（载运工具运用工程专业论文）道路交通事故多发路段仿真识别研究.pdf

摘要 摘要 道路交通事故是当今社会的一大公害，严重地威胁着人们生命和财产的安全。 当前，我国道路交通事故严重，每年平均死伤数十万人，经济损失达数十亿元。 在道路上总是存在某些地点或路段屡屡发生性质类似的交通事故，如果能够识别 出道路中的事故多发路段，有针对性地进行改善和治理则可以大大降低整条道路 的事故率。因此，研究合理有效的事故多发路段识别方法是道路安全研究中最重 要的内容之一。 目前，对事故多发路段的识别存在着多种多样的判定方法和理论，但大多是 依赖对交通事故的历史数据的统计分析。尽管以交通事故的历史数据作为评价方 法有其优越性，但是，所要求的交通事故数据的历史时间比较长，交通条件也随 着道路使用时问的变化有所变化，由此对统计结果分析也有一定的影响和局限性。 根据道路运营结果进行事后识别，不但改善道路所需要的投入资金高，而且交通 事故已经发生并造成了大量的人员伤亡和经济损失。 本文将汽车动力学仿真技术应用于事故多发路段的识尉，提出了事前预测道 路事故多发路段的仿真识别方法。在基于多体动力学仿真软件a d a m s 的基础上， 构建了较为精确的道路模型、车辆模型、车路耦合模型，然后进行道路事故多发 路段的仿真试验，由仿真试验锝出不同道路条件对应的汽车运行状态的速度、加 速度、位移等特征曲线图。最后，依据事故多发路段仿真识别体系的评价指标对 仿真结果进行对比分析从而判定某路段是否为事故多发路段。 利用仿真技术识别事故多发路段，既能从交通事故中道路的安全因素角度出 发识别和预测事故多发路段，又避免了现实交通事故的人员伤亡和财产损失，可 以大大提高道路改善的投资效益。这将有助于及时、准确掌握道路危险路段分布 和形成原因，合理改善，实现提高道路交通安全水平的目的。 关键词：交通事故；事故多发路段：仿真；识别 摘要 2 a b s t r a c t t 1 l et r a f f i ca c c i d e n ts e r i o u s l yt h r e a t e n sp e o p l e sl i f es e c u r i t ya n dp r o p e r t ys e c u r i t y , s oi tb e c o m e sas o c i a lh a r mn o w a tp r e s e n tt h et r a f f i ca c c i d e n ti ss e r i o u si nc h i n a t h e a v e r a g en u m b e ro fp e o p l ed e a d a n dh a r m e dc o u n t s1 0 0 ，0 0 0e v e r yy e a ra n de c o n o m y l o s ea m o u n tt os e v e r a lb i l l i o n sr m b s i m i l a ra c c i d e n t sr e p e a t e d l yt a k ep l a c eo ns o m e l o c a t i o n s i fw ec a ni d e n t i f yt h ea c c i d e n tb l a c ks p o t sa n dm a k es e c t i o n a lr e p a i r s ，t h e a c c i d e n tr a t i oc a nb er e d u c e dl a r g e l ya n du n d e rc o n t r 0 1 t h e r e f o r e s t u d y i n gr e a s o n a b l e a n dv a l i dm e t h o d so fi d e n t i f i c a t i o no fa c c i d e n tb l a e ks p o t si so n eo ft h em o s ti m p o r t c o n t e n t si nt h er o a ds a f e t yr e s e a r c h p r e s e n t l y , t h e r ea r em a n yi d e n t i f i c a t i o nm e t h o d sa n dt h e o r i e s ，b u tm o s to ft h e m d e p e n do nt h ea n a l y s i so fh i s t o r i c a la c c i d e n td a t a a l t h o u g ht h ee v a l u a t i o nb a s e do n h i s t o r i c a ld a t ah a si t sa d v a n t a g e ，t h er e q u k e dd a t ah a sal o n g e rh i s t o r i c a lt i m