接入管理技术在公路交叉口安全改善中的运用

第37卷第2期2011年2月北京工业大学学报JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol．37No．2Feb．2011接入管理技术在公路交叉口安全改善中的运用潘福全1，张丽霞1，陆键2，项乔君2，陆林军2(1.青岛理工大学汽车与交通学院，青岛266520;2.东南大学交通学院，南京210096)摘要:为了改善公路平面交叉口的交通安全，引进了道路管理接入技术．根据交叉口功能区概念，界定了公路平面交叉口功能区上下游范围．针对目前公路平面交叉口中常存在的安全问题，研究了6种适合平面交叉口的接入管理技术，给出了技术原理和设计方案以及有关技术运用的建议值．建立了基于交通冲突点的安全改善评价方法，定量评价了这6种道路接入管理技术运用后的安全效果．评价结果说明这些接入管理技术对公路平面交叉口的交通安全具有积极的改善作用．关键词:接入管理技术;公路交叉口;安全问题;安全改善中图分类号:U412文献标志码:A文章编号:0254－0037(2011)02－0237－06收稿日期:2009-02-23．基金项目:国家自然科学基金资助项目(50522207);交通部科技项目资助(200431822333)．作者简介:潘福全(1976—)，男，山东安丘人，副教授．公路平面交叉口是公路网的节点和枢纽，它对公路网中交通流的转换起着重要作用．虽然交叉口在公路网里程中所占比例很小，但是发生在交叉口及其附近的交通事故比例却很高．据统计，美国发生在交叉口及其附近的事故数占总交通事故的36%．中国发生在交叉口及其附近的事故数占总交通事故的30%［1］．交叉口成为交通事故易发点的原因有多种，但是一个重要的主要原因是交叉口本身存在安全问题和安全隐患．根据文献［2-3］，目前我国公路交叉口存在的主要安全问题有交叉口接入太多、交叉口选位不当，从而导致交叉口存在大量的冲突点，这些冲突点致使交通冲突和交通事故的发生．道路接入管理技术是以交通安全为首要出发点，对道路设施进行合理设计和对交通运行进行科学管理的一种技术．把道路接入管理技术运用到公路平面交叉口，有助于提高交叉口设计的合理性和规范性，能有效降低交通事故发生的可能性和严重程度，提高交叉口的交通安全性．作者针对公路交叉口存在的主要问题，对接入管理技术在交叉口安全改善中的运用进行研究，根据相关理论和实地观测提出了部分接入管理技术运用时的建议值．建立了基于交通冲突点的安全改善评价方法，并定量评价了接入管理技术的运用对交叉口的安全改善作用．1接入管理技术美国从20世纪70年代开始研究道路通行效率和交通安全，至今已形成了一套较为完善的技术体系，称为道路接入管理技术(accessmanagementtechniques)．根据美国TRB《接入管理手册》［4］的定义:接入管理是对道路交叉口、分割带开口、立交及路段上接入道路的选位、设计、管理的一种系统的管理控制．接入管理是为了在土地开发利用的过程中，为机动车提供方便接入的同时，也保证整个交通运输体系的安全和效率，维护道路的功能．接入管理技术面向整个道路网络系统，本论文只研究适于交叉口范围的接入管理技术．所以需要确定交叉口的范围，即交叉口功能区．2交叉口功能区的界定公路平面交叉口区域的定义可分为交叉口物理区和交叉口功能区2种．交叉口物理区是指交叉道路北京工业大学学报2011年的重叠部分，它以交叉口转角及相邻的所有边界为限，通常被认为是交叉口的“入口”，如图1所示．交叉口功能区是指交叉口物理区及其上游和下游车道的延伸，包括辅助车道(见图1)．交叉口功能区的定义对交叉口交通运行的机动性和安全性有着重要意义．机动车进入交叉口要进行一系列复杂的操作:反应、减速、排队等待、转向或穿越、加速等，功能区则是实施这一系列复杂操作的面积范围，或者说是交叉口对其相交道路的影响区域范围．根据车辆驶入和驶出，交叉口进口道分为功能区上游和功能区下游．驶入车道为上游区，驶出车道为下游区．