蔣賢才，黃 科，汪 貝（.哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，50090哈爾濱；.中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院西部分院，40重慶）

交通電子執(zhí)法威懾水平量化分析

蔣賢才1，黃 科2，汪 貝1
（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，150090哈爾濱；2.中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院西部分院，401121重慶）

為了探析交通電子執(zhí)法在抑制交通違法行為方面的威懾成效和水平，以描述氣體擴散效應(yīng)的煙羽模型為基礎(chǔ)，分析影響交通電子執(zhí)法威懾成效的相關(guān)因素在時空作用域上的特征，修正并重新定義了煙羽模型中各因子的含義及表達形式，構(gòu)建了交通電子執(zhí)法威懾水平量化分析模型，并用交通調(diào)查數(shù)據(jù)標定了模型中常量的取值.案例分析表明，該模型的計算結(jié)果與交通違法率的調(diào)查結(jié)果趨于一致，說明該模型能客觀地量化電子執(zhí)法在抑制交通違法行為方面的貢獻程度.合理布設(shè)交通電子執(zhí)法設(shè)施的位置、作用方向和數(shù)量，能有效降低電子執(zhí)法區(qū)域內(nèi)的交通違法率.

交通電子執(zhí)法；威懾水平；擴散效應(yīng)；煙羽模型；交通違法

隨著交通電子執(zhí)法應(yīng)用越來越普遍，國內(nèi)外對于其威懾水平的研究也越來越重視.文獻［1］對交通電子執(zhí)法設(shè)施處的道路交通安全狀況進行了評估；文獻［2］提出了加拿大交通電子執(zhí)法設(shè)置處交叉口安全狀況的評估方法；文獻［3］對交通電子執(zhí)法在降低事故和違法率方面的有效性進行了評估；文獻［4］評估了交通電子執(zhí)法的可行性、有效性、合法性和公眾可接受性；文獻［5］分析了駕駛員教育、嚴格頒發(fā)駕駛執(zhí)照和交通電子執(zhí)法對降低交通事故的貢獻，指出交通電子執(zhí)法是降低交通事故發(fā)生次數(shù)最為有效的方式；文獻［6］評估了交通電子執(zhí)法的可行性和在交通違法、交通事故、社會經(jīng)濟方面的效益，指出需要在交通電子執(zhí)法設(shè)施上游建立完善的警示信息.但上述研究絕大部分從概率論的角度給出了交通電子執(zhí)法在道路交通安全管理中產(chǎn)生的影響，沒有將交通電子執(zhí)法威懾效果的水平進行量化分析.

1 交通電子執(zhí)法威懾特征

通過對哈爾濱市各信號交叉口交通違法行為和調(diào)查區(qū)域信號交叉口交通數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在交通電子執(zhí)法作用下，其威懾作用具有以下幾個特征：1）交通電子執(zhí)法對減少交通違法行為的作用效果不僅與布設(shè)數(shù)量有關(guān)，還與其設(shè)置位置和作用方向有關(guān).交通電子執(zhí)法設(shè)備的設(shè)置位置和作用方向不同，其對該信號交叉口不同進口和周邊信號交叉口的作用大小也不同.2）在交通電子執(zhí)法作用進口道內(nèi)，其對交通違法行為的抑制效果最好，對該交叉口其他進口作用效果次之，即交通電子執(zhí)法對交通違法行為的抑制效果在各個方向存在差異.3）交通電子執(zhí)法作用效果除受設(shè)置位置和作用方向影響外，各進口道交通標線是否齊全也對其有著重要影響.

2 基于煙羽模型的威懾水平量化分析

2.1 煙羽模型介紹

煙羽模型最早是研究毒物傷害或氣體、塵埃擴散的模型，由系統(tǒng)工程協(xié)同學(xué)原理導(dǎo)出的，主要通過該模型分析有害物質(zhì)在大氣中的擴散效應(yīng)，其研究對象往往存在許多不確定的影響因素，如核事故后輻射塵埃擴散的規(guī)律及對環(huán)境的影響［7-9］.

依據(jù)協(xié)同學(xué)理論，煙羽模型將研究對象視為一個系統(tǒng)，且具有以下特征：1）系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，且各子系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性.2）系統(tǒng)具有飽和機制和失穩(wěn)機制.3）系統(tǒng)與外界存在一定相互作用，是開放系統(tǒng).

