余培恒

（中國(guó)人民公安大學(xué) 交通管理學(xué)院，北京 100038）

引言

作為道路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，交叉口范圍內(nèi)各流向車輛之間交通沖突頻繁，機(jī)非混行、違法行駛等現(xiàn)象較為普遍?，F(xiàn)有調(diào)研結(jié)果表明，交叉口處交通事故約占事故總量的一半，而無信號(hào)控制交叉口的交通沖突、交通混行以及交通事故狀況最嚴(yán)重，其安全設(shè)計(jì)要求也最高。因此，對(duì)無信號(hào)控制交叉口交通安全狀況進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)至關(guān)重要，是交通管理部門進(jìn)行針對(duì)性措施的基礎(chǔ)和依據(jù)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在交叉口交通安全評(píng)價(jià)方面做了大量研究。針對(duì)十字形無信號(hào)控制平面交叉口處的交通事故起數(shù)提出預(yù)測(cè)方法，該方法將四個(gè)進(jìn)口方向的交通流量進(jìn)行計(jì)算處理，將得到的計(jì)算值作為事故起數(shù)預(yù)測(cè)值[2]。以主要道路與次要道路進(jìn)口的交通量為參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)交叉口一定范圍內(nèi)的交通事故起數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算[3]。巴布可夫[4]對(duì)各方向車流量、車流交角、轉(zhuǎn)彎半徑等因素進(jìn)行分析，提出了對(duì)交叉口交通流交錯(cuò)點(diǎn)處的交通事故起數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)的交叉口危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型。張春平和景天然[5]對(duì)上海部分地區(qū)的交叉口交通事故歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出了根據(jù)交叉口的交通飽和度、車輛組成、交叉口間距、交叉口形狀等相關(guān)因素確定交叉口事故率綜合影響系數(shù)的方法對(duì)，交叉口交通安全水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。李凱[6]針對(duì)道路交叉口車輛追尾建立預(yù)測(cè)模型，并發(fā)現(xiàn)車輛行駛的間距、車輛制動(dòng)效果及速度差對(duì)追尾事故發(fā)生概率的影響尤為顯著。

目前，交叉口交通安全評(píng)價(jià)方法主要是對(duì)交通事故所涉及的來自人、車輛、道路環(huán)境等方面的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，根據(jù)交通事故的特征規(guī)律描述這些風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)交叉口的安全影響，進(jìn)而對(duì)交叉口交通安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。這些評(píng)價(jià)方法對(duì)事故樣本的數(shù)量要求巨大，評(píng)價(jià)周期長(zhǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中這些方法還會(huì)受到事故統(tǒng)計(jì)體系不完善和錄入失誤的影響[7]，局限性明顯。

1 無信號(hào)控制交叉口交通安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素分析

1.1 交通沖突與交通事故的相關(guān)性

依據(jù)交通沖突與交通事故的定義可知，二者的成因與前期過程完全一致，唯一的區(qū)別在于是否發(fā)生了損害結(jié)果。張?zhí)K［8］假設(shè)并證明了交通沖突與交通事故二者發(fā)生概率的差異存在規(guī)律性特征，即二者各項(xiàng)代表性參數(shù)存在強(qiáng)相關(guān)關(guān)系。

以所選取各市區(qū)交叉口的交通沖突與事故數(shù)據(jù)對(duì)二者相關(guān)性做進(jìn)一步闡釋，表1 是利用所選交叉口在一定時(shí)段內(nèi)的年均交通事故數(shù)量與時(shí)均交通沖突量進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)的結(jié)果。

表1 6 個(gè)市區(qū)54 個(gè)交叉口的事故數(shù)與沖突數(shù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)

交叉口交通事故與沖突相關(guān)性檢驗(yàn)的結(jié)果表明，交通事故與沖突的發(fā)生數(shù)呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，R 值＞0.9；取a=99%置信水平，P 值＜0.01。由此可知，交通沖突與交通事故的相關(guān)性較強(qiáng)。

1.2 無信號(hào)控制交叉口交通安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素與交通沖突的關(guān)系

