吳 杰

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京210000）

0 引 言

快速路是城市內(nèi)修建的，中央分隔、全部控制出入、控制出入口間距及形式，具有單向雙車道或以上的多車道，并設(shè)有配套的交通安全與管理設(shè)施的城市道路[1]。在城市道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，快速路系統(tǒng)承擔(dān)著舉足輕重的作用，其對于完善道路交通網(wǎng)絡(luò)、拉開城市空間框架或緩解城市交通擁堵等具有重大意義。歐美從上世紀(jì)30年代開始修建快速路，世界上第一條現(xiàn)代意義的快速路建成于1941年的美國洛杉機(jī)，最初的“城市快速道路”概念也來源于西方。我國大城市的快速路發(fā)展歷史比較短，直到1991年《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》才第一次明確了快速路地位和設(shè)計(jì)依據(jù)。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市快速路的建設(shè)也在加速推進(jìn)，大型城市快速路網(wǎng)基本趨于完善，中小型城市快速路網(wǎng)骨架逐漸成型，快速路在城市交通中承擔(dān)的比例也越來越高，部分城市甚至超過了50%。越來越大的交通負(fù)荷，導(dǎo)致快速路交通事故頻發(fā)，交通安全性降低，極大地影響了快速路網(wǎng)通行效率的發(fā)揮。目前，國內(nèi)外對城市快速路網(wǎng)安全態(tài)勢評估尚未系統(tǒng)研究，本文研究并提出了基于屬性識別理論的快速路網(wǎng)安全態(tài)勢評估模型。

1 快速路交通安全態(tài)勢

1.1 安全態(tài)勢基本概念

所謂“態(tài)勢”，是指狀態(tài)和形勢，也可以理解為狀態(tài)和趨勢。態(tài)勢是對事物發(fā)展變化程度的表述，如穩(wěn)中向好、穩(wěn)步前進(jìn)、愈演愈烈等。

安全態(tài)勢，即安全狀態(tài)和發(fā)展趨勢，是對安全水平變化程度的一種表述?！鞍踩珣B(tài)勢”一詞最早出現(xiàn)在軍事上，用于描述復(fù)雜戰(zhàn)場狀況，后廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。

1.2 快速路交通安全態(tài)勢

從研究對象的范圍來看，快速路交通安全態(tài)勢既可以指某時(shí)間段內(nèi)城市快速路網(wǎng)的交通安全狀態(tài)和變化趨勢，也可以指某快速路路段在某時(shí)間段內(nèi)的交通安全狀況和發(fā)展趨勢。它是對快速路交通運(yùn)行狀況的一種描述，通過建立一套可行的快速路交通安全態(tài)勢評價(jià)體系，反映某快速路當(dāng)前的安全狀態(tài)和未來一段時(shí)間內(nèi)可能的發(fā)展趨勢。本文所研究的快速路交通安全態(tài)勢即以城市快速路路段為研究對象，對其安全態(tài)勢進(jìn)行評價(jià)研究。

1.3 態(tài)勢感知與評估

態(tài)勢感知（Situation Awareness）是一種基于環(huán)境的、動態(tài)、整體地洞悉安全風(fēng)險(xiǎn)的能力，是以安全大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從全局視角提升對安全威脅的發(fā)現(xiàn)識別、理解分析、響應(yīng)處置能力的一種方式，最終是為了決策與行動，是安全能力的落地[2]。

態(tài)勢評估是態(tài)勢感知核心步驟之一，態(tài)勢評估的概念最早源于軍事和航空領(lǐng)域，后來在網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、商業(yè)、物流以及生產(chǎn)控制等領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。快速路交通安全態(tài)勢評估，就是通過技術(shù)手段從時(shí)間和空間緯度來感知并獲取道路交通安全信息元素，通過數(shù)據(jù)融合和整合分析等手段來判斷安全狀況，并對未來的發(fā)展趨勢和潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測[3]。

2 快速路交通安全態(tài)勢影響成因分析

交通系統(tǒng)是一個(gè)由人、車、路和環(huán)境等要素構(gòu)成的復(fù)雜的動態(tài)變化的系統(tǒng)，不同要素之間彼此關(guān)聯(lián)并相互協(xié)調(diào)，任何要素出現(xiàn)異常均會影響交通安全，甚至誘發(fā)交通事故。本文從自然條件、道路條件、交通條件等角度出發(fā)，對道路交通安全主要影響因素進(jìn)行分析。由于影響成分復(fù)雜，不同時(shí)間跨度的交通安全特性差異也很大，因此，本文重點(diǎn)對短時(shí)期內(nèi)（1 h或1 d內(nèi)）的交通安全態(tài)勢評估方法進(jìn)行研究。

