一项车头时距和碰撞时间作为安全指标的对比
卡佳沃格尔
瑞典国家公路交通研究院，S-58195林雪平，瑞典
于2001年9月13日收到;在修订后的表格2002年1月21日收到;接受于2002年2月13日
摘 要
对这两个安全指标——“间隔时间”和“碰撞时间（TTC）”进行了讨论，并对它们的用途在确定的不同交通状况的安全性进行比较，比在一个路口的不同位置。为期6天的周期交通流量措施在有着停车标志四路交界处的轻微道路实施。结果发现，对于在跟车情况下的车辆来说，进展和TTC是彼此独立的。小车头时距的百分比是横跨于接合处的不同位置相对恒定，而小TTC值百分比于不同位置之间变化。建议使用间隔时间为执法目的，因为小车头时距产生潜在的危险情况。 另一方面，TTC，应当在一定的交通环境，被用于在安全性方面进行评估，因为它表示的危险的情况下的实际的发生。
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关键词：安全评估;安全性指标;碰撞时间;前进
1、简介
车间时距（H）是用于估计的特定交通状况的关键性的指标之一。它已被定义为在道路最前头车辆通过的一个点和下面的车辆通过的同一点之间的经过时间（埃文斯，1991年，第313页）。在一些国家，这个指标也被权力机关用于因为靠的太近而处以罚款。另一种广泛使用的安全指标是碰撞时间（TTC），由海沃德（1972）介绍了一个概念。它表示如果没有人采取规避动作，离两车发生碰撞的时间跨度，在这项研究中，这两个指标将被比较，无论在理论上和有关的经验数据。
1.1、车头时距
车间时距是通过取两个车辆的到达同一位置之间所经过的时间测量（见公式（1））。
H = H = ti minus; timinus;1（1）
与ti 表示在车辆i超过某个位置的时间和timinus;1在车辆i前方的车辆经过相同的位置时的时间。
不同的国家有关于法律或推荐的安全距离略有不同的规则。在美国，例如几个驾驶员培训大纲（Michael等人，2000年）说过，不可能在小于2秒的车头时距安全地跟随车辆。在德国，推荐的最小距离为“半速度计”，这意味着，一辆在以80公里/小时行驶的汽车应该保持至少40米的距离。此规则转换为建议1.8秒的车头时距。时距小于0.9秒时，将被处以罚款。在瑞典国家公路管理局建议，在农村地区时间的车头时距为3秒，以及警用1秒的时间作为处以罚款的定位。
研究人员调查是否存在最佳时间的车头时距、交通事故发生和司机特征之间的任何联系，但结果并不一致。埃文斯和瓦西莱夫斯基（1982）声称，例如，谁保持较长时间车头时距的司机往往有较少的事故和违规行为的历史。另一方面，同一作者（埃文斯和瓦西莱夫斯基，1983）1年后指出，最佳车间时距和交通事故发生之间可能会被检测到的没有可靠的关系。范温瑟姆和海诺（1996）通过仿真研究了更紧密的跟车距离是否与更多的专业知识准确地估计的TTC有关，但他们发现的关系并不显著。迈克尔（2000）等发现，有相当比例的司机在几个城市地区没有遵守2秒规则，但当手持迹象敦促司机注意规则，服从适度增加时。然而，没有提供直接关联交通冲突发生的依据。
1.2、碰撞时间
TTC是根据公式（2）计算出来的。
Xi表示车辆i的速度，Xi车辆i的位置，li表示车辆i和车辆i前方车辆i-1的长度。
TTC的是指，如果两个车辆继续在相同的航道，并以相同的速度，直到发生碰撞所剩的时间。因此，这个时间应该覆盖前后两个以相近速度行进的车辆之间的距离，海沃德（1972）首先介绍这个概念，并且在海顿（1987）它被广泛地讨论，例如。为使TTC的计算是可能的，在研究中车辆必须在碰撞道路上，但不一定在一个跟车的情况。 在跟车情况下，TTC只被定义当后面的车辆的速度比前面车辆的速度较高时。在研究中，TTC经常被用作某些演习中的安全指示，通过确定在演习期间的最小碰撞时间（如范温瑟姆和海诺，1996;赫斯特和格雷厄姆，1997;扬森和尼尔森，1991）。根据斯文森（1998年），TTC是交通冲突的一个指标，因此，也是与事故风险成负相关（TTC较小的值表示较高的事故风险，反之亦然）。在最近的一篇文章，Minderhouds和Bovy（2001）提出一个方法，该方法允许使用TTC来比较不同的驾驶员，道路环境，或在一般情况下的安全性。其基本思路是采样TTC值随着时间的推移，并研究某个驾驶员未达到给定低安全极限的频率，或一个特定的道路拉伸或在特定条件下多久这个限制被破坏。在文献中，哪个值应作为安全限制的不同意见可以被发现，建议的范围从城镇1.5秒（斯文森，1998）到5秒（Maretzke雅各，1992）。在这项研究中， Minderhouds和Bovy（2001）的方法将在经验数据基础上被应用，不同的阈值将被进行比较。
