一种基于物元模型的货车交叉口运行安全评价方法与流程

本发明涉及城市交叉口的交通安全评价领域，特别涉及一种基于物元模型的货车交叉口运行安全评价方法。

背景技术

随着我国货车保有量的持续增长，我国城市道路安全问题频发，货车肇事导致的死亡人数占到交通事故死亡人数的48.23％，其中，因交叉口安全设施不完善、驾驶员右转存在视线盲区等因素，导致大货车在交叉口转向时发生剐蹭碾压行人或非机动车驾驶员致死的交通事故约占30％。相关研究表明，当车道货车交通量占比超过20％时，交叉口延误和通行能力下降，与此同时交叉口安全性也降低。因此，对货车交叉口运行安全状态的评价进行研究，具有比较重要的实际应用价值，可为后续有效预防措施的制定提供参考建议。

近几年，在货车在交叉口的运行安全方面，国内外的专家学者也都有相应研究，并先后提出了泊松分布和负二项事故预测模型；卡车运行的各种风险因素和乘员损伤之间的关系的嵌套logit模型；对大货车交通事故的预防对策等。以上模型更多是研究交叉口对货车事故的影响或各种风险与货车事故之间的关系，而对货车在交叉口的安全性缺少必要的分析与评价。

目前，我国对交叉口安全的评价更多的是通过交通冲突技术进行。例如基于交通冲突技术开发了交通冲突的严重程度评估交叉口安全；利用交通冲突的安全绩效函数预测不同交叉口进出口交通冲突的数量；用交通冲突的概率分布预测交叉口安全等。以上方法更多是从交通冲突的角度考虑交叉口是否安全，并没有给出具体的影响交叉口安全的影响因素及其对交叉口安全的权重。物元模型的主要形式是给定事物的名称n，它关于特征因素c的量值为x，以有序三元r＝(n,c,x)组作为描述事物的基本元，使用物元模型进行交叉口安全评价，可以将货车运行安全分析和交叉口安全评价结合起来，给出货车在交叉口运行的安全影响因素，在分析影响货车交叉口运行安全因素的基础上，运用可拓物元模型理论，建立交叉口运行安全的多指标综合评价体系，为货运交叉口的安全评价提供依据。因此，物元模型的货车交叉口运行安全评价在我国城市交叉口安全领域将有广阔的发展前景。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种符合我国国情的基于物元模型的货车交叉口运行安全评价方法。

技术实现要素：

本发明针对现有货车交叉口安全评价对交通冲突的依赖程度过高，缺乏可靠性或不能有效适应我国货车交叉口的安全运行评价的特点，提出了一种基于物元模型的货车交叉口运行安全评价方法。由于城市道路交叉口的安全影响因素过多且评价指标的单位不统一，提出了基于物元模型的货车交叉口安全评价，从主观影响因素和客观影响因素出发，采用定性分析和定量计算相结合的方式，将影响货车交叉口安全的因素进行归纳分析，选出与事故关联度高的指标作为交叉口安全评价的评价因子，构建货车交叉口运行安全评价体系；并通过可拓综合物元模型，将交叉口与评价因子联立到同一个物元模型中，通过关联函数计算，建立关联函数表达式；然后计算得出各评价因子的物元权系数，并通过综合管联度对货车交叉口安全运行进行评价，最后依据模糊隶属度最大原则，判断货车交叉口交通安全水平等级。

本发明的技术方案为：一种基于物元模型的货车交叉口运行安全评价，包括货车交叉口运行安全评价体系、经典域与待评物元、待评物元关联函数、待评物元权系数的确定和综合评价。通过分析影响货车交叉口的影响因素，确定将交叉口基础设施、道路交通状况、交叉口服务水平和货车自身特征作为影响货车交叉口安全的四大因素，并将其细分处理，得到与交叉口安全关联度较高的13个主要评价指标，通过调查得到各个影响因子的原始数据，然后采用物元模型将相关影响因子进行标准化处理，得到各个影响因素的无量纲数据，通过关联函数和综合关联度进行求解，得到符合我国国情的货车交叉口运行安全评价。

本发明的有益效果在于：本发明方法充分利用历史交通流量和当前交通量数据在交叉口高峰期的流量特征，精确处理高峰期的交通需求，提高运行效率，降低交通成本。本发明具有高效性、可靠性。

以下将结合附图，具体说明本发明的技术方案、具体结构和控制方法。

附图说明

图1为本发明的货车交叉口运行安全评价方法整体流程图

图2为本发明货车交叉口运行安全评价指标体系图；

图3为本发明交叉口评价因子表；

图4为本发明交叉口安全等级评价表；

图5为本发明交叉口各进口道高峰小时折减后的交通量表；

图6为本发明交叉口交通管理可持续发展综合评价表；

图7为本发明所选因子的权系数表。

具体实施方式

如图1所示，首先对交叉口安全影响的分析，在此基础上建立评价指标体系，在进而考虑货车交通特性，运用可拓集合、关联函数等理论，建立交叉口货车安全评价的物元模型，最后通过综合关联度计算，对城市道路交叉口货车运行安全做出综合评价，并根据实际的案例实施效果对评价指标体系、物元模型及相关权系数进行修正。

如图2所示，为一种基于物元模型的货车交叉口运行安全评价指标体系图，在协调范围内，通过对货车交叉口安全因素的分析，结合评价指标筛选的原则，采用定性分析和定量计算相结合的方法，首先通过定性分析对影响因素进行大的分类，完成初步筛选，通过定性分析，将货车交叉口安全运行的影响因素归纳为交叉口基础设施、道路交通状况、交叉口服务水平和货车自身特征等四大因素；进而通过定量分析，根据国内外交叉口的事故的特点及其发生原因，选择与事故关联度高的指标作为交叉口安全评价的评价因子，筛选出道路标志标线、货车流量等13个主要评价因子。