e ，a n dt h e t r a f f i cc o n d i t i o nd l a n g e sw i t ht h ec h a n g eo fr o a du s i n gt i m e , s ot h er e s u l ts t a t i s t i c a n a l y s i s i sa f f e c t e da n dl i m i t e d t h ep o s t m o r t e mi d e n t i f i c a t i o na c c o r d i n gt ot h e o p e r a t i o n a lr e s u l tn e e d sl o t so fm o n e yt oi m p r o v et h er o a dc o n d i t i o n 。m e a n w h i l et h e i r a f f i ca c c i d e n th a st a k e np l a c e ，a n dr e s u l t e di nl a r g en u m b e ro fc a s u a l t i e sa n de c o n o m i c l o s s i n t h i s p a p e r , t h ea u t h o ra p p l i e s t h et e c h n i q u eo f a u t o m o b i l ed y n a m i c st o i d e n t i f i c a t i o no ft h ea c c i d e n tb l a c ks p o t s ，a n dp u t sf o r w a r dt h em e t h o do fs i m u l a t i o nt o i d e n t i f yt h ea c c i d e n tb l a c ks d o t si na d v a n c e 0 nt h eb a s eo fm u l t i b o d yd y n a m i c s s o f t w a r ea d a m s ，t h ea u t h o r b u i l d sp e r f e c tr o a dm o d e l ，v e h i c l em o d e l ，r o a da n d v e h i c l ec o u p l i n gm o d e l ，t h e nh a v ear o a db l a c ks p o t ss i m u l a t i o nt e s ta n dg e t st h e v e h i c l e sv e l o c i t y , a c c e l e r a t i o n ，d i s p l a c e m e n td a t am a pb yt h es i m u l a t i o nt e s t f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h ev a l u eo ft h er o a db l a c ks p o t ss i m u l a t i o ni d e n t i f i c a t i o ns y s t e m ，c o n t r a s t t h es i m u l a t i o nr e s u l t sa n dv a l u eo fs y s t e mt oa n a l y s i sa n di d e n t i f yw h e t h e rt h er o a di sa b l a c ks p o t u s i n ga c c i d e n ts i m u l a t i o nt e c h n o l o g yt oi d e n t i f yt h ea c c i d e n tb l a c ks p o t sn o to n l y t a k e st h es a f e t ya n dp r e d i c t i o ni n t oa c c o u n t ，b u ta l s oa v o i d st h ec a s u a l t i e sa n dl o s s i t i n c r e a s e st h ea c c u r a c yt oi m p r o v et h er o a da n di n c r e a s e si n v e s t m e n tb e n e f i t s s oh e l p s t or e a l i z ee n h a n c i n gt h er o a dt r a f f i cs a f e t yl e v e l k e yw o r d s ：t r a f f i ca c c i d e n t ；r o a db l a c ks p o t s ；s i m u l a t i o n ；i d e n t i f i c a t i o n 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：p 鸯锨 日期：7 ，尹f 月歹日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名： 日期：2 办垆月多r 指导教师签名： 日期：z 一。 