1.3、关联和比较
两个方程的比较表明，更多的变量必须是已知的来确定TTC而不仅仅是来确定H.方程（3）呈现这两项措施之间的关系。
Xi-1表示前方车辆的速度，Xi表示紧接着车辆的速度，li-1表示领先车辆的长度。
为了获得TTC，除了时间间隔，两个所涉及的车辆的速度必须是已知的。相对于行车安全，两项措施之间存在一个有趣的差异。它可以被规定，使得车头时距比TTC来说，离碰撞是“一步远”。这种说法是基于下述的推理。
让我们把一个车辆考虑在“跟随模式”下。这种车辆可以具有相对小的车头时距，而不是大的或不确定的TTC值。当Xi-1等于或大于Xi（参见公式（3）），这种情况发生。只有在系统中某些发生变化，情况变得危急，比如当领头车制动，这样Xi-1比Xi小。因此，在稳定的情况下，一个小车头时距可以保持在长时间的周期，而不会产生一个立即的危险情况。在另一方面，如果，后面车辆的TTC值小，在系统中，某些必须发生改变，如果碰撞是要避免的。在一个跟车的情况下，如果在长期运行中碰撞是要避免的，前后两辆车之间的平均相对速度不能大于0。
总之，车辆以小的车头时距的可以（并且经常是）有大的或不确定的TTC值，而在车辆有着很长一段车头时距情况下，小的TTC值（在跟车）是不可能的。在跟车的情况下，事实上，TTC可能永远不会小于H´,因为这个条件Xi/(Xi-Xi-1)（参见公式（3））不能超过1.这是由于这样的事实，即Xi-1从不为负，这将意味着，最前头车辆被扭转。在前面车辆停止的特殊情况下（Xi-1=0），实际的时间差（H´）等于TTC。
如前面提到的，在一个跟车情况中，TTC永远不能比在前后车辆之间的时间间隔小（H´）。因此，如果这两个值进行比较，相对于两个措施（表1）中的任何一个，排除那些下不是临界安全的情况似乎是合理的。为了确定安全的临界“小值”和安全的“长时间”车头时距之间临界值，，现有的文献对“自由”和“跟车”的概念进行了磋商。一个“自由”车辆定义为不收前方的任何车辆的影响。出于这个原因，在目前的研究中，分析仅限于紧跟着车辆。这里对一个自由车辆的定义是基于沃格尔进行了实证分析（2002年），这表明超过6秒车头时距选择的车辆的行驶速度与车辆的前面无关。该阈值的选择是由没有作者认为一个TTC是大于6秒是危险的事实支持。这意味着，如果车头时距大于6秒（跟进的的司机看到前方车辆），即使前面的车辆停止不会强迫跟随的车辆执行危险避让。只有因为速度高于130公里/小时，在停止车辆的后面，大的车头时距是需要的，为了安全地停止车辆。
表格1
碰撞时间、车头时距和安全的关系
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车头时距 |
||
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小 |
大 |
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碰撞时间 |
||
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小 |
危险迫在眉睫 |
不可能 |
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大 |
潜在的危险 |
安全 |
一个对于紧跟车辆进行限定分析的附加的理由只有是对比较相互的不同的情况下的可能性。它允许，例如比较与不同交通密度或者不同可以跨越的位置，或在不同的时间在相同的位置等情况下的安全级别。如果有兴趣要知道安全级别是否受到一天的不同时间（白天与夜间）的影响，一个由所有车辆短的碰撞时间比例的简单对比，将主要反映在夜间有着较低的流量。这可能会产生在夜间的安全性增加的假设。在另一方面，如果只有那些汽车实际上是在跟车的情况下才被作为考虑，小的TTC值的相对增加可能在夜间，这可以与驾驶员的疲劳和延长反应时间来解释。
最后一个限制了紧跟车辆分析的原因是方法的种类。在这项研究中所使用的测量技术的一个后果是，随着所讨论的车辆的车头时距越长，TTC值变得更不可靠。对此在第3节进行了更详细的解释。通过排除分析中有着长距离车头时距的车辆，那些不可靠的TTC值被排除。
2、方法
