留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

隧道与主线出口间小净距路段车辆行驶特征分析

唐皓 唐忠泽 张驰 韦彬 张昆仑 杨坤

唐皓, 唐忠泽, 张驰, 韦彬, 张昆仑, 杨坤. 隧道与主线出口间小净距路段车辆行驶特征分析[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(4): 33-43. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004
引用本文: 唐皓, 唐忠泽, 张驰, 韦彬, 张昆仑, 杨坤. 隧道与主线出口间小净距路段车辆行驶特征分析[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(4): 33-43. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004
TANG Hao, TANG Zhongze, ZHANG Chi, WEI Bin, ZHANG Kunlun, YANG Kun. An Analysis of Driving Behavior on Short Distance Section between Tunnel and the Exit of Main Roadway[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(4): 33-43. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004
Citation: TANG Hao, TANG Zhongze, ZHANG Chi, WEI Bin, ZHANG Kunlun, YANG Kun. An Analysis of Driving Behavior on Short Distance Section between Tunnel and the Exit of Main Roadway[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(4): 33-43. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004

隧道与主线出口间小净距路段车辆行驶特征分析

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.04.004
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2020YFC1512005

深圳市综合交通设计研究院有限公司项目 HT2020211077

详细信息
    作者简介:

    唐皓(1975—),高级工程师. 研究方向:道路交通安全. E-mail: 68087585@qq.com

    通讯作者:

    张驰(1981—),博士,教授. 研究方向:道路交通安全. E-mail: zhangchi@chd.edu.cn

  • 中图分类号: U412.36+6

An Analysis of Driving Behavior on Short Distance Section between Tunnel and the Exit of Main Roadway

  • 摘要: 当受地理与投资因素限制,山区高速公路隧道与主线出口间距离低于规范值,则该区域称为小净距路段。为描述该区域车辆行驶特征,充实山区公路设计与交通管控的理论基础,在我国秦岭服务区等7处山区高速公路小净距路段,通过无人机定点俯拍采集高清行车视频,基于视频提取全域车辆高精度速度与轨迹数据,实现车辆行驶特征分析。本研究基于SIFT算法进行视频配准;基于YOLOv5与DeepSORT算法实现车辆检测与连续跟踪;采用Savitzky-Golay滤波器对数据进行光滑滤波。基于以上方法,可获得高精度车辆行驶数据。经验证,车速精度可达到95%以上,轨迹误差小于20 cm。而后,考虑了净距长度、车辆类型、车道分布等指标,从多角度多因素对行车特征进行了分析。结果显示:①小净距路段车辆行驶特征与普通路段有明显的差异,车速分布不满足正态分布规律;②整体上驶出车辆在渐变段起点前10~20 m左右会稳定车辆运行状态;③由于视角更高,货车相对小车能更快识别出口路况,所以车速相对平稳;④内侧驶出小车在渐变段起点20 m后以1.1~1.4 m/s的横向速度驶入减速车道,当主线为左偏曲线最有利于驶出;⑤净距长度对驾驶行为产生的影响最为明显,交通流方面交通量是最大的影响因素,道路线形因素中曲线偏转方向及偏转角是最大的影响因素。

     

  • 图  1  DJI-Mavic 2 zoom无人机

    Figure  1.  DJI- Mavic 2 zoom drone

    图  2  小净距工程案例分布

    Figure  2.  Distribution of short distance sections

    图  3  航拍采集实景图

    Figure  3.  Aerial photography collection picture

    图  4  图像配准防抖

    Figure  4.  Image registration stabilization

    图  5  车辆检测与跟踪

    Figure  5.  Vehicle detection and tracking

    图  6  Savitzky-Golay数据滤波

    Figure  6.  Data filtering

    图  7  车辆轨迹与速度分布

    Figure  7.  Vehicle trajectoryand speed distribution

    图  8  隧道出口小净距路段变道车辆速度图

    Figure  8.  Changes in the speed of vehicles changing lanes in the short distance section at the exit of the tunnel

    图  9  驶出车辆轨迹图

    Figure  9.  Trajectory of outgoing vehicles

    图  10  部分小净距路段运行速度数据频率分布直方图

    Figure  10.  Histogram of frequency distribution of running speed data on some short distance sections

    表  1  调研路段

    Table  1.   Investigation section 单位: m

    公路名称 构造物 隧道长度 净距长度
    西汉高速 朱雀停车区 6 300 15
    秦岭服务区1 6 160 23
    秦岭服务区2 11 200 25
    皇冠互通1 330 23
    皇冠互通2 370 150
    福银高速 辋川互通 1 500 630
    沪陕高速 竹林关互通 1 080 30
    下载: 导出CSV

