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(duì)于完善道路交通網(wǎng)絡(luò)、拉開(kāi)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(kāi)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(guó)洛杉機(jī)，最初的“城市快速道路”概念也來(lái)源于西方。我國(guó)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(guó)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(lái)越高，部分城市甚至超過(guò)了50%。越來(lái)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(guó)內(nèi)外對(duì)城市快速路網(wǎng)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估尚未系統(tǒng)研究，本文研究并提出了基于屬性識(shí)別理論的快速路網(wǎng)安全態(tài)勢(shì)評(píng)估模型。

1 快速路交通安全態(tài)勢(shì)

1.1 安全態(tài)勢(shì)基本概念

所謂“態(tài)勢(shì)”，是指狀態(tài)和形勢(shì)，也可以理解為狀態(tài)和趨勢(shì)。態(tài)勢(shì)是對(duì)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(shì)，即安全狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，是對(duì)安全水平變化程度的一種表述?！鞍踩珣B(tài)勢(shì)”一詞最早出現(xiàn)在軍事上，用于描述復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)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(shì)

從研究對(duì)象的范圍來(lái)看，快速路交通安全態(tài)勢(shì)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(shì)，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(shì)。它是對(duì)快速路交通運(yùn)行狀況的一種描述，通過(guò)建立一套可行的快速路交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)體系，反映某快速路當(dāng)前的安全狀態(tài)和未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)可能的發(fā)展趨勢(shì)。本文所研究的快速路交通安全態(tài)勢(shì)即以城市快速路路段為研究對(duì)象，對(duì)其安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。

1.3 態(tài)勢(shì)感知與評(píng)估

態(tài)勢(shì)感知（Situation Awareness）是一種基于環(huán)境的、動(dòng)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(duì)安全威脅的發(fā)現(xiàn)識(shí)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(dòng)，是安全能力的落地[2]。

態(tài)勢(shì)評(píng)估是態(tài)勢(shì)感知核心步驟之一，態(tài)勢(shì)評(píng)估的概念最早源于軍事和航空領(lǐng)域，后來(lái)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?？焖俾方煌ò踩珣B(tài)勢(shì)評(píng)估，就是通過(guò)技術(shù)手段從時(shí)間和空間緯度來(lái)感知并獲取道路交通安全信息元素，通過(guò)數(shù)據(jù)融合和整合分析等手段來(lái)判斷安全狀況，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)[3]。

2 快速路交通安全態(tài)勢(shì)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(dòng)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(huì)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(duì)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(duì)短時(shí)期內(nèi)（1 h或1 d內(nèi)）的交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)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(duì)交通安全的影響，惡劣天氣對(duì)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(guó)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(jiàn)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(huì)降低可視度，雨水會(huì)導(dǎo)致路面濕滑。雪和冰凍也會(huì)使道路路面摩擦力降低，車輛容易失控。大風(fēng)較為常見(jiàn)，大風(fēng)天氣對(duì)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(huì)影響行車舒適性還會(huì)影響行車安全性，甚至還會(huì)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(guò)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(duì)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(zhǎng)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。快速路主要以機(jī)動(dòng)車為服務(wù)對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(dòng)車、行人等，考慮快速路主要為機(jī)動(dòng)車流，故機(jī)動(dòng)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(dòng)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(huì)車超車等。另外，違章行為增長(zhǎng)比例也是衡量安全態(tài)勢(shì)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(jiǎn)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(shì)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(hào)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(duì)快速路交通安全影響也很大。

3 快速路交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)體系

3.1 評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建是進(jìn)行交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)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(shì)評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)?？紤]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(píng)估指標(biāo)體系，見(jiàn)表1。

3.2 指標(biāo)等級(jí)劃分

為使快速路交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)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(píng)價(jià)等級(jí)劃分，本文將城市快速路交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)等級(jí)從高到低劃分為I級(jí)、II級(jí)、III級(jí)、IV級(jí)和V級(jí)5個(gè)等級(jí)。其中，I級(jí)表示快速路交通安全態(tài)勢(shì)好，II級(jí)表示快速路交通安全態(tài)勢(shì)較好，III級(jí)表示快速路交通安全態(tài)勢(shì)一般，IV級(jí)表示快速路交通安全態(tài)勢(shì)較差，V級(jí)表示快速路交通安全態(tài)勢(shì)差。即評(píng)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(shì)評(píng)估指標(biāo)體系

