重特大道路交通事故風(fēng)險(xiǎn)耦合模型的構(gòu)建

張樹林，金會(huì)慶，曾濤，高巖，李宏海，李平凡,劉應(yīng)吉，趙菁,4, 殷毓瀟,4,袁偉

(1.國(guó)家車輛駕駛安全工程技術(shù)研究中心，合肥 230088；2.安徽三聯(lián)學(xué)院交通安全應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，合肥 230601；3.安徽三聯(lián)事故預(yù)防研究所，合肥 230088；4.安徽三聯(lián)交通應(yīng)用技術(shù)股份有限公司，合肥 230081；5.廣東省公安廳交通警察管理局，廣州 510440；6.公安部交通管理科研所，江蘇無(wú)錫 214151；7.國(guó)家交通管理工程技術(shù)研究中心，江蘇無(wú)錫 214151；8.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所，北京 100008；9.國(guó)家智能交通系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100008； 10.長(zhǎng)安大學(xué)，西安，710064)

1 引言

我國(guó)是全球道路交通事故最嚴(yán)重的國(guó)家之一，尤其是一次死亡10人以上的重特大交通事故，造成了觸目驚心的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重威脅著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。長(zhǎng)期以來(lái)，由于交通事故發(fā)生機(jī)理的復(fù)雜性與事故致因的不確定性以及認(rèn)知手段的缺乏，極大地影響著我國(guó)重特大道路交通事故的防治能力。因此，明確重特大道路交通事故發(fā)生機(jī)理和致因，構(gòu)建其風(fēng)險(xiǎn)模型，評(píng)估事故風(fēng)險(xiǎn)大小，對(duì)控制道路交通事故，尤其是重特大交通事故的發(fā)生具有重大的戰(zhàn)略意義和深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。

根據(jù)“海因里希事故法則”，事故傷害存在一定比例，死亡或重傷、輕傷或故障、無(wú)傷害事故三者之間的比例為1：29：300[1]，意思是每發(fā)生330起意外事故，會(huì)有1起事故導(dǎo)致人員重傷或死亡，29起造成人員輕傷，300起事故沒有產(chǎn)生人員傷害。這個(gè)法則從側(cè)面說(shuō)明，同一項(xiàng)活動(dòng)中，無(wú)數(shù)次意外事件必然導(dǎo)致重大傷亡事故發(fā)生。數(shù)以萬(wàn)計(jì)的道路交通事故也必然會(huì)導(dǎo)致重特大交通事故的發(fā)生。

海因里希提出的事故因果連鎖論認(rèn)為，盡管傷害可能在某瞬間突然發(fā)生，但傷亡事故的發(fā)生不是一個(gè)孤立事件，它是一系列事件相繼作用的結(jié)果。同樣，重特大交通事故的發(fā)生并不僅僅是某個(gè)單一因素造成的，而是由多個(gè)影響因素之間相互影響、相互耦合造成的[2]。通常情況下，重特大交通事故的影響因素主要包括人的因素、車輛因素、道路環(huán)境因素[3]，在重特大交通事故內(nèi)在系統(tǒng)中，各因素之間都有可能存在著交叉耦合的現(xiàn)象。

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者曾經(jīng)對(duì)道路交通安全風(fēng)險(xiǎn)度量進(jìn)行研究探討，試圖揭示道路交通事故風(fēng)險(xiǎn)因子耦合機(jī)理及其耦合作用大小。本文在道路交通事故致因分析的基礎(chǔ)上，擬構(gòu)建重特大交通事故人-車-路風(fēng)險(xiǎn)耦合模型，探討交通事故風(fēng)險(xiǎn)因子的動(dòng)力學(xué)演化規(guī)律及其耦合權(quán)重，旨在為精準(zhǔn)防控重特大交通事故的危險(xiǎn)源提供理論指導(dǎo)。