2.1 自然條件

所謂自然條件，主要指惡劣天氣對交通安全的影響，惡劣天氣對道路交通的安全影響不可忽視。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，我國道路交通事故有50%發(fā)生在不良的氣候條件下，同時(shí)71%的重特大交通事故和65%的直接經(jīng)濟(jì)損失是在不良?xì)夂颦h(huán)境下發(fā)生的。

城市快速路基本位于城市建成區(qū)，常見的自然因素主要包括：光照、雨、霧、雪、大風(fēng)、冰凍等。本次未考慮特殊地區(qū)泥石流、冰雹、沙塵暴等特殊情形。夜間、大霧、暴雨等都會降低可視度，雨水會導(dǎo)致路面濕滑。雪和冰凍也會使道路路面摩擦力降低，車輛容易失控。大風(fēng)較為常見，大風(fēng)天氣對快速路上行駛的車輛的影響主要表現(xiàn)為增加行駛阻力、影響駕駛操作、側(cè)向風(fēng)吹翻車輛等。公路中橫風(fēng)影響較大，城市道路中大風(fēng)影響程度較公路有所降低。

2.2 道路條件

道路條件與交通安全息息相關(guān)，不良的道路條件不但會影響行車舒適性還會影響行車安全性，甚至還會形成事故黑點(diǎn)。道路條件包括諸多方面，如幾何線性、路基路面、交叉口、交通安全設(shè)施等等。有些在道路建設(shè)過程中已經(jīng)確定，如線型，寬度等。有些條件是隨著使用時(shí)間和使用程度不斷變化的，如路面狀況、交通設(shè)施等。由于本次研究對象為城市快速路，根據(jù)快速路交通安全相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，快速路交通安全影響的重要因素主要包括：平面線形是否滿足行駛要求、縱斷面指標(biāo)是否滿足行駛安全要求、橫斷面布置是否合理、路面狀況是否平整良好、交織段長度是否滿足交織需要等等。

2.3 交通狀態(tài)

交通條件是影響交通安全的非常重要的一方面，不同的交通流狀態(tài)下發(fā)生交通事故的幾率也不一樣?？焖俾分饕詸C(jī)動車為服務(wù)對象，因此交通條件主要包括：交通組成、飽和度、車速、是否有突發(fā)狀況等等。交通組成主要為大型車對安全的影響；飽和度越高，發(fā)生事故的概率越大；行車速度與交通流平均車速相差約大，車輛發(fā)生交通事故的可能性也逐步增加，突發(fā)狀況主要包括是否有臨時(shí)管制、故障停車、貨物散落等不可預(yù)料狀況。

2.4 通行狀況

通行狀況主要是針對交通流中交通違法行為情況的表述。交通違法行為是影響道路交通安全的主要因素，大部分道路交通事故是由于交通參與者交通安全意識差或不遵守交通法制法規(guī)而引起的。交通違法行為的主體包括駕駛員、非機(jī)動車、行人等，考慮快速路主要為機(jī)動車流，故機(jī)動車駕駛員守法比例是衡量快速路安全水平的重要指標(biāo)。機(jī)動車駕駛?cè)私煌ㄟ`法行為主要包括超速、疲勞駕駛、逆行、酒駕、違法會車超車等。另外，違章行為增長比例也是衡量安全態(tài)勢是否變化的重要指標(biāo)。任何違章違法行為都存在引發(fā)交通擁堵或安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。

近日，意大利奢侈品牌Dolce&Gabbana（杜嘉班納，以下簡稱D&G）的一則廣告片因?yàn)椤爸惺桨l(fā)音”、模特用奇怪的姿勢使用筷子吃批薩等情景被指歧視華人。一位網(wǎng)友在社交媒體談及此事時(shí)，D&G設(shè)計(jì)師Stefano Gabbana不僅不愿承認(rèn)錯(cuò)誤，反而惱羞成怒，公然辱華。

2.5 交通管理

管理水平主要指快速路是否設(shè)置完善的交通安全設(shè)施，交通安全設(shè)施包括護(hù)欄設(shè)施、交通標(biāo)志標(biāo)線、隔離設(shè)施、防眩設(shè)施、視線誘導(dǎo)設(shè)施、監(jiān)控設(shè)施、信號控制系統(tǒng)等等。此外，特殊情況下警力安排和應(yīng)急能力等對快速路交通安全影響也很大。

3 快速路交通安全態(tài)勢評估指標(biāo)體系

3.1 評估指標(biāo)體系構(gòu)建

交通安全態(tài)勢評估指標(biāo)體系構(gòu)建是進(jìn)行交通安全態(tài)勢評估的前提，本次在安全影響因素分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建安全態(tài)勢評估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)。考慮到短期快速路交通安全變化特性，基于人、車、路、環(huán)境等角度，從天氣因素、交通狀態(tài)、駕駛行為、交通事件、管理水平等方面構(gòu)建了較為全面的評估指標(biāo)體系，見表1。

