徐 海，曾鋮泓，謝成光，徐錦強(qiáng)，郭建鋼

(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福州 350002)

道路隔離設(shè)施具有保障交通安全和道路通行的能力.研究表明，設(shè)置道路隔離設(shè)施后，交通沖突率降低66%，機(jī)動(dòng)車行車速度提高約15%[1].現(xiàn)有的研究主要為道路交通安全影響因素分析、隔離設(shè)施應(yīng)用效果及安全評(píng)價(jià)、沖突模型研究等三個(gè)方面.丁柏群、劉輝、張?jiān)婗┑萚2-4]研究信控、無(wú)信控交叉口和車輛類型對(duì)交叉口安全性影響；蔣若曦、李明華、余忠磊等[5-7]基于交通沖突理論分別研究了高速施工區(qū)、鐵道口、城市交叉口三者的安全性評(píng)價(jià)；高志軍、馬艷麗等[8-9]研究了城市交叉口非機(jī)動(dòng)車、匝道合流區(qū)交通沖突及嚴(yán)重評(píng)判模型，為今后交通沖突研究提供理論支撐.

但是，目前在我國(guó)還沒(méi)有對(duì)交通隔離設(shè)施的設(shè)置條件進(jìn)行定量的、精確的分析論述.本文在交通沖突理論的基礎(chǔ)上綜合考慮不同交通沖突類型對(duì)路段交通的影響，使用層次分析法建立在機(jī)非隔離和中央隔離設(shè)施條件下的路段綜合沖突率模型；通過(guò)實(shí)地?cái)?shù)據(jù)調(diào)查，對(duì)各個(gè)路段的交通綜合沖突率、通行能力以及通行能力變化率進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，結(jié)合城市交通安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，得到機(jī)非隔離和中央隔離設(shè)施設(shè)置條件的定量指標(biāo).該方法解決了現(xiàn)狀道路隔離設(shè)施設(shè)置條件無(wú)具體參考值的問(wèn)題，有助于道路交通管理者更加合理、有效的管理混行交通流.

1 路段綜合沖突率模型的建立

1.1 路段綜合交通沖突率

研究中常以沖突率指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)交通安全問(wèn)題[10].以沖突率為指標(biāo)的城市交通安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]如表1，通過(guò)表1可判斷路段安全狀態(tài)，進(jìn)而判斷是否增設(shè)道路隔離設(shè)施.

表1 以沖突率為指標(biāo)的城市交通安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

路段綜合沖突率綜合考慮行人影響、非機(jī)動(dòng)車影響、機(jī)動(dòng)車影響三大因素，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)沖突率僅考慮單因素的不足，更綜合反映路段沖突問(wèn)題，具體模型為：

R=α*R機(jī)-機(jī)+β*R機(jī)-非+γ*R機(jī)-人

(1)

其中：α、β、γ分別表示三種沖突方式在綜合沖突模型中所占權(quán)重，機(jī)-機(jī)、機(jī)-非、機(jī)-人沖突率可按式(2)[12]進(jìn)行計(jì)算：

(2)

其中：Ri-j為沖突對(duì)象i和沖突對(duì)象j之間的交通沖突率；T為路段小時(shí)平均沖突數(shù)；Pi和Pj為參與對(duì)象i和j的交通量.

1.2 綜合沖突率權(quán)重體系的構(gòu)建

使用層次分析法建立路段綜合沖突率權(quán)重體系，將路段綜合沖突率定為目標(biāo)層；將行人影響、非機(jī)動(dòng)車影響、機(jī)動(dòng)車影響三大因素作為決策準(zhǔn)則層；將機(jī)-機(jī)沖突、機(jī)-非沖突和機(jī)-人沖突各自所占權(quán)重作為方案層.路段綜合沖突率權(quán)重體系見圖1.

圖1 路段綜合沖突率權(quán)重體系

1.2.1 構(gòu)建判斷矩陣

層次分析法中構(gòu)造判斷矩陣采用一致矩陣法，兩兩相互比較，對(duì)比時(shí)采用相對(duì)尺度.傳統(tǒng)層次分析法有三標(biāo)度法[13]和九標(biāo)度法[14-15]，但三標(biāo)度法的賦值層次過(guò)于簡(jiǎn)單，而九標(biāo)度法的賦值層次又過(guò)于復(fù)雜，人類的主觀感知無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確判斷.因此，研究過(guò)程中需要對(duì)層次分析法的賦值層次重新定義.由于人腦的邏輯很容易判斷“較重要”和“非常重要”這兩個(gè)層次，而“重要”這一層次便可以此界定.該層次劃分方法更容易被人類邏輯所接受，故本文采用四標(biāo)度法進(jìn)行賦值，賦值表見表2.

