第1章 绪 论
据世界卫生组织统计，全世界每年均有超过120万人死于道路交通事故，受伤人数及由此造成的经济损失更是数目惊人。目前，道路交通事故是人类死亡的第八大诱因，并且是年龄为5～29岁的人死亡的首要原因。道路交通安全已然成为影响世界可持续发展的重大问题之一，而改善交通安全状况则亟须全人类不懈地努力和探索。交通冲突技术是近年来交通安全研究领域兴起的一个重要探索方向，并逐渐发展成为道路交通安全主动分析不可或缺的技术手段。交通冲突技术与极值理论的结合，不仅有助于验证交通冲突技术的有效性，增强使用交通冲突技术进行安全分析与评价的信心，而且能极大地丰富交通冲突的使用方法，拓展应用交通冲突技术进行安全分析与评价的领域。
1.1 交通冲突技术的起源与发展
交通事故是道路交通系统运行失效的产物，也是反映道路交通安全状况*直观有效的指标。因此，现阶段为改善交通安全状况所采取的努力主要是以历史交通事故数据的统计分析为基础，并将事故数(率)和事故严重程度作为安全水平的衡量依据。然而，以交通事故数据为基础的交通安全分析方法存在诸多缺点。
(1)交通事故记录的不完整性导致分析结果不能反映真实的交通安全水平。
交通安全分析所使用的事故数据主要来自交警部门或道路交通主管部门的交通事故记录。由于交通事故的界定、处理、现场记录、报告、统计等阶段存在的问题，*终收集到并用于安全分析的交通事故数据往往只是实际发生交通事故的一部分，很难反映研究对象的真实安全水平。
(2)交通事故发生的稀少性导致交通安全分析所需的周期一般较长。
交通事故属于极稀少事件，很多研究对象在相对较长的时间内没有交通事故发生。因此，一般需要相当长的时间才能收集到满足统计分析要求的交通事故数据。通常情况下，建议的交通事故数据收集周期为2～3年。
(3)交通事故发生的随机性导致以统计回归为基础的安全分析存在较大的不确定性。
交通事故也属于强随机性事件，即使在道路、交通、环境等因素完全相同的情况下，交通事故的发生与否也不一定相同。通过对大量交通事故数据进行统计分析可以帮助寻找一般性规律。然而，由于事故发生的随机性，安全分析的结论也存在较大的不确定性。
(4)交通事故统计分析的集计性导致无法分析事故个体发生的内在机理。
交通事故发生的极稀少性和强随机性要求必须从集计的角度分析才能得到相对可靠的分析结果。这种集计分析方法有助于从总体角度分析道路、交通、环境因素与交通事故的关系，却无法具体分析每一起事故发生的内在机理，尤其是很难分析道路使用者个体因素(如驾驶员行为因素)对事故发生的影响。
(5)交通事故统计方法的事后性导致安全分析的时效性和主动性较差。
应用交通事故统计方法进行安全评价及指导安全改善对策制定具有明显的事后性，即必须等到一定数量的事故和事故伤害发生后才能采取相应的措施。这往往意味着需要等待2～3年才能知道一项改造措施的安全效果，严重影响了安全分析的时效性。此外，被动等待交通事故的发生也制约了交通安全分析的主动性。
这些缺点给交通安全分析带来的被动和无奈显然是人们不愿意看到和接受的。交通安全理论和概念国际研究协会(International Cooperation on Theories and Concepts in Traffic Safety，ICTCT)提出的“不要等待交通事故的发生”和“我们不需要利用交通事故来阻止交通事故”等口号，明确表达了交通安全领域广大科研人员和工程实践人员对改变现状以及探寻利用非事故数据进行交通安全分析的迫切希望。
实际上，利用非事故数据进行交通安全分析或寻找交通安全分析的事故替代指标方面的研究由来已久。具有普遍认可度的事故替代指标往往需要同时具备以下三个条件：①能够恰当地反映道路和交通条件变化的影响；②与受道路、交通条件变化影响的交通事故相关；③能够被实际观测。
