
式中：ISD3—次要道路车辆右转所需主要道路左侧视野距离(m)；V3—主要道路上左侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)，V3＝V1；t3—次要道路右转所需时间 (s)；
在次要道路决策点处右转需要观察的主要道路右侧视野距离：
ISD4＝0.278V4×t4
式中：ISD4—次要道路车辆右转所需主要道路右侧视野距离(m)；V4—主要道路上右侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)，V4＝V2；t4—次要道路右转所需时间 (s)，t4＝t3；
在次要道路决策点处穿过主要道路需要观察的主要道路左侧视野距离：
ISD5＝0.278V5×t5
式中：ISD5—次要道路车辆穿过主要道路所需主要道路左侧视野距离(m)；
V5—主要道路上左侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)，V5＝V1；t5—次要道路穿过主要道路所需时间(s)；
在次要道路决策点处穿过主要道路需要观察的主要道路右侧视野距离：
ISD6＝0.278V6×t6
式中：ISD6—次要道路车辆穿过主要道路所需主要道路右侧视野距离(m)；
V6—主要道路上右侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)V6＝V2；t6—次要道路穿过主要道路所需时间(s)，t6＝t5；
其次，根据实际交叉口设计线形数据及左转、右转及穿越主要道路的ISD确定次要道路驾驶员视野三角形；
再次，根据交叉口道路线形数据输出决策点处驾驶员视野高度：
h1＝1080+10Pxslope×LWmajor+10a×Pminor
式中：h1—驾驶员视野高度(mm)；Pxslope—主要道路路面的横坡坡度(％)；LWmajor—主要道路的行车宽度(m)；a—次要道路决策点距离主要道路边缘线距离 (m)；Pminor—次要道路纵坡(％)；
最后，根据左转、右转及穿越主要道路的视野三角形和驾驶员视野高度h1进行视野评价，即确定视野三角形范围内是否存在高度高于h1的障碍物影响驾驶员视野。若不存在，即ISD'i≥ISDi，则输出结果为A；若存在，即ISD'i＜ISDi，则输出主要道路实际视野距离ISD'i，在ISD'i限制下，保证安全的主要车道最大允许车速V'i为：
V'i＝3.6ISDi'/ti，i＝1，2，3，4，5，6
式中：V'i—保证行车安全条件下相应主要车道下的最高限速(km/h)；ISD'i—主要道路实际视野距离ISD'i；结合交叉口日交通量ADT，确定交叉口视野评价安全等级，其中A为“良好”，B为“较差”，C为“极差”，见表1。
表1交叉口视野评价指标
Figure BDA0003052134870000041
2、对竖曲线停车视距进行评价，确定交叉口前竖曲线是否有充足的停车视距保证驾驶员安全停车，步骤如下：
首先，确定实际行车条件下的期望停车视距：
SSD1＝0.278V7×t7+V7 2/254(a/g+G)
式中：SSD1—期望停车视距(m)；V7—道路上第85分位车辆速度(km/h)；t7—驾驶员刹车反应时间(s)，取2.5s；a—停车加速度(m/s2)，取0.43m/s2；g—重力加速度(m/s2)，取0.98m/s2；G—纵坡坡度(％)；
其次，确定期望竖曲线长度，
当SSD1＜L时，输出L1:
Figure BDA0003052134870000042
L3＝L1
式中：A-竖曲线前后坡坡度差(％)；h1—驾驶员视野高度(m)，取1.08m；h2—道路表面物体高度(m)，取0.6m；L—实际竖曲线长度；L3—期望竖曲线长度
当SSD1≥L时，输出L2:
Figure BDA0003052134870000043
L3＝L2
最后，进行竖曲线停车视距评价，如果L≥L3，则竖曲线停车视距评价结果为A；
