基于视频交通冲突的信号交叉口主动安全评价与设计优化研究

As the key nodes of the urban road network, signalized intersections are not only the traffic congestion induced points, but also the location of frequent traffic conflicts. Traffic conflicts based safety evaluation is an effective way to improve the safety of signalized intersections. Towards the active safety assessment and design optimization for signalized intersections, this project focus on the in-depth study of the key issues in traffic conflict technology. By studying the effectiveness of traffic conflict and its quantitative methods, it overcomes the shortcomings of subjective on traffic conflict technology. Based on the analysis of characteristics of traffic conflicts data at signalized intersections, traffic conflicts models for signalized intersections are developed. Accounting for the impacts of traffic flow and spatial heterogeneity on traffic conflicts, traffic conflicts optimization models are further developed. Based on the analysis of mechanism of traffic conflicts at signalized intersections, a safety evaluation method and design optimization method for signalized intersections based on traffic conflicts models are proposed. The research results can not only perfect the basic theory of traffic conflict techniques, but also provide theoretical basis for establishing the active traffic safety evaluation and decision-making systems of signalized intersections, as well as provide technical support for safety modification and safety design for signalized intersections. The results are of great significance to enhance the traffic safety management level of signalized intersections in China.

信号交叉口作为城市路网的关键节点，不仅是交通拥堵诱发点，也是交通冲突常发点。基于交通冲突的信号交叉口安全评价是改善交通安全的有效途径。本项目面向信号交叉口主动交通安全评价和设计优化的需求，深入研究交通冲突技术中的关键基础问题。通过研究交通冲突有效性及其定量化方法，克服交通冲突技术主观性较强的缺点。在系统分析信号交叉口交通冲突数据特征的基础上，构建信号交叉口交通冲突模型；考虑交通流和空间异质性对交通冲突的影响，建立信号交叉口交通冲突优化模型。在解析信号交叉口交通冲突影响机理的基础上，提出基于交通冲突模型的信号交叉口安全评价方法和设计优化方法。研究成果不仅可完善交通冲突基础理论体系，而且为建立信号交叉口主动交通安全评价、决策体系提供理论依据，为信号交叉口安全改造和安全设计提供技术支持。对提升我国信号交叉口交通安全管理水平具有重要意义。

本项目面向信号交叉口主动交通安全评价和设计优化的需求，深入研究交通冲突技术中的关键基础问题。在南京、昆明、扬州、温哥华等多个城市70余个信号交叉口获取了2,000多个小时的频数据，从中提取交通冲突样本90,000多个。在此基础上，系统研究了信号交叉口交通冲突有效性与定量化、面向信号交叉口的复杂交通冲突建模方法和信号交叉口主动安全评价和设计优化等问题。利用信号交叉口的交通事故数据和交通冲突数据，建立了交通事故与交通量、不同TTC阈值下的交通冲突等不同谱光变量之间的负二项回归模型，证实了信号交叉口交通冲突技术的有效性；将交通冲突的定义方式和交通冲突技术的有效性结合起来，通过分析交通事故-冲突率的变异系数得到交通冲突技术的定量化定义，得出有效交通冲突判别临界值为TTC在2.8-3.0秒，为交通冲突作为有效的交通安全替代指标奠定了理论基础。基于贝叶斯方法框架，构建了基于贝叶斯PLN模型的追尾交通冲突安全性能函数；构建了基于贝叶斯MVPLN模型的不同交通状态下直左交通冲突模型和不同交通状态下独立PLN交通冲突模型；构建了基于贝叶斯随机参数的直右交通冲突模型，为交通冲突技术的落地应用提供了重要的技术支持和保障，为理解信号交叉口交通设计要素和交通流要素对交通冲突发生影响机理提供了直接依据。研究了基于极值统计模型的交通冲突极值模型构建方法，分别提出了基于区组极值分布的交通冲突广义极值模型和基于超阈值分布的交通冲突广义帕累托极值分布模型；研究了基于交通冲突和基于交通事故的“事前-事后”安全评价方法，提出了基于交通事故的PLN线性干预模型和基于交通冲突的分层极值统计模型；研究了基于交通冲突的信号交叉口设计优化方法，并以渠化岛优化设置为案列，提出了基于交通冲突模型的信号交叉口渠化岛设置方法提出了基于交通冲突模型的信号交叉口渠化岛设置方法，为交通冲突技术在信号交叉口安全评价和设计的落地提供了应用。