满足上述条件的事故替代指标较多，交通冲突是*为常用的一种。首先，交通冲突的发生受道路、交通、环境及其他因素的影响。其次，虽然交通冲突与交通事故有所不同，但是两者之间联系密切且受到很多共同因素的影响。*后，相较于交通事故，交通冲突发生频率更高且在现有技术条件下能够被较为准确地观测。
交通冲突与交通事故的关系如图1-1所示[1]。道路改造措施的实施可能会导致条件集合A、B、C的变化，其中集合A中的因素只影响交通冲突的发生，集合C中的因素只影响交通事故的发生，集合B中的因素同时影响交通冲突和交通事故的发生。例如，一个驾驶经验丰富的驾驶员会更加自信，并倾向于在驾驶过程中与其他车辆保持相对较小的时空间距，这会导致交通冲突数量的增加而可能并不引发交通事故；在路面非常湿滑的条件下驾驶员采取了制动措施，如果以开始刹车时刻车辆之间的时空接近度来界定交通冲突，交通冲突的数量可能保持不变，而交通事故数量则会由于制动失效而明显增加；不良的道路设计会导致驾驶员操作失误，促使驾驶员采取避险操作以进行纠正，这种情况就可能导致交通冲突(避险行为及时有效)或交通事故(避险行为无效)的发生。从这个角度来看，交通冲突和交通事故都属于风险事件且诱因相同。由于交通冲突和交通事故过程的一致性，集合B的范围往往较广而集合A、C相对较小。
图1-1 交通冲突与交通事故关系示意图
美国的底特律通用汽车实验室*早认识到交通冲突与交通事故之间的密切关系并将交通冲突应用至安全分析。1968年，该实验室的Perkins和Harris提出使用以避险行为为核心的交通冲突来评价车辆运行的安全性[2]。此后，交通冲突技术就得到了越来越多的关注和应用。然而，交通冲突的界定在当时还是比较宽泛的，不仅道路使用者之间的相互作用会被视为交通冲突，交通违规行为(如车辆闯红灯)也会被视为交通冲突。1971年，Hayward重新界定了交通冲突，认为交通冲突是需要相互作用的道路使用者中至少有一方必须改变速度或方向才能避免交通事故发生的一种危险情况[3]。
从20世纪70年代后期开始，北美和欧洲很多国家的学者开始了交通冲突技术的研究，制定了一系列交通冲突标准。1977年，在Oslo举办的第一届交通冲突技术研讨会(The First Workshop of International Cooperation on Traffic Conflict Techniques)上，参会学者对交通冲突的定义达成了共识，认为交通冲突是“一种可观测的交通事件，其中两个或两个以上道路使用者在空间或时间上相互接近，以至于如果其中一方不改变其运行状态将会发生碰撞”[4]。
在随后的几十年里，交通冲突技术的发展也历经波折。虽然广大学者对交通冲突的定义达成了共识，但在实际应用该定义时却存在诸多问题。一方面，当时的交通冲突观测主要以人工观测为主，观测方法的主观性和观测结果的不一致性在较大程度上限制了交通冲突技术的应用；另一方面，很多研究发现交通冲突与交通事故之间并没有较强的相关关系，这也带来了对交通冲突有效性的质疑。虽然发展缓慢，但当时也取得了很多标志性的成果，例如，部分国家建立了适用于本国条件的交通冲突技术体系，学者提出了一系列用于衡量交通冲突严重程度的量化指标，也有很多研究建立了描述交通冲突与交通事故关系的回归模型等。
21世纪左右，随着视频检测技术等传感技术的飞速发展，一些客观的交通冲突判别技术和方法相继提出，从而推动了交通冲突技术的快速发展。很多先进的交通冲突判别方法(如加拿大基于计算机视觉的交通冲突识别技术)逐步成型并成功应用至科学研究和工程实践中。此外，很多新的统计分析方法也被引入交通冲突技术中，从而更好地证明了交通冲突与交通事故之间的关系，也验证了交通冲突技术的有效性。这些都在很大程度上促进了交通冲突技术的研究和进一步发展，也推动了交通冲突技术在道路交通安全领域的应用。
