基于貨車運行特征的交叉口安全評價

姚 佼，王 飛，高傲翔，謝 明，謝祥俊

（1.上海理工大學 管理學院，上海 200093；2.江蘇高科物流科技股份有限公司，江蘇 南通 226156）

0 引言

2016年公安部交管局的統計數據顯示，全國大貨車占汽車保有量比例為12.28%，但其肇事導致的死亡人數占到交通事故死亡人數的48.23%。其中，因交叉口安全設施不完善、駕駛員右轉存在視線盲區等因素，導致大貨車在交叉口轉向時發生剮蹭、碾壓行人或非機動車駕駛員致死的交通事故約占30%[1]。相關研究表明，當車道貨車交通量占比超過20%時，交叉口延誤和通行能力下降，與此同時交叉口安全性也降低[2]。因此，對貨車交叉口運行安全狀態的評價進行研究，具有比較重要的實際應用價值，可為后續有效預防措施的制定提供參考建議。

對于貨車在交叉口的運行安全方面的研究，Daniel J在交叉口使用泊松回歸和負二項事故預測模型預測卡車事故，模擬出交叉口對貨車事故的影響[3]；Chang L Y使用嵌套Logit模型分析了卡車運行的各種風險因素和乘員損傷之間的關系[4]；錢紅波等從大貨車交通事故的特征入手，分析了大貨車交通事故的形態、空間及時間分布特征，從人、車、路、交通環境4方面解析大貨車交通安全的影響因素，從而提出了針對大貨車交通事故的預防對策[5]。張清峰等分析了大型車在小半徑道路右轉彎處車禍頻發的原因，并提出針對性措施[6]。王清洲等針對貨車右轉形成的視覺盲區，通過Matlab軟件建立了貨車右轉彎模型，提出盲區面積計算方法和道路交叉口安全性評估指標[7]。

針對交叉口的安全評價方法方面，Aliaksei Laureshyn提出用Extended Delta-V的理論作為基于場地觀測的交通沖突嚴重性的度量，將左轉彎車輛與直行通過信號交叉口的車輛之間的相互作用作為交通沖突指標評價交叉口安全[8]。E Sacchi討論了在貝葉斯統計框架內開發基于沖突的安全績效函數（SPF），開發了SPF來預測不同交叉路口進出口沖突的數量[9]。張小秀在交叉口類型劃分的基礎上，提出一種以交通沖突的概率分布為評價指標，通過分析交通沖突數的概率計算值與安全閥指數的概率臨界值之間的關系，進行無信號控制T形交叉口的安全評價[10]。曹瑾鑫統計并分析交叉口機動車和非機動車的數據，得出非機沖突的預測函數，并提出相應的優化措施[11]。王晨根據交通沖突的分析，提出基于微觀仿真與極值理論相結合的交叉口安全評價方法[12]。上述學者更多是從交通沖突的角度考慮交叉口是否安全，并沒有給出影響交叉口安全的影響因素的權重。物元模型不僅考慮交叉口安全的影響因素，而且能給出影響因素的權重。詹珽將物元模型引進投資項目決策，發現物元模型既可對一個或多個待評對象進行綜合評價，又可以進行目標優劣綜合排序[13]。劉芳通過物元模型，將多指標的目標評價歸結為單目標決策,簡潔明確地反映出城市道路的發展水平[14]。Sun XL將物元模型和合成權重方法結合，建立了基于權重的物元評估模型，有效地克服了物元模型在水質評價中的局限性[15]。蔣紅妍將物元模型引入道路路況評價，能夠較完整地反應道路的路況水平[16]。

綜上所述，相關學者雖然從多角度研究了貨車運行安全分析和相關交叉口安全評價，但如何將兩者結合起來，對貨車交叉口運行安全進行評價亟待進一步深入研究。本研究針對貨車交通量占比較大的交叉口，在分析影響貨車交叉口運行安全因素的基礎上，運用可拓物元模型理論，建立了交叉口運行安全的多指標綜合評價體系，可為貨運交叉口的安全評價提供依據。

