城市交通多突发事件耦合交通影响程度研究

2021-05-07何雅琴余意

物流科技 2021年12期

何雅琴余意

摘要：随着我国城市化进程的加快，城市交通多突发事件耦合发生越来越频繁，多突发事件下的交通应急处置，成为城市交通研究的热点和难点。分析城市交通多突发事件耦合对交通的影响程度，从而采取相应的交通应急对策，具有重要的现实意义。文章在分析交通多突发事件耦合特性的基础上，提出了以事件自身特征及事件相互耦合影响为主的多交通突发事件耦合交通影响程度评价指标体系，运用层次分析法计算了各指标权重，采用多级模糊综合评判法构建了交通影响程度评价模型，并利用两起交通事故耦合进行了实例分析，结果与实际交通运行影响一致，表明文中提出的方法是可行的。

关键词：城市交通;多突发事件;耦合;交通影响程度;模糊综合评判法

中图分类号：U491.3 文献标识码：A

Abstract： With the acceleration of urbanization process， urban traffic has become more frequent， and traffic emergency disposal under multi-emergency incidents has become the hotspots and difficulties of urban traffic research. Analyze urban traffic multi-emergency coupling to traffic， thus adopting corresponding transportation emergency responses， and has important practical significance. Based on the analysis of the coupling characteristics of traffic multi-emergency events， this paper proposes an evaluation index system for multi-traffic emergency coupling traffic， and uses a hierarchical analysis. The multi-stage fuzzy comprehensive evaluation method constructed the degree of transportation impact assessment model， and used two traffic accident coupling case analysis， the results were consistent with the actual traffic operation， indicating that the method proposed in the article is feasible.

Key words： urban traffic; multiple emergencies; coupling; traffic impact degree; fuzzy comprehensive evaluation method

0 引言

交通突發事件是指任何偶发性的、随机的能引起道路通行能力减少或需求增加的非正常事件。包括交通事故、车辆抛锚、紧急占用道路或车辆维修、货物倾覆等[1]。随着社会的发展及人们生活水平的提高，汽车保有量增长迅速，与此同时，也带来了城市交通事件的频繁发生。由于交通事件的性质、规模的影响可能导致并发、衍生多个交通事件，并相互作用，相互影响，使事件的影响和后果更加严重，即多突发事件的耦合作用。多交通突发事件耦合一旦发生，对交通系统的破坏程度比单一事件的发生造成的后果严重得多，极有可能造成交通中断甚至瘫痪。因此，对多交通突发事件耦合所造成的影响进行分析和研究，以便及时采取相应的交通应急对策，具有重要的理论意义和现实价值。

目前，国内外在针对城市交通多突发事件耦合下的交通影响程度研究较少，国外主要的研究方向为突发事件对交通系统的影响，如：瑞典的K Berdica等[2]研究了自然灾害情况下公路网的脆弱性和风险评估，为风险和灾害情况下的城市交通系统规划研究奠定理论基础。M Baykal-Gürsoy[3]在分析交通事件对道路交通流的影响的基础上，建立了M/M/C排队模型，该模型用来描述道路交通事件影响下的交通流的运行状况，但是由于突发事件往往难以预测，所以得到实测的排队及延误数据难度较大。因此，模型的有效性还有待进一步验证。而国内学者在耦合机理、城市多突发事件耦合交通预警以及应急等级评价方面有较多研究。迟菲[4]研究了突发事件耦合的内涵，根据多突发事件耦合的分类原则，分析了多突发事件耦合类型和耦合机理。滕佳颖[5]对点源事故耦合的理论和交通影响形式进行分析，建立了点源事故耦合下的城市交通预警评价指标体系，给出各个指标的警情级别和阈值范围，可为点源事故耦合下的城市交通预警工作提供理论基础和实践依据。罗勇刚[6]研究了城市多突发事件耦合的种类、耦合方式，分析多突发事件耦合时的一般特性，并利用Vissim仿真软件研究了突发事件耦合交通特征，仿真结果表明多突发事件耦合时对路网可达性的影响程度远大于单一突发事件对路网影响程度的简单加和。何雅琴[7]以火灾、危险品泄露、爆炸、交通事故等涉及到交通系统的事故灾难为研究对象，分析了多突发事件耦合特性，提出不同多突发事件类型耦合的城市交通应急响应级别评价指标体系，建立各个指标阈值标准，构建交通应急等级评价模型，为交通管理部门在处置多突发事件耦合时提供一定的决策指导。