表2 四標(biāo)度法賦值原則

以機(jī)-非隔離設(shè)施設(shè)置條件為例，根據(jù)圖1中評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建中層比較矩陣A3×3；針對(duì)決策層和方案層間多目標(biāo)關(guān)系，構(gòu)建底層比較矩陣B1(3×3)、B2(3×3)、B3(3×3).

1.2.2 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

1)根據(jù)四標(biāo)度法原則，構(gòu)建道路隔離設(shè)施效果評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)的比較矩陣A3×3.

2)對(duì)A3×3進(jìn)行列歸一和行歸一，歸一結(jié)果見表3.

表3 綜合沖突率權(quán)重體系一級(jí)指標(biāo)歸一結(jié)果

其中該道路隔離設(shè)施效果評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)的比較矩陣A3×3的特征值λ為3.109，特征向量W1=(0620,0.224,0.156)T.

3)一致性指標(biāo)檢驗(yàn).引入一致性指標(biāo)CI，定義一致性比率CR.

(3)

(4)

其中：n為矩陣階層，RI為隨機(jī)一致性指標(biāo).查表當(dāng)n為3時(shí)，RI取0.58，計(jì)算結(jié)果CR為0.094，小于0.1，故道路隔離設(shè)施效果評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重為W1=(0.620,0.224,0.156)T.

1.2.3 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

1)根據(jù)四標(biāo)度法原則，構(gòu)建路段綜合沖突率權(quán)重體系二級(jí)指標(biāo)的比較矩陣B1(3×3)、B2(3×3)、B3(3×3).

2)對(duì)A3×3進(jìn)行列歸一和行歸一，歸一結(jié)果見表4.

其中：該道路隔離設(shè)施效果評(píng)價(jià)二級(jí)指標(biāo)的比較矩陣B1(3×3)、B2(3×3)、B3(3×3)的特征值λ為λ21=3.054、λ22=3.018、λ23=3.009，對(duì)應(yīng)特征向量分解為W21=(0.655,0.211,0.133)T、W22=(0.623,0.239,0.137)T、W22=(0.623,0.192,0.175)T.

表4 路段綜合沖突率權(quán)重體系二級(jí)指標(biāo)歸一結(jié)果

3)一致性指標(biāo)檢驗(yàn).查表當(dāng)n為3時(shí)，RI取0.58，計(jì)算結(jié)果CR為CR1=0.047、CR2=0.016、CR3=0.008，均小于0.1，故道路隔離設(shè)施效果評(píng)價(jià)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重為W21=(0.655,0.211,0.133)T、W22=(0.623,0.239,0.137)T、W23=(0.623,0.192,0.175)T.

1.3 模型綜合權(quán)重指標(biāo)確定

二級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算得到的W21、W22、W23組成3×3階矩陣，記為W3.

故機(jī)-非隔離設(shè)施條件下，路段綜合沖突率模型確定為：

R1=0.644*R機(jī)-機(jī)+0.214*R機(jī)-非+0.140*R機(jī)-人

(5)

同理，中央隔離設(shè)施條件下，路段綜合沖突率模型確定為：

R2=0.140*R機(jī)-機(jī)+0.304*R機(jī)-非+0.556*R機(jī)-人

(6)

2 數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)

以福州市作為案例分析對(duì)象.選取標(biāo)線隔離設(shè)施、機(jī)非物理隔離設(shè)施和中央物理隔離設(shè)施這3類隔離設(shè)施的路段，進(jìn)行交通量和交通沖突數(shù)的數(shù)據(jù)調(diào)查，并進(jìn)行沖突率、通行能力等計(jì)算.交通量、交通沖突數(shù)、路段交通沖突率、路段通行能力統(tǒng)計(jì)表見表5、6.

表5 交通量、交通沖突數(shù)統(tǒng)計(jì)表

注：“機(jī)-機(jī)”為路段上機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車交通沖突的次數(shù)；“機(jī)-非”為路段上機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車交通沖突的次數(shù)；“機(jī)-人”為路段上機(jī)動(dòng)車與行人交通沖突的次數(shù).