如果L＜L3，则：
当SSD1＜L时：
Figure BDA0003052134870000051
当SSD1≥L时：
Figure BDA0003052134870000052
式中：SSD'1—实际停车视距(m)；
根据公式：
SSD'1＝0.278V'7×t7+V'7 2/254(a/g+G)
可反算出实际停车视距条件下保证行车安全的最高限制速度V'7，结合交叉口交通量情况，确定竖曲线停车时距评价安全等级，见表2
表2竖曲线停车视距评价指标
Figure BDA0003052134870000053
3、对平曲线停车视距进行评价，确定交叉口前平曲线是否有充足的停车视距保证驾驶员安全停车。若交叉口前不存在平曲线，则直接输出评价结果A；若存在，具体步骤为：
首先，确定实际行车条件下的期望停车视距：
SSD2＝0.278V8×t8+V8 2/254(a/g+G)
式中：
SSD2—期望停车视距(m)；V8—道路上第85分位车辆速度(km/h)；t8—驾驶员刹车反应时间(s)，取2.5s；a—停车加速度(m/s2)，取0.43m/s2；g—重力加速度 (m/s2)，取0.98m/s2；G—纵坡坡度(％)；
其次，确定实际行车条件下的期望视野宽度，
当Lc≥SSD2时，
右转曲线:
CSW1＝(R-0.25LW)×(1-cos(SSD2/2(R-0.25LW)))-0.75LW
左转曲线:
CSW2＝(R+0.25LW)×(1-cos(SSD2/2(R+0.25LW)))-1.25LW
当Lc＜SSD2时，
右转曲线:
Figure BDA0003052134870000061
左转曲线:
Figure BDA0003052134870000062
式中：CSW—期望视野宽度(m)；Lc—竖曲线长度(m)；R—竖曲线半径(m)；
LW—车道宽度(m)；
再次，进行平曲线停车视距评价，如果实际视野宽度CSW'≥CSW，则平曲线停车视距评价结果为A；
如果CSW'＜CSW，反算出实际停车视距条件下保证行车安全的最高限制速度V'8，结合交叉口交通量情况，确定竖曲线停车时距评价安全等级，见表3。
表3平曲线停车视距评价指标
Figure BDA0003052134870000063
4、对交通信号视距进行评价，确定交叉口前是否有充足的视野范围保证驾驶员可以完整、准确观察到交通信息；若交叉口不存在交通信号灯或交通信息指示标志，则直接输出评价结果A；若存在，具体步骤为：
具体步骤如下：
首先确定交叉口前最小停车距离SSD3
SSD3＝0.278V9×t9+V9 2/254(a/g+G)
SSD3—期望停车视距(m)；V9—道路上第85分位车辆速度(km/h)；t9—驾驶员刹车反应时间(s)，取2.5s；a—停车加速度(m/s2)，取0.43m/s2；g—重力加速度 (m/s2)，取0.98m/s2；G—纵坡坡度(％)
其次，根据交通信号高度h3和保证行车安全的交通信号视距确定交叉口前驾驶员视野三角形；
VD1＝SSD3+W
VD1—交通信号视距(m)；W—停车线距离信号灯距离(m)；h3—交通信号设施高度(m)；
最后，检查视野三角形类是否存在障碍物，若不存在障碍物，即VD'1≥VD1则输出评价结果A；若存在障碍物，即VD'1＜VD1，则输出实际交通信号视距VD'1；
SSD'3＝VD'1-W
SSD'3—实际条件下的实际最小停车距离(m)；
根据SSD'3反算出实际停车视距条件下保证行车安全的最高限制速度V'9，结合交叉口交通量情况，确定竖曲线停车时距评价安全等级，见表4。
表4交通信号标志视距评价指标
Figure BDA0003052134870000071
步骤三、得到交叉口行车安全性评价结果
根据步骤二中的各项评价结果，输出交叉口行车安全性评价结果；
如果交叉口视野评价结果、竖曲线停车视距评价结果、平曲线停车视距评价结果与交通信号视距评价结果均为A，则交叉口行车安全性评价结果为A；
