基于貨車運(yùn)行特征的交叉口安全評(píng)價(jià)

姚 佼，王 飛，高傲翔，謝 明，謝祥俊

（1.上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093；2.江蘇高科物流科技股份有限公司，江蘇 南通 226156）

0 引言

2016年公安部交管局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)大貨車占汽車保有量比例為12.28%，但其肇事導(dǎo)致的死亡人數(shù)占到交通事故死亡人數(shù)的48.23%。其中，因交叉口安全設(shè)施不完善、駕駛員右轉(zhuǎn)存在視線盲區(qū)等因素，導(dǎo)致大貨車在交叉口轉(zhuǎn)向時(shí)發(fā)生剮蹭、碾壓行人或非機(jī)動(dòng)車駕駛員致死的交通事故約占30%[1]。相關(guān)研究表明，當(dāng)車道貨車交通量占比超過(guò)20%時(shí)，交叉口延誤和通行能力下降，與此同時(shí)交叉口安全性也降低[2]。因此，對(duì)貨車交叉口運(yùn)行安全狀態(tài)的評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，具有比較重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可為后續(xù)有效預(yù)防措施的制定提供參考建議。

對(duì)于貨車在交叉口的運(yùn)行安全方面的研究，Daniel J在交叉口使用泊松回歸和負(fù)二項(xiàng)事故預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)卡車事故，模擬出交叉口對(duì)貨車事故的影響[3]；Chang L Y使用嵌套Logit模型分析了卡車運(yùn)行的各種風(fēng)險(xiǎn)因素和乘員損傷之間的關(guān)系[4]；錢紅波等從大貨車交通事故的特征入手，分析了大貨車交通事故的形態(tài)、空間及時(shí)間分布特征，從人、車、路、交通環(huán)境4方面解析大貨車交通安全的影響因素，從而提出了針對(duì)大貨車交通事故的預(yù)防對(duì)策[5]。張清峰等分析了大型車在小半徑道路右轉(zhuǎn)彎處車禍頻發(fā)的原因，并提出針對(duì)性措施[6]。王清洲等針對(duì)貨車右轉(zhuǎn)形成的視覺(jué)盲區(qū)，通過(guò)Matlab軟件建立了貨車右轉(zhuǎn)彎模型，提出盲區(qū)面積計(jì)算方法和道路交叉口安全性評(píng)估指標(biāo)[7]。

針對(duì)交叉口的安全評(píng)價(jià)方法方面，Aliaksei Laureshyn提出用Extended Delta-V的理論作為基于場(chǎng)地觀測(cè)的交通沖突嚴(yán)重性的度量，將左轉(zhuǎn)彎車輛與直行通過(guò)信號(hào)交叉口的車輛之間的相互作用作為交通沖突指標(biāo)評(píng)價(jià)交叉口安全[8]。E Sacchi討論了在貝葉斯統(tǒng)計(jì)框架內(nèi)開(kāi)發(fā)基于沖突的安全績(jī)效函數(shù)（SPF），開(kāi)發(fā)了SPF來(lái)預(yù)測(cè)不同交叉路口進(jìn)出口沖突的數(shù)量[9]。張小秀在交叉口類型劃分的基礎(chǔ)上，提出一種以交通沖突的概率分布為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)分析交通沖突數(shù)的概率計(jì)算值與安全閥指數(shù)的概率臨界值之間的關(guān)系，進(jìn)行無(wú)信號(hào)控制T形交叉口的安全評(píng)價(jià)[10]。曹瑾鑫統(tǒng)計(jì)并分析交叉口機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車的數(shù)據(jù)，得出非機(jī)沖突的預(yù)測(cè)函數(shù)，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施[11]。王晨根據(jù)交通沖突的分析，提出基于微觀仿真與極值理論相結(jié)合的交叉口安全評(píng)價(jià)方法[12]。上述學(xué)者更多是從交通沖突的角度考慮交叉口是否安全，并沒(méi)有給出影響交叉口安全的影響因素的權(quán)重。物元模型不僅考慮交叉口安全的影響因素，而且能給出影響因素的權(quán)重。詹珽將物元模型引進(jìn)投資項(xiàng)目決策，發(fā)現(xiàn)物元模型既可對(duì)一個(gè)或多個(gè)待評(píng)對(duì)象進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，又可以進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)劣綜合排序[13]。劉芳通過(guò)物元模型，將多指標(biāo)的目標(biāo)評(píng)價(jià)歸結(jié)為單目標(biāo)決策,簡(jiǎn)潔明確地反映出城市道路的發(fā)展水平[14]。Sun XL將物元模型和合成權(quán)重方法結(jié)合，建立了基于權(quán)重的物元評(píng)估模型，有效地克服了物元模型在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的局限性[15]。蔣紅妍將物元模型引入道路路況評(píng)價(jià)，能夠較完整地反應(yīng)道路的路況水平[16]。