交通沖突指交通過程中的駕駛?cè)伺c其他駕駛?cè)税l(fā)生會(huì)車、超車、追尾等交通遭遇時(shí)，有可能引起損害后果發(fā)生的交通現(xiàn)象，也可表述為一方駕駛?cè)嗽诟兄绞鹿饰ｋU(xiǎn)后采取有效避險(xiǎn)行為的交通事件。由定義可知，交通沖突由駕駛?cè)说鸟{駛行為造成，而交叉口的交通流特性直接對(duì)駕駛行為造成影響。從交通流與交通沖突的關(guān)系入手，選取與交通流運(yùn)行相關(guān)的無信號(hào)控制交叉口交通安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素，分析這些風(fēng)險(xiǎn)影響因素與交通沖突的關(guān)系。

選取觀測(cè)小時(shí)的時(shí)均沖突數(shù)與時(shí)均混合當(dāng)量交通量的比值（TC/VPH）作為交通沖突率，以反映風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)交叉口沖突的影響程度。對(duì)交通流特性與交通沖突的關(guān)系進(jìn)行闡述[9]。

1.2.1 交叉口總流量與交通沖突

在無信號(hào)控制交叉口總流量在不高于1 600 veh范圍內(nèi)，交通沖突率隨總流量的增加而增加；當(dāng)交叉口總流量高于1 600 veh 時(shí)，沖突率的變化區(qū)域平穩(wěn)且有下降趨勢(shì)。

1.2.2 相交道路流量比與交通沖突

交叉口總流量確定時(shí)，相交道路的流量分布差異也會(huì)對(duì)交通沖突率產(chǎn)生影響。相交道路其中一條的流量占無信號(hào)控制交叉口總流量比例小于40%時(shí)，該條道路流量占比上升會(huì)導(dǎo)致交叉口沖突率大幅升高；而占比在40%～60%的范圍內(nèi)，則沖突率的上升速度相對(duì)平緩。

1.2.3 小型車比例與交通沖突

交通組成是交通流運(yùn)行的重要特征。在缺乏管控措施的無信號(hào)控制交叉口，不同類型的車輛在行駛速度、轉(zhuǎn)向、變速等方面存在的差異會(huì)對(duì)交通沖突率產(chǎn)生較大影響。將車型分為小型車與大型車，無信號(hào)控制交叉口的交通沖突率在小型車比例上升至0.7 之前呈上升趨勢(shì)，超過0.7 之后交叉口沖突率隨小型車比例的上升而快速下降。

1.2.4 左轉(zhuǎn)車比例與交通沖突

左轉(zhuǎn)車輛是交叉口組織管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，無信號(hào)控制交叉口的左轉(zhuǎn)車輛與交叉口各個(gè)進(jìn)口道車輛均存在交通沖突，且左轉(zhuǎn)車輛在交叉口內(nèi)停留的時(shí)間較長(zhǎng)，進(jìn)一步提升了沖突發(fā)生的可能性。左轉(zhuǎn)車比例在達(dá)到0.15～0.25 時(shí)對(duì)無信號(hào)控制交叉口的影響最大。

2 基于交通安全度的安全評(píng)價(jià)過程

2.1 基于交通安全度的交通安全評(píng)價(jià)原理

交通安全度是一個(gè)“數(shù)”，是通過分析評(píng)價(jià)對(duì)象的交通安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素、構(gòu)建評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及確定指標(biāo)權(quán)重等分析、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算過程得出的。根據(jù)交通安全度數(shù)值所在的區(qū)間，確定交叉口所處的交通安全等級(jí)，進(jìn)而可根據(jù)交通安全等級(jí)，采取有針對(duì)性的交通安全防范措施，來提高交叉口的交通安全水平，服務(wù)于道路交通安全管理工作。提出基于交通安全度的無信號(hào)控制交叉口交通安全評(píng)價(jià)方法的原理思路，交通安全度的計(jì)算是本方法的重點(diǎn)，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)交通安全度的計(jì)算過程進(jìn)行闡述。

2.2 交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

定義與各個(gè)交通安全風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用曲線擬合的方法，得到各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化表達(dá)式，從而各個(gè)交通安全風(fēng)險(xiǎn)因素的動(dòng)態(tài)變化將反映在相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)上，也使評(píng)價(jià)指標(biāo)更能體現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)交通安全的影響。

2.2.1 交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)與風(fēng)險(xiǎn)影響因素的定量關(guān)系

（1）與交叉口總流量對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其定量

當(dāng)交叉口總流量上升至1 600 veh 時(shí)，交通沖突率由持續(xù)上升轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔?shì)。故引入與交叉口總流量對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)R1，設(shè)交叉口總流量為P1，則R1取值：