    表  2  数据准确性检验

    Table  2.   Data accuracy test

    车型分类 车速分类
    真实车速(km/h) 检测车速(km/h)
    小车 79 77
    79 79
    64.8 67
    86 80
    86 82
    74 79
    86.4 91
    69 66
    64.8 68
    大车 47 45
    45 41
    45 40.5
    64.2 65
    39.8 36
    43.2 39
    39 39
    57.6 59
    61.5 60
    下载: 导出CSV

    表  3  误差分析

    Table  3.   Error analysis

    车辆类型 误差极大值/(km/h) 极值误差率/% 均值误差/(km/h) 均值误差率/% 均值准确率/% 均方根误差/(km/h)
    大车 5 10 2.98 6.06 93.7 2.94
    小车 6 6.98 3.89 5.08 95.5 3.74
    下载: 导出CSV

    表  4  路段数据信息

    Table  4.   Data information

    路段 拍摄时长/min 小车总量/驶出车辆 大车总量/驶出车辆
    朱雀停车区 30 97/21 210/165
    秦岭服务区1 30 148/54 124/300
    秦岭服务区2 30 160/60 130/210
    皇冠互通1 30 191/35 106/230
    皇冠互通2 25 166/26 87/180
    辋川互通 30 195/50 124/200
    竹林关互通 25 93/45 88/45
    下载: 导出CSV

    表  5  各小净距路段车速数据描述信息

    Table  5.   Speed data description information of each short distance sections 单位: km/h

    小净距采集点 均值 中位数 标准差 方差 偏度 峰度 极大值 极小值 V85
    秦岭1号小净距 90.91 87.45 14.80 217.66 -0.12 0.27 123.91 42.22 97.85
    秦岭2~3号小净距 87.78 86.51 15.61 248.55 -0.26 -0.72 117.54 49.45 104.78
    木瓜园隧道小净距 85.26 86.4 12.56 157.73 0.21 -0.45 121.6 60.63 97.92
    无名隧道小净距 87.38 87.73 12.64 159.68 0.18 -0.42 120.36 57.6 101.65
    辋川隧道小净距 86.11 86.4 10.77 115.95 0.52 -0.16 120 62.27 97.92
    州河北隧道小净距 89.78 88.31 11.63 135.27 0.60 -0.25 119.13 61.29 103.59
    下载: 导出CSV

    表  6  正态性验证

    Table  6.   Normality verification

    小净距采集点 Z 渐近显著性
    秦岭1号小净距 0.128 0
    秦岭2~3号小净距 0.072 0.007
    木瓜园隧道小净距 0.077 0
    无名隧道小净距 0.084 0
    辋川隧道小净距 0.093 0
    州河北隧道小净距 0.109 0
    下载: 导出CSV

    表  7  影响因素信息统计

    Table  7.   Statistics of influencing factors

    路段名称 净距长度/m 交通流因素 道路几何因素
    交通量/(veh/h) 大型车比例/% 转向比例/% 半径/m 转角/(°) 偏向 纵坡/%
    秦岭1号小净距 30 710 24.98 15 直线 2
    秦岭2~3号小净距 33 430 37.48 9.7 直线 2
    木瓜园隧道小净距 25 720 21.58 3.7 直线 1.5
    无名隧道小净距 152 488 32.08 2.5 1 800 25 右偏 1.5
    辋川隧道小净距 605 804 19.68 6.1 1 500 16 左偏 /
    州河北隧道小净距 33 626 31.38 8 700 78 左偏 -0.65
    下载: 导出CSV

    表  8  各小净距变道速度和断面速度离散性数据表

    Table  8.   Discrete data table of lane change speed and section speed for each short distance

    路段 变道速度/(km/h) 断面速度/(km/h)
    平均值 速度变异系数 平均值 速度变异系数
    秦岭1号小净距 45.9 0.33 84.91 0.18
    秦岭2~3号小净距 53.9 0.26 87.24 0.15
    木瓜园隧道小净距 60.1 0.30 85.22 0.16
    无名隧道小净距 76.32 0.20 88.64 0.13
    辋川隧道小净距 61.68 0.21 86.55 0.17
    州河北隧道小净距 68.83 0.31 89.75 0.13
    下载: 导出CSV

    表  9  出口间最小净距

    Table  9.   The minimum distance between exits

    主线设计速度/(km/h) 最小净距/m
    单向2车道 单向3车道 单向4车道
    120 500 700 1 000
    100 400 600 800
    80 300 450 600
    下载: 导出CSV