綜上所述，相關(guān)學(xué)者雖然從多角度研究了貨車運(yùn)行安全分析和相關(guān)交叉口安全評(píng)價(jià)，但如何將兩者結(jié)合起來(lái)，對(duì)貨車交叉口運(yùn)行安全進(jìn)行評(píng)價(jià)亟待進(jìn)一步深入研究。本研究針對(duì)貨車交通量占比較大的交叉口，在分析影響貨車交叉口運(yùn)行安全因素的基礎(chǔ)上，運(yùn)用可拓物元模型理論，建立了交叉口運(yùn)行安全的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系，可為貨運(yùn)交叉口的安全評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 貨車交叉口運(yùn)行安全評(píng)價(jià)體系

影響貨車交叉口運(yùn)行安全的因素主要分為主觀和客觀兩方面的因素，其中主觀因素主要是指與人有關(guān)的因素，如駕駛員的行為、心理生理特征，交通安全意識(shí)等；客觀因素主要是指與交叉口和車輛本身物理特征有關(guān)的因素，如交通環(huán)境、交叉口幾何特征等。

基于上述分析，結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選的原則，采用定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合的方法，首先通過(guò)定性分析對(duì)影響因素進(jìn)行大的分類，完成初步篩選；通過(guò)定性分析，將貨車交叉口安全運(yùn)行的影響因素歸納為交叉口基礎(chǔ)設(shè)施、道路交通狀況、交叉口服務(wù)水平和貨車自身特征等四大因素。進(jìn)而通過(guò)定量分析，根據(jù)國(guó)內(nèi)外交叉口的事故的特點(diǎn)及其發(fā)生原因，選擇與事故關(guān)聯(lián)度高的指標(biāo)作為交叉口安全評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)因子，篩選出道路標(biāo)志標(biāo)線、貨車流量等13個(gè)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)?；谏鲜龇治?，構(gòu)建的貨車交叉口安全運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 貨車交叉口安全運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 交叉口貨車運(yùn)行安全的多指標(biāo)可拓綜合評(píng)價(jià)模型

根據(jù)上述交叉口貨車運(yùn)行安全選取的影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于物元模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。物元模型的主要形式是給定事物的名稱N，它關(guān)于特征因素C的量值為X，以有序三元R=（N,C,X ）組作為描述事物的基本元，簡(jiǎn)稱物元[17]。研究選取貨車交通量較大的交叉口，以第一節(jié)貨車交叉口安全運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的評(píng)價(jià)指標(biāo)等作為評(píng)價(jià)因子，建立的物元模型如式（1）所示。

式中：R為物元集；N為交叉口運(yùn)行安全狀況；C為評(píng)價(jià)因子的集合；X為評(píng)價(jià)因子量值的集合。

評(píng)價(jià)因子的集合和量值的集合分別記為Ci（i=1,2,…,n ），Xi（i=1,2,3,…,n）。以N表示為貨車交叉口安全運(yùn)行水平狀況，Ci,i=1,2,3,…,n表示影響貨運(yùn)交叉口安全運(yùn)行的評(píng)價(jià)因子，Xi是關(guān)于Ci的具體取值，具體的13個(gè)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)如圖1所示。

根據(jù)n維物元的定義，貨運(yùn)交叉口安全運(yùn)行水平可轉(zhuǎn)化為物元模型來(lái)描述：

2.1 經(jīng)典域與待評(píng)物元

（1） 經(jīng)典域設(shè)計(jì)