3.2 指標(biāo)等級劃分

為使快速路交通安全態(tài)勢評價(jià)更加科學(xué)合理，借鑒相關(guān)文獻(xiàn)中相關(guān)指標(biāo)評價(jià)等級劃分，本文將城市快速路交通安全態(tài)勢評價(jià)等級從高到低劃分為I級、II級、III級、IV級和V級5個(gè)等級。其中，I級表示快速路交通安全態(tài)勢好，II級表示快速路交通安全態(tài)勢較好，III級表示快速路交通安全態(tài)勢一般，IV級表示快速路交通安全態(tài)勢較差，V級表示快速路交通安全態(tài)勢差。即評價(jià)集為ν=（ν1，ν2，ν3，ν4，ν5）={很好，較好，一般，較差，很差}。

表1 短期內(nèi)快速路交通安全態(tài)勢評估指標(biāo)體系

4 基于屬性識別理論的快速路交通安全態(tài)勢評估

設(shè)城市道路交通安全系統(tǒng)xi的第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)實(shí)際測量值xij，由于城市道路交通安全系統(tǒng)的現(xiàn)狀水平可由評價(jià)指標(biāo)的測量值綜合反映，且對研究對象空間X中的每個(gè)城市道路交通安全系統(tǒng)可由31個(gè)指標(biāo)確定其屬性值。所以，可把城市道路交通安全系統(tǒng)xi的現(xiàn)狀水平表示為一個(gè)31維向量[4]。

在已知每個(gè)指標(biāo)的評價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，筆者基于屬性數(shù)學(xué)理論建立城市道路交通安全系統(tǒng)綜合評價(jià)模型，判斷城市道路交通安全系統(tǒng)xi屬于哪一個(gè)評價(jià)類（見圖1）。

圖1 城市道路交通安全水平評價(jià)流程

4.1 單指標(biāo)屬性測度分析[5，6]

設(shè)xij為第i個(gè)快速路交通安全態(tài)勢第j個(gè)指標(biāo)測量值。當(dāng)“xij∈Ck”時(shí)，表示xij屬于第k類Ck，且具有屬性Ck的測度μijk=μ（xij∈Ck）。由于C1，C2，C3，C4，C5構(gòu)成屬性空間F的一個(gè)有序分割類，且C1＞C2＞C3＞C4＞C5,每個(gè)指標(biāo)的分類標(biāo)準(zhǔn)已知，寫成分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣，則第i個(gè)城市道路交通安全系統(tǒng)的分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣為

滿足aij1＜aij2＜aij3＜aij4＜aij5或aij1＞aij2＞aij3＞aij4＞aij5，1≤i≤n，1≤j≤n。

屬性測度計(jì)算是屬性數(shù)學(xué)方法的關(guān)鍵，由于正態(tài)分布函數(shù)的評價(jià)精度要高于線性函數(shù)，所以選擇正態(tài)分布函數(shù)作為屬性測度函數(shù)[7]。設(shè)aijk,aijk+1為第i段快速路交通安全態(tài)勢第j個(gè)指標(biāo)的第k級評價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)取值區(qū)間，令bijk=0.5∣aijk,aijk+1∣，cijk=∣aijk-aijk+1∣/（2√ln2）。

對正向指標(biāo) (指標(biāo)值越大越優(yōu)秀，aij1＜aij2＜aij3＜aij4＜aij5)和負(fù)向指標(biāo)(指標(biāo)值越大越差，aij1＞aij2＞aij3＞aij4＞aij5)，xij屬于Ck屬性集的屬性測度μijk=μ（xij∈Ck）均為

4.2 確定指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

常用的指標(biāo)權(quán)重確定方法有層次分析法和專家調(diào)查法。層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合，系統(tǒng)化、層次化的分析方法，運(yùn)用較為廣泛。它通過兩兩對比，比較每一層次各元素之間的相對重要程度，并以數(shù)量形式表示出來，從而構(gòu)造出判斷矩陣；再利用方根法求出特征向量，并進(jìn)行矩陣的一致性檢驗(yàn)。然而傳統(tǒng)的層次分析法存在著一定的不足，由于構(gòu)造兩兩判斷矩陣是將人的比較判斷量化的過程，受人的主觀因素影響很大，而判斷矩陣又是權(quán)重排序的基礎(chǔ)，對最終的總排序有決定性的影響。因此，在實(shí)際問題中，一次即能構(gòu)造出滿足一致性要求的判斷矩陣是不容易實(shí)現(xiàn)的，往往需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對初次判斷矩陣進(jìn)行多次修改才能達(dá)到一致性，對于層次因素較多的情況更是如此。一般來講，這種調(diào)整帶有一定的盲目性，同時(shí)多次反復(fù)的專家調(diào)查對于精心填寫調(diào)查表的專家而言無疑是一種時(shí)間與精力的浪費(fèi)，即便如此也未必能夠取得預(yù)期的效果，另一方面，對于初次專家調(diào)查所獲得的信息也沒有充分利用。鑒于此，本文采用改進(jìn)的層次分析法確定不同指標(biāo)的權(quán)重，具體計(jì)算流程見參考文獻(xiàn)[8]。

