基于差异性的路段交通稳定性评价研究

1、基于差异性的路段交通内部稳定性评价研究杨 辉 （西南交通大学 交通运输与物流学院,四川 成都 ）摘 要：道路交通系统具有动态性，交通流处于一个不断变化和不稳定的状态。微观上来说，作为道路交通元素的车辆在各自行驶行为中所产生的差异影响了交通流内部的稳定性。而这种差异则增加了道路系统运营的无序状态，影响道路交通安全，当收到干扰时发生事故的风险增加。道路交通安全中的风险则具有客观性和不确定性。因此十分有必要对道路交通流的内部稳定性进行研究，本文基于此原理，对道路交通系统中的能够产生差异的要素进行了描述。建立了评价区段交通流稳定性的指标体系，用1-9位标度法确定指标的权重。最后结合层次分析法和模糊综合

2、评价法对区段交通流稳定性进行了综合评价。关键词:动态性;不稳定;差异;评价Research about Stability Evaluation Based on Internal difference of Section Traffic FlowYANG Hui（Transportation and Logistics Institute，Southwest Jiaotong University, Chengdu ,Sichuan,china）Abstract: Road traffic system has the nature of dynamics. the traffic flo

3、w stays in a constantly changing and unstable state. Microcosmicly speaking, the difference generated in their respective driving behavior of vehicles (elements of road traffic) will affect the internal stability of traffic flow. The difference increases the disorder of road traffic system, having a

4、n influence on road traffic safety. The risk of road traffic safety has the objectivity and uncertainty. So it is very necessary to research the internal stability of road traffic flow. Based on the principle, this paper summarizes the factors which generate the difference of road traffic system. It

5、 establishes the index of evaluation, then determine the weights of indicators with quantification of 1-9 scale. Finally a comprehensive evaluation is made about the stability of traffic flow with analytic hierarchy process (AHP) and fuzzy comprehensive evaluation method.Key words：dynamics; nature o

6、f disorder; difference; evaluation0引 言 在道路上行驶的车辆由于车辆微观运动特征和车辆间的相互影响对道路交通的安全造成了潜在的威胁。文献1指出宏观上可以将一段特定区域的行驶车辆看作符合液体流动的交通流，但前提是车流的各向同性和均质性。然而现实中交通流却存在着各向异性和非均质性，而这两个特性差异则是交通流运营风险存在的根本原因。西安交通学管理学院的宣慧玉等研究了速度差异混合流态特征与过度特征。此外，一些学者通过求相邻车辆的速度差与安全车头时距和实际车头时距的相对差来模拟特定区间段的交通事故率的函数关系，通过实际数据采集，取得良好的效果。 从以上研究可以看出，微

7、观交通参数的差异性与道路交通流的运营状态有着密切的关系。超车引起事故从另一个角度可以理解为速度的差异性，追尾事故可以理解为加速度的差异性，车辆转弯引起事故可以理解为车辆轨迹的差异性，人为因素引起事故可以理解为驾驶员的差异性（主要为性别差异，年龄差异，气质差异引起的对事故处理上的疏忽），甚至车辆穿过隧道由于光线强度剧增引起的事故可以理解为道路环境的差异性。国内研究大多研究比较单一的交通参数与交通流运营状态之间的关系，缺乏系统性。基于此，本文简单分析了车辆相关参数差异性，驾驶员相关参数差异性，道路及环境相关差异性与交通运营状态的关系，并通过建立数学模型对交通流内部稳定性进行了系统的评价。 1 评价

8、指标的确立 交通流具有复杂的动力学特征，从微观角度看，其复杂的根源在于车辆之间存在复杂的相互作用，而车辆的性能差异可能有重要影响2。不仅如此，驾驶员的特性差异和道路及环境特性差异也会对交通流的稳定性产生影响。1.1车辆相关参数差异性导致差异性的车辆相关参数包括速度，加速度，安全车头时距，变道车辆的比例，转弯车辆的比例，车辆的长度。文献3研究指出，混合交通流的流量和平均速度完全由最大加速度更慢的交通流决定，与快车的最大速度无关，与快慢车的混合比例无关。并且单一车辆长度的混合交通流完全由慢车决定。以上由车辆引起的差异性因素导致交通流的不稳定，使得交通流动态性增加，对道路交通安全不利。1.2驾驶员相