这项研究的地点是在瑞典一个中等规模的城镇的一个四向路口。该路口是城里最容易发生意外的地点之一。停车标志被置于从属路，并且右转路标牌被放置在主要公路上。50公里/时的限速张贴在路口的所有路段。所有路段在每个方向有一个车道，除了在主要道路上一个对左转车辆的单独车道（图1）的路段。结点是位于镇的郊区，两条形成它的街道是主要道路，形成民居区。测量点Main1之后的主路延续（图1所示）到城外，经过测量点Main5的延续知道市中心。路灯被安装在所有四个手臂的交界处。
在2000年春季的6天，在周围路口，在七个地点，每天24小时进行交通流测量。在测量周，天气无论是晴天还是阴天，都没有特殊。测量装置（在Anund中详细描述，1992）记录每次经过车辆的速度、方向、二过往车辆之间的时间间隔，并且一定程度上，从该车辆类型可以推断每个车辆的轴距离（索伦森，1996）。
图1 交叉口测量点的位置示意图
测量设备的位置示意于图1。测量站点Main1和Main4，以及Sub1和Sub2均位于交点中心115米距离处，地点Main2和Main3分别位于距离交点中心17.5米距离处。Main5位于主干道上，距离Main4约600m。在附近没有路口，除了一个小的并且不太经常使用的通向一座房子的道路，道路距离Sub2 20m左右。在测量站点Main3（出城方向），左转车辆由于分车道可以单独设置。
测量站点被定义为“对应点”，当他们被安装在相对于交点等效的位置。在这个意义上，位置Sub1（方向朝着交界处）和Sub2（方向朝着交界处）是对应的，以及位置Main2（沿远离交界处）和Main3（沿远离交界处）。
3、结果
根据交通量，在2万至4万之间的车辆标记在每个位置。对于每一个车辆，行驶速度，行驶方向和通过时间被记录。对于每个站点，每个行驶方向被单独分析。只有至多6秒车头时距的车辆在分析中被考虑。车间时距和TTC计算如下。
在等式（1）中，车间时距被精确地计算。它必须指出的是，“车间时距”通常被定义为最前头车辆的前部和紧接车辆前部之间到达相同位置的经过时间。在本研究中，只要前轴通过测量部位，车辆被记录。因此，这两个前轴到达同一位置之间的时间被作为车头时距的近似。
为计算TTC，另一个近似不得不作出。根据公式（2）中，分子应等于车头时距减去最前头车辆的距离，这是两车之间间隙的距离。作为距离的车头时距是不能直接从本研究中的数据得出，它是来自于车头时距和紧跟车辆的行驶速度，基于该车辆以恒定的速度在测量期间移动的假设。车辆长度通过加入1.80米到前面车辆的轮轴的距离近似。1.80米等于乘客车长度和轮轴距离之间的平均差。有人认为，这种近似是可以接受的，因为95％记录的车辆是客车。然而，没有车辆类型被排除在分析之外。
分母应该在测量时间ti内的两车之间的相对速度。它是由在测量时间ti内，紧跟车辆的的速度和前面车辆在测量时间ti的速度之间的不同的近似，ti是记录紧跟车辆在测量站点的时间，并且ti-1是在测量站点，记录前头车辆的时间。
3.1、交通密度
无论是附属道路还是主路在任何时间都不是在能力水平内。对于这两种道路来说，平日每小时的车辆数量是非常相似，周六和周日，图案看起来是不同的，不过，没有上下班高峰的峰值。平日在主干道上，早上和下午下班时间车流量的增加是更为明显。
在主要道路上，紧跟车辆的比例平均高于30％，在下级道路上，稍低于30％。紧跟车辆的比例随着交通量增加而增加，但在一天中的任何时间有两个道路上至少有50％的自由辆。
3.2、碰撞时间和车头时距的关系
对于每个站点和每个方向来说，车头时距和TTC之间的相关性计算在TTC值有效的情况下（紧跟车辆比前车辆的速度更大）。在每一个站点，如果所有车辆都被考虑，相关性显着，（平均相关性R =0.423; SD=0.169），但只有紧跟车辆被被考虑时，接近0，（平均相关性R =0.077; SD=0.047）。如果只有紧跟汽车被考虑，TTC和H可以被视为实际上彼此独立的，可以单独考察。
3.3、车头时距
对于每一个测量站点和每个方向，由所有紧跟车辆给出的，对测定时间车头时距的均低于1，个别2秒的比例进行了计算。结果示于图2。黑色字段的长度表示低于1秒车头时距的百分比，灰色区域的长度显示车头时距在1和2秒之间的百分比。两者的长度总和表示低于2秒车头时距的百分比（“百分比”在较低的左上角），总是由在测试站点中的所有紧跟车辆给出。
由图2可以看出，低于2秒车头时距车辆的比例相对均匀地分布在主要道路上，低于1秒车头
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