傳統(tǒng)的煙羽模型通常指連續(xù)點源擴散的高斯煙羽模型，其主要假設(shè)研究對象擴散效應(yīng)在橫向和縱向的分布是正態(tài)分布，且其擴散效應(yīng)在各個方向具有一致性，其在有單向外界作用下的擴散效應(yīng)如圖1所示.

圖1 煙羽模型示例

在理想的無限空間擴散條件下，連續(xù)點源擴散的高斯煙羽模型簡化計算公式［10］為

式中：C為研究對象在不同位置的作用效果；q為研究對象作用點源強；k為擴散系數(shù)；u為影響擴散效應(yīng)的外界作用，其作用方向與x軸方向一致；x，y，z分別為目標點距源點的3個方向的投影距離；r為擴散半徑，r2=y2+z2．

2.2 模型建立

通過對交通電子執(zhí)法威懾效應(yīng)作用機理及作用效果研究分析，發(fā)現(xiàn)交通電子執(zhí)法威懾效應(yīng)在減少交通違法行為效果上與氣體擴散效應(yīng)存在相似之處，其作用效果均受許多不確定因素影響，大氣擴散受風(fēng)速及風(fēng)向的影響，而交通電子執(zhí)法對交通違法行為的抑制作用受交通電子執(zhí)法設(shè)備設(shè)置位置、作用方向和布設(shè)數(shù)量等因素影響［11］.將一定區(qū)域內(nèi)的信號交叉口交通電子執(zhí)法對交通違法行為的抑制作用視為研究對象，其滿足基于協(xié)同學(xué)原理導(dǎo)出的煙羽模型的幾點特征：1）整個研究對象由研究區(qū)域內(nèi)所有信號交叉口的交通電子執(zhí)法設(shè)備組成，且每個交叉口交通電子執(zhí)法對交通違法行為抑制作用具有一定的穩(wěn)定性.2）當(dāng)交通電子執(zhí)法超過一定數(shù)量時，其對交通違法行為的抑制作用將不再增加；當(dāng)區(qū)域內(nèi)交通電子執(zhí)法設(shè)備的布設(shè)位置及數(shù)量發(fā)生變化時，其對區(qū)域內(nèi)交通違法行為的抑制作用將達到新的平衡.3）交通電子執(zhí)法對交通違法行為的抑制作用受外部環(huán)境影響，整個研究對象為開放系統(tǒng).

由于交通電子執(zhí)法威懾效應(yīng)的產(chǎn)生和作用效果較為復(fù)雜，在結(jié)合城市信號交叉口交通違法行為和信號交叉口基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征基礎(chǔ)上，為簡化模型結(jié)構(gòu)提出以下假設(shè)：1）同一信號交叉口對向進口道的駕駛員自身條件分布規(guī)律基本相同. 2）在沒有交通電子執(zhí)法設(shè)備作用時，同一信號交叉口對向進口道的平均交通違法率基本相同. 3）交通電子執(zhí)法對區(qū)域內(nèi)信號交叉口交通安全的影響是由該信號交叉口及其周邊交通電子執(zhí)法威懾效應(yīng)疊加作用的結(jié)果.4）交通電子執(zhí)法威懾作用是（基于）駕駛員看見交通電子執(zhí)法設(shè)備而產(chǎn)生的.

交通電子執(zhí)法對交通違法行為的抑制作用雖受其設(shè)置位置和作用方向的影響，但其對作用方向外的其他進口道仍有一定威懾作用，其作用效果不能簡單采用污染源在單向風(fēng)（即外界作用u）作用下的高斯煙羽模型，且交通電子執(zhí)法對各個進口道交通違法行為的抑制作用受各個進口道交通標線是否齊全影響較大.因此，交通電子執(zhí)法作為點源，其對不同進口道的源強不盡相同.鑒于交通電子執(zhí)法對交通違法行為與傳統(tǒng)煙羽模型使用情況的差異，對交通電子執(zhí)法威懾效應(yīng)作用效果計算模型附加假定條件：1）交通電子執(zhí)法威懾作用以“點源”進行模擬，其源強具有方向性. 2）外界作用為各進口道交通標線對其威懾作用的影響.3）交通電子執(zhí)法作用區(qū)對交通違法行為的抑制作用最大.

