一种无信号交叉口机动车冲突概率判断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及城市道路交叉口安全设计与评价的技术领域，尤其是指一种考虑实体 车辆行驶区域的无信号交叉口机动车冲突概率判断方法。
【背景技术】
[0002] 交叉口是城市交通运行的"瓶颈"，其安全问题一直是人们关注的焦点，交叉口冲 突分析和安全评价成为交通工程研究领域一个十分重要的内容。目前计算交叉口机动车冲 突概率的方法主要可以分为两类：1)沈家军等人以机动车流车头时距概率密度分布函数， 临界间隙为主要参数建立机动车与机动车冲突概率模型的方法，积分求解；2)金蔡 (Kinzer，1933年)等人关于泊松分布等数学模型在交通领域应用的研究，以泊松分布拟合 机动车流到达情况，计算车辆到达率，并通过概率公式求解车流中存在机动车冲突的概率。
[0003] 可以看到，现有的无信号交叉口机动车冲突概率计算方法存在一定的不足。过往 的研究均将车辆抽象为质点，求解出车辆在冲突点发生冲突的概率。本文将交叉口质点运 动产生的冲突点问题转化为实体车辆行驶产生的潜在冲突区域问题，建立无信号交叉口的 机动车冲突区域概率模型，从而计算交叉口内任一点可能产生车辆冲突的概率。
[0004] 交叉口实际运行时，由于车辆本身占有一定区域且可能发生摆动偏移等情况，冲 突点应随冲突方式和偏移结果变化，而非确定与行驶轨迹线上的一点。本发明以交叉口设 计图为基础进行栅格划分，计算冲突概率时考虑实体车辆的尺寸和运行轨迹、侧向偏移等 交叉口实际运行中不可忽视的因素，确定潜在冲突区域及其对应冲突概率。建立冲突概率 模型时，区分横向和纵向概率。横向概率指在某方向车流运行轨迹及两侧可能到达的距离 范围内，车辆出现在一个断面各位置的概率;纵向概率指在一段时间内有该方向车辆经过 断面的概率。两概率相乘可认为某方向车流出现在其轨迹范围内某栅格单位的概率，而两 车流方向的概率相乘即可认为该两向车流同时有车辆出现在某栅格单位的概率，即该栅格 单元的冲突概率。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种考虑实体车辆行驶区域 的无信号交叉口机动车冲突概率判断方法，突破常规的计算无信号交叉口机动车冲突概率 时抽象质点运动，仅考虑冲突点概率的方法，转而解决整个交叉口内部区域的冲突概率问 题。
[0006] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种无信号交叉口机动车冲突概 率判断方法，包括以下步骤：
[0007] 1)选定研究的交叉口，获取基础资料，总共包括四方面的资料:交叉口几何信息、 交叉口交通管理策略、交叉口交通流数据及车辆相关参数；
[0008] 2)在选定交叉口的设计图形上均匀划分N个栅格单元并做近似处理，将每个栅格 单元中心处出现车辆的概率作为该栅格单元出现车辆的概率；
[0009] 3)计算各流向车辆出现概率，对内部栅格赋值;首先，确定车辆在交叉口的运行轨 迹，其次求轨迹范围内有车出现的概率，最后对轨迹范围内的栅格进行赋值；
[0010] 4)确定交叉口范围内任意栅格单元的冲突概率，根据步骤3)得到的结果求两个及 以上流向的冲突概率并对栅格重新赋值；
[0011] 5)输出交叉口所有栅格冲突概率最终赋值结果。
[0012] 在步骤1)中，所述交叉口几何信息包括交叉口类型、交叉口范围、各进口道的车道 数及宽度设置、设计半径，从交叉口基本设计方案获得几何信息资料;所述交叉口交通管理 策略包括交叉口的车道功能设置、转向限制、设计车速，从交叉口交通管理方案获得管理策 略资料;所述交叉口交通流数据指交叉口各进口道车辆到达率，从交通量预测数据得到研 究交叉口的各流向交通量数据，从而计算各流向车辆的到达率;所述车辆相关参数包括车 辆的长度、车辆的宽度、车辆的偏移量。
[0013] 在步骤2)中，根据选定的交叉口对其进行栅格处理，包括以下步骤：
