基于軌跡的交叉口機非沖突特性分析
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作者：張毅
交叉口是城市道路網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，起著轉(zhuǎn)換交通流的重要作用，交叉口區(qū)域的機非沖突也成為非機動車事故的重要原因。
同時，非機動車準時性高、出行靈活、環(huán)保、健康、低能耗，自行車交通作為綠色交通出行方式，已成為發(fā)展城市公共交通系統(tǒng)、緩解道路交通壓力的良好補充。符合我國國情并且作為我國城市道路主要交通方式之一的非機動車在現(xiàn)階段具有不可替代性，所以研究非機動車也將成為熱點。
目前國內(nèi)外對于車輛沖突的研究大多是針對機動車與機動車之間，對于非機動車沖突的研究比較匱乏。本文選取兩相位交叉口為研究地點，同時把沖突最為嚴重的直行非機動車和對向左轉(zhuǎn)機動車的沖突作為研究對象。利用George軟件從視頻中提取車輛軌跡，對非機動車發(fā)生沖突時的避讓行為進行分析，計算沖突指標來界定沖突的嚴重性。
1 數(shù)據(jù)的獲取
研究微觀的沖突特性必須要參考車輛運行軌跡，這里采用日本的George軟件來提取車輛軌跡，下面簡要介紹軌跡的提取方法。
首先導(dǎo)入交叉口的錄像，添加video file，錄像中的某一時刻截圖就會出現(xiàn)在軟件的操作界面，見圖1�？梢愿鶕�(jù)自己的需要調(diào)節(jié)畫面的比例以提高軌跡的準確度；然后添加基準點，這里盡量選擇分散于整個畫面的點作為基準點，并且輸入點的坐標（最少需要4個），這些點可以經(jīng)過實地測量，也可以利用Google map或者道路地圖得到，點之間的距離可以推算出每個點的坐標；接著需要點擊射影變換參數(shù)的推定，這里實測值和推定值之間會有一個殘差，如果對參數(shù)結(jié)果不滿意，可重新修正基準點；再規(guī)定視頻播放速度（幀數(shù)，這里統(tǒng)一為0. 12 s），左擊的同時畫面會移動到下一幀，重復(fù)操作即可得到車輛的運行軌跡，圖1中黑點構(gòu)成的線條為一輛機動車在交叉口內(nèi)部區(qū)域的完整運行軌跡。車輛軌跡提取完后會生成相應(yīng)的軌跡數(shù)據(jù)，包括時刻、坐標、速度、加速度等參數(shù)。
視頻拍攝地點選取上海市吉浦路仁德路交叉口，以及劍河路仙霞西路交叉口，這2個交叉口都是兩相位且機非沖突較為嚴重；拍攝時間選擇早晚高峰。 研究對象選取直行非機動車和對向左轉(zhuǎn)機動車沖突，選擇這種沖突的原因是根據(jù)視頻觀測和實際經(jīng)驗，這種機非沖突數(shù)目多，發(fā)生頻率高，具有代表性。
2避讓行為分析
這里把視頻中提取出的多組沖突做一個分類，大致可以分為4類。4類典型的車輛軌跡見圖2，較細的點代表非機動車運行軌跡，較粗的點代表機動車運行軌跡。對應(yīng)的避讓形式行為和常見的情況見表1。
根據(jù)視頻和實地的觀測，在不同的交通條件下（包括車速，綠燈時期，多車沖突還是單車沖突，人為因素等），機非沖突發(fā)生時的避讓形式也五花八門，單從定性的角度可以根據(jù)避讓行為分為以上4大類，可以看出這些避讓形式是機非沖突的特點，與機動車沖突和人車沖突的區(qū)別還是比較明顯的。接下來需要對沖突的嚴重性做一個判定，整個交叉口范圍的機非沖突嚴重程度取決于單位時間沖突數(shù)目和單個沖突的嚴重性，單位時間沖突數(shù)目自然可以從視頻中獲取，單個沖突嚴重性需要考慮一些定量的指標，同時來探討上述4種避讓形式的沖突的嚴重性是否存在一致性和差異性。3沖突嚴重性的判定
3.1 指標的定義
這里參考美國Tuner-Fair Bank HighwayResearch Center提出的SSAM（安全間接分析
模型）。
現(xiàn)在假設(shè)沖突的2車為A和B，t1為A車或者B車采取措施避讓危險（即有明顯的加減速或者轉(zhuǎn)向）的時刻，速度分別為VA1和VB1，以這個速度到達沖突點的時間分別為tA1和tB1，A和B到達沖突點的時刻分別為t A和t B。分析指標如下。
