張可欣，岳小泉，孫曉楠，方敬升，黃海南，游宇光

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

風(fēng)、雨等惡劣氣候往往會(huì)降低路面的附著系數(shù)、降低駕駛員的反應(yīng)速度、縮小其視線范圍，從而威脅道路使用者的行車安全[1]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外針對(duì)風(fēng)雨耦合作用下的城市道路交通安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估開展了相關(guān)的研究，陸鍵[2]概括了有關(guān)城市交通安全風(fēng)險(xiǎn)管理的基本模型，從識(shí)別、評(píng)估、管理3個(gè)方面闡明了風(fēng)險(xiǎn)管理的概念；金元旭等[3]基于EDCIS系統(tǒng)研究固定目標(biāo)和移動(dòng)目標(biāo)在海上產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，開發(fā)了船舶操縱的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)判斷系統(tǒng)；馮培[4]采用topsis逼近理想解排序法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別，篩選關(guān)鍵因素，采用模糊綜合分析法進(jìn)行行車安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；Zheng Xunjia等[5]以HMM模型為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)道路交通風(fēng)險(xiǎn)并將其量化，以實(shí)時(shí)變化的風(fēng)險(xiǎn)圖直觀的表現(xiàn)出來(lái)；魏科[6]以風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，分析建立了一個(gè)城市道路的行車安全風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)察測(cè)定指標(biāo)體系；邱磊等[7]以影響系數(shù)為基礎(chǔ)，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重并對(duì)其聚合，建立在不同狀態(tài)情況下的高速公路行車安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型；王強(qiáng)[8]針對(duì)目前交通運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管理存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并探討相應(yīng)的解決措施；吳兵等[9]提出了惡劣天氣條件下高速公路安全風(fēng)險(xiǎn)建議車速的確定方法；劉福澤等[10]通過(guò)分析北京市軌道交通中的風(fēng)險(xiǎn)源可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)事件，證明在各種類型的風(fēng)險(xiǎn)事件中，發(fā)生行車事故的可能性最大。

上述針對(duì)城市道路風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究中，以風(fēng)雨為條件的安全評(píng)估一般只側(cè)重其中一方面，對(duì)于在風(fēng)雨耦合作用下的城市道路行車風(fēng)險(xiǎn)沒有相對(duì)完善的評(píng)估體系。本研究在各種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中對(duì)已識(shí)別的影響因素進(jìn)行分類，并建立彼此之間直接影響的矩陣，計(jì)算各因素的影響程度和中心度，結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)原理和層次分析法建立評(píng)價(jià)體系，確定風(fēng)雨天氣的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙＜艺{(diào)查法進(jìn)行了風(fēng)雨天氣下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并提出相關(guān)的交通管理和控制措施，為受風(fēng)雨天氣影響較大的沿海城市提供更多的管理交通的理論支持。

1 建立行車風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

1.1 確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)集

在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的過(guò)程中，需要從整體的角度全面系統(tǒng)地考慮風(fēng)險(xiǎn)影響因素，針對(duì)特定的風(fēng)險(xiǎn)主體或事件展開，保證風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的可實(shí)施性[11]。本課題基于綜合、科學(xué)、對(duì)照的準(zhǔn)則，主要研究影響風(fēng)雨耦合作用行車安全的要素，考慮風(fēng)和雨可能對(duì)交通造成的影響，從道路條件、天氣條件、設(shè)施條件中選擇如圖1所示的18個(gè)影響道路行車安全的關(guān)鍵因素。

圖1 風(fēng)雨耦合作用下行車風(fēng)險(xiǎn)影響因素Fig.1 Influence factors under the coupling effect of wind and rain on traffic risks

為了解影響因素之間的邏輯關(guān)系，選取現(xiàn)有專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)定量分析因素之間的關(guān)系，建立風(fēng)雨耦合作用下城市道路安全行車風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系有向圖，如圖2所示。

圖2 安全行車風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系有向圖Fig.2 Directed graph of the relationship between the risk factors for safe driving

根據(jù)圖2，建立直接影響矩陣S=(aij)。

標(biāo)準(zhǔn)化直接影響矩陣

(1)

綜合影響矩陣

T=S’*(1-S’)-1=(tij)

(2)

(3)

(4)

中心度=第i行影響度+第j列被影響度(i=j)

(5)