4 基于屬性識(shí)別理論的快速路交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)估

設(shè)城市道路交通安全系統(tǒng)xi的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際測(cè)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(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)量值綜合反映，且對(duì)研究對(duì)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(píng)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(píng)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(píng)價(jià)類（見(jiàn)圖1）。

圖1 城市道路交通安全水平評(píng)價(jià)流程

4.1 單指標(biāo)屬性測(cè)度分析[5，6]

設(shè)xij為第i個(gè)快速路交通安全態(tài)勢(shì)第j個(gè)指標(biāo)測(cè)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(cè)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(xiě)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(cè)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(píng)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(cè)度函數(shù)[7]。設(shè)aijk,aijk+1為第i段快速路交通安全態(tài)勢(shì)第j個(gè)指標(biāo)的第k級(jí)評(píng)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(duì)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(cè)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(guò)兩兩對(duì)比，比較每一層次各元素之間的相對(duì)重要程度，并以數(shù)量形式表示出來(lái)，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(guò)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(duì)最終的總排序有決定性的影響。因此，在實(shí)際問(wèn)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(duì)初次判斷矩陣進(jìn)行多次修改才能達(dá)到一致性，對(duì)于層次因素較多的情況更是如此。一般來(lái)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(duì)于精心填寫(xiě)調(diào)查表的專家而言無(wú)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(duì)于初次專家調(diào)查所獲得的信息也沒(méi)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(jiàn)參考文獻(xiàn)[8]。

4.3 多指標(biāo)綜合屬性測(cè)度

在評(píng)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(cè)度μxk可得到多指標(biāo)綜合屬性測(cè)度

4.4 屬性識(shí)別分析及評(píng)分準(zhǔn)則

屬性識(shí)別分析的目的是由綜合屬性測(cè)度對(duì)第i個(gè)指標(biāo)層屬于哪個(gè)評(píng)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(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)之后，就可以運(yùn)用模型對(duì)城市快速路路段進(jìn)行安全態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)。本次以南京市龍?bào)粗新房焖俾窞槔?，?duì)其某一時(shí)段內(nèi)珠江路至雙橋門(mén)立交段進(jìn)行安全態(tài)勢(shì)評(píng)估。文中所涉及到的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于相關(guān)政府部門(mén)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(píng)價(jià)過(guò)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(shì)二級(jí)指標(biāo)具有屬性Ck的屬性測(cè)度向量見(jiàn)表2。

表2 快速路交通安全態(tài)勢(shì)二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

其次，計(jì)算得到安全態(tài)勢(shì)16個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)和5個(gè)一級(jí)評(píng)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(duì)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(píng)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(cè)度計(jì)算公式計(jì)算得到一級(jí)指標(biāo)綜合屬性測(cè)度向量見(jiàn)表3。

表3 城市道路交通安全水平一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

在得到綜合屬性測(cè)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(shì)等級(jí)為III。

分析評(píng)價(jià)結(jié)果表明，現(xiàn)狀該路段總體安全態(tài)勢(shì)一般，從分析評(píng)價(jià)過(guò)程來(lái)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(yǔ)

本文在對(duì)快速路交通安全態(tài)勢(shì)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(jí)指標(biāo)、17個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成的快速路交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建了快速路交通安全態(tài)勢(shì)屬性綜合評(píng)估模型。該模型能夠客觀、全面地評(píng)估快速路交通安全態(tài)勢(shì)水平。該模型可以對(duì)同一路段一天內(nèi)不同時(shí)段的安全態(tài)勢(shì)變化進(jìn)行分析，同時(shí)還可以對(duì)快速路網(wǎng)中同一時(shí)段不同路段的安全態(tài)勢(shì)水平進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)評(píng)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(duì)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(duì)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。