基于模糊綜合評(píng)判的高速公路施工區(qū)上游過渡段行車風(fēng)險(xiǎn)分析

王雄　張碧琴　黃富斌

摘要：為了研究施工區(qū)上游過渡段的行車風(fēng)險(xiǎn)，保障施工區(qū)的行車安全，應(yīng)用Vissim仿真軟件模擬施工區(qū)交通流的運(yùn)行狀態(tài)，分析過渡段長度、交通量、行駛速度對(duì)施工區(qū)行車風(fēng)險(xiǎn)的影響；利用沖突率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，將路段行車風(fēng)險(xiǎn)分為5個(gè)等級(jí)，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判理論進(jìn)行綜合評(píng)判。研究結(jié)果表明：過渡段長度、交通量是影響施工區(qū)上游過渡段行車風(fēng)險(xiǎn)最主要的因素，影響程度超90%，因而合理控制過渡段長度和交通量對(duì)降低施工區(qū)行車風(fēng)險(xiǎn)具有重要作用。

關(guān)鍵詞：施工區(qū)；過渡段；模糊綜合評(píng)判；行車風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：U412.366文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： In order to study the driving risk of the upstream transition section of the construction area and to ensure the traffic safety of the construction area， the Vissim simulation software was used to simulate the operation status of the traffic flow in the construction area， and the influence of the transition section length， traffic volume and driving speed on the driving risk was analyzed. Using the conflict rate as the evaluation index， the road traffic risk was divided into five grades， and the fuzzy comprehensive evaluation theory was applied to conduct a comprehensive evaluation. The results show that the length of the transition section and the traffic volume are the most important factors influencing the traffic risk of the transitional section in the upstream of the construction area. The influence degree is over 90%. Therefore， it is important to control the length of the transition area and the traffic volume to reduce the traffic risk.

Key words： construction area； transition section； fuzzy comprehensive evaluation； driving risk

0引言

高速公路施工區(qū)是高速公路養(yǎng)護(hù)、維修的重要組成部分，通常情況下，高速公路養(yǎng)護(hù)施工并不中斷交通，而是采用封閉部分車道的措施，這就使得施工區(qū)的交通問題變得十分突出，尤其是施工區(qū)上游過渡段，行車道數(shù)發(fā)生變化，通行能力下降，車輛強(qiáng)制變道行為增加，使得該路段成為交通瓶頸路段，經(jīng)常發(fā)生交通擁堵和交通事故。因此，分析施工區(qū)上游過渡段的行車風(fēng)險(xiǎn)對(duì)降低交通損失具有重要意義。

1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

風(fēng)險(xiǎn)是指在某一特定環(huán)境下，在某一特定時(shí)間段內(nèi)，不利事件或事故發(fā)生的概率，施工區(qū)行車風(fēng)險(xiǎn)，需要某一指標(biāo)來表征其不安全狀態(tài)。相關(guān)研究表明[1]：交通沖突與交通事故的成因和發(fā)生具有相關(guān)性，交通沖突數(shù)越多，事故率也就越高，行車風(fēng)險(xiǎn)也就越大；同時(shí)還要考慮施工區(qū)的長度，車輛在施工區(qū)行駛的時(shí)間越長，發(fā)生沖突的可能性越大。因此，選擇時(shí)均沖突次數(shù)與施工區(qū)斷面交通量、施工區(qū)長度的比值作為評(píng)價(jià)施工區(qū)安全性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

f=TcQL（1）

式中：f為沖突率（次·km-1）；Tc為時(shí)均沖突次數(shù)；Q為單位時(shí)間內(nèi)通過斷面的交通量（pcu·h-1）；L為施工區(qū)長度（km）。

2模糊綜合評(píng)判法

模糊綜合評(píng)判是通過構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣，從多個(gè)指標(biāo)對(duì)被評(píng)價(jià)事物隸屬等級(jí)狀況進(jìn)行綜合性評(píng)判，把被評(píng)判事物的變化區(qū)間作出劃分。模糊綜合評(píng)判有以下要素。

（1）設(shè)U={u1，u2，…，un} 為被評(píng)價(jià)對(duì)象的n種影響因素的集合。

（2）設(shè)V={v1，v2，…，vn}是對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象可能作出的評(píng)價(jià)結(jié)果組成的集合。

（3）設(shè)A=（a1，a2，…，an）為權(quán)重向量，其中ai表示第i個(gè)因素的權(quán)重，要求ai≥ 0，且∑ ai=1。

（4）單獨(dú)從一個(gè)因素ui（i=1，2，…，n）評(píng)判被評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬度，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣

3仿真策略及其權(quán)重的確定

施工區(qū)上游過渡段是行車風(fēng)險(xiǎn)最大的路段，這是因?yàn)槭┕^(qū)上游過渡段處于道路車道數(shù)量變化路段，車輛行駛自由度降低，存在著合流、跟馳、分流等復(fù)雜運(yùn)行狀態(tài)，因此增加了發(fā)生跟馳追尾沖突、擠車變道沖突的概率。研究表明，行車風(fēng)險(xiǎn)與交通流狀態(tài)存在著一定的相關(guān)性[2]，并且不同的交通流對(duì)施工區(qū)行車風(fēng)險(xiǎn)有著不同的影響，本文應(yīng)用Vissim仿真軟件模擬施工區(qū)交通流運(yùn)行狀態(tài)，分析交通流參數(shù)對(duì)施工區(qū)行車風(fēng)險(xiǎn)的影響。