基于以上假設(shè)和分析，考慮到外界作用是由點源產(chǎn)生，在進行計算時需考慮點源對不同方向的作用強度變化，因此，經(jīng)過調(diào)整后的模型為

式中：C（x，r）為在各種影響因素作用下，有電子執(zhí)法設(shè)備時交通違法率下降幅度，%；i為方向，交通電子執(zhí)法作用方向為1時，沿逆時針方向遞加（根據(jù)行駛方向靠右確定）；εi為源強在第i個方向上的修正系數(shù)，εi∈［0，1］，由駕駛員注視分配與進口道交通流向比例決定；x為源點與目標交叉口沿線上的交叉口數(shù)；y為源點與交通電子執(zhí)法作用方向垂直線路上的交叉口數(shù)，r2=y2+z2；k為交通電子執(zhí)法的耗散系數(shù)，是x的函數(shù)；uj為目標交叉口j進口道標線情況對威懾效應(yīng)的影響；q為源強，由交通電子執(zhí)法設(shè)備布設(shè)數(shù)量和設(shè)置位置決定．

在無法進行大量、長期的數(shù)據(jù)調(diào)查情況下，為便于對威懾效應(yīng)作用大小進行估算，需對模型條件進行進一步假設(shè)．由于耗散系數(shù)k僅為變量x的函數(shù)，設(shè)k=ax，a為某個待定常量，則式（2）可表示為

由于交通電子執(zhí)法威懾效應(yīng)為平面效應(yīng)（暫不考慮立體交叉的情況），因此z=0，即r=y，所以式（3）可表示為

在確定交通電子執(zhí)法對信號交叉口（x，y）交通違法行為抑制作用大小時，需對變量ε、q、u和a進行進一步確定．源強q的大小主要受設(shè)備位置和布設(shè)數(shù)量的影響，其設(shè)置位置越顯著，源強越大，布設(shè)數(shù)量越多，源強越大；反之，則源強越?。虼?，借助重力場理論對源強大小進行模擬，對不同電子執(zhí)法設(shè)備數(shù)量的交叉口違法水平的觀測值進行回歸得到其表達式為

式中：n為交通電子執(zhí)法設(shè)備數(shù)量；l為作用進口道數(shù)量．

交通電子執(zhí)法設(shè)備主要分為球式和槍式兩種，球式交通電子執(zhí)法設(shè)備具有攝像頭360°旋轉(zhuǎn)的特性，且其在某個時刻具體的監(jiān)控方向不被駕駛員所察覺，監(jiān)控范圍受設(shè)置位置影響較大，一般可監(jiān)控2～4個進口；槍式交通電子執(zhí)法設(shè)備攝像頭基本固定，其監(jiān)控范圍一般為1～2個進口，其中絕大多數(shù)槍式交通電子執(zhí)法設(shè)備只能監(jiān)控1個進口.

考慮到交通執(zhí)法設(shè)備種類的不同，在進行模型參數(shù)標定時也應(yīng)區(qū)別對待，如球式設(shè)備的作用區(qū)域可能是多個，而槍式設(shè)備作用區(qū)域只為1個.對可作用于多個方向的球式設(shè)備，需以不同作用方向作為x方向分別進行計算，各個進口方向的作用大小取該進口方向所有計算結(jié)果最大值.

選取哈爾濱市30個交叉口作為調(diào)查對象，根據(jù)進口道標線清晰、模糊、殘缺不清和不可辨識進行分類，每個交叉口安排2～3名人員進行調(diào)查，主要調(diào)查放行方向上各類交通違法數(shù)量及各進口道交通流量，確定不同進口道標線狀況下的交通違法率，以此數(shù)據(jù)來標定模型中的參數(shù).以進口道標線清晰情況下的uj值作為參考，取值為1，對上述調(diào)查所得分類后的數(shù)據(jù)進行標準化，得出進口道模糊、殘缺不全和不可辨識情況下的uj值分別為1.1、1.5和2；施曉芬在對城市信號交叉口駕駛員視覺搜索研究過程中，依據(jù)駕駛行為特征整理出了不同情況下駕駛員注視分配表［12］，參照其給出的注視分配值和調(diào)查所得各進口道交通流向比例，將二者進行最小二乘擬合，得出源強修正系數(shù)εi在前、后、左、右對應(yīng)的值分別為1、0.35、0.27和0.22；將上述結(jié)果及調(diào)查數(shù)據(jù)代入模型中，計算得到系數(shù)a=0.394．