年 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 近代工业的飞速发展，使人类的生活方式进行着日新月异的变化。汽车作为 近代工业的一个重要产物，使生产生活变得快捷便利，成为人类活动高效率的一 个重要载体。但由此产生的道路交通事故也成为一种世界性的公害，它不仅给个 人和家庭造成无法弥补的伤害，也给各个国家和地区经济带来严重损失。全球每 年有1 2 0 多万人死于交通事故，约2 0 0 0 万到5 0 0 0 万人因交通事故致残，因此而 造成的经济损失约5 1 8 0 亿美元，其中发展中国家占1 0 0 0 亿美元，高于这些国家 获得的发展援助总和。世界卫生组织的研究结果也表明，道路交通事故比空难、 海难事故严重得多，造成的死亡人数甚于战争，造成的经济损失约占全国g o p 的 1 至3 。为此，各国政府无不把预防和减少交通事故作为重要的执政目标“1 。 就我国而言，道路交通安全形势十分严峻。2 0 0 7 年国内汽车销量超过7 0 0 万 辆，汽车保有量己达到2 0 0 0 万辆，如果中国达到世界汽车平均水平1 ：9 的比例， 将会有1 2 亿辆车辆。目前我国汽车保有量约占全世界的2 ，而道路交通事故死 亡人数却占全世界的1 5 ，多年高居世界第一。随着国民经济的发展，交通事故也 呈现出逐年上升的趋势。且有以下特点：事故死亡人数高；事故数及伤亡人数呈 高速增长趋势；高速公路事故率大大高于普通公路”1 。预防交通事故，降低交通事 故死亡率，已经成为全社会面临的一项十分紧迫的任务。 道路基础设施及周围环境是道路交通的载体，在道路交通安全中占据重要的 地位。澳大利亚有关研究显示交通事故中与道路环境有关的事故约占2 8 ；前苏 联的莫斯科公路学院的0 a 季沃奇金对取自前苏联各地区i v 公路的约1 3 0 0 个道 路交通事故进行分析，并仔细对照事故地点的道路特征后，得到的结论是：不良道 路条件影响是7 0 交通事故直接或间接原因”。不同的国家，道路发展水平和交通 状况差异很大，发展中国家的道路行车质量还有许多缺陷，道路对事故的影响应 比发达国家大。1 。世界各国在道路交通安全方面都非常重视道路对交通安全的影 响。 道路交通事故存在其随机性，但在实际情况中，总是存在某些地点或路段屡 屡发生性质类似的交通事故，这些地点和路段就是交通事故多发路段。第十六届 国际道路会议葡萄牙的报告中指出，虽然近三年l 日j 发生事故3 次或3 次以上的路 段只占道路网总长的0 2 5 ，但是在其上发生的事故数却占了总数的2 5 。 为此，事故多发路段的识别对于研究交通事故与道路的关系只有典型意义， 第一章绪论 2 它是事故的集中表现，事故达到一定数量特别是事故的某些特征的重复出现，有 利于分析事故的特点、原因，从而获得规律性的东西。这也就是本课题提出的出 发点。 如果在道路的某些点或路段事故呈现集中的特点( 特别是某一类事故呈集中 的特点) ，则可以肯定地说这些事故与道路交通环境显然存在某种联系，常与道路 线形、交叉口设计、交通安全设施和道路周边环境等因素密切相关。因此，这也 是道路设计和管理部门特别关注的问题。 从事故多发路段本身来看，它所占道路的长度通常很少，却集中了较大比例 的交通事故，具有极大的危害性。 从工程的角度讲，事故多发路段的诊断与改造是改善道路安全状况的有效技 术途径，大部分情况下也是最为经济的。 诊断并对诊断出的事故多发路段采取有针对性的改善措施，能以最小的投入， 最大限度地降低全路的事故率，可取得较大的社会和经济效益。从全国来看，2 0 0 5 年中国共发生道路交通事故4 5 万起，造成9 8 ，7 3 8 人死亡、4 7 万人受伤、直接经 济损失1 8 8 亿元( 2 3 3 8 亿美元) 。如能通过事故多发路段的诊断和整治使其事故 率下降2 0 ，则全国可平均减少事故1 2 万多起，减少直接经济损失6 8 亿元，社 会和经济效益显而易见。 对道路条件影响因素的研究可分为“事后型”研究，“事前型”研究两大类。 “事后型”研究是指针对已建成运营的道路，通过对交通事故数掘进行统计 分析，找出事故发生的原因及规律，从而采取相应的措施，以减少事故的发生。 “事的型”研究指本着防患于未然的目的，“事前”指可能发生交通事故之前， 在道路的规划、设计或建设阶段，开展对道路交通安全特性的研究。该类研究是 在道路没有实际发生交通事故的阶段进行的，是对道路建成后交通安全状况的一 种“预测”。而目前该类研究主要是指“道路安全核检”，这样研究成果的偏差会 造成较大的错误，需有“事后型”研究成果作基础。 