通過(guò)式(1)至(5)的計(jì)算分析，確定1為系統(tǒng)閾值，將中心度大于1的指標(biāo)取出，得出三層次結(jié)構(gòu)的評(píng)估指標(biāo)體系并構(gòu)建多層次評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)集，如圖3所示。

圖3 風(fēng)雨耦合作用下城市道路安全行車風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)集Fig.3 Risk assessment index set of urban road safety driving under the coupling effect of wind and rain

2 工程實(shí)例分析

2.1 確定權(quán)重集

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法有兩種，一是在現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)事故的特點(diǎn)和發(fā)生規(guī)律對(duì)駕駛風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；二是分析交通安全風(fēng)險(xiǎn)的主要影響因素，提取安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并構(gòu)建駕駛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型，包含層次分析法、熵權(quán)物元模型等[10]。運(yùn)用層次分析法合理利用專家調(diào)查法，參考判斷矩陣的標(biāo)度定義，如表1所示，以此來(lái)獲取判斷矩陣。

表1 判斷矩陣標(biāo)度定義Tab.1 Definition of judgment matrix scale

在獲得判斷矩陣之后，利用幾何平均法來(lái)獲得各個(gè)影響因素的權(quán)重系數(shù)，并通過(guò)一致性檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性。

權(quán)重系數(shù)：

(6)

CI為一致性指標(biāo)：

(7)

CR為一致性比例：

(8)

其中，(8)式中RI的取值如表2所示，

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)Tab.2 Average random consistency index

當(dāng)CR﹤0.1時(shí)，通常認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的。

根據(jù)表1列出各層因素判斷矩陣，并檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性。

根據(jù)式(6)得出各判斷矩陣各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，如表3所示。判斷矩陣均經(jīng)過(guò)式(7)和(8)的一致性檢驗(yàn)計(jì)算，各判斷矩陣的一致性均可以接受。

表3 各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Tab.3 Weight coefficient of each index

2.2 建立評(píng)估矩陣

參考趙麗蘋[12]、王豐元[13]等文章中的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)確定評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的取值，得出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估各個(gè)指標(biāo)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示。

表4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估各指標(biāo)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Evaluation criteria of risk assessment indicators

為便于統(tǒng)計(jì)，將打分的分值范圍鎖定為0～80分[11]，通過(guò)運(yùn)用專家調(diào)查法，咨詢相關(guān)方向的研究人員確定福建省福州市閩侯縣城市道路資料評(píng)價(jià)表，如表5-表7所示。遵循相關(guān)道路安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用模糊綜合分析法確定當(dāng)?shù)爻鞘械缆沸熊嚢踩L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

表5 閩侯縣城市道路U1道路條件資料綜合評(píng)價(jià)表Tab.5 Comprehensive evaluation table for U1 road condition data of urban roads in Minhou County

表6 閩侯縣城市道路U2天氣條件資料綜合評(píng)價(jià)表Tab.6 Comprehensive evaluation table for U2 weather condition data of urban roads in Minhou County

表7 閩侯縣城市道路U3設(shè)施條件資料綜合評(píng)價(jià)表Tab.7 Comprehensive evaluation table for U3 facility condition data of urban roads in Minhou County

把因素中同等級(jí)權(quán)重相加，獲得評(píng)判集矩陣R：

2.3 多層次模糊綜合評(píng)估

把各個(gè)因素集的評(píng)估指標(biāo)Ui評(píng)估矩陣R進(jìn)行模糊矩陣計(jì)算，就可以獲得各指標(biāo)Ui相對(duì)評(píng)語(yǔ)集的隸屬向量B：

B=U*R=(0.286 6，0.569 2，0.144 3)*

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，最終評(píng)估結(jié)果將B轉(zhuǎn)成模糊評(píng)判分值，即：

V=B*v=

(0.245 4, 0.754 7, 0)*(3, 2, 1)T=2.245 6≈2

對(duì)應(yīng)隸屬等級(jí)檔次為中等，相關(guān)管理部門需采取一定的措施提高在風(fēng)雨耦合作用下的城市道路行車安全，降低行車風(fēng)險(xiǎn)，保障風(fēng)雨天氣的行車安全。