2 重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)因子耦合作用分析

耦合是指兩個(gè)或兩個(gè)以上事物之間存在的相互作用和相互影響，這種作用和影響不是單向的，而是相互的。從系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)角度分析，重特大交通事故是由多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生耦合作用所致，早期事故致因研究大多側(cè)重于交通事故的單因素分析，而僅僅局限于單個(gè)致因因素的分析難以闡明重特大交通事故的發(fā)生機(jī)理[4]。開展多因素相互作用研究，有利于全面認(rèn)識(shí)重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)耦合作用機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)變化。本文將重特大交通事故致因系統(tǒng)分為人、車、路三個(gè)子系統(tǒng)，依據(jù)參與事故風(fēng)險(xiǎn)耦合子系統(tǒng)的因素屬性，將重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)耦合劃分為子系統(tǒng)內(nèi)因素耦合與子系統(tǒng)間因素耦合，以此來(lái)剖析重特大交通事故各因素之間的關(guān)聯(lián)復(fù)雜度。

2.1 重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)內(nèi)因素耦合關(guān)系分析

交通事故防控是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程[5]，且涉及人、車、路等多個(gè)子系統(tǒng)，這些單獨(dú)的子系統(tǒng)均具有一定的獨(dú)立性。重特大交通事故子系統(tǒng)內(nèi)因素風(fēng)險(xiǎn)耦合是指同一子系統(tǒng)內(nèi)的不同影響因素之間發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)耦合作用。所以，當(dāng)某個(gè)駕駛?cè)嘶蚰齿v車在某個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生子系統(tǒng)內(nèi)因素之間風(fēng)險(xiǎn)耦合，均可能引發(fā)交通事故。現(xiàn)以“人”(主要指駕駛?cè)?為例，進(jìn)行子系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)耦合關(guān)系分析。

依據(jù)交通事故致因描述性研究，“駕駛?cè)恕弊酉到y(tǒng)的主要風(fēng)險(xiǎn)因素包括五個(gè)：駕駛?cè)说纳硪蛩豙6]、心理因素[7]、安全意識(shí)[8]、駕駛技能[9]和駕駛行為[10]。駕駛?cè)说纳硪蛩刂饕婕吧眢w狀況指標(biāo)，如體溫、血壓、聽力、睡眠、酒精含量等，疾病、睡眠不足、宿醉等身體不適都是生理因素風(fēng)險(xiǎn)；心理因素主要涉及心理狀況指標(biāo)[11]，如安全態(tài)度、危險(xiǎn)感知、性格特征等，極端情緒、異常態(tài)度、異常心理壓力等都是心理因素風(fēng)險(xiǎn)；駕駛?cè)说陌踩庾R(shí)是指其態(tài)度和認(rèn)知對(duì)其在交通活動(dòng)中行為的規(guī)范意識(shí)，這種意識(shí)的形成有可能是先天具備的，也可以是通過(guò)后天進(jìn)行培養(yǎng)和提升，并在人的成長(zhǎng)過(guò)程中不斷積累的，法規(guī)觀念淡薄、交通規(guī)則麻木等都是安全意識(shí)風(fēng)險(xiǎn)；駕駛技能是指駕駛?cè)隧樌瓿捎梢幌盗泻?jiǎn)單動(dòng)作組成的連貫的能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)車輛功能的能力，安全駕駛能力測(cè)評(píng)可以反映駕駛技能水平大小，技術(shù)生疏、車輛控制能力低下、動(dòng)作協(xié)調(diào)性差、應(yīng)急反應(yīng)與處置能力弱等都是駕駛能力的風(fēng)險(xiǎn)。駕駛行為的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自不良駕駛行為，不良駕駛行為是指駕駛?cè)藢?shí)際完成的動(dòng)作偏離安全駕駛規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)操作導(dǎo)致發(fā)生事故概率較大的駕駛活動(dòng)，是道路交通事故人的因素中最突出的致因風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)不良駕駛行為的聚類分析發(fā)現(xiàn)其可分為故意違法類、過(guò)失類、陋習(xí)類三大類不良駕駛行為[11]。

