基于交通沖突理論的道路隔離設(shè)施設(shè)置研究

徐 海，曾鋮泓，謝成光，徐錦強，郭建鋼

(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福州 350002)

道路隔離設(shè)施具有保障交通安全和道路通行的能力.研究表明，設(shè)置道路隔離設(shè)施后，交通沖突率降低66%，機動車行車速度提高約15%[1].現(xiàn)有的研究主要為道路交通安全影響因素分析、隔離設(shè)施應(yīng)用效果及安全評價、沖突模型研究等三個方面.丁柏群、劉輝、張詩雯等[2-4]研究信控、無信控交叉口和車輛類型對交叉口安全性影響；蔣若曦、李明華、余忠磊等[5-7]基于交通沖突理論分別研究了高速施工區(qū)、鐵道口、城市交叉口三者的安全性評價；高志軍、馬艷麗等[8-9]研究了城市交叉口非機動車、匝道合流區(qū)交通沖突及嚴(yán)重評判模型，為今后交通沖突研究提供理論支撐.

但是，目前在我國還沒有對交通隔離設(shè)施的設(shè)置條件進行定量的、精確的分析論述.本文在交通沖突理論的基礎(chǔ)上綜合考慮不同交通沖突類型對路段交通的影響，使用層次分析法建立在機非隔離和中央隔離設(shè)施條件下的路段綜合沖突率模型；通過實地數(shù)據(jù)調(diào)查，對各個路段的交通綜合沖突率、通行能力以及通行能力變化率進行關(guān)聯(lián)性分析，結(jié)合城市交通安全分級標(biāo)準(zhǔn)，得到機非隔離和中央隔離設(shè)施設(shè)置條件的定量指標(biāo).該方法解決了現(xiàn)狀道路隔離設(shè)施設(shè)置條件無具體參考值的問題，有助于道路交通管理者更加合理、有效的管理混行交通流.

1 路段綜合沖突率模型的建立

1.1 路段綜合交通沖突率

研究中常以沖突率指標(biāo)來評價交通安全問題[10].以沖突率為指標(biāo)的城市交通安全分級標(biāo)準(zhǔn)[11]如表1，通過表1可判斷路段安全狀態(tài)，進而判斷是否增設(shè)道路隔離設(shè)施.

表1 以沖突率為指標(biāo)的城市交通安全分級標(biāo)準(zhǔn)

路段綜合沖突率綜合考慮行人影響、非機動車影響、機動車影響三大因素，彌補了傳統(tǒng)沖突率僅考慮單因素的不足，更綜合反映路段沖突問題，具體模型為：

R=α*R機-機+β*R機-非+γ*R機-人

(1)

其中：α、β、γ分別表示三種沖突方式在綜合沖突模型中所占權(quán)重，機-機、機-非、機-人沖突率可按式(2)[12]進行計算：

(2)

其中：Ri-j為沖突對象i和沖突對象j之間的交通沖突率；T為路段小時平均沖突數(shù)；Pi和Pj為參與對象i和j的交通量.

1.2 綜合沖突率權(quán)重體系的構(gòu)建

使用層次分析法建立路段綜合沖突率權(quán)重體系，將路段綜合沖突率定為目標(biāo)層；將行人影響、非機動車影響、機動車影響三大因素作為決策準(zhǔn)則層；將機-機沖突、機-非沖突和機-人沖突各自所占權(quán)重作為方案層.路段綜合沖突率權(quán)重體系見圖1.

圖1 路段綜合沖突率權(quán)重體系

1.2.1 構(gòu)建判斷矩陣

層次分析法中構(gòu)造判斷矩陣采用一致矩陣法，兩兩相互比較，對比時采用相對尺度.傳統(tǒng)層次分析法有三標(biāo)度法[13]和九標(biāo)度法[14-15]，但三標(biāo)度法的賦值層次過于簡單，而九標(biāo)度法的賦值層次又過于復(fù)雜，人類的主觀感知無法進行準(zhǔn)確判斷.因此，研究過程中需要對層次分析法的賦值層次重新定義.由于人腦的邏輯很容易判斷“較重要”和“非常重要”這兩個層次，而“重要”這一層次便可以此界定.該層次劃分方法更容易被人類邏輯所接受，故本文采用四標(biāo)度法進行賦值，賦值表見表2.