本文的出发点就是鉴于传统“道路安全检核”的思路，通过仿真技术对道路 做安全评价识别，对道路事故多发路段做“事前型”识别研究，同时减少传统方 法对交通安全资料的依赖，从另一个角度来识别道路的安全情况，识别事故多发 路段。 1 2 本课题研究意义 为了减少道路交通事故和提高道路交通安全水平，对道路交通事故进行预测 十分必要，从而预防交通事故的发生和降低交通事故发生率。道路因素在交通安 第一章绪论 3 全中不可忽略，必须从道路的规划设计、施工建设和投入使用后的管理监控进行 研究分析。道路设旌建成后的安全质量由道路规划设计和施工质量所决定。如果 道路在设计和施工中，存在安全隐患就很大可能在投入使用后直接或间接造成交 通事故。道路设计虽然按照道路设计标准和规范，但规范只能代表一个时期的安 全水平，另外使用规范的人设计水平和方法也有不同。例如，道路的线形设计不 符合驾驶员的驾驶习惯和心理；设计车速中重要参数道路抗滑性能未考虑当地年 时间内的季节气候的变化。在道路施工过程中，更多的考虑经济因素，而往往忽 略或降低道路的安全水平。例如，道路的施工质量( 如几何形状参数、路面抗滑 性能等) 在施工过程中不能做到及时、有效和准确的检验。显然，通过历史数据 鉴别设计和施工中道路的事故多发路段的办法是不可能的。道路投入使用以后， 通过己发生的交通事故进行统计和分析，能够鉴别出部分事故多发路段，但改善 投入的资金高，而且改善之前已经造成很大交通事故的损失。另外，随着建成道 路的运营，道路的性能( 尤其路面) 也会随时间发生变化，从而存在潜在的事故 多发路段出现的可能。原不是事故多发的路段和以前治理过的事故多发路段，经 过一段时间后，有可能成为或再次成为事故多发路段。 为此，应事前在道路建设l j f 就对潜在的事故多发路段进行识别，检验道路的 设计和施工的安全质量；对于在用道路，必须鉴别事故多发路段和确定改善的优 先次序，进行及时治理和改善，并预测可能出现的新的事故多发路段从而制定预 防性措施。 而事前型的事故预测有道路试验和模拟技术两中方法。道路试验的优点是能 排除仿真模拟所带来的系统误差，数掘真实可靠。缺点是不能有效地控制试验条 件，大量的道路因素以外的影响被包含到了结果之中；驾驶员的技术水平及性格 取向对试验结果影响较大，并且排除这种影响的难度较大而且费用高昂；试验有 相当的危险性，对于盘山公路更是如此，出于安全性的考虑常使试验无法进行下 去；并且道路试验最大的局限是不能对处于设计中的道路进行安全评价或识别。 近年来，仿真技术发展迅速，通过仿真模拟技术来识别道路事故多发路段方 法也随之有了长足的进展。模拟技术成功的克服了道路试验的缺陷，并且应用模 拟技术使对处于设计中的道路进行安全评价或识别成为可能。所谓模拟，就是根 据道路的设计或实测资料进行道路的三维数字建模，同时建立车辆、轮胎一路面及 驾驶员控制模型，然后实行全道路的汽车运行仿真，模拟汽车在道路上行驶，并 在仿真系统中编制速度的测量函数，根据仿真结果运用速度的连续及均衡性理论 对道路进行安全性评价。模拟技术的缺点是不可能全部还原成真实的系统，无法 消除与实际情况之间的系统误差，仿真系统的精度取决于道路、车辆、轮胎一路面 及驾驶员控制模型的准确性。但笔者相信，随毫仿真建模技术所涉及的图形图像 第一章绪论 4 算法、多体动力学理论及建模方法、汽车动力学理论以及现代控制方法的发展， 模型的精度会日益提高，仿真系统与真实世界之间的差别会越来越小。并且，随 着计算机性能的不断提高，在设计算法时能够更专心于提高运算精度，不用过多 考虑运算速度的影响，这也能够对仿真系统的误差有相当程度的弥补”1 。 仿真识别技术，为道路交通事故多发路段的识别提供了一个有效的方法和手 段；既能从交通事故中道路的安全因素角度出发鉴别和预测事故多发路段，又避 免了现实中交通事故的损失。因此，用仿真技术对道路事故多发路段进行识别研 究对于交通安全工作具有举足轻重的意义。 1 3 本文的主要内容 论文首先介绍了课题的研究背景、研究对象、突破点以及研究意义。而后， 分析国内外对非城市事故多发路段识别研究的方法和现状。道路交通安全是一个 世界性的问题，判断出事故多发路段一直是国内外交通安全工作的主要目标。几 乎每个国家对事故多发路段的识别都进行了相应的研究，并总结和提出了适用于 本国的方法。总结这些方法，并将其归纳分类，对先进可行的方法加以吸收和借 鉴能有助于提高我国交通安全工作。 本文重点研究道路事故多发路段仿真识别系统的思路和内容。建立系统的各 个仿真模型。模型主要包括道路模型、车辆模型以及车路耦合模型。在多体动力 学软件a d a m s 环境下，输入被评价的道路数据信息，生成符合仿真识别系统要求 的道路模型：同时在a d a m s 软件环境下，创建具有动力装置、车身、传动系、转 向系、悬架机构、承载机构、制动装置、行驶系等子系统的车辆模型；然后，通 过车辆耦合模型的建立使车辆模型能够在道路模型上按要求进行各种运行仿真。 然后，提出事故多发路段仿真识别方法和评价指标。事故多发路段仿真识别 方法和评价指标的建立是识别准确与否的关键。将仿真得到的车辆运行特征参数 与设定的评价指标作相应对比分析，识别出运行道路中存在事故隐患，即事故多 发点或路段。