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)。
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。
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。
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。
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
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。
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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