如果交叉口视野评价结果、竖曲线停车视距评价结果、平曲线停车视距评价结果与交通信号视距评价结果存在B不存在C，则交叉口行车安全性评价结果为B；
如果交叉口视野评价结果、竖曲线停车视距评价结果、平曲线停车视距评价结果与交通信号视距评价结果存在C，则交叉口行车安全性评价结果为C。
本发明还包括一种采用上述方法的交叉口行车安全性评价系统，该系统包括数据获取模块、交叉口视野评价模块、竖曲线停车视距评价模块、平曲线停车视距评价模块、交通信号视距评价模块和评价结果输出模块。
各个模块功能如下：
数据获取模块用于获取交叉口附近基本情况、线形设计数据及交通流数据；
交叉口视野评价模块用于评价次要道路驾驶员是否有充足的视野左转、右转或穿过主要道路；
竖曲线停车视距评价模块用于评价在交叉口附近道路竖曲线线形限制下驾驶员是否有充足的停车视距；
平曲线停车视距评价模块用于评价在交叉口附近道路平曲线线形限制下驾驶员是否有充足的停车视距；
交通信号视距评价模块用于评价交叉口前方车辆是否有充足的视野识别交通信号信息。
评价结果输出模块结合交叉口视野评价结果、竖曲线停车视距评价结果、平曲线停车视距评价结果与交通信号视距评价结果输出交叉口行车安全性评价结果。评价结果A为“良好”，B为“较差”，C为“极差”。
实施例
选取某主干路的10个交叉口，选用本发明的交叉口行车安全性评价系统对该主干路的10个交叉口安全性评价，并结合实际事故率统计结果排序，对评价结果进行验证，评价结果见表5。
表5安全评价结果
Figure BDA0003052134870000081
由表5的评价结果可知，系统评价为C的交叉口为10个交叉口中事故率最高，系统评价为B的两个交叉口事故率在10个交叉口中排序为第2和第4。本发明评价结果准确度高，可以应用于我国交叉口进行行车安全性评价。
本发明涉及一种上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种交叉口行车安全性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、获取交叉口附近线形设计数据及相关交通数据；
步骤二、利用所获取的交通数据，判断交叉口路况；
步骤三、得到交叉口行车安全性评价结果。
2.根据权利要求1所述的交叉口行车安全性评价方法，其特征在于，步骤二中，交叉口路况判断方法如下：对交叉口视野进行评价，确定交叉口是否存在障碍物影响驾驶员视野，步骤如下：
首先，根据交叉口线形设计数据及实际交通数据，输出在次要路段左转、右转及穿越主要道路需要的主要道路视野距离：
ISD1＝0.278V1×t1
式中：ISD1—次要道路车辆左转所需主要道路左侧视野距离(m)；V1—主要道路上左侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)；t1—次要道路左转所需时间(s)；
在次要道路决策点处左转需要观察的主要道路右侧视野距离：
ISD2＝0.278V2×t2
式中：ISD2—次要道路车辆左转所需主要道路右侧视野距离(m)；V2—主要道路上右侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)；t2—次要道路左转所需时间(s)，t2＝t1；
在次要道路决策点处右转需要观察的主要道路左侧视野距离：
ISD3＝0.278V3×t3
式中：ISD3—次要道路车辆右转所需主要道路左侧视野距离(m)；V3—主要道路上左侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)，V3＝V1；t3—次要道路右转所需时间(s)；
在次要道路决策点处右转需要观察的主要道路右侧视野距离：
ISD4＝0.278V4×t4
