高速公路爬坡路段交通流运行特征及对交通安全影响机理

The freeway climbing sections are the object of this study. The concept and determination method of climbing sections affected zone are proposed. From the perspective of traffic engineering, traffic flow theory, systems engineering, statistics, driver's driving behavior analysis, impacts of traffic conditions (traffic volume and traffic composition) and road conditions (slope length, slope gradient alignment combination form, with/without climbing lanes ) on traffic flow characteristics are analyzed quantitatively. The variation of operating speed, delay, acceleration, headway and time headway of freeway climbing sections under different road and traffic conditions are discussed through traffic data statistical analysis from field observation and traffic flow simulation analysis. On this basis, a comprehensive index to reflect the characteristics of traffic flow is build. Then a statistic analysis model is constructed to explain the relations among road conditions, traffic flow comprehensive index and traffic conflicts of freeway climbing sections. Furthermore, the model is optimized and validated by more field data. Finally, safety levels of traffic flow on freeway climbing sections are classified according to the comprehensive index of traffic flow characteristics. The parameters of optimization design for freeway climbing sections are obtained under different traffic conditions and safety levels。Thus theoretical models and design methods for optimization design of freeway climbing sections are established.

本项目以高速公路爬坡路段为研究对象，提出了爬坡路段影响区概念及其界定流程，从交通工程、交通流理论、系统工程、统计学、驾驶行为分析等角度出发，利用现场交通观测数据统计分析和交通流仿真分析相结合的方法，对高速公路爬坡路段的交通条件（交通量和交通组成）、道路条件（坡长、坡度、线形组合类型、爬坡车道的设置情况）对交通流运行特征的影响等进行定量分析，确定交通流运行特征随道路条件和交通条件的变化规律。在此基础上构建能够反映交通流运行特征的综合指标，并以此指标为依据，划分爬坡路段的交通流安全状态。建立爬坡路段道路条件和交通条件、交通流综合指标与交通冲突的统计分析模型，并结合爬坡路段交通事故分析，对模型进行了优化和有效性验证。最后针对不同的交通条件和安全等级，研究相应的优化设计参数，由此建立高速公路爬坡路段优化设

项目首先对高速公路交通安全评价的国内外研究现状进行了综述，总结了现有研究的不足，确定了本项目的研究内容、研究方法和技术路线。然后从理论上围绕爬坡路段的道路条件、交通条件、交通流特征与交通安全的关系展开研究，并将所提出的爬坡路段交通安全评价方法在宁杭高速东庐山路段开展了实际的工程应用。具体内容包括：.（1）爬坡路段交通数据调查与仿真。论文以双向四车道未设置爬坡车道的爬坡路段为研究对象。首先对高速公路爬坡路段进行了分类，选定具体的爬坡路段类型。选择东庐山爬坡路段为调查对象，通过现场观测和交通仿真方法获取研究所需数据。.（2）爬坡路段交通流特征及影响因素分析。统计分析交通量、大车比例、平均车速、大小车速度差、相邻路段车速差、车速标准差、车速降低系数、车头时距等交通流运行特征，建立了大小车速度差和车速标准差的回归模型；.（3）爬坡路段影响区的界定和特征子路段的划分。在交通流特征分析基础上，提出了爬坡路段影响区的概念。以交通流指标变化规律为依据，确定了爬坡路段上游影响区和下游影响区的范围。根据车速标准差的变化规律，采用有序聚类的方法将影响区进一步划分为若干特征子路段。.（4）爬坡路段交通安全评价指标体系。结合爬坡路段交通流运行特征，初步确定了爬坡路段交通安全评价指标的筛选范围。借助路段交通冲突技术，进一步分析了评价指标与交通冲突的关系，验证了评价指标的有效性，构建了爬坡路段评价指标体系。.（5）爬坡路段交通安全评价方法。针对整个爬坡路段影响区，构建了基于贝叶斯网络的爬坡路段交通安全宏观评价模型，以事故风险概率为依据，划分了宏观交通安全等级；对爬坡路段及上游影响区、下游影响区，利用交通流表征指标构建了爬坡路段交通安全微观评价模型。.（6）爬坡路段交通安全评价方法的应用。以东庐山段爬坡路段为例，采用本文提出的评价方法进行了详细分析。根据交通安全评价结论，提出了三种交通安全改善方案并进行了比选。