張文會，馬 俊，羅文文，李德才，李 卓

(1.東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.北京交通運輸職業(yè)學(xué)院 汽車工程系，北京 102618)

基于可拓學(xué)的事故路段風(fēng)險等級識別模型

張文會1，馬 俊1，羅文文1，李德才1，李 卓2

(1.東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.北京交通運輸職業(yè)學(xué)院 汽車工程系，北京 102618)

為了揭示事故路段行車風(fēng)險等級變化特征，將事故現(xiàn)場的形成至解除過程劃分為出警、現(xiàn)場安全設(shè)施設(shè)置、現(xiàn)場勘查和救援及安全設(shè)施解除4個序列時段，選取交通流量、信息發(fā)布、現(xiàn)場處置、速度管理和駕駛員反應(yīng)5個風(fēng)險度量指標，采用乘積標度法確定指標權(quán)重，基于物元、可拓集合論和關(guān)聯(lián)函數(shù)確定事故路段風(fēng)險經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元，建立事故路段風(fēng)險等級識別模型。以某雙向四車道高速公路事故現(xiàn)場為例，應(yīng)用該模型確定各時段的風(fēng)險等級，即第一時段為極度危險，第二時段為中度危險，第三時段為基本安全，第四時段為輕度危險。研究結(jié)果表明：評價結(jié)果客觀，所建模型可用于事故路段風(fēng)險等級識別，得到的風(fēng)險時變特征為風(fēng)險識別和風(fēng)險管控提供理論參考。

交通運輸工程；事故路段；風(fēng)險識別；可拓學(xué)

0 引 言

高速公路發(fā)生重特大交通事故，事故現(xiàn)場的存在時間較長。交通警察需要達到事故現(xiàn)場，采集現(xiàn)場信息；必要的情況下，消防和醫(yī)護人員也要來到現(xiàn)場，進行安全救援。事故現(xiàn)場的存在導(dǎo)致路段可通行寬度變窄，交通參數(shù)突變，增加行車風(fēng)險。因此，駕駛?cè)藨?yīng)提前感知事故信息，調(diào)整車輛的運動狀態(tài)，以避免與事故車輛或現(xiàn)場人員發(fā)生碰撞，發(fā)生二次事故。事故現(xiàn)場具有時間和空間屬性，一些風(fēng)險因素動態(tài)變化，不同時段通過現(xiàn)場的駕駛?cè)烁兄男熊囷L(fēng)險就有差別。

國外學(xué)者對事故路段行車風(fēng)險的研究主要從交通事件快速識別以及快速反應(yīng)[1]，仿真模擬事故現(xiàn)場的事故概率[2]等方面展開研究，從而達到降低事故路段風(fēng)險，加強事故現(xiàn)場管理控制的目的。國內(nèi)學(xué)者對事故路段的研究有事故現(xiàn)場的安全性綜合評價[3]，交通事件的影響范圍[4-5]，交通事件持續(xù)時間預(yù)測[6-7]等，也有關(guān)于作業(yè)區(qū)行車風(fēng)險仿真模型的研究[8]。綜上所述，目前國內(nèi)和國外對于事故路段風(fēng)險的研究多為事故路段整體風(fēng)險的研究以及盡可能減少事故現(xiàn)場存在的時間，對于研究事故路段行車風(fēng)險隨時間的動態(tài)變化過程，確定各時段的風(fēng)險等級的研究尚不多見。

筆者基于事故現(xiàn)場的時間屬性，將事故現(xiàn)場的存在時間分為出警、現(xiàn)場安全設(shè)施設(shè)置、現(xiàn)場勘察和救援以及現(xiàn)場安全設(shè)施解除4個時段，采用可拓學(xué)理論建立事故路段行車風(fēng)險等級評定模型，描述風(fēng)險時間分布特征。

1 事故現(xiàn)場時段劃分與行車風(fēng)險因素

1.1 時段劃分

1)出警時段T1：是指從事故發(fā)生到交通警察到達事故現(xiàn)場的一段時間。此時段由于事故信息并未發(fā)布，或者發(fā)布不夠廣泛，且缺乏必要的事故現(xiàn)場的安全處置與管理措施。