式中：ISD4—次要道路车辆右转所需主要道路右侧视野距离(m)；V4—主要道路上右侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)，V4＝V2；t4—次要道路右转所需时间(s)，t4＝t3；
在次要道路决策点处穿过主要道路需要观察的主要道路左侧视野距离：
ISD5＝0.278V5×t5
式中：ISD5—次要道路车辆穿过主要道路所需主要道路左侧视野距离(m)；V5—主要道路上左侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)，V5＝V1；t5—次要道路穿过主要道路所需时间(s)；
在次要道路决策点处穿过主要道路需要观察的主要道路右侧视野距离：
ISD6＝0.278V6×t6
式中：ISD6—次要道路车辆穿过主要道路所需主要道路右侧视野距离(m)；V6—主要道路上右侧直行车辆第85百分位运行速度(km/h)V6＝V2；t6—次要道路穿过主要道路所需时间(s)，t6＝t5；
其次，根据实际交叉口设计线形数据及左转、右转及穿越主要道路的ISD确定次要道路驾驶员视野三角形；
再次，根据交叉口道路线形数据输出决策点处驾驶员视野高度：
h1＝1080+10Pxslope×LWmajor+10a×Pminor
式中：h1—驾驶员视野高度(mm)；Pxslope—主要道路路面的横坡坡度(％)；LWmajor—主要道路的行车宽度(m)；a—次要道路决策点距离主要道路边缘线距离(m)；Pminor—次要道路纵坡(％)；
最后，根据左转、右转及穿越主要道路的视野三角形和驾驶员视野高度h1进行视野评价，即确定视野三角形范围内是否存在高度高于h1的障碍物影响驾驶员视野。若不存在，即ISD'i≥ISDi，则输出结果为A；若存在，即ISD'i＜ISDi，则输出主要道路实际视野距离ISD'i，在ISD'i限制下，保证安全的主要车道最大允许车速V'i为：
V'i＝3.6ISDi'/ti，i＝1，2，3，4，5，6
式中：V'i—保证行车安全条件下相应主要车道下的最高限速(km/h)；ISD'i—主要道路实际视野距离ISD'i；结合交叉口日交通量ADT，确定交叉口视野评价安全等级。
3.根据权利要求1所述的交叉口行车安全性评价方法，其特征在于，步骤二中，交叉口路况判断方法如下：对竖曲线停车视距进行评价，确定交叉口前竖曲线是否有充足的停车视距保证驾驶员安全停车，步骤如下：
首先，确定实际行车条件下的期望停车视距：
SSD1＝0.278V7×t7+V7 2/254(a/g+G)
式中：SSD1—期望停车视距(m)；V7—道路上第85分位车辆速度(km/h)；t7—驾驶员刹车反应时间(s)，取2.5s；a—停车加速度(m/s2)，取0.43m/s2；g—重力加速度(m/s2)，取0.98m/s2；G—纵坡坡度(％)；
其次，确定期望竖曲线长度，
当SSD1＜L时，输出L1:
Figure FDA0003052134860000031
L3＝L1
式中：A-竖曲线前后坡坡度差(％)；h1—驾驶员视野高度(m)，取1.08m；h2—道路表面物体高度(m)，取0.6m；L—实际竖曲线长度；L3—期望竖曲线长度
当SSD1≥L时，输出L2:
Figure FDA0003052134860000032
L3＝L2
最后，进行竖曲线停车视距评价，如果L≥L3，则竖曲线停车视距评价结果为A；
如果L＜L3，则：
当SSD1＜L时：
Figure FDA0003052134860000033
当SSD1≥L时：
Figure FDA0003052134860000034
式中：SSD'1—实际停车视距(m)；
根据公式：
SSD'1＝0.278V'7×t7+V'7 2/254(a/g+G)
可反算出实际停车视距条件下保证行车安全的最高限制速度V'7，结合交叉口交通量情况，确定竖曲线停车时距评价安全等级。