综上所述，国内外在突发事件对交通系统的影响、耦合机理、多突发事件耦合下的交通预警及应急等级评价等方面取得了一定的成果，但是针对城市道路下多突发交通事件耦合下的交通影响程度的研究较少。因此，基于多突发交通事件耦合特征，对事件耦合下的交通影响程度进行分析，可以为交通管理部门制定及时有效的交通应急对策提供一定的决策支持。

1 城市交通多突发事件耦合特性分析

1.1 多突发交通事件耦合定义

耦合，常用于控制论中，是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象;概括的说耦合就是指两个或两个以上不同事物之间相互影响、相互作用的现象。

城市交通突发事件，又称交通意外事件，是指直接或间接对城市交通产生不利影响，造成城市道路交通系统紊乱或失控的各类突发事件[8]。交通突发事件包含起源于道路领域内的道路交通事故、道路交通设施的突然损坏或坍塌等;也包括在道路领域外会给城市交通带来不利影响的事件，如会导致路网交通流短时异常的大型活动等。

多交通事件耦合是指两个或两个以上突发交通事件同时发生，或者在极短时间内由一个事件衍生出多个灾害事件，并相互作用，相互影响，使事件变得更加严重。

1.2 多交通事件耦合交通影响分析

城市道路上一旦发生交通事件，由于事件占道导致事故所在地点的道路通行能力降低，形成一个虚拟瓶颈，后续到达的车流会出现减速或停车排队，若在其交通影响范围和影响时间内又发生一起交通事件，两起交通事件相互作用，相互影响，可能会进一步加剧交通影响后果。若持续时间延长或影响范围扩大，甚至排队车辆会向四周蔓延从而影响整个周边路网的交通运行，造成大面积的交通中断。

如图1所示，当事件A发生后，由于事件会占用车道，使A点形成一个虚拟瓶颈，当到达的交通量大于剩余通行能力时，车辆会出现排队，并向上游延伸。在排队还未消散时，在事件A上游又发生一起交通事件B，B处也会形成一个新的瓶颈。B点上游车辆减速或排队通过B点后，如果A点的剩余通行能力小于通过B点的交通量（即B点剩余通行能力），车辆会在A点处二次排队，会进一步加剧上游车辆拥挤状况，影响排队消散时间。反过来，如果A点的剩余通行能力大于通过B点的交通量（即B点剩余通行能力），则表明A点输入交通量小于输出通行能力，则有利于A点的排队消散。但从整体影响上看，上游车辆经过两个瓶颈点，仍然会受到较大的影响。

除了两起事件会相互影响以外，两起事件本身的事件特征，如发生时间、位置、占道情况、严重程度等也会对交通影响程度造成不同的影响，如有人员伤亡，或车辆起火需要应急救援的事件比车辆轻微擦碰、能快速驶离现场的交通事故对交通的影响要大些;高峰期间比平峰期间发生的事故对交通的影响也大些。

另外，外部环境，如天气、路面状态、道路条件、交通管理条件等也会对交通影响程度造成一定的影响。

2 城市交通多突发事件耦合交通影响程度判定模型

2.1 评价等级

参考《城市突发公共事件交通应急预案》[1]中将交通应急等级分成四个等级，本文将交通影响程度级别也分为四级：一级（特别重大）、二级（重大）、三级（较大）、四级（一般）。

2.2 评价指标体系

评价指标是能准确判定突发事故交通影响程度的基础，交通影响程度判定的指标应该能反映影响交通影响程度的各种因素。选取的指标恰当与否，对最终的评价结果会有影响。指标个数太多，可能使指标之间信息重复，相互干扰;若评价指标个数太少，可能导致信息覆盖不全，带有片面性，也会影响评价结果。因此，在建立多突发事故交通影响程度综合评价指标体系时，遵循综合性、简洁性、明确性、独立性、可行性原则[9]。

在查閱相关文献、资料，咨询专家，并根据上一章节多交通事件耦合特性分析基础上，构建了评价指标体系，如图2所示。

采用成对比较法及1～9比例标度法，构造同一层每个要素对上一层指标的成对比较判断矩阵，求出最大特征根对应的特征向量，将特征向量归一化则为各指标的权重。由于专家打分过程中，主要依靠自身经验给出比较判断，可能产生判断的不一致。为了保证应用层次分析得到正确合理的结果，还需要利用矩阵的最大特征根λ来进行判断矩阵的一致性检验。

