基于交通沖突與灰色聚類的交叉口安全評(píng)價(jià)研究

姬利娜 王 飛 成 衛(wèi)

（安陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院1） 安陽(yáng) 455000） （昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院2） 昆明 650224）

0 引 言

城市交叉口是交通事故的主要發(fā)源地．據(jù)國(guó)外的統(tǒng)計(jì)資料顯示日本發(fā)生的交通事故有60%左右與交叉口有關(guān)，美國(guó)的交通事故有50% 以上發(fā)生在交叉口［1－2］．傳統(tǒng)的交通安全評(píng)價(jià)方法是以交通事故的統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，而交通事故隨機(jī)性比較大，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)周期長(zhǎng)，不完善，并且影響因素多種多樣，例如人、車輛、道路交叉口的類型等．若把此法應(yīng)用于需要迅速進(jìn)行道路交通改造的城市交叉口，便會(huì)呈現(xiàn)出不適應(yīng)性．為了適應(yīng)這一需要，以交通沖突技術(shù)為理論基礎(chǔ)的道路安全評(píng)價(jià)方法便應(yīng)運(yùn)而生．鑒于此，本文提出了一種以早高峰、平峰、晚高峰3個(gè)典型時(shí)段的交通沖突與混合當(dāng)量交通量的比值（TC／MPCU）為評(píng)價(jià)指標(biāo)的灰色聚類評(píng)價(jià)方法，為交叉口的安全評(píng)價(jià)提供一種新的研究方法．

1 交通沖突技術(shù)

1.1 交通沖突的定義

交通沖突是國(guó)際上對(duì)地點(diǎn)實(shí)施快速安全評(píng)價(jià)，而有別于傳統(tǒng)上以事故指標(biāo)為安全評(píng)價(jià)方式的新方法［3－5］．它有很多不同的定義，一種是以美國(guó)為代表，其定義為交通沖突是駕駛員的躲避行動(dòng)或交通違章．躲避行動(dòng)是由制動(dòng)燈顯示表明的車輛制動(dòng)和由車道改變的原定行駛方向的改變．另一種以歐洲國(guó)家為代表，其定義為交通沖突是交通行為者發(fā)生相會(huì)、超越、追尾等交通遭遇時(shí)，有可能導(dǎo)致發(fā)生交通損害行為的交通現(xiàn)象．我國(guó)學(xué)者則將其定義為2個(gè)或者2個(gè)以上的道路使用者，其中一方采取非正常行為，如改變車速、轉(zhuǎn)換方向、交通違章、突然停車等，除非另一方也相應(yīng)采取避讓行為，否則會(huì)處于危險(xiǎn)境地．

1.2 交通沖突的分類

按發(fā)生沖突的參與者可分為：機(jī)動(dòng)車－機(jī)動(dòng)車沖突、機(jī)動(dòng)車－非機(jī)動(dòng)車沖突、機(jī)動(dòng)車－行人沖突；按交通流轉(zhuǎn)向可分為：左轉(zhuǎn)彎沖突、直行沖突、右轉(zhuǎn)彎沖突；按沖突發(fā)生狀態(tài)可分為正面沖突、側(cè)向沖突、追尾沖突等；按避險(xiǎn)行為分為制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速、制動(dòng)＋轉(zhuǎn)向、加速＋轉(zhuǎn)向沖突．按沖突的嚴(yán)重性分為非嚴(yán)重沖突（輕微沖突與一般沖突）和嚴(yán)重沖突．研究利用價(jià)值較大的是嚴(yán)重沖突，本文中無(wú)特殊說(shuō)明，所指均為嚴(yán)重沖突．

1.3 交通沖突的基本測(cè)定

交通沖突的基本測(cè)量參數(shù)有沖突距離、沖突速度和沖突時(shí)間．目前對(duì)沖突嚴(yán)重性的分類方法主要有兩類［6］：（1）空間距離法，選擇距離作為度量參數(shù)．該方法在實(shí)際應(yīng)用中十分直觀且合乎邏輯，沖突雙方之間的距離愈小，則相撞的可能性就大，當(dāng)趨于無(wú)窮大時(shí)，即發(fā)生事故；（2）時(shí)間距離法，選擇時(shí)間作為度量參數(shù)．時(shí)間距離小可以反映出距相撞點(diǎn)距離很短或速度很高，或兩者都有．本文針對(duì)云南省普洱市城市道路平面交叉口沖突的實(shí)際情況，選擇時(shí)間距離法作為判斷沖突嚴(yán)重程度的標(biāo)準(zhǔn)．