4.3 多指標(biāo)綜合屬性測度

在評價(jià)中，每個(gè)指標(biāo)所起的作用可能是不同的，因此，假定第j個(gè)指標(biāo)Ij的權(quán)重為wj，wj滿足，由指標(biāo)權(quán)重wj和μijk單指標(biāo)屬性測度μxk可得到多指標(biāo)綜合屬性測度

4.4 屬性識別分析及評分準(zhǔn)則

屬性識別分析的目的是由綜合屬性測度對第i個(gè)指標(biāo)層屬于哪個(gè)評價(jià)類做出判斷。這就需要給出一個(gè)判斷準(zhǔn)則，本文采用置信度準(zhǔn)則。根據(jù)置信度準(zhǔn)則，若C1＞C2＞C3＞C4＞C5時(shí)，

則認(rèn)為x屬于Ck0類。

置信度準(zhǔn)則是從“強(qiáng)”的角度考慮的，即認(rèn)為越“強(qiáng)”越好，而且“強(qiáng)”的類應(yīng)占相當(dāng)大的比例。λ為置信度，取值范圍通常為0.5＜λ＜1，一般取0.6與0.7之間。

5 實(shí)例應(yīng)用

在確定評估指標(biāo)體系和評估標(biāo)準(zhǔn)之后，就可以運(yùn)用模型對城市快速路路段進(jìn)行安全態(tài)勢評價(jià)。本次以南京市龍?bào)粗新房焖俾窞槔?，對其某一時(shí)段內(nèi)珠江路至雙橋門立交段進(jìn)行安全態(tài)勢評估。文中所涉及到的評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于相關(guān)政府部門統(tǒng)計(jì)資料、網(wǎng)上公布資料以及補(bǔ)充調(diào)查資料，具體評價(jià)過程如下：

首先，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算得到路段安全態(tài)勢二級指標(biāo)具有屬性Ck的屬性測度向量見表2。

表2 快速路交通安全態(tài)勢二級指標(biāo)評價(jià)結(jié)果

其次，計(jì)算得到安全態(tài)勢16個(gè)二級評價(jià)指標(biāo)和5個(gè)一級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)。這里選取了交通工程專家、交通管理者以及經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)等20位專家對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行打分，做到了既具代表性，又使得專業(yè)結(jié)構(gòu)合理，保證了評價(jià)結(jié)果的科學(xué)合理。

由表2中數(shù)據(jù)，根據(jù)多指標(biāo)綜合屬性測度計(jì)算公式計(jì)算得到一級指標(biāo)綜合屬性測度向量見表3。

表3 城市道路交通安全水平一級指標(biāo)評價(jià)結(jié)果

在得到綜合屬性測度值后，選取置信度準(zhǔn)則進(jìn)行判別。取置信度λ=0.65，按照置信度準(zhǔn)則可判別該時(shí)段龍?bào)粗新返缆方煌ò踩珣B(tài)勢等級為III。

分析評價(jià)結(jié)果表明，現(xiàn)狀該路段總體安全態(tài)勢一般，從分析評價(jià)過程來看，交通管理為5個(gè)子系統(tǒng)中最好的，受天氣影響，自然條件水平為5個(gè)當(dāng)中比較低的。

6 結(jié) 語

本文在對快速路交通安全態(tài)勢影響因素分析的基礎(chǔ)上，從天氣因素、道路條件、交通狀態(tài)、通行行為、交通事件、交通管理等方面構(gòu)建了由5個(gè)一級指標(biāo)、17個(gè)二級指標(biāo)組成的快速路交通安全態(tài)勢評價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建了快速路交通安全態(tài)勢屬性綜合評估模型。該模型能夠客觀、全面地評估快速路交通安全態(tài)勢水平。該模型可以對同一路段一天內(nèi)不同時(shí)段的安全態(tài)勢變化進(jìn)行分析，同時(shí)還可以對快速路網(wǎng)中同一時(shí)段不同路段的安全態(tài)勢水平進(jìn)行評估。根據(jù)評估結(jié)論，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，進(jìn)而為交通安全管理提供決策依據(jù)，對提升快速路交通安全性和通行效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。與此同時(shí)，本文未對每一個(gè)子項(xiàng)的組成以及每一個(gè)子項(xiàng)之間的關(guān)聯(lián)度分析，需要在后續(xù)工作中作進(jìn)一步深化研究。