同时，通过本仿真系统对实际道路进行交通安全识别，验证本系统 的精度和可操作性。 第二章道路交通事故多发路段研究现状 5 第二章道路交通事故多发路段研究现状 从发达国家的道路交通安全的发展历程来看，事故多发路段的鉴别与整改是改 善交通安全状况的有效方法之一。目前，我国正处于交通事故高速增长的时期， 为了尽快扭转道路交通安全面l 临的严峻局面，预防交通事故特别是群死群伤重特 大交通事故的发生，切实保障人民群众生命财产的安全，各省市的相关部门采取 了多种措施，全面排查治理道路交通事故多发路段成为各种工作的重点。由于各 国和各地区的道路交通事故在数量、分布、特性以及事故数据的记录、统计和整 理等方面存在很大差异，从而直接影响事故多发路段鉴别方法的采用，中国的事 故情况与发达国家的差异较大，因此，寻找一种理论上可靠，使用上简单方便， 适合我国的事故多发展路段鉴别方法，仍是目前重要的工作之一。 2 1 定义 在国内外相关资料上，事故多发路段的称谓有不同的表述，国外多称之为 a c c i d e n t p r o n e ，h a z a r d o u sl o c a t i o n s 或俗称b l a c k s p o t s 国内使用的多为“事故多 发位置”，“事故多发路段”或“事故多发点”，湖南省在全面排查治理道路交通事 故多发路段的工作过程中，对事故多发点和事故多发路段作了明确的规定：5 0 0 m 范围内，在一年中发生3 次重大以上交通事故的区域称为事故多发点，道路上 2 0 0 0 m 范围或道路桥梁、涵洞全程的事故发地称之为事故多发路段。事故多发位 置的定义也有不同的表述，但大多没有作相对精确的定义。 澳大利亚莫那什大学( m o n a s hu n i v e r s i t y ) 的欧顿教授( k w o g d e n d ) 在道路 安全工程指南一书中将事故多发位置定义为：道路系统中事故具有无法接受高 的发生率位置。 北京工业大学任福田、刘小明教授则认为：“在计量周期内，某个路段的事故 次数明显多于其他路段，或超过规定的数值时，则该路段即为危险路段。”。 湖南大学冯桂炎教授从事故的分布特征角度指出事故密集分布的路段和交叉 口称为事故多发点或路段”。 2 2 国内外研究状况 事故多发路段的研究和确定对研究公路交通安全具有重大影响，其原因在于： 事故多发路段集中较大比例的交通事故，具有较大的危害性； 事故多发路段发，七的交通事故与公路线形、交叉口、交通安全设施和交通 第二章道路交通事故多发路段研究现状 6 环境等因素有关，究竟是如何相关，是公路设计、管理部门所要特别关心的； 对事故多发路段采取有针对性的改善措施能以较少的投入、大幅度地降低整 条公路的事故率，取得较大的经济和社会效益。因此，事故多发路段的确定一直 受到道路和交通管理部门的关注。 交通安全问题是一个世界性的问题，判断出事故多发路段，进行事故多发路段 的成因分析，并提出相应的整改措施，一直是国内外交通安全工作的主要目标。 国内外事故多发路段研究的差别主要体现在事故多发路段的鉴别上。 2 2 1 国外事故多发路段的评定方法 许多国家对事故多发路段这一问题进行了很多研究，并提出了一系列方法， 从目前来看，大体有如下几种鉴别方法。 ( 1 ) 英国的方法 英国鉴别事故多发路段的方法是借助构成事故率标准的三个主要组成部分来 鉴别事故多发地段，即： 事故次数和事故类型； 事故发生时间、日期； 道路长度或区域大小，其规定如下： 在0 1 k m “范围内，1 年发生过4 次事故，称为危险地点； 伯1 在0 3 k m 长的路段上，3 年中发生过1 2 次事故，称为危险位詈： ( c ) 在1k m z 范围内，1 年中有4 0 次或4 0 次以上事故，称为事故易发地区。 ( 2 ) 泰国的方法 泰国是世界上道路交通安全状况比较差的国家之一，为了改善交通安全状况， 泰国在事故多发路段的研究方面做了大量的工作，在研究中，考虑了事故率与交 通量的关系，对多发事故的交叉口则考虑事故数与交通量的关系，通过对过去多 年事故与交通量的统计分析，拟订出鉴别标准。事故率按以下标准计算： 事故率= 两畿誉嚣 当某一路段( 或交叉口) 一年中交通事故率( 或事故数) 超过鉴别标准时，即可确 定为事故多发点，泰国的确定的鉴别标准为：事故多发地段为平均同交通量 预测值，) ，则可定义为危险地点。 ( 4 ) 意大利的方法 根据事故数与交通量求出相对危险度f k 一篇筹羔 式中：i 、f 、m 分别表示在长度l 的路段上每年登记的事故次数，受伤人数 和死亡人数； a 、b 、c 是假定分别将1 次事故、1 位受伤人、1 位死亡人折算成常用 的经济负担单位的相对加权数： a a d t 为年平均交通量。 应用同一标准时间内得到的上述指标以鉴别危险地点。 ( 5 ) 美国采用的质量控制法 质量控制法是一种按照质量控制理论进行事故多发点筛选的方法，假定任何 情况下，交通事故发生的概率服从汽车每k m 平均事故次数的泊松分布，规定了在 一定置信度下的事故率大于上限为危险路段，上、下限之间为应注意路段，小于 下限为事故较少的路段，即安全路段。