經(jīng)典域是指評(píng)價(jià)交叉口安全運(yùn)行狀況N的評(píng)價(jià)因子C發(fā)生時(shí)，評(píng)價(jià)因子C所規(guī)定的量值的取值范圍。交叉口運(yùn)行安全的評(píng)價(jià)因子有n個(gè)，綜合考慮交叉口的基礎(chǔ)設(shè)施、交通狀況、服務(wù)水平和貨車影響因素，選取了與交叉口運(yùn)行安全密切的13個(gè)影響因素作為交叉口運(yùn)行安全的評(píng)價(jià)因子，故本文中n=13。

式中，＜ai,bi＞ （i=1,2,…,n ）為貨車交叉口安全運(yùn)行狀況N關(guān)于Ci所確定的量值范圍，即經(jīng)典域＜ai,bi＞。

（2） 待評(píng)物元

將待評(píng)貨車交叉口運(yùn)行安全狀況用物元表示如下：

上式為貨車交叉口運(yùn)行安全水平的待評(píng)物元。式中xi（i=1,2,…,n）為評(píng)價(jià)因子Ci的具體取值，即該交叉口評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)值。

2.2 待評(píng)物元關(guān)聯(lián)函數(shù)

根據(jù)可拓學(xué)基本理論和實(shí)際需求，結(jié)合上面的物元模型，為反映貨車交叉口運(yùn)行安全狀況，需建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)函數(shù)。由于本文涉及的因子各量綱不盡相同，各期望值也有差異，所以其關(guān)聯(lián)函數(shù)也不相同?，F(xiàn)假設(shè)關(guān)聯(lián)函數(shù)為線性函數(shù)，可建立函數(shù)表達(dá)式如下：

xi為正相關(guān)因子，xi≥bi,g（ xi）=1或xi≤ai,g（ xi）=0；

xi為負(fù)相關(guān)因子，xi≥bi,g（ xi）=1或xi≤ai,g（ xi）=0；

式中：g（ xi）為關(guān)聯(lián)函數(shù)，ai為經(jīng)典域的下界閾值，bi為經(jīng)典域的上界閾值。

2.3 待評(píng)物元權(quán)系數(shù)ti

根據(jù)前文所確定的評(píng)價(jià)因子，根據(jù)式（8）至式（10），對(duì)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到評(píng)價(jià)因子的相對(duì)值，根據(jù)式（5）至式（7），計(jì)算得出評(píng)價(jià)因子的權(quán)系數(shù)。

具體過(guò)程如下：

其中：

式中：tj為權(quán)系數(shù)；dij為中間過(guò)渡變量；ei為中間過(guò)渡變量；Zij為經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值。

2.4 綜合評(píng)價(jià)

由于在進(jìn)行貨車交叉口安全評(píng)價(jià)時(shí)需要考慮的參數(shù)較多，因此本研究綜合評(píng)價(jià)交叉口安全，即采用綜合關(guān)聯(lián)度進(jìn)行評(píng)價(jià)：

表1 交叉口安全等級(jí)評(píng)價(jià)表

3 案例分析與驗(yàn)證

研究選取上海市楊浦區(qū)軍工路和周家嘴路交叉口，其周邊毗鄰楊浦貨場(chǎng)，大貨車比例較高。本研究與2018年3月19日至2018年3月30日進(jìn)行調(diào)查，主要調(diào)查晚高峰小時(shí)（17∶00～18∶00） 交叉口數(shù)據(jù)，各進(jìn)口流量、貨車數(shù)量，高峰小時(shí)折減交通量如表2所示。從中可以看出，大貨車比較達(dá)18.73%，交叉口流量高峰3 727pcu，飽和度0.81，是典型的貨車交叉口運(yùn)行安全評(píng)價(jià)對(duì)象。

表2 交叉口各進(jìn)口道高峰小時(shí)折減后的交通量

3.1 指標(biāo)權(quán)系數(shù)確定

對(duì)影響貨車交叉口運(yùn)行安全水平的主要因素進(jìn)行客觀分析，選圖1中具體的評(píng)價(jià)因子作為評(píng)價(jià)的特征因子，根據(jù)式（5）至式（10），以及各評(píng)價(jià)指標(biāo)的現(xiàn)狀值，計(jì)算得到各影響因子的權(quán)重，如表3所示。

