基于可拓學的事故路段風險等級識別模型

張文會，馬 俊，羅文文，李德才，李 卓

(1.東北林業大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.北京交通運輸職業學院 汽車工程系，北京 102618)

基于可拓學的事故路段風險等級識別模型

張文會1，馬 俊1，羅文文1，李德才1，李 卓2

(1.東北林業大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.北京交通運輸職業學院 汽車工程系，北京 102618)

為了揭示事故路段行車風險等級變化特征，將事故現場的形成至解除過程劃分為出警、現場安全設施設置、現場勘查和救援及安全設施解除4個序列時段，選取交通流量、信息發布、現場處置、速度管理和駕駛員反應5個風險度量指標，采用乘積標度法確定指標權重，基于物元、可拓集合論和關聯函數確定事故路段風險經典域、節域和待評物元，建立事故路段風險等級識別模型。以某雙向四車道高速公路事故現場為例，應用該模型確定各時段的風險等級，即第一時段為極度危險，第二時段為中度危險，第三時段為基本安全，第四時段為輕度危險。研究結果表明：評價結果客觀，所建模型可用于事故路段風險等級識別，得到的風險時變特征為風險識別和風險管控提供理論參考。

交通運輸工程；事故路段；風險識別；可拓學

0 引 言

高速公路發生重特大交通事故，事故現場的存在時間較長。交通警察需要達到事故現場，采集現場信息；必要的情況下，消防和醫護人員也要來到現場，進行安全救援。事故現場的存在導致路段可通行寬度變窄，交通參數突變，增加行車風險。因此，駕駛人應提前感知事故信息，調整車輛的運動狀態，以避免與事故車輛或現場人員發生碰撞，發生二次事故。事故現場具有時間和空間屬性，一些風險因素動態變化，不同時段通過現場的駕駛人感知的行車風險就有差別。

國外學者對事故路段行車風險的研究主要從交通事件快速識別以及快速反應[1]，仿真模擬事故現場的事故概率[2]等方面展開研究，從而達到降低事故路段風險，加強事故現場管理控制的目的。國內學者對事故路段的研究有事故現場的安全性綜合評價[3]，交通事件的影響范圍[4-5]，交通事件持續時間預測[6-7]等，也有關于作業區行車風險仿真模型的研究[8]。綜上所述，目前國內和國外對于事故路段風險的研究多為事故路段整體風險的研究以及盡可能減少事故現場存在的時間，對于研究事故路段行車風險隨時間的動態變化過程，確定各時段的風險等級的研究尚不多見。

筆者基于事故現場的時間屬性，將事故現場的存在時間分為出警、現場安全設施設置、現場勘察和救援以及現場安全設施解除4個時段，采用可拓學理論建立事故路段行車風險等級評定模型，描述風險時間分布特征。

1 事故現場時段劃分與行車風險因素

1.1 時段劃分

1)出警時段T1：是指從事故發生到交通警察到達事故現場的一段時間。此時段由于事故信息并未發布，或者發布不夠廣泛，且缺乏必要的事故現場的安全處置與管理措施。

2)安全設施設置時段T2：是指從交通警察到達至安全設施設置完畢的一段時間。在該時段，事故信息已經發布，事故現場開始安全處置，交通流量較上一時段要小，通過車輛駕駛員較為謹慎。

3)現場勘察和救援時段T3：設施設置完畢后，交通警察等有關人員對現場進行勘查和救援，該時段已有現場安全措施，因此通過車輛速度較慢，駕駛員獲得事故信息后更加謹慎。

4)安全設施解除時段T4：現場勘查和救援結束后，事故現場解除，交通恢復，該時段內現場安全設施逐漸撤除。

1.2 風險因素

確定影響事故路段行車風險因素為交通流量、信息發布、現場處置、速度管理以及駕駛員反應，見表1。

表1 事故路段行車風險關鍵因素

2 可拓學理論模型

2.1 物 元

可拓學[9-10]以物元為邏輯細胞，用有序三元組R={N，c，v}來描述。其中：N表示事物；c表示事物特征的名稱；v表示事物N關于c取得的量值；v=c(N)反映事物的質和量的關系。如果事物N有多個特征，則有：

(1)

2.2 經典域、節域和待評物元

待評指標的經典域為：

(2)

式中：Moj為評價等級；j為等級數量；ci為評價指標，i=1,2，…，n；voji=|aoji，boji|為Moj關于ci的量值范圍。

待評指標的節域為：

(3)

式中：Mp為節域對象，即為評價等級的全體；vpi=|api，bpi|為節域對象關于ci的量值范圍，即節域。

將待評指標用物元表示，則得到待評物元為：

(4)

2.3 關聯度

根據距的定義，計算各指標對應的點到經典域的距離ρ(vi，voji)和其到節域的距離ρ(vi，vpi)，分別為：

(5)

(6)

則關聯函數為：

則待評對象Ro關于等級Mj的關聯度Kj(M)為：

(8)