后侵占時間(post encroachment time，PET),即2車到達沖突點實際時間差，PET=t A-t B；距離沖突發(fā)生的時間(time to collision，TTC)，TTC -min( tA1 – t1 tB1 – t1）；車輛避免碰撞減速度DST，指沖突某一時刻，一車按照現(xiàn)有速度運行，另一車與此車同時到達沖突點且停車需要采取的減速度，這里取2車沖突過程中最大的避免碰撞減速度。TTC與PET的示意圖見圖3。
3.2指標的計算和分析
這里采用M atlab來計算各個指標的值。首先是軌跡數(shù)據(jù)的讀入，然后根據(jù)數(shù)據(jù)判斷兩者是否構(gòu)成沖突，如果構(gòu)成，則找到?jīng)_突點的位置坐標，PET，TTC，DS丁等指標也可以根據(jù)沖突點坐標以及2車軌跡數(shù)據(jù)計算而得。符合沖突的數(shù)據(jù)一共有110組，計算每個沖突的TTC，PET，DST值，探討4種不同避讓形式?jīng)_突的指標值有何區(qū)別，做出散點圖，見圖4，橫坐標為每種形式?jīng)_突的沖突計數(shù)，縱坐標為指標的值。從TTC和PET值來看，避讓形式1和3的機非沖突TTC值和PET值都比較小，TTC基本都在Is以下，PET基本在2.5 s以下，而DST值比較大，沖突相對更加嚴重一些，避讓形式2和4的沖突則相反，這和預(yù)想中的結(jié)果相符合，形式1和3都是單車采取減速，另一方基本沒有避讓行為，沖突的嚴重性可想而知；避讓形式1的DST普遍略大于形式3，根據(jù)視頻的觀測和實際經(jīng)驗，非機動車駕駛員在遇到?jīng)_突并且主動避讓時，通常會緊急剎車停車觀望，而機動車在通過交叉口時，除非特別擁堵，否則一般不會緊急剎車，而是緩慢減速，所以類型1的DST比較大，但是由于兩者制動和駕駛習(xí)慣不同，DST并不能反應(yīng)沖突的嚴重與否；雙方都意識到?jīng)_突的發(fā)生并且有了減速的行為（類型4），此種沖突TTC基本都在Is以上，值得注意的是DST值有時會比較大，可能是由于雙方都意識到危險后的行為緩解了沖突的嚴重性。
3.3結(jié)論
這里選取國際上普遍較為認可的TTC值來評價沖突嚴重性。根據(jù)錄像觀測時對沖突嚴重
性的判斷和每個沖突TTC值的計算，可以獲得嚴重沖突及一般沖突的TTC的累積頻率分布，見圖5。
在圖5b）中，選擇85%位累積頻率對應(yīng)的TTC值作為一般沖突的下界，可以看出為
1. 8～1.9 s。同理，嚴重沖突的上界應(yīng)為0.9 s，由此可以得出交叉口機非沖突的判定標準為：0<TTC≤0.9 s時為嚴重沖突，0.9 s≤TTC<1.9 s時為一般沖突，當(dāng)TTC>1.9 s時可以認為不構(gòu)
成機非沖突。
4結(jié)語
我國非機動車數(shù)量龐大，機非沖突是導(dǎo)致交叉口通行能力降低、交通秩序混亂、事故多發(fā)的重要因素。本文選取上海市的兩個交叉口，通過視頻的拍攝和軌跡提取，分析了沖突行為，利用TTC對我國交叉口區(qū)域機非沖突進行研究，0<TTC≤0.9 s時為嚴重沖突，0.9 s≤TTC<1.9 s時為一般沖突，當(dāng)TTC>1.9 s時認為不構(gòu)成機非沖突。該結(jié)論對于機非嚴重沖突和事故之間的回歸分析具有重要意義。由于數(shù)據(jù)是基于視頻，精度方面有一定局限性，還需要通過更大規(guī)模的樣本來分析。通過更加深入的研究，希望能找到全新的指標值如非機動車轉(zhuǎn)向角等來評價機非沖突的嚴重性，為交叉口改善治理提供理論依據(jù)，有效緩解沖突，減少事故發(fā)生。
5摘要為了研究交叉口區(qū)域非機動車和機動車發(fā)生沖突時的特性，通過視頻拍攝，利用George
軟件提取車輛軌跡，歸納機非沖突時4種典型的避讓行為，結(jié)合軌跡數(shù)據(jù)計算沖突指標，利用TTC來判定機非沖突嚴重性。結(jié)果表明，0<TTC≤0.9 s時為嚴重沖突，0.9 s≤TTC<1.9 s時為一般沖突，當(dāng)TTC>1.9 s時可以認為不構(gòu)成機非沖突。