交叉口功能区范围的界定就是确定各进口道上下游车道的长度．通常，交叉口功能区上游由3部分组成:司机发现交叉口的感知反应时间内行驶的距离d1;车辆减速行驶的距离d2;车辆排队长度d3．交叉口功能区上游长度dup=d1+d2+d3，如图2所示．图1交叉口物理区和功能区Fig．1Physicalareaandfunctionalarea图2功能区上游车道组成Fig．2Composingofupstreamfunctionalintersectionarea功能区下游长度ddw由交叉口车辆的停车视距决定，即功能区下游长度不能小于以交叉口相交道路设计速度计算的停车视距长度．这样规定的目的是确保车辆在发现功能区外潜在冲突时能及时刹车从而避免事故．结合中国公路设计规范［5-6］中的设计参数，通过计算，建议各等级公路进口道功能区上下游长度值如表1所示．表1各等级公路进口道功能区上下游长度值Table1Upstreamanddownstreamfunctionaldistanceatdifferentintersections进口道等级设计速度/(km·h－1)d1/md2/m乡村区城镇区主路次路d3/mdup/mddw/m具干线功能的一级公路100/8070/5540/35155/100130/8515/20185－240/140－175160/110具集散功能的一级公路80/6055/4035/25100/5585/5020/25140－175/100－120110/75具干线功能的二级公路8055351008520140－175110具集散功能的二级公路60/4040/3025/2055/2550/2025/30100－120/70－8575/403具体接入管理技术接入管理技术有多种．在交叉口安全改善中，具有明显效果的接入管理技术主要有以下6种．3.1功能区内接入道路的关闭在接入管理技术中，所有与交叉口直接相接的支路或次要道路统称为接入道路．理想状况下，在交叉口功能区范围内不允许有任何形式的接入道路存在，但在实际中，交叉口功能区内存在接入道路的现象相当普遍．在接近交叉口物理区附近，由于接入道路导致冲突点多而密集，会严重影响交通安全(见图3)．832第2期潘福全，等:接入管理技术在公路交叉口安全改善中的运用图3接入道路对交叉口的影响Fig．3Impactsofdrivewaystointersections所以有必要界定这一范围，这一范围之内不允许有接入道路．车流由路段进入交叉口，速度会由相对稳定变为逐渐波动，车辆速度差逐渐变大．可以通过速度差(一般取15km/h)作为控制参数来限制接入距离，即在车辆速度差大于某个数值时禁止任何接入．通过大量观测发现，在交叉口入口60m处以内车辆速度差大于15km/h，在该范围的接入道路会对交叉口安全产生严重影响．因此建议关闭距交叉口60m内的所有接入道路．3.2功能区内接入道路的出入控制当交叉口功能区内接入道路为双向道路时，根据图4接入道路的出入控制Fig．4Inandoutcontrolofdriveways主路交通量的大小对接入道路进行出入控制管理．出入控制的方式主要有:禁止左进(图4(a)(b))、禁止左出(图4(c)(d))和禁止左进左出(图4(e)(f))．主路没有中央分隔带的，可以设置渠划岛，主路已有中央分隔带的，对中央分隔带开口进行处理．根据交叉口具体交通特征，建议功能区内上游车道的接入道路禁止左进左出;功能区下游车道的接入道路则根据主路支路间的交通流状况禁止左出或禁止左进．3.3功能区内接入道路的接入顺序当交叉口的进口道两侧各有一个接入道路时，其先后接入交叉口的顺序不同会产生不同的交通冲突后果．在分析接入道路对主交叉口产生的交通冲突时，主要考虑主交叉口的交通流．正确的接入顺序是当主交叉口进口道上的车辆先经过左侧的接入道路，再经过右侧接入道路时，左转车辆之间不会产生交通冲突，如图5所示;而错误的接入顺序则会产生严重程度较高的交叉冲突，如图6所示．