[0014] 2.1)建系：以交叉口东西向和南北向中心线交汇处为坐标原点，东西方向为X轴， 南北方向为y轴建立平面直角坐标系；
[0015] 2.2)划分:设交叉口长度为2a，宽度为2b;交叉口在交叉口的两个坐标轴上分别任 意插入n-1个分点，把交叉口分割成了N个栅格，记为
[0016] Rec (i j) = {χι-ι, χι, yi-i, yi}
[0017] -a = X〇<Xl<X2<-,,<Xn-l<Xn = a
[0018] -b = y〇<yi<y2<---<yn-i<yn=b
[0019] 2.3)近似：在每个栅格1?扣（。）中，取其形心；当栅格数量114~，栅格面积5[此(3 (ij)]-〇,故用车辆出现在栅格形心的概率作为车辆出现在该栅格单元中的概率，即P(Rec (ij))=P(P〇int(ij))=PAij；
[0020] 在步骤3)中，计算各流向车辆出现概率，对内部栅格赋值，包括以下步骤：
[0021] 3.1)根据所得到的交叉口各进口车道功能设置情况，分析各进口道车辆所有可能 的运行轨迹;车辆能够到达的范围宽度为标准车的宽度B，以东进口道的三条车道为例：
[0022] 对于东进口道的直行车流，其在交叉口内部的运行轨迹为直线，轨迹方程为：
[0024] 式中:D--车道宽度;A--中央分隔带宽度，无中央分隔带取〇;
[0025] 对于东进口左转车流，其在交叉口内部的运行轨迹为圆心为(xn，y。），Ri为半径的 圆上的一个劣弧，轨迹方程为：
[0027] 式中:?--左转车流轨迹半径;Rdi--交叉口左转车流设计半径；
[0028] 对于东进口右转车流，其在交叉口内部的运行轨迹为圆心为(xn，yn)，Rr为半径的 圆上的一个劣弧，轨迹方程为：
[0030] 式中:Rr--右转车辆轨迹半径;Rdr--交叉口右转车流设计半径；
[0031] 其余轨迹方程同理可求；
[0032] 3.2)确定纵向概率：即确定交叉口车辆轨迹范围内栅格因车辆到达而有车辆出现 的概率;根据各流向预测交通量计算车辆到达交叉口的到达率;确定两车发生冲突的时间 间隔为：
[0034] 式中：L--标准车长度;B--标准车宽度;vi，V2--可能发生冲突的两流向道路 设计车速；
[0035] 用泊松分布拟合无信号交叉口的车辆到达;则在观测时段t内，有车辆出现在轨迹 范围内栅格单元Rec (i j)的概率PRi j为：
[0037] 式中：λ--车辆到达率，单位为pcu/h;
[0038] 3.3)确定横向概率：即交叉口车辆轨迹范围内栅格因车辆侧向偏移而有车辆出现 的概率;车辆的侧向偏移属于人的操作误差，不失一般性，认为其服从正态分布；
[0039]记栅格单元Rec(ij)的形心坐标为：
[00411以东进口道的三车道的车流为例，栅格Rec (i j)因车辆偏移而有车辆出现的概率 为：
[0048] 式中:μ--车辆中心线与车道中心线偏移量的均值；
[0049] σ--车辆中心线与车道中心线的纵坐标偏移量方差，通过观测统计得到；
[0050] 其余车流同理可求；
[0051] 3.4)计算各流向车辆在交叉口内某栅格出现的概率;设车辆到达交叉口的时候某 一小部分占据了小方格Rec(icJ。），发生侧向偏移后该部分占据的小方格变为Rec(ij);用 表示某车辆沿轨迹k出现在小方格Rec(i j)的概率，则
[0053]式中:PAlj-一交叉口车辆轨迹范围内栅格Rec(ij)被车辆占据的概率；
[0054] PRij一一车辆出现在栅格Rec( i j)的概率；
[0055] pDij--车辆出现在概格Rec (i j)的概率；
[0056]在步骤4)中，确定交叉口范围内任意栅格单元的冲突概率，包括如下步骤：
[0057] 4.1)建立轨迹范围内的概率冲突模型，计算所有车辆轨迹范围内的栅格发生冲突 的概率;分析无信号交叉口机动车运行轨迹，找出所有能够经过栅格Rec(ij)的车辆轨迹； 经分析，在同一小方格内最多可能有三条车辆轨迹线经过，记为a，b，c，则栅格Rec( i j)发生 冲突的概率为：
[0061] 式中:a，b，c一一在一个栅格单元内最多可能经过的三条车