2)安全設(shè)施設(shè)置時段T2：是指從交通警察到達至安全設(shè)施設(shè)置完畢的一段時間。在該時段，事故信息已經(jīng)發(fā)布，事故現(xiàn)場開始安全處置，交通流量較上一時段要小，通過車輛駕駛員較為謹慎。

3)現(xiàn)場勘察和救援時段T3：設(shè)施設(shè)置完畢后，交通警察等有關(guān)人員對現(xiàn)場進行勘查和救援，該時段已有現(xiàn)場安全措施，因此通過車輛速度較慢，駕駛員獲得事故信息后更加謹慎。

4)安全設(shè)施解除時段T4：現(xiàn)場勘查和救援結(jié)束后，事故現(xiàn)場解除，交通恢復(fù)，該時段內(nèi)現(xiàn)場安全設(shè)施逐漸撤除。

1.2 風(fēng)險因素

確定影響事故路段行車風(fēng)險因素為交通流量、信息發(fā)布、現(xiàn)場處置、速度管理以及駕駛員反應(yīng)，見表1。

表1 事故路段行車風(fēng)險關(guān)鍵因素

2 可拓學(xué)理論模型

2.1 物 元

可拓學(xué)[9-10]以物元為邏輯細胞，用有序三元組R={N，c，v}來描述。其中：N表示事物；c表示事物特征的名稱；v表示事物N關(guān)于c取得的量值；v=c(N)反映事物的質(zhì)和量的關(guān)系。如果事物N有多個特征，則有：

(1)

2.2 經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元

待評指標的經(jīng)典域為：

(2)

式中：Moj為評價等級；j為等級數(shù)量；ci為評價指標，i=1,2，…，n；voji=|aoji，boji|為Moj關(guān)于ci的量值范圍。

待評指標的節(jié)域為：

(3)

式中：Mp為節(jié)域?qū)ο?，即為評價等級的全體；vpi=|api，bpi|為節(jié)域?qū)ο箨P(guān)于ci的量值范圍，即節(jié)域。

將待評指標用物元表示，則得到待評物元為：

(4)

2.3 關(guān)聯(lián)度

根據(jù)距的定義，計算各指標對應(yīng)的點到經(jīng)典域的距離ρ(vi，voji)和其到節(jié)域的距離ρ(vi，vpi)，分別為：

(5)

(6)

則關(guān)聯(lián)函數(shù)為：

則待評對象Ro關(guān)于等級Mj的關(guān)聯(lián)度Kj(M)為：

(8)

式中：ωi為評價指標的權(quán)重分配系數(shù)。

若滿足：

(9)

則評定評價對象M屬于jo級。

2.4 乘積標度法

3 事故路段風(fēng)險等級評價

3.1 風(fēng)險指標經(jīng)典域、節(jié)域以及待評物元

結(jié)合風(fēng)險因素的特點和專家意見，參照文獻[11]對安全因素分級標準，將風(fēng)險因素分為5級：M={M1，M2，M3，M4，M5}={基本安全，輕度危險、中度危險、重度危險、極度危險}，見表2。