通过对交通技术发展进程的分析发现，尽管过去的几十年里交通冲突技术取得了长足的发展和一系列重要的突破，但无论是在理论基础研究还是在应用实践中，现阶段的交通冲突技术体系并不十分完善，未来潜在的研究方向可能包括以下几个方面。
1)交通冲突技术规范化和标准化研究
现阶段交通冲突技术版本多种多样，这些版本虽有一些基本的共同之处但也存在较多差异。例如，瑞典交通冲突技术以距离事故时间和冲突速度为冲突衡量指标，这些指标只有在存在冲突过程的前提下才存在；荷兰交通冲突技术考虑了存在冲突过程和不存在冲突过程两种情况；美国交通冲突技术在很大程度上依赖于避险行为；德国的交通冲突研究更关注驾驶行为失误。对交通冲突理解的不同导致不同国家学者的研究很难交互验证，因而相关研究成果也很难进一步推广。在交通冲突技术发展的早期，使用不同的交通冲突技术有利于人们从不同的角度去理解交通冲突。但是，随着交通技术的不断发展，其*终会走向规范化和标准化。这就需要全球范围内的学者和工程实践人员通力协作，尤其是在交通冲突定义和观测统一化方面共同努力。
交通冲突技术规范化和标准化的努力还需要考虑扩展现有交通冲突技术的研究范围。虽然前文给出的交通冲突定义表明其研究的核心是两个或两个以上的道路使用者，但大部分研究都局限于两个道路使用者之间的相互作用，仅有少量的研究提到了单个或多个道路使用者。显然，扩大交通冲突技术的研究和使用范围将有助于更加全面地分析道路交通安全状况。
2)交通冲突与交通事故关系的进一步研究
尽管已经有较多的研究开始直接使用交通冲突进行道路交通安全分析，探讨交通冲突与交通事故之间的关系仍然是一个充满挑战却意义非凡的工作。一方面，证实交通冲突与交通事故之间的关系可以增强工程实践人员使用交通冲突技术的信心；另一方面，从不同的视角探索交通冲突与交通事故的关系也有利于更加全面地了解交通事故的发生机理。基于现代统计分析技术(极值理论、因果关系、概率模型等)的建模方法为交通冲突与交通事故关系研究注入了新的动力，但这些技术方法仍需要进一步验证和完善。同时，探索新的模型和方法也是未来的研究方向之一。
3)使用交通事件安全连续体而不仅是交通冲突进行安全分析
现阶段已经有一些学者建议使用交通事件安全连续体，即考虑所有的交通事件而不仅是交通冲突或交通事故进行交通安全分析，但要实现这一目标仍有很多工作要做。首先，描述交通事件安全程度的指标必须是客观的，并且一个好的指标应不仅能够反映事故发生的风险，还能够体现出潜在交通事故的严重程度。其次，使用交通事件安全连续体并不意味着仅考虑其中各个级别所包含交通事件的数量，而是要合理利用整个安全连续体分布。为了更好地利用整个安全连续体，建立其参数化模型将十分重要。
当然，利用交通事件安全连续体的一个重要前提是证明安全连续体的真实存在。自然驾驶实验可以为这个方向的研究提供较好的数据支撑，因为其所记录的数据不仅包括正常的交通状态信息，还包括交通冲突状态以及较为罕见的交通事故状态信息。
4)探寻交通冲突与正常交通事件的分界
现阶段的大部分研究表明，分析交通冲突频数(率)能够得到可接受的安全分析结论，因此基于交通冲突频数(率)的安全分析仍然会是未来研究的主体。使用交通冲突频数(率)的关键在于确定交通冲突与正常交通事件的临界值。一种临界值确定方法是测试所有可能的临界值并选取与交通事故相关程度*高的交通冲突所对应的值。这种方法的隐含前提是不同路段上交通冲突与正常交通事件的分界是明确且一致的。另一种方法是允许临界值随道路、交通、环境条件的改变而改变，即通过回归分析方法建立冲突临界值与道路、交通、环境等因素的关系模型。
5)交通冲突严重程度的多维描述
交通冲突严重程度通常由时间或空间接近程度来描述，时空接近度越高，交通冲突越严重。学者先后提出多种交通冲突严重程度衡量指标，然而即使是同一个指标，在不同背景条件下所蕴
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