將與交叉口沖突率進(jìn)行二次拋物線擬合，得到R1關(guān)于P1的回歸方程：

（2）與相交道路流量比對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其定量

相交道路其中一條的流量占比在40%～60%的范圍內(nèi)時(shí)沖突率的上升速度相對(duì)平緩，流量占比在55%左右時(shí)沖突率的變化最大。故引入相交道路流量比對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)R2，設(shè)道路流量比為P2，則取值：

將P2與交叉口沖突率進(jìn)行二次拋物線擬合，得到R2關(guān)于P2的回歸方程：

（3）與小型車比例對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

交叉口交通沖突率的變化趨勢(shì)在小型車比例到達(dá)0.7 前后由上升轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆?。引入小型車比例?duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)R3，設(shè)小型車比例為P3，則R3取值：

將與交叉口沖突率進(jìn)行二次拋物線擬合，得到R3關(guān)于P3的回歸方程：

（4）與左轉(zhuǎn)車比例對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

引入左轉(zhuǎn)車比例對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)R4，設(shè)左轉(zhuǎn)車比例為P4，則取值：

將P4與交叉口沖突率進(jìn)行二次拋物線擬合，得到R4關(guān)于P4的回歸方程：

2.2.2 交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分析

當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)一定時(shí)，指標(biāo)權(quán)重對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有很大影響。為使指標(biāo)權(quán)重更加合理，采用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的綜合方法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

層次分析法根據(jù)問題的性質(zhì)與總目標(biāo)，將問題分解為不同因素，并將這些因素按不同層次聚集組合，從而使問題歸結(jié)為最低層相對(duì)于最高層優(yōu)劣次序的排定。熵權(quán)法根據(jù)指標(biāo)值變化波動(dòng)的程度確定客觀權(quán)重，某個(gè)指標(biāo)變化程度越大往往該指標(biāo)所提供的信息量也越多，其權(quán)重也就越大。層次分析法依賴專家的主觀打分，而熵權(quán)法取決于數(shù)值的客觀變化情況，兩者相結(jié)合既能避免所得權(quán)重過于主觀又能避免一味地注重指標(biāo)數(shù)據(jù)而對(duì)評(píng)價(jià)總目標(biāo)的忽略。

（1）熵權(quán)法確定權(quán)重

經(jīng)實(shí)地調(diào)研，采集實(shí)際交叉口的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，并使用熵值法判斷上述評(píng)價(jià)指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重。交叉口是G112 國(guó)道與S356 省道位于河北省遵化市的無信號(hào)控制十字形交叉口，交叉口內(nèi)無物理渠化，交通標(biāo)志設(shè)置不全且部分標(biāo)志設(shè)置位置不恰當(dāng)，交通標(biāo)線存在褪色、磨損現(xiàn)象，路面狀況較為良好。調(diào)取該交叉口兩個(gè)工作日全天8 h 的監(jiān)控錄像，調(diào)取時(shí)段分別為7 ∶00—11 ∶00、14 ∶00—18 ∶00。根據(jù)調(diào)查監(jiān)控內(nèi)容整理出所需數(shù)據(jù)見表2。

表2 G112/S356 交叉口調(diào)查數(shù)據(jù)

①數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

假定給了m項(xiàng)指標(biāo)X1，X2，…，Xm，其中Xi={X1，X2，…，Xn}.假設(shè)對(duì)各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值為Y1，Y2，…，Ym。

若指標(biāo)為正向指標(biāo)（指標(biāo)值越大越好），則Yij：

若指標(biāo)為負(fù)向指標(biāo)（指標(biāo)值越小越好），則Yij：

所研究的評(píng)價(jià)指標(biāo)均為負(fù)向指標(biāo)，經(jīng)計(jì)算得到各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)果見表3。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值

② 各指標(biāo)在各進(jìn)口道下的比值

計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)在各進(jìn)口道中占該指標(biāo)的比值。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 各指標(biāo)比值

③各指標(biāo)的信息熵及權(quán)重

根據(jù)信息論中對(duì)信息熵的定義，令第j 項(xiàng)指標(biāo)在第i 個(gè)方案中占該指標(biāo)的比重為Pij，則一組數(shù)據(jù)的信息熵Ej：