表2 風(fēng)險因素分級標準

筆者以雙向四車道高速公路基本路段發(fā)生的交通事故為例，通過調(diào)查得到某事故路段的5個指標，得到4個時段各因素情況，見表3。

表3 某事故路段行車風(fēng)險因素值

參照文獻[3]中指標無量綱化的方法，對表2和表3的因素?zé)o量綱化處理，見表4和表5。

表4 風(fēng)險因素分級標準無量綱化

表5 行車風(fēng)險因素實際值無量綱化

該事故路段行車風(fēng)險指標S1(交通流量)的可拓學(xué)的經(jīng)典域為：

同理：可算出Ro2，Ro3，Ro4，Ro5。

節(jié)域根據(jù)事故路段行車風(fēng)險因素的取值范圍而定，一般是評價等級的全體，即為：

T1時段事故路段行車風(fēng)險可拓學(xué)待評物元為：

同理，可算出Ro2，Ro3，Ro4。

3.2 待評物元關(guān)聯(lián)度計算

采用乘積標度法確定風(fēng)險因素的權(quán)重，見表6。

表6 風(fēng)險因素的權(quán)重

則根據(jù)式(5)～式(8)計算待評事故路段4個時段行車風(fēng)險等級的綜合關(guān)聯(lián)度，見表7。

表7 關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

根據(jù)式(9)可知：

由此可知，事故現(xiàn)場4個時段的行車風(fēng)險等級分別為極度危險M5、中度危險M3、基本安全M1以及輕度危險M2。

在5個風(fēng)險因素中，S1(交通流量)在T1時段的值影響其在T2，T3，T4時段的值，且具有不確定性。當(dāng)S1∈{600，700，800，900，1 100,1 200}時，利用該模型重新計算4個時段內(nèi)風(fēng)險等級，結(jié)果相同。

4 結(jié) 論

發(fā)生交通事故后，從事故現(xiàn)場形成到解除的時間過程中，事故路段的行車風(fēng)險等級隨著時間的推移而改變。將事故路段進行時段劃分，采用可拓學(xué)理論建立行車風(fēng)險等級評價模型，結(jié)合雙向四車道高速公路發(fā)生的交通事故現(xiàn)場，定量分析了各個時段的行車風(fēng)險等級，得到的主要結(jié)論如下：

1)將事故路段劃分為出警、現(xiàn)場安全設(shè)施設(shè)置、現(xiàn)場勘查和救援及安全設(shè)施解除4個時段，并選取事故現(xiàn)場交通流量、信息發(fā)布、現(xiàn)場處置、速度管理和駕駛員反應(yīng)5個風(fēng)險度量指標作為風(fēng)險等級識別模型的評價指標。

2)基于物元、可拓集合論和關(guān)聯(lián)函數(shù)確定事故路段風(fēng)險經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元，建立事故路段風(fēng)險等級識別模型。

3)以某雙向四車道高速公路事故現(xiàn)場為例，應(yīng)用上述可拓學(xué)模型確定各時段的風(fēng)險等級。應(yīng)用結(jié)果說明，出警時段為極度危險，現(xiàn)場安全設(shè)施設(shè)置時段為中度危險，現(xiàn)場勘查和救援時段為基本安全，安全設(shè)施解除時段為輕度危險。

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Identification Model for Risk Level of Traffic Accident Section Based on Extension Science

ZHANG Wenhui1, MA Jun1, LUO Wenwen1, LI Decai1, LI Zhuo2

(1. School of Traffic, Northeast Forestry University, Harbin 150040, Heilongjiang,P.R.China; 2. Department of Automobile Engineering, Beijing Vocational College of Transportation, Beijing 102618,P.R.China)

In order to reveal the variation characteristics of risk level of traffic accident section, the process of formation and removal of accident scene was divided into four periods, which included the police responding period, the scene safety facilities setting period, the scene exploration and rescue period as well as the safety facilities removing period. 5 risk measurement indexes were selected, including the traffic flow, the information dissemination, the scene disposal, the speed management and the drivers’ response, and the weight of the indexes was determined by the product scale method. Based on the theory of matter-element, extension set and correlation function, the classical domain, joint domain and the matter-element to be evaluated of traffic accident section were determined, and the identification model of risk level of traffic accident section was established. Taking a four-lane highway accident scene for example, the proposed model was used to determine the risk level of each period, and there were four periods. The first period was extremely dangerous, the second one was moderately dangerous, the third one was basically safe and the last one was slightly dangerous. The results show that the evaluation result is objective and the established model can be used to identify the risk level of traffic accident section; the time-varying characteristics of risk obtained can provide theoretical reference for risk identification and control.

traffic and transportation engineering; traffic accident section; risk identification; extension science

2014-10-13；

2015-01-08

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(DL12BB16)；黑龍江省哲學(xué)社會科學(xué)研究規(guī)劃項目(14B015)

張文會(1978—)，男，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，主要從事交通運輸安全方面的研究。E-mail：55065469@qq.com。

李德才(1978—)，男，黑龍江哈爾濱人，講師，碩士，主要從事交通運輸工具安全運行研究。E-mail：rayear@163.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.01.21

U491.3

A

1674-0696(2016)01-107-04