人的因素風(fēng)險(xiǎn)因子同質(zhì)耦合途徑主要包括：生理因素-心理因素-不良駕駛行為；心理因素-生理因素-不良駕駛行為；生理因素-心理因素-安全意識(shí)-駕駛技能-不良駕駛行為，等。例如，駕駛?cè)说男睦硭刭|(zhì)低可能會(huì)削弱其安全意識(shí)，導(dǎo)致駕駛過(guò)程中安全意識(shí)薄弱，出現(xiàn)故意違法等不良駕駛行為，從而不能準(zhǔn)確辨識(shí)和避免一些常見的危險(xiǎn)源；而安全意識(shí)淡薄常常伴隨僥幸駕駛，日久容易形成陋習(xí)類不良駕駛行為，影響駕駛?cè)笋{駛能力的提升，安全意識(shí)與駕駛技能二者發(fā)生耦合作用；駕駛?cè)说纳砗托睦硪蛩叵嗷ビ绊懀瑯O易引發(fā)交通事故的發(fā)生，表現(xiàn)為當(dāng)駕駛?cè)说纳頎顩r欠佳時(shí)，駕駛過(guò)程中容易分心，注意力不集中，或產(chǎn)生初級(jí)疲勞等，導(dǎo)致心理機(jī)能減弱，減弱到一定程度容易滋生某種不良駕駛行為；同樣，當(dāng)駕駛?cè)诵睦頎顩r欠佳時(shí)，影響其大腦中樞神經(jīng)反應(yīng)與決策能力，且在生理狀態(tài)中表現(xiàn)為視力、聽力、體力等不同程度影響，從而產(chǎn)生倦怠等消極情緒，誘發(fā)某種不良駕駛行為。諸如此類的風(fēng)險(xiǎn)耦合作用在駕駛過(guò)程中隨時(shí)隨地發(fā)生。

2.2 重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)間因素耦合關(guān)系分析

重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)間因素耦合是指道路交通系統(tǒng)中不同子系統(tǒng)之間發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)耦合作用[12]，主要包括：人-車風(fēng)險(xiǎn)耦合、人-路風(fēng)險(xiǎn)耦合、車-路風(fēng)險(xiǎn)耦合和人-車-路風(fēng)險(xiǎn)耦合，共四種風(fēng)險(xiǎn)耦合形式。道路交通系統(tǒng)中不同子系統(tǒng)首先突破自身的安全閾值，再經(jīng)過(guò)事故鏈條的傳導(dǎo)，就會(huì)發(fā)生不同子系統(tǒng)間的風(fēng)險(xiǎn)耦合。

人-車因素子系統(tǒng)間風(fēng)險(xiǎn)耦合鏈條主要包括：心理因素-駕駛技能-車輛故障-車的不安全要素；車輛設(shè)計(jì)缺陷-心理因素-人的不良駕駛行為；車輛設(shè)計(jì)缺陷-心理因素-駕駛技能-人的不良駕駛行為，等。以人-車風(fēng)險(xiǎn)耦合作用為例，人的不良駕駛行為可能會(huì)導(dǎo)致車輛風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生，車自身的不安全狀態(tài)同樣也會(huì)影響到人因風(fēng)險(xiǎn)閾值。人的行為對(duì)車的影響主要是指人的不良駕駛行為，例如駕駛?cè)说鸟{駛技能低下或技術(shù)生疏，導(dǎo)致加速踏板與制動(dòng)踏板誤用，影響車輛的行駛狀態(tài)，從而引發(fā)事故。同樣，由于車輛自身的機(jī)械故障或者輪胎磨損爆胎，突發(fā)事件刺激容易誘發(fā)過(guò)失駕駛，導(dǎo)致人的不良駕駛行為產(chǎn)生[13]。人- 路風(fēng)險(xiǎn)耦合同樣如此。

3 重特大交通事故人-車-路風(fēng)險(xiǎn)耦合模型建立

自然界的本質(zhì)就是非線性的[14]，對(duì)于重特大交通事故來(lái)說(shuō)，其風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)由人因風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)、車輛風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)和道路風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)構(gòu)成，影響因素眾多，結(jié)構(gòu)繁雜，相互交織，是極其復(fù)雜的系統(tǒng)，并非單一的線性函數(shù)關(guān)系所能闡述，因此利用非線性動(dòng)力學(xué)原理可以建立交通事故風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)耦合模型，以便進(jìn)一步評(píng)估重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)因子之間耦合作用大小。建模步驟如下：

