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  • 基于风险耦合的交通安全风险因素分析

    【摘要】 本文根据交通风险事件的特点,在风险耦合分析方法的基础上,从交通事件发生概率和事故严重度的角度分析了交通事件过程的安全耦合风险,并从单个风险事件在耦合风险中的结构重要度、概率重要度和临界重要度分析,得出交通安全管理过程中重点控制和管理的对象,为交通行业管理部门确定安全管理工作重点、提高安全管理效率提供理论依据。
      【关键词】 交通安全  风险分析  风险耦合
      一、引言
      在世界经济飞速发展的今天,交通在国民经济中占据着越来越重要的地位,但在交通运输能力得到了极大提升的背后,交通安全事故年年频发,道路交通事故不仅造成惨重的人员伤亡,而且带来巨大的经济损失。预防、控制和减少道路交通事故是国际社会共同面临的重大课题。近年来,一些学者和安全研究专家开始尝试用各种方法对道路交通安全进行系统研究。如镇海燕,王炜利用GIS系统来增强交通事故分析的直观性、可操作性、进行区域安全评价、事故预防预报、事故黑点因素分析等;路峰等提出通过建立道路交通安全综合评价指标体系来规范我国的道路交通安全管理;何寿奎在综合考虑交通安全风险影响因素的前提下,建立了安全风险评估指标体系;吴德华,陈培引进贝叶斯最小风险理论展开研究,提出交通事故贝叶斯最小风险控制模型。
      在交通安全风险形成的过程中,作用于交通事件的各环节存在着彼此之间功能关联,加上不同风险性质的匹配关系,从而导致各风险事件会在交通事件中相互影响、相互作用,最终改变着交通事件中的风险流量和风险性质。我们把它称作交通安全风险耦合效应。因此,交通安全系统的耦合风险是指交通安全体系中的两个(或两个以上的)子体系在通过各种相
      互作用而彼此影响的过程中,由于事件发生的不确定性而可能引起的影响及偏离预定目标的综合。而交通事件各环节间关联度以及风险性质间的匹配度也决定了耦合效应的不同形态。在研究交通事件耦合风险的过程中,如果把交通事件风险看作是一个由许多风险事件组合而成的复杂的风险系统,则某一时刻的风险状态取决于系统中各风险的存在方式和耦合程度。
      本文根据交通安全事件影响因素的特点,提出基于耦合分析的交通安全风险分析方法。应用该方法,不仅可以判断交通安全事件各环节作用过程的安全风险,而且对可能发生的各种安全事故的个体风险有更深入的认识,同时可以确定影响交通事件安全风险的基本风险事件的重要程度,为管理部门确定安全管理工作重点、提高安全管理效率提供理论依据。
      二、交通事件安全耦合风险分析
      交通安全系统是一系统工程,这个系统由人、设备、环境、管理等要素构成,系统要素按照一定的组织、标准和顺序运动。交通安全风险来源于系统的运动过程,系统在运动过程中由于各要素作用过程不同,其参与的要素构成也不同,如恶劣的天气环境、交通设施设备的故障和管理的疏忽等。因此,交通安全风险在不同的作用过程中是变化的。交通安全风险由各环节要素作用过程发生安全事故的可能性及后果重要度决定。设交通事件过程中某一危险点可能发生的安全事故集合为 ,Ti表示第i个安全事故, ,引起全部Ti发生的风险事件集合为 ,xj表示第j个风险事件, 。对于安全事故Ti有:
      (1)式中,R表示安全耦合风险;k表示风险事件发生的概率,S表示安全事故后果严重度。
      1、安全事故发生概率的分析
      对于交通安全系统的某一危险点来说,该危险点的全部安全事故模式就是耦合风险事故 的全部最小割集。在安全事故Ti中,一般有多个最小割集,只要存在一个最小割集,安全事故就会发生,因此,安全事故Ti的结构函数为:
      (2)式中,Gir表示Ti的第r种事故模式或第r个最小割集;r为Ti的最小割集序数;v为的最小割集数;xj∈Gir表示风险事件xj属于最小割集Gir。那么对于危险点的安全事故T的结构函数为:
      若各个最小割集中彼此没有重复的风险事件,安全事故Ti发生的概率可按(4)式计算:
      (4)式中,kTi表示Ti发生的概率;kj表示风险事件xj的发生概率,一般很难给出准确的数值,多是通过历史数据统计结合经验判断的方法给出基本事件发生概率的区间值。
      若最小割集中有重复事件时,必须用布尔代数消除每个概率积中的重复事件,即将式(4)展开得:
      (5)式中r,s是Ti的最小割集序数; 表示属于任意两个不同最小割集的风险事件概率和的代数和; 表示Ti的第j个风险事件或属于Ti的第r个最小割集,或属于Ti的第s个最小割集; 为任意两个最小割集的组合顺序。
      设k为交通事件过程发生事故的概率,那么对于耦合风险事故 ,有
      2、安全事故后果严重度的分析
      根据对道路交通事故经济损失费用的组成,可将交通安全事故的后果严重度划分为四大部分,如表1所示。
      表1  交通事故后果严重度评价体系
    直接财产损失