上、下限计算公式为： r + i n k 嫱+ 去 耻舢k j 吾一击 第二章道路交通事故多发路段研究现状 8 式中：r 为l 临界比率，彤为上限值，r j 为下限值 a 为类似路段平均事故率 k 为统计常数，如9 5 置信度，i ( - - 1 9 6 m 为特定地点在调查期间的平均车辆出现数，交叉路口以百万辆机 动车计，路段以亿辆机动车计。 德国的方法 德国用事故严重性综合指标来评价总的道路交通事故数。 u - p 1 雅1 - i - p 2 以2 + p 3 玎3 + p 4 n 4 式中：嘞、n ：、，l ，、栉。为各种类型的事故数量 a 、p ：、p ，、p 。为与各种类型事故相应的严重性系数。 ( 7 ) 前苏联的事故率系数法 每一路段的道路交通事故相对概率可用总计的事故率系数来评价，如果综合事 故率超过2 5 一一4 0 ( 属于道路改造期) 或1 5 - 一2 0 ( 属于道路新建期) 时，可以 认为该路段是事故多发点。 2 2 2 国内事故多发路段的评价方法 近年来，我国各省市纷纷开展了事故多发路段的研究工作，在借鉴国外先进 经验的基础上，针对中国交通发展的情况，在事故多发路段的鉴别方法方面取得 了丰硕的成果，概括起来，可分为以下几种方法： ( 1 ) 西安公路研究所的方法 我国西安公路研究所在对陕西省2 2 条主要干线事故多发点实地调中，按陕西 省的交通情况，制定了连续三年以上，平均每年发生2 次以上交通事故作为事故 多发点的标准，并通过历史资料建立了道路条件( 路基宽度、纵坡、弯道半径、 超高、视距、摩擦系数) 6 个安全度评价模型以鉴定事故多发地点。该方法能方便 地找出事故多发点，但只考虑到影响安全度的道路因素，却没有考虑其它的因素。 ( 2 ) 湖南省的方法 湖南省在全面排查治理道路交通事故多发点段的过程中，规定： 多发：一年内发生3 次重大以上交通事故； 点：5 0 0 m 范围内的事故发生地： 段：道路上2 0 0 0 m 范围内或道路桥梁、涵洞全程的事故发生地。 该方法在实际运用中十分有效，却没有理论上的指导意义。 第二章道路交通事故多发路段研究现状 9 ( 3 1 交通部公路科学研究所的预测道路断面事故率法 定义断面事故率为以该断面为中心的1k m 路段内通过每百万辆车发生的交通 事故的次数，并依照断面事故率的高低排序，从中进行事故多发点的筛选和鉴别。 事故数或事故率法，把统计周期内事故地点发生的事故次数或事故率按高低排序， 指定前若干个地点为事故多发点。一般综合应用事故数和事故率法相结合判断事 故多发路段。该方法考虑了交通量与事故数的关系，但对临界事故数并没有作出 明确的定义。 ( 同济大学的累计频率法 累计频率法是基于统计学原理的一种方法，以每一单位长度0 k i n ) 发生的事故 次数为纵坐标，以发生大于某一事故次数的累计频率为横坐标，绘制累计频率曲 线。在累计频率1 5 一一2 0 问，有个“突变点”，往“突变点”左边移动，事故 数急剧增大，但事故频率减少不多，即很短的里程的事故数占有相当大的事故分 量：当向“突变点”曲线右边移动，事故数减少不多，但事故频率增加较大，即较 长的里程的事故数所占的事故分量不算大。该方法确定的事故多发路段并没有把 所有道路条件异常的路段全包括进去，它注重的是以最小的费用，取得最大的安 全治理效果，可以说是一种经济判别方法，有很高的实用价值。但也有缺点，一 是没有考虑事故的严重情况，二是没有找出所有的道路条件异常路段。 ( 5 ) 事故多发路段的冲突判定法 该方法由长安大学和交通部科学研究院研发，事故多发路段的冲突判定法是 以交通冲突技术作为其理论基础，对路段交通状况进行冲突观测分析，建立以交 通冲突为基础的路段交通事故多发点判定方法。其理论依据主要有以下儿个方面： 严重冲突与事故之问有良好的相关关系，严重冲突间接地反映了地点安全 程度的好坏； 严重冲突能够较好地反映地点安全状况的变化趋势； 严重冲突的严重性可以反映交通参与者的安全感好坏； 路段每天严重冲突的发生规律较好地服从泊松分布。 通过对路段严重冲突的大量调查和统计分析，选择代表正常安全性的冲突值 作为判定j 下常与异常的标准，如果观测到的冲交数大于该值，则认为该路段在安 全性方面发生了显著变化，出现了不安全因素，应当作为一个事故多发点来进行 治理。该方法只能在对路段的安全性能有一定了解，认定该路段的危险比较高的 情况下爿。好采用，所以，准确地说，该方法只是一种事故多发路段的验证方法。 f 6 1 东南大学的模糊评价法 该方法是在被鉴别的路段的道路条件、交通条件差别较大，采用其它方法难 以保证鉴别精度的情况下，针对交通安全概念的模糊性、评价思维方式的多样性 第二章道路交通事故多发路段研究现状 1 0 及评价结果常以口语化词汇表达的特点，建立模糊评价模型，对路段的危险性进 行综合排序，从而确定整改的顺序。该方法确定了整改顺序，但并没有明确确定 事故多发路段。 2 2 3 国内外事故多发路段鉴别方法评价 从以上的分析可以看出，世界各国在事故多发路段方面的研究是非常多的， 事故多发路段的鉴别方法种类繁多，但概括起来可以分为三大类：事故数法、事故 率法、概率论一数理统计方法。