基于交通沖突的城市交叉口安全評價

黃明芳，陳騰林

（閩江學(xué)院交通學(xué)院，福建 福州350108）

城市道路交叉口是城市道路系統(tǒng)的重要組成部分，是交通事故的主要發(fā)生源。世界各國每年在交叉口處發(fā)生的交通事故約占總事故的10%～40%，我國發(fā)生在交叉口的交通事故數(shù)約為30%，同時交叉口降低40%～50%的道路通行能力[1]。因此，掌握城市交叉口的安全程度極其重要，一個路口的安全狀況很大程度上取決于路口車輛發(fā)生沖突及沖突的嚴(yán)重情況，且交通沖突技術(shù)是目前較為流行的一種非事故統(tǒng)計評價方法[2]，具有“大樣本、短周期、小區(qū)域、高信度”的統(tǒng)計學(xué)優(yōu)勢，通過定量測定“準(zhǔn)事故”的嚴(yán)重沖突方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)事故統(tǒng)計方法，實(shí)現(xiàn)小區(qū)域地點(diǎn)快速評價的目的。因此，通過調(diào)查獲取城市交叉口的交通沖突數(shù)據(jù)，采用交通沖突與混合當(dāng)量交通量的比值（TC／MPCU）作為評價指標(biāo)，應(yīng)用灰色聚類安全評價方法進(jìn)行交叉口安全評價。

1 交通沖突

1977年在奧斯陸召開了首屆國際交通沖突學(xué)術(shù)年會，會上正式提出了交通沖突的標(biāo)準(zhǔn)定義，即：兩個或多個道路使用者在一定的時間和空間上彼此接近到一定程度，此時若不改變其運(yùn)動狀態(tài)，就有發(fā)生碰撞的危險，這種現(xiàn)象稱為交通沖突[3]。交通沖突的實(shí)質(zhì)是交通行為不安全因素的表現(xiàn)形式，是一種事故隱患，其發(fā)展可能導(dǎo)致事故發(fā)生，也可能因采取的避險行為得當(dāng)而避免事故發(fā)生。事故與沖突的關(guān)系可用沖突的嚴(yán)重性進(jìn)行描述。嚴(yán)重沖突導(dǎo)致交通事故的機(jī)率要大于非嚴(yán)重沖突導(dǎo)致交通事故的機(jī)率，可通過測定交叉口嚴(yán)重沖突數(shù)的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)事故統(tǒng)計方法評價交叉口。

2 灰色聚類安全評價[4－7]

灰色聚類評價采用定性和定量相結(jié)合的方法，通過對“部分”已知信息的篩選、加工、延伸和累加處理，確定交通安全水平在某一灰色區(qū)域內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)對交叉口安全水平的評價。

1）確定評價指標(biāo)。采用早高峰、晚高峰、平峰3個典型時段嚴(yán)重沖突數(shù)和混合當(dāng)量的比值TC／MPCU作為評價指標(biāo)。

2）建立評價矩陣。令聚類評價對象個數(shù)為i，聚類評價指標(biāo)為j，dij為被評估的樣本矩陣，其中i∈（1，2，…，n），j∈（1，2，…，m），則評價矩陣為

3）確定灰類及白化值。采用概率統(tǒng)計方法確定評價標(biāo)準(zhǔn)。即將評價指標(biāo)的實(shí)際數(shù)據(jù)，經(jīng)無量綱化處理，繪制累積百分頻率曲線，在曲線上確定不同累積百分頻率所對應(yīng)的數(shù)值，作為灰類的白化值，如圖1所示。將交叉口的安全狀況劃分為優(yōu)、良、中、差4種灰類級別。選取15%、85%累積百分頻率對應(yīng)的點(diǎn)確定優(yōu)和差的值，選取40%和60%累積百分頻率對應(yīng)的點(diǎn)確定良和中的值。4個累積百分頻率點(diǎn)對應(yīng)的Aj1、Aj2、Aj3、Aj4分別為4種灰類的白化值。

圖1 確定評價指標(biāo)灰類特征值的累積百分頻率

4）建立白化權(quán)函數(shù)。令 fj1（x）、fj2（x）、fj3（x）、fj4（x）為交通安全評價指標(biāo)所屬優(yōu)、良、中和差4種灰類級別的白化權(quán)函數(shù)，則各指標(biāo)灰類的白化權(quán)函數(shù)如圖1～圖6所示。

圖2 評價指標(biāo)灰類的白化值函數(shù)

5）確定聚類權(quán)。令聚類權(quán)為Ujt，t為評價灰類，且t∈ （1，2，…，ω），ω為評價灰類總數(shù)。

式中：Ujt為第j項(xiàng)指標(biāo)歸入t種灰類的聚類權(quán)；Ajt為第j項(xiàng)指標(biāo)屬于第t種灰類的白化值。

6）灰色聚類分析。令σit為第i個評價對象對于第t個灰類的聚類評估值，t∈ （1，2，…，k），則

式中：σit為第i評價對象歸屬于第t種灰類的聚類值；fit（dij）為第j項(xiàng)評價指標(biāo)屬第t種灰類的白化權(quán)函數(shù)在白化值的權(quán)數(shù)取值。