3.1 重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

正確有效的選取交通事故風(fēng)險(xiǎn)因子指標(biāo)，對(duì)于我們能夠準(zhǔn)確計(jì)算子系統(tǒng)之間的耦合度有著密不可分的關(guān)系，本文通過(guò)文獻(xiàn)借閱法和實(shí)地考察法，結(jié)合地方政府法律法規(guī)、規(guī)章制度和專家意見，最后確立了包含人、車、路、管理四個(gè)一級(jí)指標(biāo)和19個(gè)二級(jí)指標(biāo)來(lái)構(gòu)建影響重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)因子指標(biāo)體系。

3.2 子系統(tǒng)綜合風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算

具體步驟如下：

1)確定評(píng)價(jià)對(duì)象的因素論域

P={P1，P2，P3，P4}={人的因素，車的因素，道路因素，管理因素}；

P1={C1，C2，C3，C4，C5}={生理因素，心理因素，安全意識(shí)，駕駛技能，駕駛行為}；

P2={C6，C7，C8，C9，C10}={制動(dòng)故障，轉(zhuǎn)向故障，輪胎磨損，機(jī)械故障，行駛狀態(tài)}；

P3={C11，C12，C13，C14，C15}={惡劣氣象，交通流，道路事件，安全設(shè)施，道路設(shè)計(jì)}；

P4={C16，C17，C18，C19}={法律法規(guī)，執(zhí)法技術(shù)，監(jiān)督機(jī)制，管理組織}；

2)確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域

V={V1，V2，V3，V4，V5}={非常嚴(yán)重，嚴(yán)重，比較嚴(yán)重，一般嚴(yán)重，輕微嚴(yán)重}，并進(jìn)行賦值如表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3)建立模糊關(guān)系矩陣

確定從單因素來(lái)看被評(píng)價(jià)事物對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度，得到模糊關(guān)系矩陣A。

矩陣A中第i行第j列元素aij，表示某個(gè)被評(píng)事物從因素Ci來(lái)看對(duì)Vj等級(jí)模糊子集的隸屬度，隸屬度由專家打分法確定。

4)合成模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量

模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量Q由評(píng)價(jià)因素的權(quán)向量P與模糊關(guān)系矩陣A用權(quán)平均模糊合成算法合成得到。

5)子系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算

(1)

子系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)值Vi由代表Pi評(píng)價(jià)因素的結(jié)果向量Qi與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Ki相乘加權(quán)得到。

3.3 人-車-路風(fēng)險(xiǎn)耦合模型構(gòu)建

基于重特大交通事故影響因素之間的特點(diǎn)是非線性和耦合性，因此首先利用非線性動(dòng)力學(xué)的演化原理構(gòu)建兩個(gè)子系統(tǒng)之間的演化方程，通過(guò)研究復(fù)合系統(tǒng)的演化速度V的變化，能有效的表現(xiàn)出重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)之間的耦合作用大小。在式(2)，P、Q代表XP和XQ兩個(gè)子系統(tǒng)的演化狀態(tài)，而VP與VQ則代表兩個(gè)子系統(tǒng)的演化速度，VP與VQ之間的函數(shù)V=f(VP，VQ)則構(gòu)成了整個(gè)復(fù)合系統(tǒng)的演化速度V。

(2)

利用VP與VQ和兩個(gè)子系統(tǒng)演化速度的夾角來(lái)表示重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)耦合作用值，二者的夾角用反正切函數(shù)表示，如式(3)

α=arctg(VP/VQ)

(3)

α的值域?yàn)?-π/2，π/2)，區(qū)分重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)耦合作用強(qiáng)度的大小依據(jù)的就是不同的取值區(qū)間。當(dāng)α∈(-π/2，0)時(shí)，耦合程度較弱；當(dāng)α∈(0,1)時(shí)，耦合程度為中度耦合；當(dāng)α∈(1，π/2)時(shí)，耦合程度為強(qiáng)度耦合。

4 結(jié)論

本文只是重特大交通事故致因機(jī)理理論探討，實(shí)證分析量化研究有今后進(jìn)一步深入，重特大交通事故風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的各系統(tǒng)及內(nèi)部各要素之間存在耦合作用，直接影響事故產(chǎn)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)值。構(gòu)建重特大交通事故人-車-路風(fēng)險(xiǎn)耦合模型，為度量耦合作用的大小提供有效方法，從而使交通事故因果鏈能夠被準(zhǔn)確阻斷，科學(xué)指導(dǎo)防控重特大交通事故的發(fā)生。