表2 四標(biāo)度法賦值原則

以機-非隔離設(shè)施設(shè)置條件為例，根據(jù)圖1中評價指標(biāo)體系，構(gòu)建中層比較矩陣A3×3；針對決策層和方案層間多目標(biāo)關(guān)系，構(gòu)建底層比較矩陣B1(3×3)、B2(3×3)、B3(3×3).

1.2.2 一級指標(biāo)權(quán)重計算

1)根據(jù)四標(biāo)度法原則，構(gòu)建道路隔離設(shè)施效果評價一級指標(biāo)的比較矩陣A3×3.

2)對A3×3進行列歸一和行歸一，歸一結(jié)果見表3.

表3 綜合沖突率權(quán)重體系一級指標(biāo)歸一結(jié)果

其中該道路隔離設(shè)施效果評價一級指標(biāo)的比較矩陣A3×3的特征值λ為3.109，特征向量W1=(0620,0.224,0.156)T.

3)一致性指標(biāo)檢驗.引入一致性指標(biāo)CI，定義一致性比率CR.

(3)

(4)

其中：n為矩陣階層，RI為隨機一致性指標(biāo).查表當(dāng)n為3時，RI取0.58，計算結(jié)果CR為0.094，小于0.1，故道路隔離設(shè)施效果評價一級指標(biāo)權(quán)重為W1=(0.620,0.224,0.156)T.

1.2.3 二級指標(biāo)權(quán)重計算

1)根據(jù)四標(biāo)度法原則，構(gòu)建路段綜合沖突率權(quán)重體系二級指標(biāo)的比較矩陣B1(3×3)、B2(3×3)、B3(3×3).

2)對A3×3進行列歸一和行歸一，歸一結(jié)果見表4.

其中：該道路隔離設(shè)施效果評價二級指標(biāo)的比較矩陣B1(3×3)、B2(3×3)、B3(3×3)的特征值λ為λ21=3.054、λ22=3.018、λ23=3.009，對應(yīng)特征向量分解為W21=(0.655,0.211,0.133)T、W22=(0.623,0.239,0.137)T、W22=(0.623,0.192,0.175)T.

表4 路段綜合沖突率權(quán)重體系二級指標(biāo)歸一結(jié)果

3)一致性指標(biāo)檢驗.查表當(dāng)n為3時，RI取0.58，計算結(jié)果CR為CR1=0.047、CR2=0.016、CR3=0.008，均小于0.1，故道路隔離設(shè)施效果評價二級指標(biāo)權(quán)重為W21=(0.655,0.211,0.133)T、W22=(0.623,0.239,0.137)T、W23=(0.623,0.192,0.175)T.

1.3 模型綜合權(quán)重指標(biāo)確定

二級指標(biāo)權(quán)重計算得到的W21、W22、W23組成3×3階矩陣，記為W3.

故機-非隔離設(shè)施條件下，路段綜合沖突率模型確定為：

R1=0.644*R機-機+0.214*R機-非+0.140*R機-人

(5)

同理，中央隔離設(shè)施條件下，路段綜合沖突率模型確定為：

R2=0.140*R機-機+0.304*R機-非+0.556*R機-人

(6)

2 數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計

以福州市作為案例分析對象.選取標(biāo)線隔離設(shè)施、機非物理隔離設(shè)施和中央物理隔離設(shè)施這3類隔離設(shè)施的路段，進行交通量和交通沖突數(shù)的數(shù)據(jù)調(diào)查，并進行沖突率、通行能力等計算.交通量、交通沖突數(shù)、路段交通沖突率、路段通行能力統(tǒng)計表見表5、6.

表5 交通量、交通沖突數(shù)統(tǒng)計表

注：“機-機”為路段上機動車與機動車交通沖突的次數(shù)；“機-非”為路段上機動車與非機動車交通沖突的次數(shù)；“機-人”為路段上機動車與行人交通沖突的次數(shù).