評價對象i的灰色聚類評估序列σi＝評價對象所屬灰類為t＊，滿足＝從 而 確 定 聚 類 對 象 的 安 全狀況。

3 應(yīng)用實(shí)例

以福州市5個交叉口為研究對象，選擇工作日早上7：30～8：30（早高峰），下午14：30～15：30（平峰），下午17：00～18：00（晚高峰）為各觀測時段，通過調(diào)查得到各交叉口早高峰、晚高峰、平峰3個時段的 TC／MPCU 值[8－10]，如表1所示。

表1 福州市5個交叉口3個時段沖突數(shù)及混合當(dāng)量交通量

由表1可知，交叉口2在3個時段的嚴(yán)重沖突數(shù)是最多的，交叉口4的嚴(yán)重沖突數(shù)次之，交叉口5的嚴(yán)重沖突數(shù)最少。

3.1 評價過程

1）確定評價指標(biāo)。根據(jù)調(diào)查得到福州市5個交叉口的交通沖突數(shù)據(jù)，整理可得各交叉口3個時段嚴(yán)重沖突時的TC／MPCU值，建立矩陣：

2）評價數(shù)據(jù)的無量綱處理后的數(shù)據(jù)為

3）求評價指標(biāo)的特征值A(chǔ)jt。安全評價等級分為優(yōu)、良、中、差4類。根據(jù)各指標(biāo)的數(shù)據(jù)繪制累計頻率曲線，由“累積頻率曲線法”將每項(xiàng)指標(biāo)各類別的特征值求出。

4）構(gòu)造各評價指標(biāo)灰類的白化權(quán)函數(shù)及權(quán)系數(shù)計算公式。以早高峰時段嚴(yán)重沖突時的TC／MPCU為例，根據(jù)3）得到的特征值，構(gòu)造權(quán)函數(shù)及權(quán)系數(shù)計算公式，并將5個交叉口處理后的早高峰時段嚴(yán)重沖突時的TC／MPCU值代入可得到3個時段嚴(yán)重沖突時TC／MPCU的權(quán)系數(shù)矩陣，如下：

指標(biāo)1：

5）聚類計算。根據(jù)3）的Ajt矩陣可得，第j項(xiàng)評價指標(biāo)將對象歸入t種灰類內(nèi)的聚類系數(shù)為

3.2 結(jié)果分析

由計算結(jié)果可知，交叉口2為“差”；交叉口4為“中”，由于σ43＞σ44＞σ41＝σ42，嚴(yán)格說來為“中偏差”；同理得到交叉口1、交叉口3都為“良偏中”；交叉口5為“良偏優(yōu)”；在良類中，交叉口1、交叉口3和交叉口5有優(yōu)類的成分分別為5.92%、0和13.80%，故交叉口5優(yōu)于交叉口1，交叉口1又優(yōu)于交叉口3。5個交叉口的安全狀況由優(yōu)到差的次序?yàn)椋?、1、3、4、2。結(jié)果與交叉口交通實(shí)際運(yùn)行狀況相符合，交叉口5交叉口較小，交通量很少，交通秩序良好，交通比較暢通。交叉口1和交叉口3的交通量都相對較少，平時交通比較順暢，高峰時段出現(xiàn)的沖突數(shù)也較少。交叉口4的所有路段都處于較繁華的商業(yè)區(qū)，高峰時段交通量大，交通擁堵，交通沖突較多。交叉口2地處福州商業(yè)繁華路段，交通量大，交通非常擁堵，特別是在早晚高峰擁擠現(xiàn)象更為明顯，交通沖突比較多。

4 結(jié)束語

灰色理論具有能解決“部分信息已知，部分信息未知”問題的特點(diǎn)，且評價方法的算法含義清晰、明確。相對于傳統(tǒng)的交通安全評價方法，交通沖突技術(shù)是一種非事故統(tǒng)計的間接評價方法，具有大樣本、快速、定量分析的優(yōu)點(diǎn)。而綜合運(yùn)用灰色沖突理論，能在較短的時間內(nèi)，快速、定量地評價道路交叉口的安全狀況，提高安全評價的效率，特別是在交叉口數(shù)目較多、評價指標(biāo)較多的情況下，綜合運(yùn)用交通沖突技術(shù)與灰色聚類評價這兩種方法的優(yōu)勢十分明顯。但是，灰色聚類安全評價在指標(biāo)選擇、評價精度上還需要進(jìn)一步的細(xì)化；沖突觀測過程中對車輛間距離的判斷難以把握，數(shù)據(jù)精度有待提高。

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