重特大道路交通事故風險耦合模型的構建

張樹林，金會慶，曾濤，高巖，李宏海，李平凡,劉應吉，趙菁,4, 殷毓瀟,4,袁偉

(1.國家車輛駕駛安全工程技術研究中心，合肥 230088；2.安徽三聯(lián)學院交通安全應用技術協(xié)同創(chuàng)新中心，合肥 230601；3.安徽三聯(lián)事故預防研究所，合肥 230088；4.安徽三聯(lián)交通應用技術股份有限公司，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，江蘇無錫 214151；7.國家交通管理工程技術研究中心，江蘇無錫 214151；8.交通運輸部公路科學研究所，北京 100008；9.國家智能交通系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100008； 10.長安大學，西安，710064)

1 引言

我國是全球道路交通事故最嚴重的國家之一，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)濟損失，嚴重威脅著國民經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和人民生命財產(chǎn)安全。長期以來，由于交通事故發(fā)生機理的復雜性與事故致因的不確定性以及認知手段的缺乏，極大地影響著我國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)生機理和致因，構建其風險模型，評估事故風險大小，對控制道路交通事故，尤其是重特大交通事故的發(fā)生具有重大的戰(zhàn)略意義和深遠的社會意義。

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，會有1起事故導致人員重傷或死亡，29起造成人員輕傷，300起事故沒有產(chǎn)生人員傷害。這個法則從側面說明，同一項活動中，無數(shù)次意外事件必然導致重大傷亡事故發(fā)生。數(shù)以萬計的道路交通事故也必然會導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)生不是一個孤立事件，它是一系列事件相繼作用的結果。同樣，重特大交通事故的發(fā)生并不僅僅是某個單一因素造成的，而是由多個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。

國內外眾多學者曾經(jīng)對道路交通安全風險度量進行研究探討，試圖揭示道路交通事故風險因子耦合機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上，擬構建重特大交通事故人-車-路風險耦合模型，探討交通事故風險因子的動力學演化規(guī)律及其耦合權重，旨在為精準防控重特大交通事故的危險源提供理論指導。

2 重特大交通事故風險因子耦合作用分析

耦合是指兩個或兩個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)風險結構角度分析，重特大交通事故是由多個風險因素發(fā)生耦合作用所致，早期事故致因研究大多側重于交通事故的單因素分析，而僅僅局限于單個致因因素的分析難以闡明重特大交通事故的發(fā)生機理[4]。開展多因素相互作用研究，有利于全面認識重特大交通事故風險耦合作用機制及風險動態(tài)變化。本文將重特大交通事故致因系統(tǒng)分為人、車、路三個子系統(tǒng)，依據(jù)參與事故風險耦合子系統(tǒng)的因素屬性，將重特大交通事故風險耦合劃分為子系統(tǒng)內因素耦合與子系統(tǒng)間因素耦合，以此來剖析重特大交通事故各因素之間的關聯(lián)復雜度。

2.1 重特大交通事故風險子系統(tǒng)內因素耦合關系分析

交通事故防控是一項復雜的系統(tǒng)工程[5]，且涉及人、車、路等多個子系統(tǒng)，這些單獨的子系統(tǒng)均具有一定的獨立性。重特大交通事故子系統(tǒng)內因素風險耦合是指同一子系統(tǒng)內的不同影響因素之間發(fā)生的風險耦合作用。所以，當某個駕駛人或某輛車在某個環(huán)節(jié)發(fā)生子系統(tǒng)內因素之間風險耦合，均可能引發(fā)交通事故?，F(xiàn)以“人”(主要指駕駛人)為例，進行子系統(tǒng)內風險耦合關系分析。

依據(jù)交通事故致因描述性研究，“駕駛人”子系統(tǒng)的主要風險因素包括五個：駕駛人的生理因素[6]、心理因素[7]、安全意識[8]、駕駛技能[9]和駕駛行為[10]。駕駛人的生理因素主要涉及身體狀況指標，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險；心理因素主要涉及心理狀況指標[11]，如安全態(tài)度、危險感知、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險；駕駛人的安全意識是指其態(tài)度和認知對其在交通活動中行為的規(guī)范意識，這種意識的形成有可能是先天具備的，也可以是通過后天進行培養(yǎng)和提升，并在人的成長過程中不斷積累的，法規(guī)觀念淡薄、交通規(guī)則麻木等都是安全意識風險；駕駛技能是指駕駛人順利完成由一系列簡單動作組成的連貫的能實現(xiàn)移動車輛功能的能力，安全駕駛能力測評可以反映駕駛技能水平大小，技術生疏、車輛控制能力低下、動作協(xié)調性差、應急反應與處置能力弱等都是駕駛能力的風險。駕駛行為的風險來自不良駕駛行為，不良駕駛行為是指駕駛人實際完成的動作偏離安全駕駛規(guī)范的標準操作導致發(fā)生事故概率較大的駕駛活動，是道路交通事故人的因素中最突出的致因風險，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、過失類、陋習類三大類不良駕駛行為[11]。