式中：ωi為評價指標的權重分配系數。

若滿足：

(9)

則評定評價對象M屬于jo級。

2.4 乘積標度法

3 事故路段風險等級評價

3.1 風險指標經典域、節域以及待評物元

結合風險因素的特點和專家意見，參照文獻[11]對安全因素分級標準，將風險因素分為5級：M={M1，M2，M3，M4，M5}={基本安全，輕度危險、中度危險、重度危險、極度危險}，見表2。

表2 風險因素分級標準

筆者以雙向四車道高速公路基本路段發生的交通事故為例，通過調查得到某事故路段的5個指標，得到4個時段各因素情況，見表3。

表3 某事故路段行車風險因素值

參照文獻[3]中指標無量綱化的方法，對表2和表3的因素無量綱化處理，見表4和表5。

表4 風險因素分級標準無量綱化

表5 行車風險因素實際值無量綱化

該事故路段行車風險指標S1(交通流量)的可拓學的經典域為：

同理：可算出Ro2，Ro3，Ro4，Ro5。

節域根據事故路段行車風險因素的取值范圍而定，一般是評價等級的全體，即為：

T1時段事故路段行車風險可拓學待評物元為：

同理，可算出Ro2，Ro3，Ro4。

3.2 待評物元關聯度計算

采用乘積標度法確定風險因素的權重，見表6。

表6 風險因素的權重

則根據式(5)～式(8)計算待評事故路段4個時段行車風險等級的綜合關聯度，見表7。

表7 關聯度計算結果

根據式(9)可知：

由此可知，事故現場4個時段的行車風險等級分別為極度危險M5、中度危險M3、基本安全M1以及輕度危險M2。

在5個風險因素中，S1(交通流量)在T1時段的值影響其在T2，T3，T4時段的值，且具有不確定性。當S1∈{600，700，800，900，1 100,1 200}時，利用該模型重新計算4個時段內風險等級，結果相同。

4 結 論

發生交通事故后，從事故現場形成到解除的時間過程中，事故路段的行車風險等級隨著時間的推移而改變。將事故路段進行時段劃分，采用可拓學理論建立行車風險等級評價模型，結合雙向四車道高速公路發生的交通事故現場，定量分析了各個時段的行車風險等級，得到的主要結論如下：

1)將事故路段劃分為出警、現場安全設施設置、現場勘查和救援及安全設施解除4個時段，并選取事故現場交通流量、信息發布、現場處置、速度管理和駕駛員反應5個風險度量指標作為風險等級識別模型的評價指標。

2)基于物元、可拓集合論和關聯函數確定事故路段風險經典域、節域和待評物元，建立事故路段風險等級識別模型。

3)以某雙向四車道高速公路事故現場為例，應用上述可拓學模型確定各時段的風險等級。應用結果說明，出警時段為極度危險，現場安全設施設置時段為中度危險，現場勘查和救援時段為基本安全，安全設施解除時段為輕度危險。

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Identification Model for Risk Level of Traffic Accident Section Based on Extension Science

ZHANG Wenhui1, MA Jun1, LUO Wenwen1, LI Decai1, LI Zhuo2

(1. School of Traffic, Northeast Forestry University, Harbin 150040, Heilongjiang,P.R.China; 2. Department of Automobile Engineering, Beijing Vocational College of Transportation, Beijing 102618,P.R.China)

In order to reveal the variation characteristics of risk level of traffic accident section, the process of formation and removal of accident scene was divided into four periods, which included the police responding period, the scene safety facilities setting period, the scene exploration and rescue period as well as the safety facilities removing period. 5 risk measurement indexes were selected, including the traffic flow, the information dissemination, the scene disposal, the speed management and the drivers’ response, and the weight of the indexes was determined by the product scale method. Based on the theory of matter-element, extension set and correlation function, the classical domain, joint domain and the matter-element to be evaluated of traffic accident section were determined, and the identification model of risk level of traffic accident section was established. Taking a four-lane highway accident scene for example, the proposed model was used to determine the risk level of each period, and there were four periods. The first period was extremely dangerous, the second one was moderately dangerous, the third one was basically safe and the last one was slightly dangerous. The results show that the evaluation result is objective and the established model can be used to identify the risk level of traffic accident section; the time-varying characteristics of risk obtained can provide theoretical reference for risk identification and control.

traffic and transportation engineering; traffic accident section; risk identification; extension science

2014-10-13；

2015-01-08

中央高?；究蒲袠I務費專項資金項目(DL12BB16)；黑龍江省哲學社會科學研究規劃項目(14B015)

張文會(1978—)，男，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，主要從事交通運輸安全方面的研究。E-mail：55065469@qq.com。

李德才(1978—)，男，黑龍江哈爾濱人，講師，碩士，主要從事交通運輸工具安全運行研究。E-mail：rayear@163.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.01.21

U491.3

A

1674-0696(2016)01-107-04