表6 交通沖突率和通行能力統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)果分析

3.1 機(jī)-非物理隔離設(shè)施條件分析

根據(jù)城市交通安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，沖突率大于0.03，判定為不安全狀態(tài)，故機(jī)-非物理隔離設(shè)施條件下的路段隔離設(shè)施存在安全隱患.現(xiàn)對(duì)各個(gè)路段的交通綜合沖突率和機(jī)動(dòng)車通行能力、通行能力變化率進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，如圖2、3所示.

圖2 綜合沖突率-通行能力關(guān)聯(lián)曲線

圖3 綜合沖突率-通行能力變化率分布

圖2中標(biāo)明的坐標(biāo)點(diǎn)為有無(wú)設(shè)置機(jī)非物理隔離設(shè)施分界點(diǎn).當(dāng)路段交通綜合沖突率小于0.022時(shí)，設(shè)有機(jī)非隔離設(shè)施.結(jié)合圖2、3可以看出，路段通行能力較大，但數(shù)值變化率保持不變；當(dāng)路段交通綜合沖突率大于0.022時(shí)，未設(shè)置機(jī)非隔離設(shè)施.此時(shí)由圖2、3可以看出，綜合沖突率在0.022～0.043時(shí)，路段通行能力在下降，但數(shù)值變化率較小，此時(shí)可設(shè)機(jī)非隔離設(shè)施；綜合沖突率在0.043～0.053時(shí)，路段通行能力在下降，且數(shù)值變化率較大，此時(shí)須設(shè)機(jī)非隔離設(shè)施.

3.2 中央物理隔離設(shè)施條件分析

根據(jù)城市交通安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，沖突率大于0.03，判定為不安全狀態(tài)，故中央隔離設(shè)施條件下的路段隔離設(shè)施存在安全隱患.現(xiàn)對(duì)各個(gè)路段的交通綜合沖突率和機(jī)動(dòng)車通行能力、通行能力變化率進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，如圖4、5所示.

圖4 綜合沖突率-通行能力關(guān)聯(lián)曲線

圖5 綜合沖突率-通行能力變化率分布

圖4中標(biāo)明的坐標(biāo)點(diǎn)為有無(wú)設(shè)置中央物理隔離設(shè)施分界點(diǎn).當(dāng)路段交通綜合沖突率小于0.042時(shí)，設(shè)有中央隔離設(shè)施.結(jié)合圖4、5可以看出，路段通行能力較大，數(shù)值變化率較小；當(dāng)路段交通綜合沖突率大于0.042時(shí)，未設(shè)置中央隔離設(shè)施.此時(shí)由圖4、5可以看出，綜合沖突率在0.042～0.063時(shí)，路段通行能力在下降，但數(shù)值變化率保持不變，此時(shí)可設(shè)中央隔離設(shè)施；綜合沖突率在0.063～0.080時(shí)，路段通行能力在下降，且數(shù)值變化率波動(dòng)較大，此時(shí)須設(shè)中央隔離設(shè)施.

3.3 分析結(jié)論

通過(guò)路段綜合沖突率-通行能力和路段綜合沖突率-通行能力變化率的關(guān)聯(lián)性分析，得到在不同綜合沖突率指標(biāo)下道路隔離設(shè)施的設(shè)置建議，主要分為機(jī)非隔離設(shè)施和中央隔離設(shè)施設(shè)置兩類.道路隔離設(shè)施定量設(shè)置指標(biāo)見表7.

表7 道路交通隔離設(shè)施設(shè)置依據(jù)

4 結(jié) 語(yǔ)

本文綜合考慮機(jī)-機(jī)沖突、機(jī)-非沖突和機(jī)-人沖突三種因素對(duì)道路交通的影響，通過(guò)改進(jìn)AHP建立交通綜合交通沖突模型，結(jié)合以沖突率為指標(biāo)的城市交通安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可為道路交通安全評(píng)價(jià)提高更加科學(xué)的方法，但仍存在問(wèn)題需要進(jìn)一步探討：

1)數(shù)據(jù)調(diào)查中，道路隔離設(shè)施種類較少，后續(xù)需擴(kuò)大調(diào)查范圍；

2)以福州地區(qū)的路段隔離設(shè)施為分析對(duì)象，得到的隔離設(shè)施設(shè)置條件，缺乏其他城市道路隔離設(shè)施數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，后續(xù)將調(diào)查其他城市隔離設(shè)施設(shè)置情況，進(jìn)一步驗(yàn)證本文結(jié)論.