这些方法都各有优缺点。 ( 1 ) 事故数法 这类方法的代表有英国的方法、西安公路研究所的方法，这种方法简单明了， 便于操作，在各地进行事故多发点的排查过程中采用得比较多。但也存在着一定 局限性：一是事故数量统计要求绝对真实，不能隐瞒或遗漏数据。二是从道路和交 通的角度来看，即使一些未引起多少财产损失的事故也是值得重视的；再一个就 是对不同等级的道路，其绝对事故数量和特征是不一样的，在交通量大，交通混 乱的道路上也许二、三起事故算不了什么，但是对另外一条道路来说，也许问题 就很严重，因此，单纯以事故的绝对数进行事故判别将会与实际情况有较大的出 入。 ( 2 ) 事故率法 这类方法的代表有泰国的方法、丹麦的方法，事故率法的一个特点就是考虑 了事故的绝对数、交通量和路段长度。因而此类方法较绝对数法更接近实际情况。 当然，这些方法在应用时也存在着一些局限性。首先，从交通量与交通事故的关 系来看，交通量与事故并不是成正比关系，在交通量比较小时，由于车速较快， 引起的交通事故也会比较大。另外，尽管交通量的采集工作在某些道路做得很好， 但在大多数低等级公路上，几乎没有交通量的历史数据，这样就给分析带来一些 困难。 美国采用的质量控制法，将预定改善地点或路段的事故率和所有类似地点或 路段的事故率进行比较。但这一方法在计算类似路段事故率时，应有大量类似路 段的统计数据，且置信度的选取也要有大量统计数据的支持，如数据过少会对最 终分析结果有直接影响。 0 1 概率论一数理统计方法 这类方法的代表有累计频率法、冲突判定法，是在对目杯路段的交通安全数据 进行广泛调查的基础上，依据概率论与数理统计的方法对数掘进行整理分析，找 出交通事故的统计规律，并确定界限值，从而筛选出事故多发点。这样得出的事 第一二章道路交通事故多发路段研究现状 1 1 故多发点的可靠性高，错判的可能性小，应用前景广。但这类方法也存在着需要 数据多，调查时间长范围广的缺陷。 2 3 最新发展趋势 近年来，仿真识别技术不断发展，为道路交通事故多发路段的识别提供了新 的方法和手段。基于仿真识别技术生成的道路事故多发路段识别方法，有别于传 统依据事故数据、统计判别事故多发路段的识别手段，它既能从交通事故中道路 的安全因素角度出发鉴别和预测事故多发路段，又避免了现实中交通事故的损失。 英国的安全评价软件s a f e n e t 是国外具有代表性的运用仿真技术评价道路安 全的软件。由英国交通研究实验室研制开发，用来帮助交通工程师设计和建造更 安全的乡村、城市道路网络。它主要被应用于评价交通管理规划的安全性。 在国内，部分交通科研单位和院校对仿真技术在道路安全评价方面的应用进 行了研究和开发。比如，昆明理工大学提出了基于驾驶模拟器对设计道路进行安 全评价的方法”“。 而本文提出的道路事故多发路段识别系统，是基于a d a m s 多体动力学仿真软 件开发出的仿真识别新手段，也是仿真技术在道路安全评价的应用上做出的探索 和尝试，希望能创新出一种可行并有效的事故多发路段识别新方法。 第二章道路交通事故多发路段仿真识别系统 1 2 第三章道路交通事故多发路段仿真识别系统 3 1 基于仿真技术的道路事故多发路段仿真识别系统构想 近年来，道路交通安全评价的研究在我国获得广泛关注，我国道路交通事故 多发路段的研究取得了长足的进步。但是我国关于道路交通事故多发路段的鉴定 识别还存在诸多的不足。从国内外事故多发路段的研究成果中作者发现，由于评 价交通事故的标准不统一，研究方法各异，导致了这些成果难以系统地论证交通 事故与其他相关因素的内在联系，甚至不同的论文得出的结论是截然相反的。另 一方面，当时应用比较广泛的评价道路安全性的方法包括：从历史的事故资料求 出一个事故率平均值；由经验丰富的专家进行评价；用前后对比研究进行评价。 这些道路安全评价方法都是针对已经建成的道路而言，一个很大的问题是这些方 法都无法对设计方案进行安全评价“。 当前，计算机软件系统结构化、集成化和人机交互的概念已经深入人心。运 用计算机仿真技术，可以大大简化产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周 期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统性能， 获得最优化和创新的设计产品。仿真技术试验次数可以不受限制、试验过程可重 复性，将仿真试验技术应用于道路事故多发路段识别研究，不仅克服了传统研究 方法的不足，而且可以最大限度地节约成本开支，减少对人体及环境的危害“”。 因此，作者构想设计一个道路事故多发路段仿真识别系统，该系统除了评价己建 成道路的安全状况之外，主要用于对设计方案进行安全评价，目的是在方案设计 阶段尽可能消除安全隐患，减少道路建成以后交通事故的发生和道路改建的费用。 仿真系统识别系统 信恳反馈 图3 ，1 事故多发路段仿真识别系统构想 f j g u r e3 1t h ec o m t e i v eo fr o a dt r a f f i cb l a c k - s p o t s s i m i a t i o ni d e n t i f i c a t i o ns y s t e m 完整的道路事故多发路段仿真识别系统应该是结构化的，它包含仿真和识别 两大系统，如图3 1 所示。