2.3 案例分析

以哈爾濱市南崗區(qū)哈爾濱工業(yè)大學(xué)二校區(qū)周邊10條道路組成的區(qū)域為評價對象，利用錄像和人工觀測獲得的調(diào)查數(shù)據(jù)，計算交通電子執(zhí)法在評價范圍內(nèi)13個信號交叉口各自進口道方向上的威懾水平（因宣慶街與馬端街交叉口，宣慶街與大成街交叉口，無對向進口道不予比較），并與實際交通違法率進行對比分析，驗證模型計算結(jié)果的準確性.模型計算結(jié)果見表1．表1中C、C1、C2分別為當(dāng)前交叉口威懾水平、下游交叉口威懾水平、間隔一個交叉口威懾水平．

模型計算的威懾水平疊加值與實際交通違法率調(diào)查值的對比分析見表2.表2中Ω為交叉口各對向進口道方向上交通違法率之比，即Ω=ve／vw或Ω=vs／vn，其中ve、vs、vw、vn分別代表交叉口東、南、西、北進口道實際調(diào)查的交通違法率；ξ=（1-Ce）／（1-Cw）或ξ=（1-Cs）／（1-Cn），其中Ce、Cs、Cw、Cn分別代表在電子執(zhí)法設(shè)施作用下由式（4）計算得到的東、南、西、北進口道威懾水平；C為威懾水平，v為實際調(diào)查的交通違法率．

表2 各交叉口威懾水平疊加值與實際交通違法率調(diào)查值的對比分析

在不考慮交通電子執(zhí)法時，同一交叉口對向進口道方向上的交通違法率應(yīng)相同.根據(jù)Ω、ξ定義，Ω與ξ的差值實質(zhì)反映了威懾水平量化分析模型計算結(jié)果與實際交通違法率間的吻合程度.22個交叉口對向進口道方向上的Ω與ξ取值對比結(jié)果見圖2．

圖2 22個交叉口方向上的ξ與Ω值

從表2和圖2可以看出，Ω與ξ取值趨勢一致，ξ／Ω基本都在1附近波動，ξ-Ω基本都在0附近波動，累積和為0.002．由此可見，模型計算結(jié)果與實際交通調(diào)查結(jié)果基本一致，說明該模型能較客觀地量化電子執(zhí)法設(shè)施在抑制交通違法行為方面的作用和大?。\用該模型對交通違法率很低的信號交叉口進行計算時，交叉口交通違法率的輕微波動將會導(dǎo)致Ω產(chǎn)生較大波動，使Ω與ξ出現(xiàn)較大偏差，模型的可靠性隨之降低．出現(xiàn)信號交叉口交通違法率很低的結(jié)果與調(diào)查時間短及調(diào)查時段內(nèi)交叉口交通量小有關(guān)，通過延長調(diào)查時間和增大交通違法率調(diào)查樣本量，能縮小Ω與ξ的偏差．

3 結(jié) 論

1）交通電子執(zhí)法的威懾效應(yīng)是一種平面效應(yīng)，除了對布設(shè)有電子執(zhí)法設(shè)施的交叉口威懾效果顯著外，對附近的其他交叉口也具有一定威懾作用；交通電子執(zhí)法設(shè)施的布設(shè)位置、作用方向和數(shù)量對交通違法行為的抑制效果影響較大；交通電子執(zhí)法設(shè)施作為威懾點源，其在交叉口不同進口道上的源強不盡相同.

2）交通電子執(zhí)法的威懾效應(yīng)在減少交通違法行為效果上，與氣體擴散效應(yīng)存在相似之處.以描述氣體擴散效應(yīng)的煙羽模型為基礎(chǔ)，分析了影響交通電子執(zhí)法威懾成效的相關(guān)因素在時空作用域上的特征，修正并重新定義了煙羽模型中各因子的含義及表達形式，構(gòu)建了交通電子執(zhí)法威懾水平量化分析模型，并用交通調(diào)查數(shù)據(jù)標定了模型中常量的取值.通過案例分析，表明該模型能較客觀地量化電子執(zhí)法設(shè)施在抑制交通違法行為方面的作用和大小.