1 貨車交叉口運行安全評價體系

影響貨車交叉口運行安全的因素主要分為主觀和客觀兩方面的因素，其中主觀因素主要是指與人有關的因素，如駕駛員的行為、心理生理特征，交通安全意識等；客觀因素主要是指與交叉口和車輛本身物理特征有關的因素，如交通環境、交叉口幾何特征等。

基于上述分析，結合評價指標篩選的原則，采用定性分析和定量計算相結合的方法，首先通過定性分析對影響因素進行大的分類，完成初步篩選；通過定性分析，將貨車交叉口安全運行的影響因素歸納為交叉口基礎設施、道路交通狀況、交叉口服務水平和貨車自身特征等四大因素。進而通過定量分析，根據國內外交叉口的事故的特點及其發生原因，選擇與事故關聯度高的指標作為交叉口安全評價的評價因子，篩選出道路標志標線、貨車流量等13個主要評價指標?；谏鲜龇治觯瑯嫿ǖ呢涇嚱徊婵诎踩\行評價指標體系如圖1所示。

圖1 貨車交叉口安全運行評價指標體系

2 交叉口貨車運行安全的多指標可拓綜合評價模型

根據上述交叉口貨車運行安全選取的影響因素及評價指標，基于物元模型進行綜合評價。物元模型的主要形式是給定事物的名稱N，它關于特征因素C的量值為X，以有序三元R=（N,C,X ）組作為描述事物的基本元，簡稱物元[17]。研究選取貨車交通量較大的交叉口，以第一節貨車交叉口安全運行評價指標體系中的評價指標等作為評價因子，建立的物元模型如式（1）所示。

式中：R為物元集；N為交叉口運行安全狀況；C為評價因子的集合；X為評價因子量值的集合。

評價因子的集合和量值的集合分別記為Ci（i=1,2,…,n ），Xi（i=1,2,3,…,n）。以N表示為貨車交叉口安全運行水平狀況，Ci,i=1,2,3,…,n表示影響貨運交叉口安全運行的評價因子，Xi是關于Ci的具體取值，具體的13個主要評價指標如圖1所示。

根據n維物元的定義，貨運交叉口安全運行水平可轉化為物元模型來描述：

2.1 經典域與待評物元

（1） 經典域設計

經典域是指評價交叉口安全運行狀況N的評價因子C發生時，評價因子C所規定的量值的取值范圍。交叉口運行安全的評價因子有n個，綜合考慮交叉口的基礎設施、交通狀況、服務水平和貨車影響因素，選取了與交叉口運行安全密切的13個影響因素作為交叉口運行安全的評價因子，故本文中n=13。

式中，＜ai,bi＞ （i=1,2,…,n ）為貨車交叉口安全運行狀況N關于Ci所確定的量值范圍，即經典域＜ai,bi＞。

（2） 待評物元

將待評貨車交叉口運行安全狀況用物元表示如下：

上式為貨車交叉口運行安全水平的待評物元。式中xi（i=1,2,…,n）為評價因子Ci的具體取值，即該交叉口評價因子的實測值。

2.2 待評物元關聯函數

根據可拓學基本理論和實際需求，結合上面的物元模型，為反映貨車交叉口運行安全狀況，需建立相應的關聯函數。由于本文涉及的因子各量綱不盡相同，各期望值也有差異，所以其關聯函數也不相同?，F假設關聯函數為線性函數，可建立函數表達式如下：