人的因素風險因子同質耦合途徑主要包括：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-駕駛技能-不良駕駛行為，等。例如，駕駛人的心理素質低可能會削弱其安全意識，導致駕駛過程中安全意識薄弱，出現(xiàn)故意違法等不良駕駛行為，從而不能準確辨識和避免一些常見的危險源；而安全意識淡薄常常伴隨僥幸駕駛，日久容易形成陋習類不良駕駛行為，影響駕駛人駕駛能力的提升，安全意識與駕駛技能二者發(fā)生耦合作用；駕駛人的生理和心理因素相互影響，極易引發(fā)交通事故的發(fā)生，表現(xiàn)為當駕駛人的生理狀況欠佳時，駕駛過程中容易分心，注意力不集中，或產(chǎn)生初級疲勞等，導致心理機能減弱，減弱到一定程度容易滋生某種不良駕駛行為；同樣，當駕駛人心理狀況欠佳時，影響其大腦中樞神經(jīng)反應與決策能力，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。諸如此類的風險耦合作用在駕駛過程中隨時隨地發(fā)生。

2.2 重特大交通事故風險子系統(tǒng)間因素耦合關系分析

重特大交通事故風險子系統(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)生的風險耦合作用[12]，主要包括：人-車風險耦合、人-路風險耦合、車-路風險耦合和人-車-路風險耦合，共四種風險耦合形式。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)過事故鏈條的傳導，就會發(fā)生不同子系統(tǒng)間的風險耦合。

人-車因素子系統(tǒng)間風險耦合鏈條主要包括：心理因素-駕駛技能-車輛故障-車的不安全要素；車輛設計缺陷-心理因素-人的不良駕駛行為；車輛設計缺陷-心理因素-駕駛技能-人的不良駕駛行為，等。以人-車風險耦合作用為例，人的不良駕駛行為可能會導致車輛風險產(chǎn)生，車自身的不安全狀態(tài)同樣也會影響到人因風險閾值。人的行為對車的影響主要是指人的不良駕駛行為，例如駕駛人的駕駛技能低下或技術生疏，導致加速踏板與制動踏板誤用，影響車輛的行駛狀態(tài)，從而引發(fā)事故。同樣，由于車輛自身的機械故障或者輪胎磨損爆胎，突發(fā)事件刺激容易誘發(fā)過失駕駛，導致人的不良駕駛行為產(chǎn)生[13]。人- 路風險耦合同樣如此。

3 重特大交通事故人-車-路風險耦合模型建立

自然界的本質就是非線性的[14]，對于重特大交通事故來說，其風險系統(tǒng)由人因風險子系統(tǒng)、車輛風險子系統(tǒng)和道路風險子系統(tǒng)構成，影響因素眾多，結構繁雜，相互交織，是極其復雜的系統(tǒng)，并非單一的線性函數(shù)關系所能闡述，因此利用非線性動力學原理可以建立交通事故風險動態(tài)耦合模型，以便進一步評估重特大交通事故風險因子之間耦合作用大小。建模步驟如下：

3.1 重特大交通事故風險指標體系

正確有效的選取交通事故風險因子指標，對于我們能夠準確計算子系統(tǒng)之間的耦合度有著密不可分的關系，本文通過文獻借閱法和實地考察法，結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、管理四個一級指標和19個二級指標來構建影響重特大交通事故風險因子指標體系。

3.2 子系統(tǒng)綜合風險值計算

具體步驟如下：

1)確定評價對象的因素論域

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，駕駛技能，駕駛行為}；

P2={C6，C7，C8，C9，C10}={制動故障，轉向故障，輪胎磨損，機械故障，行駛狀態(tài)}；

P3={C11，C12，C13，C14，C15}={惡劣氣象，交通流，道路事件，安全設施，道路設計}；

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

2)確定評語等級論域

V={V1，V2，V3，V4，V5}={非常嚴重，嚴重，比較嚴重，一般嚴重，輕微嚴重}，并進行賦值如表1。

表1 風險評價定量分級標準

3)建立模糊關系矩陣

確定從單因素來看被評價事物對等級模糊子集的隸屬度，得到模糊關系矩陣A。

矩陣A中第i行第j列元素aij，表示某個被評事物從因素Ci來看對Vj等級模糊子集的隸屬度，隸屬度由專家打分法確定。

4)合成模糊綜合評價結果向量

模糊綜合評價結果向量Q由評價因素的權向量P與模糊關系矩陣A用權平均模糊合成算法合成得到。

5)子系統(tǒng)風險值計算

(1)

子系統(tǒng)的風險值Vi由代表Pi評價因素的結果向量Qi與風險評價定量分級標準Ki相乘加權得到。

3.3 人-車-路風險耦合模型構建

基于重特大交通事故影響因素之間的特點是非線性和耦合性，因此首先利用非線性動力學的演化原理構建兩個子系統(tǒng)之間的演化方程，通過研究復合系統(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險子系統(tǒng)之間的耦合作用大小。在式(2)，P、Q代表XP和XQ兩個子系統(tǒng)的演化狀態(tài)，而VP與VQ則代表兩個子系統(tǒng)的演化速度，VP與VQ之間的函數(shù)V=f(VP，VQ)則構成了整個復合系統(tǒng)的演化速度V。

(2)

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

α=arctg(VP/VQ)

(3)

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

4 結論

本文只是重特大交通事故致因機理理論探討，實證分析量化研究有今后進一步深入，重特大交通事故風險系統(tǒng)的各系統(tǒng)及內部各要素之間存在耦合作用，直接影響事故產(chǎn)生的概率和風險值。構建重特大交通事故人-車-路風險耦合模型，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確阻斷，科學指導防控重特大交通事故的發(fā)生。