［1］LAWRENCE E D，LIBBY T，LOREN S.Automated enforcement：a compendium ofworldwide evaluations of results［EB／OL］.［2009-05-13］.http：／／www.nhtsa. dot.gov／staticfiles／DOT／NHTSA／Traffic%20Injury% 20Control／Articles／Associated%20Files／HS810763.pdf.

［2］SAYED T，D E LEUR P.Evaluation of intersection safety camera program in Edmonton，Canada［J］. Journal of Transportation Research Record，2007，2009：37-45.

［3］FLANNERY A，MACCUBBIN R.Using meta analysis techniques to assess the safety effectof red light running cameras［EB／OL］.［2002-11-01］.http：／／www.ltrc. lsu.edu／TRB-82／TRB2003-000512.pdf.

［4］STOKESRW，RUSSELL E R，RYSM J.Feasibility of automated traffic signal enforcement in Kansas［EB／OL］.［2005-07-14］.http：／／www.ksdot.org／idmws／DocContent.dll？Library=PublicDocs＾dt00mx38＆ID= 003670576＆Page=1.

［5］ZWAHLEN H T，SURAVARAM K R.Crash reduction factors for education and enforcement［EB／OL］.［2007-05-01］.fttp：／／ftp.mdt.mt.gov／research／LIBRARY／FHWA-OH-2007-11.pdf.

［6］RUBY D E，HOBEIKA A G.Assessment of red light running cameras in Fairfax County，Virginia［EB／OL］.［2003-01-01］.http：／／www.ltrc.lsu.edu／TRB-82／TRB2003-000226.pdf.

［7］余琦，劉原中.拉格朗日煙團模型在核事故早期應(yīng)急決策中的應(yīng)用［J］.清華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2000，40（12）：6-9.

［8］彭祖明，陳義華.基于煙羽模型的交通影響范圍模型的研究［J］.城市交通，2007，29（6）：53-57.

［9］王麗，劉小明，任福田.確定交通影響范圍的煙羽模型法［J］.中國公路學(xué)報，2001，14（4）：100-102，117.

［10］王麗，劉小明，任福田，等.煙羽模型在交通影響分析中的應(yīng)用［J］.公路交通科技，2001，18（6）：82-85.

［11］黃科.交通電子執(zhí)法光暈效應(yīng)及其安全成效研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

［12］施曉芬.城市信號交叉口駕駛員速度控制和視覺搜索行為研究［D］.西安：長安大學(xué)，2011.

（編輯 魏希柱）

Deterrent effect quantitative analysis of traffic automated enforcement

JIANG Xiancai1，HUANG Ke2，WANG Bei1
（1.School of Transportation Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，150090 Harbin，China；2.Western Branch，China Academy of Urban Planning and Design，401121 Chongqing，China）

To analyze the deterrent effect and level of traffic electronic enforcement on inhibition of traffic violation，on the basis of the plumemodel，this paper built a quantitative analysismodel of traffic electronic enforcement deterrence level.Thismodel corrected and redefined the factormeaning and expression form of plumemodel，and calibrated constant values with data from traffic survey to analyze the characteristics of related factorswhich can influence the traffic electronic enforcement deterrence effect on the scope of time and space.The case studies showed that the calculation results of themodel was consistentwith the survey results of traffic violation rate，which indicated that this model can quantify the contribution degree of electronic enforcement on inhibition of traffic violation.By reasonable layout of location，direction and quantity of traffic electronic enforcement facilities，the traffic violation rate of the layout area can be effectively reduced.

traffic automated enforcements；deterrent effect；diffusion effects；plumemodel；traffic violation

U491

A

0367-6234（2014）12-0065-06

2013-05-27.

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金（HIT.NSRIF. 2012061）；哈爾濱工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計劃（HITQNJS.2009.051）；哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項資金（2010RFQXG006）.

蔣賢才（1974—），男，副教授.

蔣賢才，jxc023＠126.com.