表3 交叉口貨車運(yùn)行安全綜合評(píng)價(jià)表

3.2 案例交叉口綜合關(guān)聯(lián)度及評(píng)價(jià)

根據(jù)所選交叉口運(yùn)營(yíng)的特征因子進(jìn)行交叉口多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，交叉口基礎(chǔ)設(shè)施的評(píng)分考慮標(biāo)志是否配套、可視性等相關(guān)技術(shù)指標(biāo)[19]，然后計(jì)算貨車交叉口安全水平的綜合關(guān)聯(lián)度。其中取表3中2010～2015年的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的算術(shù)平均值作為指標(biāo)的基準(zhǔn)值，取2020年各指標(biāo)的規(guī)劃值為交叉口安全評(píng)價(jià)的目標(biāo)值，構(gòu)造經(jīng)典域，建立貨車交叉口運(yùn)行安全的物元模型，構(gòu)造關(guān)聯(lián)函數(shù)，根據(jù)式（4）計(jì)算出各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)函數(shù)。

由表3可知，該交叉口的交叉口通行能力、非機(jī)動(dòng)車交通量、貨車交通量、交叉口排隊(duì)長(zhǎng)度、貨車與非機(jī)動(dòng)車、貨車與小汽車的沖突等交叉口交通安全因子的關(guān)聯(lián)度較高，其值都大于0.6，交叉口通行能力、非機(jī)動(dòng)車交通量、貨車交通量等更是超過(guò)0.8，貨車與行人沖突因子的關(guān)聯(lián)度雖然較低，但考慮到兩者沖突后果的嚴(yán)重性，后續(xù)模型可能需要在此方面進(jìn)行改進(jìn)。

根據(jù)式（11），結(jié)合上述各指標(biāo)權(quán)重和關(guān)聯(lián)度系數(shù)計(jì)算本交叉口的安全狀況水平的綜合關(guān)聯(lián)度為ξ=0.58，查表1可知，該貨車交叉口運(yùn)行安全評(píng)價(jià)等級(jí)為“較安全”。該交叉口的安全性基本合理，交叉口基本能承受逐年增加的安全壓力；行人、車輛及交叉口基礎(chǔ)設(shè)施都采取了較為合理的管理措施，三者能夠保持協(xié)調(diào)；在未來(lái)的發(fā)展中還應(yīng)加強(qiáng)交叉口基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，有效疏導(dǎo)行人過(guò)街，促進(jìn)貨車通過(guò)交叉口的運(yùn)行安全，從而增強(qiáng)交叉口的安全水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

研究通過(guò)對(duì)貨車交叉口運(yùn)行安全影響因素分析，建立了基于物元模型的貨車交叉口安全評(píng)價(jià)體系，通過(guò)實(shí)地調(diào)查進(jìn)行了案例驗(yàn)證，得到如下結(jié)論：

（1）因物元模型在安全評(píng)價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)而具有廣泛應(yīng)用前景，以物元模型為基礎(chǔ)進(jìn)行貨車交叉口運(yùn)行的安全評(píng)價(jià)，能將多個(gè)相關(guān)因子較為簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換成交叉口安全綜合關(guān)聯(lián)度，通過(guò)分析交叉口相關(guān)因子的實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步分析交叉口的各項(xiàng)安全水平。

（2）經(jīng)過(guò)模型評(píng)價(jià)，目前案例交叉口貨車運(yùn)行處于“較安全”的狀態(tài)，其中交叉口通行能力、非機(jī)動(dòng)車交通量、貨車交通量等因素與交叉口的安全性關(guān)聯(lián)度較高，交叉口貨車運(yùn)行安全的評(píng)價(jià)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這些因素。

由于影響貨車交叉口運(yùn)行安全的因素復(fù)雜多變，本研究?jī)H為單個(gè)交叉口，物元模型中相關(guān)參數(shù)的標(biāo)定和評(píng)價(jià)因子的選取方法需在后續(xù)研究中加以關(guān)注。此外，案例分析中貨車與行人沖突因子的關(guān)聯(lián)度雖然較低，但兩者沖突造成的后果較為嚴(yán)重，后續(xù)模型可能需要加入此方面的考慮，進(jìn)一步優(yōu)化完善。