xi為正相關因子，xi≥bi,g（ xi）=1或xi≤ai,g（ xi）=0；

xi為負相關因子，xi≥bi,g（ xi）=1或xi≤ai,g（ xi）=0；

式中：g（ xi）為關聯函數，ai為經典域的下界閾值，bi為經典域的上界閾值。

2.3 待評物元權系數ti

根據前文所確定的評價因子，根據式（8）至式（10），對評價因子進行標準化處理，得到評價因子的相對值，根據式（5）至式（7），計算得出評價因子的權系數。

具體過程如下：

其中：

式中：tj為權系數；dij為中間過渡變量；ei為中間過渡變量；Zij為經過標準化處理后的值。

2.4 綜合評價

由于在進行貨車交叉口安全評價時需要考慮的參數較多，因此本研究綜合評價交叉口安全，即采用綜合關聯度進行評價：

表1 交叉口安全等級評價表

3 案例分析與驗證

研究選取上海市楊浦區軍工路和周家嘴路交叉口，其周邊毗鄰楊浦貨場，大貨車比例較高。本研究與2018年3月19日至2018年3月30日進行調查，主要調查晚高峰小時（17∶00～18∶00） 交叉口數據，各進口流量、貨車數量，高峰小時折減交通量如表2所示。從中可以看出，大貨車比較達18.73%，交叉口流量高峰3 727pcu，飽和度0.81，是典型的貨車交叉口運行安全評價對象。

表2 交叉口各進口道高峰小時折減后的交通量

3.1 指標權系數確定

對影響貨車交叉口運行安全水平的主要因素進行客觀分析，選圖1中具體的評價因子作為評價的特征因子，根據式（5）至式（10），以及各評價指標的現狀值，計算得到各影響因子的權重，如表3所示。

表3 交叉口貨車運行安全綜合評價表

3.2 案例交叉口綜合關聯度及評價

根據所選交叉口運營的特征因子進行交叉口多指標綜合評價，交叉口基礎設施的評分考慮標志是否配套、可視性等相關技術指標[19]，然后計算貨車交叉口安全水平的綜合關聯度。其中取表3中2010～2015年的各評價指標的算術平均值作為指標的基準值，取2020年各指標的規劃值為交叉口安全評價的目標值，構造經典域，建立貨車交叉口運行安全的物元模型，構造關聯函數，根據式（4）計算出各指標的關聯函數。

由表3可知，該交叉口的交叉口通行能力、非機動車交通量、貨車交通量、交叉口排隊長度、貨車與非機動車、貨車與小汽車的沖突等交叉口交通安全因子的關聯度較高，其值都大于0.6，交叉口通行能力、非機動車交通量、貨車交通量等更是超過0.8，貨車與行人沖突因子的關聯度雖然較低，但考慮到兩者沖突后果的嚴重性，后續模型可能需要在此方面進行改進。

根據式（11），結合上述各指標權重和關聯度系數計算本交叉口的安全狀況水平的綜合關聯度為ξ=0.58，查表1可知，該貨車交叉口運行安全評價等級為“較安全”。該交叉口的安全性基本合理，交叉口基本能承受逐年增加的安全壓力；行人、車輛及交叉口基礎設施都采取了較為合理的管理措施，三者能夠保持協調；在未來的發展中還應加強交叉口基礎設施的建設，有效疏導行人過街，促進貨車通過交叉口的運行安全，從而增強交叉口的安全水平。

4 結束語

研究通過對貨車交叉口運行安全影響因素分析，建立了基于物元模型的貨車交叉口安全評價體系，通過實地調查進行了案例驗證，得到如下結論：

（1）因物元模型在安全評價方面的優勢而具有廣泛應用前景，以物元模型為基礎進行貨車交叉口運行的安全評價，能將多個相關因子較為簡單的轉換成交叉口安全綜合關聯度，通過分析交叉口相關因子的實地調查數據，可以進一步分析交叉口的各項安全水平。

（2）經過模型評價，目前案例交叉口貨車運行處于“較安全”的狀態，其中交叉口通行能力、非機動車交通量、貨車交通量等因素與交叉口的安全性關聯度較高，交叉口貨車運行安全的評價應重點關注這些因素。

由于影響貨車交叉口運行安全的因素復雜多變，本研究僅為單個交叉口，物元模型中相關參數的標定和評價因子的選取方法需在后續研究中加以關注。此外，案例分析中貨車與行人沖突因子的關聯度雖然較低，但兩者沖突造成的后果較為嚴重，后續模型可能需要加入此方面的考慮，進一步優化完善。