4.根据权利要求1所述的交叉口行车安全性评价方法，其特征在于，步骤二中，交叉口路况判断方法如下：对平曲线停车视距进行评价，确定交叉口前平曲线是否有充足的停车视距保证驾驶员安全停车。若交叉口前不存在平曲线，则直接输出评价结果A；若存在，具体步骤为：
首先，确定实际行车条件下的期望停车视距：
SSD2＝0.278V8×t8+V8 2/254(a/g+G)
式中：
SSD2—期望停车视距(m)；V8—道路上第85分位车辆速度(km/h)；t8—驾驶员刹车反应时间(s)，取2.5s；a—停车加速度(m/s2)，取0.43m/s2；g—重力加速度(m/s2)，取0.98m/s2；G—纵坡坡度(％)；
其次，确定实际行车条件下的期望视野宽度，
当Lc≥SSD2时，
右转曲线:
CSW1＝(R-0.25LW)×(1-cos(SSD2/2(R-0.25LW)))-0.75LW
左转曲线:
CSW2＝(R+0.25LW)×(1-cos(SSD2/2(R+0.25LW)))-1.25LW
当Lc＜SSD2时，
右转曲线:
Figure FDA0003052134860000041
左转曲线:
Figure FDA0003052134860000042
式中：CSW—期望视野宽度(m)；Lc—竖曲线长度(m)；R—竖曲线半径(m)；LW—车道宽度(m)；
再次，进行平曲线停车视距评价，如果实际视野宽度CSW'≥CSW，则平曲线停车视距评价结果为A；
如果CSW'＜CSW，反算出实际停车视距条件下保证行车安全的最高限制速度V'8，结合交叉口交通量情况，确定竖曲线停车时距评价安全等级。
5.根据权利要求1所述的交叉口行车安全性评价方法，其特征在于，步骤二中，交叉口路况判断方法如下：对交通信号视距进行评价，确定交叉口前是否有充足的视野范围保证驾驶员可以完整、准确观察到交通信息；若交叉口不存在交通信号灯或交通信息指示标志，则直接输出评价结果A；若存在，具体步骤为：
具体步骤如下：
首先确定交叉口前最小停车距离SSD3
SSD3＝0.278V9×t9+V9 2/254(a/g+G)
SSD3—期望停车视距(m)；V9—道路上第85分位车辆速度(km/h)；t9—驾驶员刹车反应时间(s)，取2.5s；a—停车加速度(m/s2)，取0.43m/s2；g—重力加速度(m/s2)，取0.98m/s2；G—纵坡坡度(％)；
其次，根据交通信号高度h3和保证行车安全的交通信号视距确定交叉口前驾驶员视野三角形；
VD1＝SSD3+W
VD1—交通信号视距(m)；W—停车线距离信号灯距离(m)；h3—交通信号设施高度(m)；
最后，检查视野三角形类是否存在障碍物，若不存在障碍物，即VD'1≥VD1则输出评价结果A；若存在障碍物，即VD'1＜VD1，则输出实际交通信号视距VD'1；
SSD'3＝VD'1-W
SSD'3—实际条件下的实际最小停车距离(m)；
根据SSD'3反算出实际停车视距条件下保证行车安全的最高限制速度V'9，结合交叉口交通量情况，确定竖曲线停车时距评价安全等级。
6.根据权利要求1所述的交叉口行车安全性评价方法，其特征在于，步骤三中，根据步骤二中的各项评价结果，输出交叉口行车安全性评价结果；
如果交叉口视野评价结果、竖曲线停车视距评价结果、平曲线停车视距评价结果与交通信号视距评价结果均为A，则交叉口行车安全性评价结果为A；
如果交叉口视野评价结果、竖曲线停车视距评价结果、平曲线停车视距评价结果与交通信号视距评价结果存在B不存在C，则交叉口行车安全性评价结果为B；
如果交叉口视野评价结果、竖曲线停车视距评价结果、平曲线停车视距评价结果与交通信号视距评价结果存在C，则交叉口行车安全性评价结果为C。
7.一种采用权利要求1至6任一项所述交叉口行车安全性评价方法的系统，其特征在于，所述系统包括数据获取模块、交叉口视野评价模块、竖曲线停车视距评价模块、平曲线停车视距评价模块、交通信号视距评价模块和评价结果输出模块。
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