    表  10  最小净距组成

    Table  10.   The composition of minimum value

    主线设计速度/(km/h) 最小净距/m
    明适应距离 识别距离
    120 100 350
    100 84 290
    80 67 230
    下载: 导出CSV
  • [1] VOS J, FARAH H, HAGENZIEKER M. Speed behaviour upon approaching freeway curves[J]. Accident Analysis & Prevention, 2021, 159: 106276.
    [2] MCCARTT A, NORTHRUP V, RETTING R. Types and characteristics of ramp-related motor vehicle crashes on urban interstate roadways in Northern Virginia[J]. Journal of Safety Research, 2004, 35(1): 107-114. doi: 10.1016/j.jsr.2003.09.019
    [3] 赵一飞, 陈敏, 潘兵宏. 隧道与互通式立交出口最小间距需求分析[J]. 长安大学学报(自然科学版), 2011, 31(3): 68-71. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XAGL201103015.htm

    ZHAO Y F, CHEN M, PAN B H. Minimumspacing demand analysis between tunnel and exit of interchange[J]. Journal of Chang'an University(Natural Science Edition), 2011, 31 (3): 68-71. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XAGL201103015.htm
    [4] 丁瑞, 刘俊, 蒋艳, 等. 基于车辆加速度数据的互通立交匝道驾驶风险分析[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(1): 17-25. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0003

    DING R, LIU J, JIANG Y, et al. Driving risks of interchange ramps based on vehicle acceleration data[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2021, 39(1): 17-25. (in Chinese) doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0003
    [5] PINNOW J, MASOUD M, ELHENAWY M, et al. A review of naturalistic driving study surrogates and surrogate indicator viability within the context of different road geometries[J]. Accident Analysis & Prevention, 2021, 157: 106185.
    [6] 陈云, 杜志刚, 焦方通, 等. 小半径公路短隧道入口段不同车型视觉负荷研究[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2019, 43(4): 708-711, 717. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JTKJ201904026.htm

    CHEN Y, DU Z G, JIAO F T, et al. Research on visual loads of different vehicle types in short tunnel entrance section of small radius highway[J]. Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science & Engineering), 2019, 43 (4): 708-711, 717. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JTKJ201904026.htm
    [7] QAID H, WIDYANTI A, SALMA S A, et al. Speed choice and speeding behavior on Indonesian highways: Extending the theory of planned behavior[J]. IATSS research, 2022, 46 (2): 193-199. doi: 10.1016/j.iatssr.2021.11.013
    [8] 陈志贵, 王雪松, 张晓春, 等. 山区高速公路驾驶人加减速行为建模[J]. 中国公路学报, 2020, 33(7): 167-175. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL202007017.htm

    CHEN Z G, WANG X S, ZHANG X C, et al. Modeling of driver acceleration and deceleration behavior in mountain freeways[J]. China Journal of Highway and Transport. 2020, 33(7): 167-175. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL202007017.htm
    [9] ZHOU J, LUO Y, ZHZNG H, et al. Safety design strategy for highway interchange exit ramp[J]. Journal of Architectural Research and Development, 2021, 5(2): 1954.
    [10] 张驰, 闫晓敏, 李小伟, 等. 互通式立交单车道出口小客车运行速度模型[J]. 中国公路学报, 2017, 30(6): 279-286. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL201706011.htm

    ZHANG C, YAN X M, LI X W, et al. Operating speed model of passenger car at single-lane exit of interchange[J]. China Journal of Highway and Transport. 2017, 30(6): 279-286. (inChinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL201706011.htm
    [11] 姚晶, 王海君, 潘兵宏. 基于换道模型的高速公路隧道出口与主线分流点最小净距研究[J]. 中外公路, 2017, 37(4): 298-302. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWGL201704068.htm

    YAO J, WANG H J, PAN B H. Research on the minimum clear distance between the expressway tunnel exit and the main line diversion point based on the lane changing model[J]. Journal of China & Foreign Highway, 2017, 37(4): 298-302. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWGL201704068.htm
    [12] 廖军洪, 王芳, 邬洪波, 等. 高速公路互通立交与隧道最小间距研究[J]. 公路, 2012(1): 1-7. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GLGL201201002.htm

    LIAO J H, WANG F, WU H B. Research on minimum distance between interchange and tunnel in expressway[J]. Highway, 2012, 1: 1-7. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GLGL201201002.htm
    [13] 盛启锦. 隧道群出口毗邻互通路段分离式指路标志设置研究[D]. 重庆: 重庆交通大学, 2020.