通過信息熵計(jì)算得到各指標(biāo)的權(quán)重Wj：

式中：n—進(jìn)口道個(gè)數(shù)；Ej≥0，若Pij=0，Ej=0。

各指標(biāo)熵值及指標(biāo)權(quán)重見表5。

表5 各指標(biāo)熵值及權(quán)重

（2）層次分析法（AHP）確定權(quán)重

①根據(jù)專家打分法構(gòu)造評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣

評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性判斷矩陣見表6。

表6 評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性判斷矩陣

② 對(duì)構(gòu)造結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

一致性指標(biāo)CI：

式中：λmax—判斷矩陣的最大特征值；n—判斷矩陣的階數(shù)。

查找其對(duì)應(yīng)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，見表7。

表7 RI 數(shù)值

計(jì)算一致性比例CR：

若CR ＜0.1，則認(rèn)為判斷矩陣的不一致程度在可接受的范圍之內(nèi)，即一致性合格通過檢驗(yàn)。

將結(jié)果代入MATLAB 計(jì)算程序得到CI 的對(duì)應(yīng)數(shù)為0.046 3，CR 的對(duì)應(yīng)數(shù)值為0.051 4（＜0.1），符合一致性檢驗(yàn)；AHP 權(quán)重見表8。

表8 AHP 權(quán)重

（3）指標(biāo)組合權(quán)重

假設(shè)熵權(quán)法所求得指標(biāo)的權(quán)重為vi，AHP 法求得權(quán)重為wi，則無信號(hào)控制交叉口交通安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重：

求得組合權(quán)重見表9。

表9 指標(biāo)組合權(quán)重

3 無信號(hào)控制交叉口安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

3.1 評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

在得到四項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)值及權(quán)重的基礎(chǔ)上，將各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)乘以對(duì)應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重，再將各指標(biāo)乘積求和得到一個(gè)綜合影響系數(shù)，這個(gè)系數(shù)就是交通安全度。用計(jì)算得到的交通安全度評(píng)價(jià)無信號(hào)控制交叉口的交通安全程度。

式中：K1n—無信號(hào)控制平面交叉口交通安全度；Ri—無信號(hào)控制平面交叉口風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)值；—無信號(hào)控制平面交叉口風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重；n—指標(biāo)個(gè)數(shù)，n=4。

3.2 安全等級(jí)的劃分

交通安全度的數(shù)值大小一定程度上表征了交通安全水平，但數(shù)值難給人以直觀的交通安全程度的印象，需按一定標(biāo)準(zhǔn)將計(jì)算結(jié)果劃分給對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)。在采集了江西省、北京市多個(gè)無信號(hào)控制交叉口安全評(píng)價(jià)模型所需數(shù)據(jù)并帶入模型后得到各個(gè)交叉口的交通安全綜合影響系數(shù)，根據(jù)交通安全度數(shù)值分布結(jié)合實(shí)地調(diào)查的主觀感受，將無信號(hào)控制交叉口的交通安全等級(jí)分為3 個(gè)等級(jí)，劃分結(jié)果見表10。

表10 安全等級(jí)及對(duì)應(yīng)交通安全度數(shù)值

4 案例分析

以河北省遵化市文化北路與北三環(huán)東路的無信號(hào)控制平面交叉口為評(píng)價(jià)對(duì)象，帶入交叉口交通流及評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)，利用構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型對(duì)交叉口進(jìn)行交通安全評(píng)價(jià)。

4.1 交叉口交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)

無信號(hào)控制平面交叉口交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)見表11。

表11 G112/S356 交叉口調(diào)查數(shù)據(jù)

4.2 安全評(píng)價(jià)結(jié)果

計(jì)算得到該交叉口的交通安全綜合影響系數(shù)K1n=1.17，對(duì)應(yīng)表10 中的安全等級(jí)為B 級(jí)。根據(jù)指標(biāo)權(quán)重值可知左轉(zhuǎn)車比例對(duì)無信號(hào)控制交叉口交通安全的影響較大，應(yīng)當(dāng)注意交叉口左轉(zhuǎn)方面的優(yōu)化。

5 結(jié)語

我國(guó)交通路網(wǎng)存在大量無信號(hào)控制交叉口，研究其安全性有利于提高路網(wǎng)整體安全水平?；诮煌_突理論，對(duì)交叉口沖突影響因素進(jìn)行深入分析進(jìn)而選取科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，再利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法定量分析各影響因素與評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，建立全面考慮各影響因素的無信號(hào)控制平面交叉口的安全度評(píng)價(jià)分析模型。