基于交通沖突與灰色聚類的交叉口安全評價研究

姬利娜 王 飛 成 衛

（安陽工學院機械工程學院1） 安陽 455000） （昆明理工大學交通工程學院2） 昆明 650224）

0 引 言

城市交叉口是交通事故的主要發源地．據國外的統計資料顯示日本發生的交通事故有60%左右與交叉口有關，美國的交通事故有50% 以上發生在交叉口［1－2］．傳統的交通安全評價方法是以交通事故的統計為基礎，而交通事故隨機性比較大，數據統計周期長，不完善，并且影響因素多種多樣，例如人、車輛、道路交叉口的類型等．若把此法應用于需要迅速進行道路交通改造的城市交叉口，便會呈現出不適應性．為了適應這一需要，以交通沖突技術為理論基礎的道路安全評價方法便應運而生．鑒于此，本文提出了一種以早高峰、平峰、晚高峰3個典型時段的交通沖突與混合當量交通量的比值（TC／MPCU）為評價指標的灰色聚類評價方法，為交叉口的安全評價提供一種新的研究方法．

1 交通沖突技術

1.1 交通沖突的定義

交通沖突是國際上對地點實施快速安全評價，而有別于傳統上以事故指標為安全評價方式的新方法［3－5］．它有很多不同的定義，一種是以美國為代表，其定義為交通沖突是駕駛員的躲避行動或交通違章．躲避行動是由制動燈顯示表明的車輛制動和由車道改變的原定行駛方向的改變．另一種以歐洲國家為代表，其定義為交通沖突是交通行為者發生相會、超越、追尾等交通遭遇時，有可能導致發生交通損害行為的交通現象．我國學者則將其定義為2個或者2個以上的道路使用者，其中一方采取非正常行為，如改變車速、轉換方向、交通違章、突然停車等，除非另一方也相應采取避讓行為，否則會處于危險境地．

1.2 交通沖突的分類

按發生沖突的參與者可分為：機動車－機動車沖突、機動車－非機動車沖突、機動車－行人沖突；按交通流轉向可分為：左轉彎沖突、直行沖突、右轉彎沖突；按沖突發生狀態可分為正面沖突、側向沖突、追尾沖突等；按避險行為分為制動、轉向、加速、制動＋轉向、加速＋轉向沖突．按沖突的嚴重性分為非嚴重沖突（輕微沖突與一般沖突）和嚴重沖突．研究利用價值較大的是嚴重沖突，本文中無特殊說明，所指均為嚴重沖突．

1.3 交通沖突的基本測定

交通沖突的基本測量參數有沖突距離、沖突速度和沖突時間．目前對沖突嚴重性的分類方法主要有兩類［6］：（1）空間距離法，選擇距離作為度量參數．該方法在實際應用中十分直觀且合乎邏輯，沖突雙方之間的距離愈小，則相撞的可能性就大，當趨于無窮大時，即發生事故；（2）時間距離法，選擇時間作為度量參數．時間距離小可以反映出距相撞點距離很短或速度很高，或兩者都有．本文針對云南省普洱市城市道路平面交叉口沖突的實際情況，選擇時間距離法作為判斷沖突嚴重程度的標準．

2 道路交通安全評價方法與實用性

2.1 絕對數法

絕對數法是采用4項指標，即事故次數、死亡人數、受傷人數及直接經濟損失來評價道路交通安全．這種方法比較直觀易懂，但卻未考慮其他的影響因素，僅僅簡單地以數值的大小作為評價的標準，具有片面性；并且由于各地方交通總量的差異性，使得該方法缺乏可比性．

2.2 相對事故率法

相對事故率法是以相對事故率（例如萬車死亡率、億車死亡率以及當量死亡率等）作為評價指標，具有較強的可比性．

2.3 概率數理統計法

概率數理統計法的基本思路是確定正常條件下事故發生的概率分布，并以此為判斷依據．通常認為某地區內發生的交通事故數近似地服從正態分布，定義隨機變量

式中：Z為用概率數理統計理論獲得的隨機變量；Yi為交通事故系數預測值；＾Yi為交通事故次數（實測值）．

假設交通事故次數服從正態分布，置信度取95%，則：Z＜－1．96是安全事故數；Z＞1．96%的范圍，是不安全事故數，即該路段危險；－1．96＜Z＜1．96是正常事故數．該方法雖簡單易行，但是對事故的分析過于簡單，缺乏科學性和說服力．

2.4 交通沖突評價方法

交通沖突技術（traffic conflict technique，TCT）是依據一定的標準，對沖突發生過程及嚴重性程度進行定量測量與判別，并應用于交通評價的技術方法．它是一種非事故統計評價方法，完全不同于傳統的事故統計評價方法，在評價中的具體應用有：危險度方法、概率方法、交通沖突灰色評價方法．

3 交通沖突灰色聚類評價研究

3.1 評價指標的選擇

沖突（TC）代表著交叉口的安全水平，即交通控制、交通設施、法規意識等，而混合當量交通量（MPCU）代表著一個交叉口的交通水平，即交通量、交通流向及交通信號分配等．因此，在對城市道路平面交叉口的交通安全水平進行評價時，引入交通沖突技術，以交通沖突與混合當量交通量的比值（TC／MPCU）為評價指標，具有很高的可信度．