2 道路交通安全評(píng)價(jià)方法與實(shí)用性

2.1 絕對(duì)數(shù)法

絕對(duì)數(shù)法是采用4項(xiàng)指標(biāo)，即事故次數(shù)、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)及直接經(jīng)濟(jì)損失來(lái)評(píng)價(jià)道路交通安全．這種方法比較直觀易懂，但卻未考慮其他的影響因素，僅僅簡(jiǎn)單地以數(shù)值的大小作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，具有片面性；并且由于各地方交通總量的差異性，使得該方法缺乏可比性．

2.2 相對(duì)事故率法

相對(duì)事故率法是以相對(duì)事故率（例如萬(wàn)車死亡率、億車死亡率以及當(dāng)量死亡率等）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，具有較強(qiáng)的可比性．

2.3 概率數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

概率數(shù)理統(tǒng)計(jì)法的基本思路是確定正常條件下事故發(fā)生的概率分布，并以此為判斷依據(jù)．通常認(rèn)為某地區(qū)內(nèi)發(fā)生的交通事故數(shù)近似地服從正態(tài)分布，定義隨機(jī)變量

式中：Z為用概率數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論獲得的隨機(jī)變量；Yi為交通事故系數(shù)預(yù)測(cè)值；＾Yi為交通事故次數(shù)（實(shí)測(cè)值）．

假設(shè)交通事故次數(shù)服從正態(tài)分布，置信度取95%，則：Z＜－1．96是安全事故數(shù)；Z＞1．96%的范圍，是不安全事故數(shù)，即該路段危險(xiǎn)；－1．96＜Z＜1．96是正常事故數(shù)．該方法雖簡(jiǎn)單易行，但是對(duì)事故的分析過(guò)于簡(jiǎn)單，缺乏科學(xué)性和說(shuō)服力．

2.4 交通沖突評(píng)價(jià)方法

交通沖突技術(shù)（traffic conflict technique，TCT）是依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)沖突發(fā)生過(guò)程及嚴(yán)重性程度進(jìn)行定量測(cè)量與判別，并應(yīng)用于交通評(píng)價(jià)的技術(shù)方法．它是一種非事故統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)方法，完全不同于傳統(tǒng)的事故統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)方法，在評(píng)價(jià)中的具體應(yīng)用有：危險(xiǎn)度方法、概率方法、交通沖突灰色評(píng)價(jià)方法．

3 交通沖突灰色聚類評(píng)價(jià)研究

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

沖突（TC）代表著交叉口的安全水平，即交通控制、交通設(shè)施、法規(guī)意識(shí)等，而混合當(dāng)量交通量（MPCU）代表著一個(gè)交叉口的交通水平，即交通量、交通流向及交通信號(hào)分配等．因此，在對(duì)城市道路平面交叉口的交通安全水平進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，引入交通沖突技術(shù)，以交通沖突與混合當(dāng)量交通量的比值（TC／MPCU）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，具有很高的可信度．

3.2 灰色聚類評(píng)價(jià)方法

灰色聚類評(píng)價(jià)方法具體評(píng)價(jià)過(guò)程為：選取評(píng)價(jià)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)矩陣、確定灰類及白化值、計(jì)算聚類權(quán)、計(jì)算聚類評(píng)估值、確定最終評(píng)價(jià)結(jié)果［7］．

1）建立評(píng)價(jià)矩陣 令評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)為n，評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)數(shù)為m，評(píng)價(jià)指標(biāo)j∈｛1，2，…，m｝，評(píng)價(jià)對(duì)象i∈ ｛1，2，…，n｝，記dij為評(píng)估樣本矩陣，則

2）灰類及白化值的確定 將評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際數(shù)據(jù)，經(jīng)無(wú)量綱化處理，分析數(shù)據(jù)的累積百分頻率，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(duì)應(yīng)的數(shù)值，作為灰類的白化值．例如，將交通安全狀況分為特別安全（A）、安全（B）、臨界安全（C）、不安全（D）4個(gè)灰類級(jí)別．選取15%、85%累積百分頻率對(duì)應(yīng)的點(diǎn)來(lái)確定A和D的值，選取40%和60%累積百分頻率對(duì)應(yīng)的點(diǎn)來(lái)確定B和C的值．4個(gè)累積百分頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的λ1，λ2，λ3和λ4分別為指標(biāo)的白化值，見(jiàn)圖1．

圖1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的累計(jì)百分頻率曲線

3）建立灰類的白化權(quán)函數(shù) 交通安全評(píng)價(jià)4個(gè)灰類相應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)如式（3）～（6）．

式中：fA（x），fB（x），fC（x），fD（x）為交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)A級(jí)，B級(jí)，C級(jí)，D級(jí)的白化權(quán)函數(shù)．

4）聚類權(quán)的確定 記聚類權(quán)為ηjt，t為評(píng)價(jià)灰類，且t∈｛1，2，…，k｝，k為評(píng)價(jià)灰類種數(shù)．ηjt按下式確定