3 風(fēng)雨耦合作用下城市道路交通安全控制措施

3.1 彩色路面鋪裝

根據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)可知，在道路條件中，路面附著系數(shù)權(quán)重占比最大，通過(guò)評(píng)價(jià)，在風(fēng)雨天氣下，當(dāng)?shù)爻鞘械缆返穆访娓街禂?shù)等級(jí)處中等，而隨著降雨量的增大，路面附著系數(shù)也會(huì)隨之減小，甚至可能會(huì)降低到危險(xiǎn)級(jí)別，有一定的交通安全隱患，相關(guān)部門可在下坡路段、轉(zhuǎn)彎路段及其他易發(fā)生事故地鋪裝彩色防滑路面，不僅有美化作用，而且能夠提高城市道路的路面附著系數(shù)，降低行車事故率。

3.2 減速標(biāo)線設(shè)置

在評(píng)估系統(tǒng)的天氣條件中，能見度所占權(quán)重偏大，而當(dāng)?shù)爻鞘械缆吩陲L(fēng)雨天氣時(shí)能見度等級(jí)處中等，依然未處于安全等級(jí)，為預(yù)防交通事故的發(fā)生，相關(guān)部門需在城市道路轉(zhuǎn)彎路段、易發(fā)生交通沖突地、易積水路段設(shè)置減速標(biāo)線，降低車輛行駛速度預(yù)防事故的發(fā)生，同時(shí)因雨天能見度較低，可結(jié)合可變信息板等設(shè)施對(duì)車輛司機(jī)進(jìn)行預(yù)警提示。

3.3 道路信息及時(shí)傳遞

研究在設(shè)施條件中選取了很多因素參與評(píng)估，但最終通過(guò)計(jì)算在評(píng)估系統(tǒng)中只保留了可變信息板一個(gè)影響因素，可見其非常重要。在大雨及暴雨時(shí)，交通管理部門需及時(shí)通過(guò)可變信息板或廣播等設(shè)施，以黃色或紅色這種能夠提高警示性的顏色傳遞信息，提高城市道路行車安全性。

3.4 車速控制

在天氣條件中，風(fēng)力占權(quán)重最大，因此在風(fēng)力較大時(shí)，管理部門需在過(guò)江橋、城市隧道出入口等容易受到風(fēng)力影響的特殊路段采取局部限速管理措施，及時(shí)通過(guò)可變信息板、GPS導(dǎo)航信息等提醒駕駛員能夠減速慢行，避免風(fēng)力較大而產(chǎn)生側(cè)翻或側(cè)滑等事故。

3.5 車道管理

根據(jù)調(diào)查可知，車輛變換車道會(huì)增加車輛之間的沖突，尤其在暴雨這種能見度較低的天氣中，行車危險(xiǎn)性更高，因此道路交通管理部門需要根據(jù)交通流的特征、交通量的大小以及車輛類型的不同來(lái)控制車道、限制車輛在路段情況復(fù)雜時(shí)改變車道，減少車輛之間的沖撞并確保車輛行車的安全。

4 結(jié)論

1)根據(jù)分析研究可知，風(fēng)雨耦合天氣下對(duì)行車安全影響最大的是天氣條件，其中風(fēng)力和能見度對(duì)交通安全影響較大，在道路條件中，路面附著系數(shù)對(duì)行車安全影響較大，在設(shè)施條件中，可變信息板在風(fēng)雨天氣下起著重要的作用，相關(guān)部門應(yīng)采取相應(yīng)措施著重從這幾個(gè)影響因素入手進(jìn)行交通控制，降低交通事故率，在工程實(shí)例分析中，文章對(duì)風(fēng)雨天氣下的城市道路行車安全進(jìn)行評(píng)估，最終評(píng)估安全等級(jí)為中等，根據(jù)調(diào)查分析可知，路面附著系數(shù)、轉(zhuǎn)彎半徑、相鄰路段車速差、能見度、水膜厚度、風(fēng)力這些因素對(duì)行車安全仍存在一定的威脅，安全程度有待提高，同時(shí)，在文章的第三部分也從彩色路面鋪裝、減速標(biāo)線設(shè)置、道路信息及時(shí)傳遞、車速控制、車道管理等方面，結(jié)合前兩部分內(nèi)容提出了建議措施，供城市道路相關(guān)管理部門參考。

2)論文不足及進(jìn)一步研究的問(wèn)題：論文只選取三大影響因素進(jìn)行分析，但還是有一些影響因素沒有考慮在內(nèi)，研究?jī)?nèi)容不夠全面；論文風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)集采用專家調(diào)查法，但各專家的知識(shí)面以及經(jīng)驗(yàn)不相同，有主觀上的意識(shí)，存在一些偏差，如何選取更佳的調(diào)查方法是進(jìn)一步需要研究的內(nèi)容。