9、关参数差异性由于驾驶员的性别，年龄，气质等也会引起交通流内部的差异性。不同年龄，不同性别，不同气质的驾驶员在处理突发事故的反应的方式不同。如男性驾驶员对超速行驶往往采取不在乎的态度，女驾驶员则很慎重4。违章，超速，冒险行车者青年居多，老人对交通标志，玩到，障碍判断不清，反应迟钝5。另外，气质的差异也会对驾驶员的交通特性产生影响6。以上差异性都将引起交通流内部不和谐，影响其稳定性。1.3道路及环境相关参数差异性最后道路环境的差异也会引起区段交通流内部产生差异。从文献7可知道路弧度，弯道半径，路面摩擦系数等对交通流均会产生影响。而道路的视觉性也会对驾驶员行为造成影响，增加了交通流的不稳定性。Str

10、ickland8发现当车辆经过隧道下坡时会无意识的加速，Edie和Foote9、Koshi10也发现了类似的现象。这说明了道路条件（光线条件，坡度）对交通流稳定性造成干扰。综上，将影响交通流稳定性的因素归纳为车辆相关参数差异性，驾驶员相关差异性和道路及环境相关差异性，较全面和系统地建立了区段交通流稳定性评价指标体系，该指标体系包括3个一级指标和15个二级指标，如下图：速度 U11加速度 U12安全车头间距 U13变道车辆比例 U14转弯车辆比例 U15车辆长度 U16车辆参数差异性U1影响区段交通动态性的差异性因素性别，年龄 U21气质 U22心情 U23驾驶员参数差异性U2路面条件差异 U3

11、1道路线性过度差异 U32驾驶光线的差异 U33坡度的差异 U34天气条件的差异 U35其他道路环境的差异 U36道路及环境差异性U3 图1 交通流内部稳定性指标体系 Fig1 The indicator system of internal instability of traffic flow 2 评价模型及过程2.1建立评价集路段交通稳定性与运营状态与道路安全事故率和事故严重程度相关，速度的标准差与交通事故率并不是线性关系。所以宜根据速度的标准差再采用经验法和专家打分法对速度差异性进行量化打分。如表2；表2 量化后的速度差异性评价集Tab.2 Evaluation set of spee

12、d difference though quantificating评价集 极不稳定V1不稳定V2一般V3较稳定V4稳定V5说明速度差异十分大，对交通稳定性影响明显速度差异较大，对交通流稳定性影响不可忽视速度差异性一般，对交通流稳定性存在一定影响速度差异性较小，对交通流稳定性影响仍不可忽视速度差异性极小，对交通流稳定性影响可以忽略不计赋予分值12345评价等级与基准：假设一典型路段，路面良好且道路环境变化不明显，车辆行驶速度差异性大，超速行驶车辆较多。货车及重载车比例较高，从历年对该路段的事故统计可知，事故起因为驾驶员失误和车辆因素占80%以上。为了对该路段进行交通稳定性评价，先用1-9位标度

13、法确定各层指标的权重，再将模糊综合评价法和层次分析法结合，计算出综合评价指数对五个评价等级的隶属度。2. 2层次分析法确定权重 层次分析法11（AHP）是美国运筹学警T.L.saaty于20世纪70年代中期提出来的一种系统分析方法。基本原理是根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系，将因素按不同层次聚集组合，形成一个目标、准则、因素等多层次的分析结构模型。通过对成对因素之间重要性的判断比较，将决策者的经验判断定量化构成所谓的判断矩阵，最后计算出成对因素的权重。 对于本文建立的路段交通稳定性评价指标体系，包括三个层次，15个因素，正是一个