在评价体系的建立过程中，对各交叉口评价因子综合考虑，通过基础设施、交通需求、交通供给和货车特点，不断对模型评价因子进行反馈与修正，以排除人为参数选取等方面的误差。

图3为交叉口安全评价的评价因子表，在建立货车交叉口运行安全评价指标体系图的基础上，对各评价因子进行编号处理，并建立一个n＝13的13维的物元模型，确定物元模型的经典域和待评物元、待评物元的关联函数、待评物元权系数。

其中经典域和待评物元如下：

(1)经典域设计

式中，<ai,bi>(i＝1,2,,n)为货车交叉口安全运营水平状况n关于ci所确定的量值范围，即经典域<ai,bi>。

(2)待评物元

将待评货车交叉口安全发展水平的作用分值的相应数据用物元表示：

上式为货车交叉口安全水平状况的待评物元。式中xi(i＝1,2,,n)为评价因子ci的具体取值，即该交叉口评价因子的实测值。

待评物元关联函数：

根据可拓学基本理论和实际需求，结合上面的物元模型，为反映货车交叉口安全发展水平状况，需建立相应的关联函数。由于本文涉及的因子各量纲不尽相同，各期望值也有差异，所以其关联函数也不相同。现假设关联函数为线性函数，可建立函数表达式如下：

xi为正相关因子，xi≥bi,g(xi)＝1或xi≤ai,g(xi)＝0；

xi为负相关因子，xi≥bi,g(xi)＝1或xi≤ai,g(xi)＝0；

式中，g(xi)为关联函数，ai为经典域的下界阈值，bi为经典域的上界阈值。

待评物元权系数：

具体过程如下：

其中，

式中：tj—权系数；

dij—中间过渡变量；

ei—中间过渡变量；

zij—为经过标准化处理后的值。

式中：—为量值xij的均值；

σi—量值的标准差。

图4为交叉口安全等级评价表，由于在进行货车交叉口安全评价时需要考虑的参数较多，因此本研究综合评价交叉口安全，即采用综合关联度进行评价：

其中ξ为货车交叉口运行安全综合关联度，且g(xi)为分段线性函数，所以综合评价为非线性分析。分析交叉口安全的评价标准主要是依据模糊隶属度最大原则，判断货车交叉口交通安全水平等级，综合关联度的取值分类可参考城市可持续发展的单一性计分方法。将ξ按综合关联度的取值评价货车交叉口安全水平状况。

图5为交叉口各进口道高峰小时折减后的交通量表，建立物元模型后，进行案例分析与验证。研究选取上海市杨浦区军工路和周家嘴路交叉口，其周边毗邻杨浦货场，大货车比例较高。本研究于2018年3月19日-2018年3月30日进行调查，主要调查晚高峰小时(17:00-18:00)交叉口数据，各进口流量、货车数量，高峰小时折减交通量如图5所示。从中可以看出，大货车比较达18.73％，交叉口流量高峰3727pcu，饱和度0.81，是典型的货车交叉口运行安全评价对象。

图6为交叉口交通管理可持续发展综合评价表，图7为本发明所选因子的权系数表，对影响交叉口交通管理可持续发展水平的主要因素进行客观分析，选图1中具体的评价因子作为评价的评价因子，根据式(5)～(10)，以及图6中的各评价指标的现状值，计算得到各影响因子的权重，各评价因子的权重值如图7所示。

结果显示，根据所选交叉口运营的评价因子进行交叉口多指标综合评价，交叉口基础设施的评分考虑标志是否配套、可视性等相关技术指标，然后计算货车交叉口安全水平的综合管联度。其中取图6中2010-2015年的各评价指标的算术平均值作为指标的基准值，取2020年各指标的规划值为交叉口安全评价的目标值，构造经典域，建立货车交叉口运行安全的物元模型，构造关联函数，根据式(4)计算出各指标的关联函数。

由图6可知，该交叉口的交叉口通行能力、非机动车交通量、货车交通量、交叉口排队长度、货车与非机动车、货车与小汽车的冲突等交叉口交通安全因子的关联度较高，其值都大于0.6，交叉口通行能力、非机动车交通量、货车交通量等更是超过0.8，说明货车与非机动车的交叉口安全状况整体上比较稳定，货车与行人冲突因子的关联度较低，说明交叉口在这个指标所对应的方面还有待进一步改善。

根据式(11)，结合上述各指标权重和关联度系数计算本交叉口的安全状况水平的综合关联度为0.56，查图4可知，该货车交叉口运行安全评价等级为“较安全”。该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压力；行人、车辆及交叉口基础设施都采取了较为合理的管理措施，三者能够保持协调；在未来的发展中还应加强交叉口基础设施的建设，有效疏导行人过街，促进货车通过交叉口的运行安全，从而增强交叉口的安全水平。

因此我们可以得出结论：

(1)以物元模型为基础的货车交叉口安全评价，能将多个相关因子较为简单的转换成交叉口安全综合关联度，通过分析交叉口相关因子的实地调查数据，可以进一步分析交叉口的各项安全水平。

(2)经过设置货车交叉口运行安全评价体系，构建关联函数，采用可拓物元模型评价方法对货车交叉口运行安全进行评价，得出目前军工路周家嘴路交叉口处于较安全的状态，其中，行人交通量和货车与行人冲突的关联度较低，还需要加强行人过街的安全指引。

(3)影响货车交叉口运行安全的因素复杂多变，物元模型由于在安全评价方面的优势而有广泛应用前景。如何确保货车交叉口安全评价因子的科学性是进一步研究的重点。