3.2 灰色聚類評價方法

灰色聚類評價方法具體評價過程為：選取評價指標建立評價矩陣、確定灰類及白化值、計算聚類權、計算聚類評估值、確定最終評價結果［7］．

1）建立評價矩陣 令評價對象個數為n，評價指標項數為m，評價指標j∈｛1，2，…，m｝，評價對象i∈ ｛1，2，…，n｝，記dij為評估樣本矩陣，則

2）灰類及白化值的確定 將評價指標的實際數據，經無量綱化處理，分析數據的累積百分頻率，繪制累積百分頻率曲線，在曲線上確定不同累積百分頻率所對應的數值，作為灰類的白化值．例如，將交通安全狀況分為特別安全（A）、安全（B）、臨界安全（C）、不安全（D）4個灰類級別．選取15%、85%累積百分頻率對應的點來確定A和D的值，選取40%和60%累積百分頻率對應的點來確定B和C的值．4個累積百分頻率點對應的λ1，λ2，λ3和λ4分別為指標的白化值，見圖1．

圖1 評價指標的累計百分頻率曲線

3）建立灰類的白化權函數 交通安全評價4個灰類相應的白化權函數如式（3）～（6）．

式中：fA（x），fB（x），fC（x），fD（x）為交通安全評價指標A級，B級，C級，D級的白化權函數．

4）聚類權的確定 記聚類權為ηjt，t為評價灰類，且t∈｛1，2，…，k｝，k為評價灰類種數．ηjt按下式確定

式中：ηjt為第j項評價指標歸入種t灰類的聚類權；λjt為第j項評價指標屬于第t種灰類的白化值．

5）灰聚類分析 按下式求出第i個評價對象對于第t個灰類的聚類評估值σit

評價對象i的灰聚類評估序列σit＝（σi1，σi2，…，σik）評價對象所屬灰類為k＊，滿足＝max｛σi1，σi2，…，σik｝，從而確定聚類對象的安全狀況等級．

4 實例應用

根據上述思路，借助VB程序設計語言，設計出用于交叉口交通安全評價的灰色聚類評價軟件．以普洱市城區的29個交叉口為例，建立基于交通沖突技術的交叉口安全狀況灰色聚類評價過程．

1）以普洱市29個道路平面交叉口為評價對象，選取各個交叉口早高峰時段、晚高峰時段以及平峰時段的TC／MPCU作為3種評價指標，如表1所列．對于不同的交通安全指標（TC／MPCU），分別繪制累積百分率曲線，確定各灰類的白化值．確定的灰類白化值為：早高峰時段λ1＝0．035，λ2＝0．024，λ3＝0．013，λ4＝0．001；晚高峰時段λ1＝0．031，λ2＝0．021，λ3＝0．011，λ4＝0．002；平峰時段λ1＝0．023，λ2＝0．015，λ3＝0．008，λ4＝0．001．

2）普洱市的29個交叉口安全狀況分為4類，即第1類：特別安全；第2類：安全；第3類：臨界安全；第4類：不安全．普洱市29個交叉口的安全狀況評價結果見表2．根據分析結果可知，在普洱市城區內，交通狀況處于第4類不安全的交叉口（即交叉口7，8，9，12，16，23，24，25，26，28，29）應在短期內進行交通安全的改善，同屬第3類臨界安全的交叉口（即交叉口1，6，10，11，14，15，20）可視條件采取適當措施．

表1 普洱市29個交叉口3個時段的TC／MPCU值

表2 交叉口灰色聚類評價結果

5 結束語

本文選取早高峰、晚高峰以及平峰3個時段的TC／MPCU值作為評價指標，把交通沖突技術（TCT）引入到交通安全的灰色評價模型中，不但可以客觀準確地對道路交叉口安全狀況進行定量評價，而且克服了多個連續時段交通量與沖突數據調查所帶來的耗時耗力問題［8－10］．同時，也有助于在較短時間內，對道路交叉口的安全狀況進行準確評價，并研究合理的安全改善措施，使交通管理工作有針對性，做到快速定量地評價改善措施的效果．這種不同于事故統計分析的方法為道路交叉口安全評價提供了一種新的研究思路和手段，具有一定的實用價值．

［1］李 江．交通工程學［M］．北京：人民交通出版社，2002．

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［5］張仲仁．日本的安全駕駛管理員制度［J］．公安交通科技，2005（2）：34－38．

［6］成 衛，丁同強，李 江．道路交叉口交通沖突灰色評價研究［J］．公路交通科技，2004，21（6）：97－100．

［7］劉文清，李文權．改進的道路交通安全灰色聚類評價方法［J］．城市交通，2006（3）：58－61．

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［9］朱順應，王 紅，嚴新平．道路交通安全宏觀評價FAHP法［J］．武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2005，29（5）：697－699．

［10］成 衛，王貴勇．基于交通沖突技術的交叉口安全狀況灰色聚類評價研究［J］．昆明理工大學學報：理工版，2005，30（3）：106－110．