    SHENG Q J. Research on Setting of SeparateDirectional Signs for Tunnel Group Exit Adjacent to Mutual Intersection[D]. Chongqing: Chongqing Jiaotong University, 2020. (in Chinese)
    [14] PORTERA A, Bassani M. Experimental investigation into driver behavior along curved and parallel diverging terminals of exit interchange ramps[J]. Transportation research record, 2021, 2675(8): 254-267.
    [15] SINGH H, KATHURIA A. Analyzing driver behavior under naturalistic driving conditions: a review[J]. Accident Analysis & Prevention, 2021, 150: 105908.
    [16] PUNZO V, BORZACCHIELLO M T, CIUFFO B. On the assessment of vehicle trajectory data accuracy and application to the Next Generation SIMulation(NGSIM)program data[J]. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 2011, 19(6): 1243-1262.
    [17] KRAJEWSKI R, BOCK J, KLOEKER L, et al. The highd dataset: A drone dataset of naturalistic vehicle trajectories on german highways for validation of highly automated driving systems[C]. 21st International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), Maui, HI, USA: IEEE, 2018.
    [18] 孔烜, 张杰, 邓露, 等. 基于机器视觉的车辆检测与参数识别研究进展[J]. 中国公路学报, 2021, 34(4): 13-30. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL202104003.htm

    KONG H, ZHANG J, DENG L, et al. Research advances on vehicle parameter ldentification based on machine vision[J], China Journal of Highway and Transport, 2021, 34(4): 13-30. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL202104003.htm
    [19] ZHANG C, TANG Z. ZHANG M., et al. Developing a more reliable aerial photography-based method for acquiring freeway traffic data[J]. Remote Sensing, 2022, 14(9): 2202.
    [20] LOWE D G. Distinctive image features from scale-invariant keypoints[J]. International Journal of Computer Vision, 2004, 60(2): 91-110.
    [21] LIY L, DING Y Q, LI T. Nonlinear difusio fitering for peak-preseving smoothing of a spectrum signal[J]. Chemometrics and Intelient Laboratory Systems, 2016, 156: 157-165.
    [22] REINARTZ P, LACHAISE M, SCHMEER E, et al. Traffic monitoring with serial images from airborne cameras[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2006, 61(3/4): 149-158.
    [23] 邓国忠, 曹帆, 吴勇. 互通式立交与隧道出口小间距路段事故影响因素分析[J]. 中外公路, 2019, 39(4): 283-287. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWGL201904058.htm

    DENG G Z, CAO F, WU Y. Analysis on accidents influence factors of the small spacing section between intersection andtunnel exit[J]. Journal of China & Foreign Highway, 2019, 39(4): 283-287. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWGL201904058.htm
    [24] 戢晓峰, 谢世坤, 覃文文, 等. 基于轨迹数据的山区危险性弯道路段交通事故风险动态预测[J]. 中国公路学报, 2022, 35(4): 277-285. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL202204023.htm

    JI X F, XIE S K, QIN W W, et al. Dynamic prediction of traffic accident risk in risky curve sections based on vehicle trajectory data[J], China Journal of Highway and Transport, 2022, 35(4): 277-285. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL202204023.htm
    [25] 阎莹, 王晓飞, 张宇辉, 等. 高速公路断面运行车速分布特征研究[J]. 中国安全科学学报, 2008, 18(7): 171-176. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZAQK200807030.htm

    YAN Y, WANG X F, ZHANG Y H. Research on section operating speed distribution characteristics of expressway[J]. China Safety Science Journal, 2008, 18(7): 171-176. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZAQK200807030.htm
    [26] 蔡晓禹, 雷财林, 彭博, 等. 基于驾驶行为和信息熵的道路交通安全风险预估[J]. 中国公路学报, 2020, 33(6): 190-201. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL202006019.htm

    CAI X Y, LEI C L, PENG B, et al. Road traffic safety risk estimation based on driving behavior and information entropy[J]. China Journal of Highway and Transport, 2020, 33 (6): 190-201. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL202006019.htm
    [27] 阎莹, 张迎, 李庚凭, 等. 基于速度特征指标的高速公路线形一致性综合评价[J]. 安全与环境学报, 2017, 17(3): 835-839. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-AQHJ201703007.htm

    YAN Y, ZHANG Y, LI G P, et al. Comprehensive evaluation of the highway alignment consistency based on the driving speed index characteristic features[J]. Journal of Safety and Environment, 2017, 17(3): 835-839. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-AQHJ201703007.htm
  • 加载中
图(10) / 表(10)
计量
  • 文章访问数:  226
  • HTML全文浏览量:  130
  • PDF下载量:  29
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-16
  • 网络出版日期:  2023-11-23

目录

    /

    返回文章
    返回