    设施损失D11
    车辆损失D12
    货物损失D13

    人员伤亡损失

    社会劳动价值损失D21
    医疗费用D22
    亲属精神损失D23
    丧葬费D24

    社会公共机构损失

    警务机构服务损失D31
    消防机构服务损失D32
    清障服务社会损失D33

    交通延误损失

    交通拥堵延误损失D41
    货物延误损失D42
      根据上述的交通事故后果严重度评价体系,交通安全事故后果严重度S计算模型为:
      (7)式中,Dab为评价指标;c为4大部分中的指标总数。
      交通事件过程的安全耦合风险R是由耦合事故各 的后果严重度和发生概率决定的。根据式1和式4有:
      对耦合的风险事件要用布尔代数对上式进行化简计算。
      三、风险事件的重要度研究
      通过(8)式可以计算出交通事件的安全耦合风险,不同的风险点,R的值越大,风险就越大,就越需要引起重视。那么对一个风险点而言,不同的基本事件引起交通风险的概率和引发的交通事故的严重性各不相同,交通安全管理的重点就是要发现并控制最容易引发事故和引发严重事故的基本事件。
      1、结构重要度分析
      结构重要度是指不考虑基本事件自身的发生概率,或者说假定各基本事件的发生概率相等,仅从结构上分析各个基本事件对风险度的影响程度。结构重要度分析一般可以采用两种方法,一种是精确求出结构重要度系数,一种是用最小割集或最小径集排出结构重要度顺序。由于交通风险中风险事件数目较多,因此,在分析结构重要度时,可采用最小割集法。
      风险事件xj对安全事故Ti的结构重要度,可采用近似计算:
      (9)式中, 表示风险事件xj对安全事故Ti的结构重要度的近似值, 值越大重要度越高;nj为xj所在的最小割集中包含的风险事件的数目。
      (9)式只能计算xj对一个安全事故Ti的结构重要度,在耦合事故 中,xj的结构重要度为xj对T中全部安全事故的综合结构重要度,考虑到不同Ti的安全耦合风险RTi不同,则在(9)式的基础上可得xj对T的综合结构重要度为:
      (10)式中, 表示Ti中所有风险事件结构重要度的代数和;w是Ti中风险事件的序数;ni是Ti中风险事件的总数。根据(10)式可以计算出,耦合事故T所包含的所有的风险事件xj的结构重要度IT(j),IT(j)值越大结构重要度越高。
      2、概率重要度分析
      风险事件xj发生概率kj变化引起事故安全耦合风险R的变化程度称为风险事件对R的概率重要度Ig(j)。由于风险事件发生概率变化主要会影响耦合事故T的发生概率k,只要对R中自变量kj求一次偏导,就可得到风险事件xj的概率重要度:
      根据(11)式可以计算出,所有的风险事件xj的概率重要度Ig(j),Ig(j)值越大概率重要度越高。
      3、临界重要度分析
      临界重要度也称关键重要度。风险事件的概率重要度,反映不出减少概率大的风险事件的概率要比减少概率小的容易这一现象。因此,从系统安全的角度考虑,用基本事件xj发生概率的相对变化率与安全耦合风险R的相对变化率之比来表示基本事件的重要度,这就是临界重要度,其计算公式为:
      根据(12)式可以计算出,所有的风险事件xj的临界重要度IG(j),IG(j)值越大临界重要度越高。
      三种重要度,结构重要度反映出耦合事故T结构上风险事件的位置重要度,概率重要度反映风险事件概率的增减对耦合事件T发生概率的敏感性,并反映出对安全耦合风险R的影响,而临界重要度则从敏感性和自身发生概率大小双重角度衡量风险事件的重要程度。IT(j)、Ig(j)和IG(j)较大的风险事件是交通安全管理过程中重点控制和管理的对象。
      四、结论
      本文将风险耦合分析方法引入到交通安全风险分析管理中,对交通安全风险耦合过程的分析,是对交通事件过程中安全事故发生的可能性和后果严重度的度量,其实质是度量交通事件过程中的安全风险。对交通安全风险耦合过程的分析,不仅提供有效控制安全事故发生、降低安全风险的途径,而且为交通行业管理部门提供判定交通事件安全程度的理论依据。对交通行业管理部门来说,了解交通安全事故的构成要素、发生可能性和后果严重度尤为重要。
      (注:本项目受教育部人文社科项目(编号:No:2009YJA630124)和广西科学研究与技术开发计划课题项目(编号No:10124006-2)资助。)
      【参考文献】
      [1] 赵学刚、魏朗:道路交通安全风险预警模糊评判模型[J].太原理工大学学报,2009,40(4).
      [2] 镇海燕,王炜:基于GIS的城市交通安全管理研究[J].交通与计算机,2002(3).
      [3] 路峰、刘东、马社强、姜文龙:道路交通安全综合评价体系评价指标的筛选与确定[J].中国人民公安大学学报(自然科学版),2005(1).
      [4] 何寿奎:基于证据融合的城市交通安全风险综合评价[J].华东公路,2007(5).
      [5] 吴德华、陈培健:交通事故贝叶斯最小风险控制模型[J].交通运输工程学报,2007,7(6).
      [6] 苏义坤、田金信:基于耦合故障树分析的施工安全风险评价研究[J].预测,2006,25(3).
      [7] 汪元辉:安全系统工程[M].天津大学出版社,1999.

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