图5正确的接入顺序Fig．5Correctaccesssequence图6不正确的接入顺序Fig．6Incorrectaccesssequence因此，当交叉口某进口道两侧接入道路出现不合适的接入顺序时，建议将靠近主交叉口的接入道路关闭，重新设置到反向接入道路的下游，以减少对主交叉口的不利影响．3.4接入道路与交叉口进口道直接相交的处理在交叉口功能区内，若1条接入道路直接与交叉口的进口道相交，会对主交叉口的安全运行产生很大的不利影响，这相当于在主交叉口附近又增加了1个交叉口．在交叉口的新建或改建中应避免这种情况932北京工业大学学报2011年出现，若存在这样的直接相交，建议将接入道路进行偏置，如图7，并且偏置后的接入顺序符合3.3的要求．图7偏置接入道路Fig．7Offsetdisposalofdriveways3.5功能区内接入道路的合并若交叉口功能区内的接入道路或接入口过多过密，可以考虑将其合并，再将合并而成的道路对交叉口的接入口设置于功能区之外(如图8)，尽可能地消除接入道路对主交叉口的冲突．通过这样的道路合并可以减少接入对主交叉口的不利影响．3.6交叉口U形转弯当交叉口的某条相交道路左转车辆流量很大时，直接左转导致的交通冲突往往很严重．为了分离左转车流和直行车流的交通冲突，可采用间接左转的方式，U形转弯是接入管理中较为普遍的间接左转:左转车辆进入交叉口，先进行右转运行，行驶一段距离后再左转往回行驶，以此代替直接左转，如图9．U形转弯的实施一般要求中央分隔带较宽．因为较宽的中央分隔带可容纳车辆，并允许其选择恰当时机左转．一般要求中央分隔最小宽度不小于4m．另外车辆右转后直行的一段距离不能过短，过短的距离不会起到降低冲突的作用，国外研究表明该最短距离不得小于150m．图8交叉口接入道路的合并Fig．8Drivewaycombination图9U形转弯Fig．9U-turndesign4安全改善评价方法美国在评价某种接入管理技术运用所带来的安全效益时，往往通过分析交通事故数和交通冲突率来得到结论．但是所需要的周期较长、工作量大，而且评价数据只有在接入管理技术实施后才能获得．从交通事故和交通冲突发生的机理来看，冲突点是导致两者发生的关键因素，因此，基于冲突点开发安全改善评价方法能代替基于交通事故和交通冲突的评价方法，而且不但可以避免大量的数据观测，还可以预先评价接入管理技术的运用效果．接入管理技术在交叉口实施后，主要是冲突点的变化．冲突点数量减少，或者冲突点的恶性程度降低．因此，构造包含冲突点数量和冲突点类型的安全改善评价模型来评价接入管理技术对交叉口的安全042第2期潘福全，等:接入管理技术在公路交叉口安全改善中的运用改善作用．评价模型为I=∑ki×Ci(1)式中，I为潜在冲突指数，即安全改善评价指标，I值越大说明交叉口减少的潜在冲突越大，接入管理技术运用的安全效果越好;i为冲突点类型，分别为分流冲突点、合流冲突点和交叉冲突点;ki为i类冲突点的恶性程度，反映冲突点可能导致交通事故发生的严重性程度;Ci为减少的i类冲突点数量．国内外大量资料和实践经验表明，分流冲突点所导致的碰撞事故一般为追尾事故，合流冲突点所导致的碰撞事故一般为侧面撞击，而交叉冲突点所导致的交通碰撞事故一般为迎面碰撞和直角碰撞．因此，分流冲突点的恶性程度最低，合流冲突点的恶性程度中等，交叉冲突点的恶性程度最高．根据美国交叉口交通事故数据［7］，计算出了交叉冲突点、合流冲突点、分流冲突点的相对恶性程度分别为3.0、1.5、1.0［8］．运用该评价方法对以上6种接入管理技术的运用对交叉口安全改善作用进行评价．假设公路为双车道，计算得出I值，如表2所示．由表2可知，每种技术都能减少可能发生交通事故的危险性．因此，接入管理技术对交叉口的安全改善作用明显．表2各接入管理技术I值Table2Ivaluesofvariousaccessmanagementtechniques接入管理技术说明减少的冲突点/个分流合流交叉I功能区内接入道路的关闭关闭1个