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(guó)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(guó)發(fā)生在交叉口的交通事故數(shù)約為30%，同時(shí)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(gè)路口的安全狀況很大程度上取決于路口車(chē)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(jì)評(píng)價(jià)方法[2]，具有“大樣本、短周期、小區(qū)域、高信度”的統(tǒng)計(jì)學(xué)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)定量測(cè)定“準(zhǔn)事故”的嚴(yán)重沖突方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)事故統(tǒng)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)小區(qū)域地點(diǎn)快速評(píng)價(jià)的目的。因此，通過(guò)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(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用灰色聚類(lèi)安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行交叉口安全評(píng)價(jià)。

1 交通沖突

1977年在奧斯陸召開(kāi)了首屆國(guó)際交通沖突學(xué)術(shù)年會(huì)，會(huì)上正式提出了交通沖突的標(biāo)準(zhǔn)定義，即：兩個(gè)或多個(gè)道路使用者在一定的時(shí)間和空間上彼此接近到一定程度，此時(shí)若不改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就有發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)，這種現(xiàn)象稱(chēng)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(xiǎn)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(guò)測(cè)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(jì)方法評(píng)價(jià)交叉口。

2 灰色聚類(lèi)安全評(píng)價(jià)[4－7]

灰色聚類(lèi)評(píng)價(jià)采用定性和定量相結(jié)合的方法，通過(guò)對(duì)“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(duì)交叉口安全水平的評(píng)價(jià)。

1）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)。采用早高峰、晚高峰、平峰3個(gè)典型時(shí)段嚴(yán)重沖突數(shù)和混合當(dāng)量的比值TC／MPCU作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2）建立評(píng)價(jià)矩陣。令聚類(lèi)評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)為i，聚類(lèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)為j，dij為被評(píng)估的樣本矩陣，其中i∈（1，2，…，n），j∈（1，2，…，m），則評(píng)價(jià)矩陣為

3）確定灰類(lèi)及白化值。采用概率統(tǒng)計(jì)方法確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。即將評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際數(shù)據(jù)，經(jīng)無(wú)量綱化處理，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(lèi)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(lèi)級(jí)別。選取15%、85%累積百分頻率對(duì)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(duì)應(yīng)的點(diǎn)確定良和中的值。4個(gè)累積百分頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Aj1、Aj2、Aj3、Aj4分別為4種灰類(lèi)的白化值。

圖1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)灰類(lèi)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(píng)價(jià)指標(biāo)所屬優(yōu)、良、中和差4種灰類(lèi)級(jí)別的白化權(quán)函數(shù)，則各指標(biāo)灰類(lèi)的白化權(quán)函數(shù)如圖1～圖6所示。

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)灰類(lèi)的白化值函數(shù)

5）確定聚類(lèi)權(quán)。令聚類(lèi)權(quán)為Ujt，t為評(píng)價(jià)灰類(lèi)，且t∈ （1，2，…，ω），ω為評(píng)價(jià)灰類(lèi)總數(shù)。

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

6）灰色聚類(lèi)分析。令σit為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)于第t個(gè)灰類(lèi)的聚類(lèi)評(píng)估值，t∈ （1，2，…，k），則

式中：σit為第i評(píng)價(jià)對(duì)象歸屬于第t種灰類(lèi)的聚類(lèi)值；fit（dij）為第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)屬第t種灰類(lèi)的白化權(quán)函數(shù)在白化值的權(quán)數(shù)取值。

評(píng)價(jià)對(duì)象i的灰色聚類(lèi)評(píng)估序列σi＝評(píng)價(jià)對(duì)象所屬灰類(lèi)為t＊，滿足＝從 而 確 定 聚 類(lèi) 對(duì) 象 的 安 全狀況。

3 應(yīng)用實(shí)例

以福州市5個(gè)交叉口為研究對(duì)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(cè)時(shí)段，通過(guò)調(diào)查得到各交叉口早高峰、晚高峰、平峰3個(gè)時(shí)段的 TC／MPCU 值[8－10]，如表1所示。

表1 福州市5個(gè)交叉口3個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)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(píng)價(jià)過(guò)程

1）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)調(diào)查得到福州市5個(gè)交叉口的交通沖突數(shù)據(jù)，整理可得各交叉口3個(gè)時(shí)段嚴(yán)重沖突時(shí)的TC／MPCU值，建立矩陣：

2）評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的無(wú)量綱處理后的數(shù)據(jù)為

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

4）構(gòu)造各評(píng)價(jià)指標(biāo)灰類(lèi)的白化權(quán)函數(shù)及權(quán)系數(shù)計(jì)算公式。以早高峰時(shí)段嚴(yán)重沖突時(shí)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(jì)算公式，并將5個(gè)交叉口處理后的早高峰時(shí)段嚴(yán)重沖突時(shí)的TC／MPCU值代入可得到3個(gè)時(shí)段嚴(yán)重沖突時(shí)TC／MPCU的權(quán)系數(shù)矩陣，如下：

指標(biāo)1：

5）聚類(lèi)計(jì)算。根據(jù)3）的Ajt矩陣可得，第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)將對(duì)象歸入t種灰類(lèi)內(nèi)的聚類(lèi)系數(shù)為

3.2 結(jié)果分析

由計(jì)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(shuō)來(lái)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(lèi)中，交叉口1、交叉口3和交叉口5有優(yōu)類(lèi)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(gè)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(duì)較少，平時(shí)交通比較順暢，高峰時(shí)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(shí)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(yǔ)

灰色理論具有能解決“部分信息已知，部分信息未知”問(wèn)題的特點(diǎn)，且評(píng)價(jià)方法的算法含義清晰、明確。相對(duì)于傳統(tǒng)的交通安全評(píng)價(jià)方法，交通沖突技術(shù)是一種非事故統(tǒng)計(jì)的間接評(píng)價(jià)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(shí)間內(nèi)，快速、定量地評(píng)價(jià)道路交叉口的安全狀況，提高安全評(píng)價(jià)的效率，特別是在交叉口數(shù)目較多、評(píng)價(jià)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(lèi)評(píng)價(jià)這兩種方法的優(yōu)勢(shì)十分明顯。但是，灰色聚類(lèi)安全評(píng)價(jià)在指標(biāo)選擇、評(píng)價(jià)精度上還需要進(jìn)一步的細(xì)化；沖突觀測(cè)過(guò)程中對(duì)車(chē)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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