仿真系统在考虑人、车、路、气候等各个因素对道路安 全的影响基础上建立道路模型、车辆模型、车路耦合模型，这三个子模型之间既 有联系又相互独立。另一大识别系统是结合仿真系统结果进行评价的系统，该评 第二章道路交通事故多发路段仿真识别系统 1 3 价系统能帮助道路设计人员从道路安全的角度评价设计方案并在设计阶段对方案 进行调整。最后，仿真识别系统应该具备良好的人机交互功能，用户可以在设计 的任何阶段调用仿真识别系统并自行决定评价的参数。这样，仿真识别系统就能 成为一个功能较完善，有相对可行性的道路事故多发路段评价系统。 3 1 1 仿真识别系统的研究思路 根据前面的设想，建立仿真识别系统的主要思路，即在基于多体动力学理论 的商用软件a d a m s 环境下建立适合汽车运行的多种工况的道路模型、多自由度的整 车多体动力学分析模型以及车路耦合模型。通过车辆在道路上的仿真运行，根据 车辆运行状态稳定性和安全性的分析，研究道路事故多发路段的分布和形成原因， 找出可能发生交通事故的地点，分析确定道路事故多发路段，使道路事故多发路 段的事前识别和预测得以实现。由于时间和笔者能力的原因，本文最终所设计的 仿真识别系统，在该思路上做了相对的简化。本文主要研究了系统中最关键的内 容：仿真模型和识别指标体系的创建，而对识别系统中人机交互功能，以及识别 评价结果自动输出功能只是做了初步的设计，有待日后继续深入研究。 3 1 2 仿真识别系统的主要内容 本文的仿真识别系统主要包括：道路模型、车辆模型、车路耦合模型、试验 仿真模型、预测评价模型、参数输入模型、数据输出模型七个子模型一 仿真过程中系统通过调用各个子模型来对道路的安全性进行多方面的评价， 通过对评价结果的分析，对设计道路的事故多发路段做出事前型的预测，使得道 路设计人员和交通管理部门能调整原有的设计方案或事先采取有效改进措施，达 到提高道路的安全性和检测道路设计是否符合道路安全审计规范的作用。以上七 个子模型都设计成单独的程序软件包，以保证能和a d a m s 软件完好地集成在一起， 能够独立工作，并且都采用交互式工作方式，用户能够随时从模型中获得有用的 反馈信息，调整输入参数来改变车辆运行的工况或者选择不同的车辆模型进行仿 真。图3 2 是道路事故多发路段仿真识别系统的结构示意图。 纂翥唑t 塑羁雨刖 车一路耦台模型 仿真识别军绩 最终设计方案 图32 道路事故多发路段仿真识别系统结构示意图 f i g u r e32t h es k e t c hm a po ft r a f f i cb i a c k s p o t ss i m u i a t i o ni d e n t i f i c a t i o ns y s t e m 数据输出梗型 第二章道路交通事故多发路段仿真识别系统 1 4 3 1 3 仿真识别系统各子模型介绍 下面简要介绍子模型的功能。 ( 1 ) 参数输入模型和数据输出模型 参数输入模型主要是提供车型、驾驶员行为模式、道路等信息输入提供一个 界面窗口。其中驾驶员行为模式的输入主要是为了让道路设计人员根据自己的需 要选定不同的驾驶员行为、不同的车速来进行仿真。车辆的实际行驶是人、车、 道三者相互不断协调配合的过程，根据道路条件的变化，驾驶员通过“感受”和 “判断”，及时发出“指令”，对车辆控制系统进行调节，使之准确、及时、迅 速地改变行驶方向或立即减速、停车，以保证安全行车。在仿真系统中，作者参 照实际情况，利用a d a m s d r i v e r ( 驾驶员模块) ，使用确定驾驶员行为的特征文件 来确定各种操纵工况，在道路曲线上进行复杂道路仿真实验，车辆的初始速度根 据道路的等级进行选定，一般为该等级道路的设计车速，转向、油门、换档、离 合、刹车由程度( 进程) 进行控制。道路信息包括道路基本信息，如道路名称、 道路等级、设计日交通量、地形类别等，道路平面线形、道路纵断面线形、道路 横断面线形，路面材料，道路已经投入使用的年数，路面的破损程度等；能够改 变道路使用条件进而影响驾驶员行为的信息，如天气状况：雾天的能见度、北方 冬季寒冷气候下的路面冰雪覆盖状况、雨天的路面湿滑程度、非机动车及行人的 交通辆、及其对驾驶员行为的影响程度等，为了与下面的车一路耦合模块接合起 来，用户( 道路设计人员维护人员) 输入的道路数据需转化为多体动力学软件a d a m s 路面模块所能识别的 r d f 格式的文件。 数据输出模型主要是针对仿真系统输出的速度、位移、加速度等表征汽车运 行状态的数据与曲线图和识别系统输出的道路事故多法路段的判定结果给予一个 输出界面窗口。 ( 2 ) 道路模型 通过输入被评价的道路数据信息，生成符合仿真识别系统要求的道路模型。 道路模型中可以创建各种工况下汽车运行的道路，例如长下坡路段、积水路 段、不平路面、急弯路段等。本文的模型创建大都基于多体动力学软件a d a m s ，而