基于灰色聚類法的公路施工區安全評價

張碧琴++黃富斌++孟杰??

摘 要：為了保障公路施工區的交通安全，通過分析施工區不同區段的安全狀況，提出了以沖突率和速度偏差變化系數作為安全評價指標，并構建VISSIM仿真模型，根據有限的交通信息，運用灰色聚類法對施工區各區段進行沖突率和CVSD指標的安全評價。所得結果能夠反映施工區各區段的總體安全程度，進而為公路施工者提供改進的依據。

關鍵詞：施工區；灰色聚類法；安全評價；沖突率

中圖分類號：U418 文獻標志碼：B

Evaluation of Highway Work Zone Safety Based on Gray Clustering Method

ZHANG Bi- qin， HUANG Fu- bin， MENG Jie

（School of Highway， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China）

Abstract： In order to improve the traffic safety of highway work zone， the security situation of different sections of work zone was analyzed. The security evaluation indices based on collision rate and coefficient of variation of the speed deviation were put forward. The VISSIM simulation model was built. Based on limited traffic information， gray clustering method was used to evaluate the safety in work zone of each section with collision rate and CVSD. The results reflect the overall security level of work zone and provide road builders with improvement basis.

Key words： work zone； gray clustering method； security evaluation； collision rate

0 引 言

公路施工區普遍存在通行能力下降以及行車難度增加等問題，從而使作業區成為交通瓶頸路段，交通事故時有發生。因此，合理的交通組織方案對于提高交通運行效率和安全程度具有重要的意義。當前對于公路施工區安全的研究多集中在對限速方案的安全評價或施工區的風險評價方面，這都在一定程度上提高了施工區的安全水平。但施工區的車流特性處于變化之中，且因交通組織而異，因此各個區段的安全指標并非呈現出一致性。故應對不同區段的安全指標進行綜合評定，從而得出不同區段的安全水平[1- 4]。

施工區的道路幾何條件、交通量、大車率和車輛運行速度等數據是可以事先采集的。根據有限的交通信息對施工區進行安全評價，找出影響交通安全的關鍵節點，灰色聚類法無疑是可行的方法之一[5- 6]。本文結合施工區的交通特點，對施工區的交通組織方案進行VISSIM軟件仿真，并對各區段各項安全指標進行灰色聚類評價。

1 安全指標的確定

由于公路施工區要封閉一部分車道，這必然造成道路交通條件惡化，通行能力和服務水平降低，極易發生追尾、刮擦等交通事故。因此本文選擇了能突出反映公路安全狀況的沖突率[7]和速度偏差變化系數（coefficient of variation of the speed deviation，CVSD）[8]作為評價指標。

1.1 沖突率

交通沖突實質上是不安全交通行為的表現形式，如果沖突雙方皆不采取措施，其發展結果將是發生事故[9]。為了客觀地反映施工區的交通安全水平，選擇時均沖突數、斷面的交通實際通過量、區段長度的比值即沖突率作為評價公路施工區各區段的安全性評價指標。

f=TCQ×L（1）

式中：f為沖突率；TC為時均沖突次數（次）；Q為斷面的交通實際通過量（pcu·h-1）；L為路段凈距（km）。

1.2 速度偏差變化系數

速度的離散性與安全密切關聯，車速標準偏差越大的地點其安全性能越差。由于公路施工區不同區段上車輛的平均速度是不一樣的，為了消除車輛平均速度的影響，采用

CVSD（記為CVSD）來評價公路施工區各區段的安全性。

（3） 確定聚類權。對各灰類進行無量綱化處理，按式（7）求出各指標的不同灰類的權值，見表2。

（4） 灰色聚類分析。對該施工作業區的27個區段的交通安全情況進行聚類，由聚類矩陣σ*ik=max{σi1，σi2，σi3 }得到各個聚類最大評估值。圖4～6分別為灰類A、B和C所對應的路段及相應的聚類值。

結果分析：施工區有8個區段處于安全水平 ，12個區段處于臨界安全水平，7個區段處于不安全水平。在A級區段中，100 m、200 m和300 m路段大約有40%處于C級；1 700 m路段約有45%處于B級，無C級成分；其它路段全部或幾乎全部處于A級。在B級區段中，500 m、600 m、700 m、900 m和1 000 m路段約有40%處于C級；2 300 m和2 700 m路段分別有20%和15%處于C級成分；其他路段無C級成分。對評價為C級的路段，必須采取嚴格的安全措施，對非C級但C級成分較高路段要采取改善措施。

4 結 語

（1） 從算例分析可知，施工區組織者可以根據有限的交通信息，通過灰色聚類法構建安全評價模型。這不僅可以反映施工區各區段的總體安全程度，而且可以根據具體數值，識別影響各區段安全等級的關鍵指標，進而提供改進的依據。

（2） 本文僅從沖突率和CVSD兩個指標評價了施工區不同區段的安全狀況，而實際道路安全狀況還受交通擁堵、管制等因素的影響，后續研究中應著重考慮這些因素影響下的道路安全評價。

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[責任編輯：杜敏浩]