基于交通沖突的城市交叉口安全評價

黃明芳，陳騰林

（閩江學院交通學院，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)計學優(yōu)勢，通過定量測定“準事故”的嚴重沖突方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)事故統(tǒng)計方法，實現(xiàn)小區(qū)域地點快速評價的目的。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量交通量的比值（TC／MPCU）作為評價指標，應用灰色聚類安全評價方法進行交叉口安全評價。

1 交通沖突

1977年在奧斯陸召開了首屆國際交通沖突學術(shù)年會，會上正式提出了交通沖突的標準定義，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)展可能導致事故發(fā)生，也可能因采取的避險行為得當而避免事故發(fā)生。事故與沖突的關(guān)系可用沖突的嚴重性進行描述。嚴重沖突導致交通事故的機率要大于非嚴重沖突導致交通事故的機率，可通過測定交叉口嚴重沖突數(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)，以實現(xiàn)對交叉口安全水平的評價。

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

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)計方法確定評價標準。即將評價指標的實際數(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%累積百分頻率對應的點確定優(yōu)和差的值，選取40%和60%累積百分頻率對應的點確定良和中的值。4個累積百分頻率點對應的Aj1、Aj2、Aj3、Aj4分別為4種灰類的白化值。

圖1 確定評價指標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)，則各指標灰類的白化權(quán)函數(shù)如圖1～圖6所示。

圖2 評價指標灰類的白化值函數(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項指標歸入t種灰類的聚類權(quán)；Ajt為第j項指標屬于第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項評價指標屬第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 應用實例

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)及混合當量交通量

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

3.1 評價過程

1）確定評價指標。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)各指標的數(shù)據(jù)繪制累計頻率曲線，由“累積頻率曲線法”將每項指標各類別的特征值求出。

4）構(gòu)造各評價指標灰類的白化權(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重沖突時的TC／MPCU值代入可得到3個時段嚴重沖突時TC／MPCU的權(quán)系數(shù)矩陣，如下：

指標1：

5）聚類計算。根據(jù)3）的Ajt矩陣可得，第j項評價指標將對象歸入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)到差的次序為：5、1、3、4、2。結(jié)果與交叉口交通實際運行狀況相符合，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，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。而綜合運用灰色沖突理論，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、評價指標較多的情況下，綜合運用交通沖突技術(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選擇、評價精度上還需要進一步的細化；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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