式中：ηjt為第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)歸入種t灰類的聚類權(quán)；λjt為第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于第t種灰類的白化值．

5）灰聚類分析 按下式求出第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)于第t個(gè)灰類的聚類評(píng)估值σit

評(píng)價(jià)對(duì)象i的灰聚類評(píng)估序列σit＝（σi1，σi2，…，σik）評(píng)價(jià)對(duì)象所屬灰類為k＊，滿足＝max｛σi1，σi2，…，σik｝，從而確定聚類對(duì)象的安全狀況等級(jí)．

4 實(shí)例應(yīng)用

根據(jù)上述思路，借助VB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)出用于交叉口交通安全評(píng)價(jià)的灰色聚類評(píng)價(jià)軟件．以普洱市城區(qū)的29個(gè)交叉口為例，建立基于交通沖突技術(shù)的交叉口安全狀況灰色聚類評(píng)價(jià)過(guò)程．

1）以普洱市29個(gè)道路平面交叉口為評(píng)價(jià)對(duì)象，選取各個(gè)交叉口早高峰時(shí)段、晚高峰時(shí)段以及平峰時(shí)段的TC／MPCU作為3種評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表1所列．對(duì)于不同的交通安全指標(biāo)（TC／MPCU），分別繪制累積百分率曲線，確定各灰類的白化值．確定的灰類白化值為：早高峰時(shí)段λ1＝0．035，λ2＝0．024，λ3＝0．013，λ4＝0．001；晚高峰時(shí)段λ1＝0．031，λ2＝0．021，λ3＝0．011，λ4＝0．002；平峰時(shí)段λ1＝0．023，λ2＝0．015，λ3＝0．008，λ4＝0．001．

2）普洱市的29個(gè)交叉口安全狀況分為4類，即第1類：特別安全；第2類：安全；第3類：臨界安全；第4類：不安全．普洱市29個(gè)交叉口的安全狀況評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2．根據(jù)分析結(jié)果可知，在普洱市城區(qū)內(nèi)，交通狀況處于第4類不安全的交叉口（即交叉口7，8，9，12，16，23，24，25，26，28，29）應(yīng)在短期內(nèi)進(jìn)行交通安全的改善，同屬第3類臨界安全的交叉口（即交叉口1，6，10，11，14，15，20）可視條件采取適當(dāng)措施．

表1 普洱市29個(gè)交叉口3個(gè)時(shí)段的TC／MPCU值

表2 交叉口灰色聚類評(píng)價(jià)結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

本文選取早高峰、晚高峰以及平峰3個(gè)時(shí)段的TC／MPCU值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，把交通沖突技術(shù)（TCT）引入到交通安全的灰色評(píng)價(jià)模型中，不但可以客觀準(zhǔn)確地對(duì)道路交叉口安全狀況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，而且克服了多個(gè)連續(xù)時(shí)段交通量與沖突數(shù)據(jù)調(diào)查所帶來(lái)的耗時(shí)耗力問(wèn)題［8－10］．同時(shí)，也有助于在較短時(shí)間內(nèi)，對(duì)道路交叉口的安全狀況進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，并研究合理的安全改善措施，使交通管理工作有針對(duì)性，做到快速定量地評(píng)價(jià)改善措施的效果．這種不同于事故統(tǒng)計(jì)分析的方法為道路交叉口安全評(píng)價(jià)提供了一種新的研究思路和手段，具有一定的實(shí)用價(jià)值．

［1］李 江．交通工程學(xué)［M］．北京：人民交通出版社，2002．

［2］王 煒，過(guò)秀成．交通工程學(xué)［M］．南京：東南大學(xué)出版社，2000．

［3］薛福連．美國(guó)的交通管理［J］．交通企業(yè)管理，2005（9）：46－48．

［4］Hoong C C，Ser T Q．Measurement of traffic conflict［J］．Safety Science，1997，26（3）：169－185．

［5］張仲仁．日本的安全駕駛管理員制度［J］．公安交通科技，2005（2）：34－38．

［6］成 衛(wèi)，丁同強(qiáng)，李 江．道路交叉口交通沖突灰色評(píng)價(jià)研究［J］．公路交通科技，2004，21（6）：97－100．

［7］劉文清，李文權(quán)．改進(jìn)的道路交通安全灰色聚類評(píng)價(jià)方法［J］．城市交通，2006（3）：58－61．

［8］鄧聚龍．灰色系統(tǒng)基本方法［M］．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004．

［9］朱順應(yīng)，王 紅，嚴(yán)新平．道路交通安全宏觀評(píng)價(jià)FAHP法［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2005，29（5）：697－699．

［10］成 衛(wèi)，王貴勇．基于交通沖突技術(shù)的交叉口安全狀況灰色聚類評(píng)價(jià)研究［J］．昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)：理工版，2005，30（3）：106－110．