2.3 单因素模糊评价

在构建评价指标体系的基础上，选择模糊综合评判法来构建城市交通多突发事件耦合下的交通影响程度评价模型。

这样m个因素的评价集就构造出一个总的评价矩阵R。

隶属度函数是模糊评价里面一个重要内容，模糊评价结果准确与否关键之一就是正确构造隶属度函数。一般来说，主观或定性的指标都具有一定程度的模糊性，可以采用等级比重法。用等级比重确定隶属度矩阵的方法，可以满足模糊综合评判的要求。

通过阅读文献、资料[10-11]，给出指标体系中各个指标的分级和阈值标准，如表1所示。还需在实践中根据实际情况和专家的意见不断完善。

对各个评价指标进行具体阈值分析，得到交通多突发事件耦合下评价指标的分级阈值标准，为后续评价过程中各指标隶属度的确定提供依据。

2.4 多级模糊综合评判

本文所建立的指标体系分为四级，故本模型应采用四级模糊综合评判法进行评判。根据式（1），将所有的单因素评判矩阵联合起来，就可以得到U的模糊综合评判矩阵：

2.5 结果分析

根据最大隶属度原则，选出四级评判向量中最大的一个，得出评价等级。

3 案例分析

3.1 案例介绍

2014年12月16日下午17：13分，天气晴，在距离前进路（单向三车道）/前进一路京汉大道出口135m处，发生一起交通事故，车辆行驶方向为从南到北，事故类型为两车相撞，没有人员伤亡，占用1个车道，持续时间到18：42分。2014年12月16日下午18：13分，在距离民主一街（单向双车道）/前进一路十字路口35m处发生一起交通事故，车辆行驶方向为从西往东，事故类型为两车相撞，没有人员伤亡，占用1个车道，持续时间到18：55分。两起事故的直线距离为337m，实际距离387m，具体交通位置如图3所示。

3.2 级别判定

3.2.1 指标权重计算

应用基于Matlab的AHP法计算程序[12]，在得到专家给出的各个指标的判断矩阵后，输入到AHP法计算程序中，最后得出交通影响程度各评价指标的相对权重结果如下：

（1）第四级指标权重

（4）4级评价

最后通过计算得出多突发事件耦合下交通影响程度评价向量为A=0.0096，0.3462，0.3800，0.2560。

3.2.3 级别评定

根据最大隶属度原则，可知该两起交通事故耦合造成的交通影响等级为三级，与实际交通运行一致。

4 结束语

本文在分析两起交通突发事件耦合交通影响特性的基础上，提出了交通多突发事件耦合交通影响等级评价指标体系，利用层次分析法和模糊综合评判，构建了交通多突发事件耦合下的交通影响程度四级评价模型。由于专家调查结果和搜集到的建议不是很全面，提出的评价指标体系还需要进一步的调研和验证。另外，本文构建的评价指标体系主要是基于两起交通事件分析，对于两起以上交通事件耦合的交通影响还有待进一步的研究。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国务院. 国家突发公共事件总体应急预案[Z]. 2006.

[2] Berdica K. Analyzing Vulnerability in the Road Transportation System[EB/OL]. （2000）[2021-06-30]. https：//xueshu.baidu.com

/usercenter/paper/show？paperid=54590a717831ece29df88coc58be45ba.

[3] M Baykal-Gürsoy， W Xiao， K Ozbay. Modeling traffic flow interrupted by incidents[J]. European Journal of Operational Research， 2009（195）：127-138.

[4] 遲菲，陈安. 突发事件耦合机理研究[J]. 应急管理汇刊，2011，6（2）：5-16.

[5] 滕佳颖. 点源事故耦合下城市交通预警评价及机制研究[D]. 武汉：华中科技大学（硕士学位论文），2012.

[6] 罗勇刚. 多突发事件耦合情况下交通特性研究[D]. 武汉：华中科技大学（硕士学位论文），2013.

[7] 何雅琴. 多突发事件耦合的城市交通应急等级评价[D]. 武汉：华中科技大学（博士学位论文），2013.

[8] 龚鹏飞. 道路交通突发事件分类与分级[J]. 灾害学，2013，28（1）：45-49.

[9] 杜栋，庞庆华. 现代综合评价方法与案例精选[M]. 北京：清华大学出版社，2005.

[10] 吕连宏，罗宏，路超君. 突发性水污染事故预警指标体系实证研究[J]. 中国安全科学学报，2010，20（4）：148-154.