14、多层次、多因素的分析结构模型。路段交通稳定性评价递阶层次结构如图2：图2 路段交通稳定性评价递阶层次结构 Fig2 The hierarchical structural of instability of traffic flow on the road以差异性来研究路段交通稳定性的文献比较少，很多因素比较难量化。依据各层次指标对区段交通稳定性的影响，采用萨蒂教授提出的19位标度法确定，见下表。表3 Saaty建议1-9位标度语言量化12Tab.3 Quantification of 1-9 scale suggested by Saaty标度含义1两因素相比，具有同样的重要性3两因素相比，

15、一个比另一个稍微重要5两因素相比，一个比另一个明显重要7两因素相比，一个比另一个强烈重要9两因素相比，一个比另一个极端重要2、4、6、8两因素相比，介于上述相邻另个程度之间时，取中指通过1-9位标度法得到各层指标的权重，将各层指标权重进行归一化处理可表示为： 其中，（i=1，2，3）分别代表三类一级指标的权重。 各二级指标权重可表示为： 其中，（i=1，2，3；j=1,2,6）表示一级指标的第i个指标下的第j个指标的权重。2.3模糊综合评价法模糊综合评价法就是对模糊的食物进行评价分析。模糊事物是指到目前为止还未找到精确的分类标准，难以明确判断事物的隶属，概念外延模糊不清的事物。事物的模糊性是客

16、观世界广泛存在的一种特性13。路段交通参数差异性对交通稳定性的影响无法用准确的值量化，因此用模糊综合评价法可以很好地解决这个问题。2.4隶属度的计算首先由n位专家根据评价路段对各层次的指标进行评定。每位专家对每个层次的标准作如下填写，以车辆参数差异性为例。表格如下：表4 专家评定表格 Tab.4 The Table used to value by specialist速度加速度安全车头间距变道车辆比例转弯车辆比例车辆长度极不稳定不稳定一般较稳定稳定 按每个评语集所占人数比例整理，得到同一类指标的模糊综合评判表R。隶属度向量B=WR有： 其中，为指标j对应的评价集i所占的比例 为i类指标第j个

17、指标对五个评语集的隶属度分别对驾驶员差异性因素和道路环境因素差异性进行隶属度计算，将得到两个类似的隶属度矩阵。2.5区段交通流稳定性模糊综合评价通过隶属度计算得到由3类一级指标组成的综合隶属度矩阵。由一级权重矩阵和综合隶属矩阵得到综合隶属度，如下式： 3 结语 交通流的稳定性是考察当处于平衡状态的车辆受到扰动后交通流状态最终是否会演化到初始的平衡状态14。而本文所研究的交通流内部稳定性反应的是交通流宏观和微观参数的差异程度。如果交通流宏观和微观参数差异太大，整个交通流系统将处于混乱和无序之中，这时任何失误和较小的扰动将会导致事故，甚至发生交通阻塞现象。本文研究交通流内部稳定性的意义如下： 本文

18、从一个新的视角将交通流内部参数差异性与内部稳定性联系起来，系统地描述了人、车和道路环境三方面差异性，建立了反应交通流内部稳定性的指标。用1-9位标度法确定各级指标的权重，结合层次分析法和模糊综合评价法对区段交通流稳定性进行了综合评价。交通流内部的稳定性能直观地反应一个特定区段交通流内部的有序程度和抗扰动程度，交通流内部稳定性评价对道路交通安全事故的预防也起到一定的作用。参考文献1 蒋锐，郭忠印。基于动态归类技术的交通流实时运营风险评价J同济大学学报，2010，39（1）：57. 2 张发,宣慧玉,赵巧霞.速度差异混合交通流稳态特征与过度特征J系统工程学报，2012，27（2）：263. 3肖瑞杰,孔令江,刘幕仁.车辆的长度和速度对单车道混合交通流的影响J物理学报，2007,56（2）：743.4 5 6李江,交通工程学M.北京:人民交通出版社,2002.7梁玉娟,薛郁.道路弯道对交通流影响的研究J物理学报，2010,59（8）：5328.8Strickland R I. Traffic operation at vehicle tunnels J Proc. Highway Res. Board,1958, 37:334-3349Edie L C, Foote R S. Single lane traffic