表6 交通沖突率和通行能力統(tǒng)計

3 結(jié)果分析

3.1 機-非物理隔離設(shè)施條件分析

根據(jù)城市交通安全分級標(biāo)準(zhǔn)，沖突率大于0.03，判定為不安全狀態(tài)，故機-非物理隔離設(shè)施條件下的路段隔離設(shè)施存在安全隱患.現(xiàn)對各個路段的交通綜合沖突率和機動車通行能力、通行能力變化率進行關(guān)聯(lián)性分析，如圖2、3所示.

圖2 綜合沖突率-通行能力關(guān)聯(lián)曲線

圖3 綜合沖突率-通行能力變化率分布

圖2中標(biāo)明的坐標(biāo)點為有無設(shè)置機非物理隔離設(shè)施分界點.當(dāng)路段交通綜合沖突率小于0.022時，設(shè)有機非隔離設(shè)施.結(jié)合圖2、3可以看出，路段通行能力較大，但數(shù)值變化率保持不變；當(dāng)路段交通綜合沖突率大于0.022時，未設(shè)置機非隔離設(shè)施.此時由圖2、3可以看出，綜合沖突率在0.022～0.043時，路段通行能力在下降，但數(shù)值變化率較小，此時可設(shè)機非隔離設(shè)施；綜合沖突率在0.043～0.053時，路段通行能力在下降，且數(shù)值變化率較大，此時須設(shè)機非隔離設(shè)施.

3.2 中央物理隔離設(shè)施條件分析

根據(jù)城市交通安全分級標(biāo)準(zhǔn)，沖突率大于0.03，判定為不安全狀態(tài)，故中央隔離設(shè)施條件下的路段隔離設(shè)施存在安全隱患.現(xiàn)對各個路段的交通綜合沖突率和機動車通行能力、通行能力變化率進行關(guān)聯(lián)性分析，如圖4、5所示.

圖4 綜合沖突率-通行能力關(guān)聯(lián)曲線

圖5 綜合沖突率-通行能力變化率分布

圖4中標(biāo)明的坐標(biāo)點為有無設(shè)置中央物理隔離設(shè)施分界點.當(dāng)路段交通綜合沖突率小于0.042時，設(shè)有中央隔離設(shè)施.結(jié)合圖4、5可以看出，路段通行能力較大，數(shù)值變化率較??；當(dāng)路段交通綜合沖突率大于0.042時，未設(shè)置中央隔離設(shè)施.此時由圖4、5可以看出，綜合沖突率在0.042～0.063時，路段通行能力在下降，但數(shù)值變化率保持不變，此時可設(shè)中央隔離設(shè)施；綜合沖突率在0.063～0.080時，路段通行能力在下降，且數(shù)值變化率波動較大，此時須設(shè)中央隔離設(shè)施.

3.3 分析結(jié)論

通過路段綜合沖突率-通行能力和路段綜合沖突率-通行能力變化率的關(guān)聯(lián)性分析，得到在不同綜合沖突率指標(biāo)下道路隔離設(shè)施的設(shè)置建議，主要分為機非隔離設(shè)施和中央隔離設(shè)施設(shè)置兩類.道路隔離設(shè)施定量設(shè)置指標(biāo)見表7.

表7 道路交通隔離設(shè)施設(shè)置依據(jù)

4 結(jié) 語

本文綜合考慮機-機沖突、機-非沖突和機-人沖突三種因素對道路交通的影響，通過改進AHP建立交通綜合交通沖突模型，結(jié)合以沖突率為指標(biāo)的城市交通安全分級標(biāo)準(zhǔn)，可為道路交通安全評價提高更加科學(xué)的方法，但仍存在問題需要進一步探討：

1)數(shù)據(jù)調(diào)查中，道路隔離設(shè)施種類較少，后續(xù)需擴大調(diào)查范圍；

2)以福州地區(qū)的路段隔離設(shè)施為分析對象，得到的隔離設(shè)施設(shè)置條件，缺乏其他城市道路隔離設(shè)施數(shù)據(jù)的驗證，后續(xù)將調(diào)查其他城市隔離設(shè)施設(shè)置情況，進一步驗證本文結(jié)論.