3.1建立仿真模型

選取四車道高速公路封閉外側(cè)車道養(yǎng)護(hù)作業(yè)為研究對(duì)象（圖1），根據(jù)《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）規(guī)定，圖1中EF長度由仿真策略來確定，其余各段長度為：AB距離為900 m，BC距離為400 m，CD距離為50 m，DE距離為450 m[34]， B、C處的限速值也根據(jù)仿真策略來確定。

3.2仿真策略

選取施工區(qū)長度（L）、交通量（Q）、行駛速度（V）這3個(gè)因素對(duì)施工區(qū)路段行車風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合施工區(qū)交通流的特征，分別選擇各影響因素的中間值作為基準(zhǔn)值，根據(jù)基準(zhǔn)值確定不同交通流參數(shù)的變化幅度，利用正交試驗(yàn)法安排仿真策略，每個(gè)影響因素選取5個(gè)水平，如表1所示。

3.3正交試驗(yàn)

本次試驗(yàn)不考慮因素之間的相互作用，采用正交試驗(yàn)法縮減試驗(yàn)數(shù)據(jù)[5]，選擇經(jīng)過處理的五水平L25（56）正交表，利用Vissim分別對(duì)25個(gè)方案進(jìn)行仿真，用matlab對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

3.4權(quán)重的確定

進(jìn)行模糊綜合評(píng)判時(shí)，權(quán)重對(duì)最終的結(jié)果將產(chǎn)生很大的影響，F(xiàn)值是檢驗(yàn)各因素對(duì)沖突率的影響是否顯著，F(xiàn)值越大，對(duì)沖突率的影響越顯著，其對(duì)應(yīng)的權(quán)重應(yīng)該越大。根據(jù)對(duì)表2的分析可知，過渡段長度L和交通量Q對(duì)沖突率影響較大，行駛速度V的影響相對(duì)較小。采用各影響因素F值的比值作為權(quán)重比[6]，權(quán)重總和為1，得到權(quán)重向量A=（0.577，0.341，0.082）。

4評(píng)判矩陣的確定及行車風(fēng)險(xiǎn)分析

4.1評(píng)判集的確定

根據(jù)沖突率的定義，將行車安全狀況分為非常安全（Ⅰ）、安全（Ⅱ）、臨界安全（Ⅲ）、不安全（Ⅳ）和很危險(xiǎn)（Ⅴ）5個(gè)等級(jí)[7]，對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制累計(jì)百分頻率曲線，分別選取15%、40%、60%、85%的累計(jì)百分頻率對(duì)應(yīng)的點(diǎn)確定這5個(gè)狀態(tài)的臨界值[8]，如圖2所示。可知A點(diǎn)的沖突率為0229 8次·km-1，B點(diǎn)的沖突率為0410 9次·km-1；C點(diǎn)的沖突率為0506 3次·km-1，D點(diǎn)的沖突率為0854 4次·km-1。根據(jù)車輛處于這5個(gè)狀態(tài)的概率來確定評(píng)判矩陣V=（v1，v2，v3，v4，v5）的值。

4.2單因素評(píng)判矩陣

單因素評(píng)判矩陣是根據(jù)評(píng)判集來確定單因素造成的影響落在每個(gè)分級(jí)區(qū)域內(nèi)的概率[911]。通過咨詢多名相關(guān)專家，根據(jù)評(píng)判等級(jí)的劃分以及不同影響因素在不同分級(jí)的重要性，對(duì)各個(gè)影響因素在不同分級(jí)中的貢獻(xiàn)率進(jìn)行評(píng)定，最后得到過渡段長度、交通量與行駛速度的單因素評(píng)判矩陣，見表3～5。

通過表6可以看出：過渡段長度、交通量和行駛速度取值不同時(shí)，行車風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也不同，隨著過渡段長度的增加，行車風(fēng)險(xiǎn)先降低后升高，過渡段長度為160 m時(shí)，行車風(fēng)險(xiǎn)最小[12]；當(dāng)施工區(qū)過渡段長度相同時(shí)，隨著交通量增大，行車風(fēng)險(xiǎn)增加，當(dāng)過渡長度為220 m、交通量為1 400 pcu·h-1時(shí)，行駛速度為40、50、60 km·h-1時(shí)都達(dá)到很危險(xiǎn)狀態(tài)；當(dāng)交通量相同時(shí)，隨著行駛速度增加，行車風(fēng)險(xiǎn)降低，行駛速度為40 km·h-1時(shí)，發(fā)生危險(xiǎn)的次數(shù)遠(yuǎn)超過了其他速度，這是由于行駛速度增加時(shí)，道路通行能力提高，行車沖突減小，行車風(fēng)險(xiǎn)降低[13]?？梢?，表6中分析的行車風(fēng)險(xiǎn)與實(shí)際情況相符。

5結(jié)語

（1）利用Vissim仿真軟件模擬施工區(qū)車輛的行駛狀態(tài)，通過分析影響施工區(qū)上游過渡段行車風(fēng)險(xiǎn)的因素發(fā)現(xiàn)，施工區(qū)過渡段長度、交通量對(duì)施工區(qū)行車風(fēng)險(xiǎn)影響最大，利用模糊綜合評(píng)判法對(duì)施工區(qū)行車風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)判，得到不同交通流狀態(tài)下的行車風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

（2）對(duì)施工區(qū)不同交通流狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)判，可以為決策者確定合適的施工區(qū)上游過渡段長度，降低施工區(qū)行車的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）分析了施工區(qū)過渡段長度、交通量、行駛速度這3個(gè)因素對(duì)施工區(qū)行車風(fēng)險(xiǎn)的影響，未考慮其他的影響因素（如大車率），在進(jìn)一步研究中，應(yīng)增加其他影響因素對(duì)行車風(fēng)險(xiǎn)的研究。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]