基于系统动力学的司训单位车辆交通事故影响因素仿真分析

施红星，闫 彬，张晓勋

(1.蚌埠汽车士官学校 运输勤务系，安徽 蚌埠233011;2.蚌埠汽车士官学校 司训勤务系，安徽 蚌埠233011;3.陕西华阴油料仓库，陕西 华阴714000)

车辆交通事故在我军各类行政事故中占有较大比例，当前和今后一段时期，以先进的理论、科学的方法、有效技术指导部队车辆交通安全管理工作，成为提高部队安全管理水平的迫切要求［1］。对交通事故发生原因规律的研究国外已有几十年，从研究成果看，多为统计性回归模型形式［2-4］。军队车辆交通事故受安全管理体制和事故调查统计制度等影响，存在统计数据少、事故原因划分模糊等特点，无法应用统计学方法进行统计分析。系统动力学是结合数学模型和计算机高速处理数据能力而发展起来的，它更适用于研究处理社会、经济、生态等一类高度非线性、高阶次、多重反馈、复杂时变大系统问题，可以为车辆交通事故影响因素分析提供理论方法［5-9］。

1 车辆交通安全系统动力学仿真方法

在车辆交通安全管理过程中，驾驶员、车辆、环境、管理等要素发生相互关系，组织之间具有非线性的特点，是个复杂的开放系统。系统动力学为我们提供了一种在定性基础上进行定量分析的方法，对于研究车辆交通事故原因、评估安全管理水平能够起到有效的作用。

车辆交通安全系统动力学建模分5 步:①运用系统动力学的理论、原理和方法对研究对象进行系统分析;②进行系统的结构分析，划分系统层次与子块，确定总体与局部的反馈机制;③建立规范的数学模型;④检验、评估模型，发现问题，进一步改进模型;⑤对政策措施进行模拟与分析。

2 司训单位车辆交通安全系统分析

车辆交通安全是由人、车、环境和管理4 个要素组成的复杂动态系统，这些因素相互依存、相辅相成，共同影响着车辆交通事故的发生。根据司训单位车辆交通安全实际情况，对影响作用明显的因素进行仿真分析，并确定相应的参数值。

2.1 驾驶员子系统

学兵驾驶员造成车辆交通事故主要体现在不安全行为和操作失误2 个方面。不安全行为是由于学兵的违规操作等引起的不安全因素;操作失误是指学兵由于感知、判断及反应失误，而未能实现规定的操作。司训单位培训质量高，学兵身心素质好、学习效率高、遵章守纪好、实践经验强、技术提升快，则事故率低。

以学兵技术状态为状态变量，驾驶技能提高和安全水平下降为速率变量，学习效率、培训质量、实践经验、技术回生速度等为辅助变量，则驾驶员因素影响车辆交通安全关系如图1 所示。

图1 驾驶员子系统安全关系

2.2 车辆子系统

车辆造成交通事故的原因主要是车辆技术状况下降并发生故障。车辆的技术性能好坏取决于车辆维修和技术状况下降的程度，这又与维修保障能力和平时检查保养工作密切相关。司训单位车辆技术状况好、日常维护质量好、运行条件好，驾驶员技术水平高、使用管理得当，事故率就低;反之，则事故率高。

以车辆技术状况为状态变量，技术状况变化程度为速率变量，驾驶技术水平、维修保障能力、运行条件、车辆检查保养效果等为辅助变量，则车辆因素影响车辆交通安全关系如图2 所示。

图2 车辆子系统安全关系

2.3 交通环境子系统

交通环境是指车辆运行所处的道路条件、地理条件、气候条件、时间条件、交通管理条件和社会人文条件等。根据调研，司训单位训练道路比较单一，训练时间为4 ～8 月，并以白天为主，故不予考虑;学兵驾驶技术水平较低，训练道路的交通安全设施、安全性影响最大，为本文重点研究内容。学兵驾驶技术水平比较低，训练场地和训练道路安全设施齐全、维护保养好，事故率低;反之则事故率就高。

以道路交通安全设施为状态变量，设施建设和设施老化为速率变量，技术进步、资金投入、使用损耗、维护保养为辅助变量，则交通安全设施影响车辆交通安全关系如图3 所示。

图3 交通环境子系统安全关系

2.4 管理子系统

车辆交通系统运行过程中，管理缺陷直接体现在系统中的驾驶员违法行为增加、秩序混乱、事故风险加大。司训分队管理因素包括对驾驶员和车辆2 个方面的管理。若安全制度不完善、执行制度不力、组织机构不健全等，训练事故率则高。

以车辆管理水平为状态变量，管理工作变化程度为速率变量，制度建立和完善、制度落实程度、安全监督机构的建立和运行、信息管理水平、安全教育培训、安全文化氛围的营造为辅助变量，则管理因素影响车辆交通安全关系如图4 所示。

图4 管理子系统安全关系

3 司训单位车辆交通安全系统动力学模型

发生车辆交通事故数是衡量车辆交通安全管理水平的一个重要指标。因此，以车辆交通事故起数为衡量指标，建立各子系统与车辆交通事故之间的关系连接，形成反馈回路，建立司训单位车辆交通安全系统动力学仿真模型(如图5 所示)。对所建模型进行结构的适合性检验、模型结构与实际系统的一致性检验。

3.1 模型结构的适合性检验

(1)模型界限。道路交通安全工程认为，车辆交通安全的影响因素有人、车、环境、管理等。根据对司训单位车辆交通安全情况的调查，本文从车辆、驾驶员、交通环境、管理4 个方面建立系统动力学模型，并引入训练工作。模型的界限与所研究的问题是相符的。

(2)方程式极端条件检验。检验模型中每一个方程式，尤其是速率方程，在其变量的可能变化的极端条件下是否仍然有意义。实际情况下一般某一路段参与交通的车辆远低于1 000 辆，在此情况下模型的行为仍有意义。

3.2 模型结构与实际系统的一致性检验

(1)外观检验。如果模型结构从外观上看与实际系统毫无相似之处，那么即使模型行为被判定是合适的，也不能认为基于它所作出的分析可获得较高的信度［5］。本文在建模过程中，充分考虑训练单位车辆交通事故各影响因素的作用过程，体现了事故发生的机理。

(2)参数含义及其数值。本模型各参数的含义及其数值是建立在军车安全研究成果基础上，且各参数的定义和数值符合人们的先验知识。

4 司训单位车辆交通安全仿真分析

运用vensim.5.6a 软件，对上述建立的系统动力学模型进行仿真分析。在进行某一因素影响分析时，假设其他影响条件不变，即参数值不变。

4.1 驾驶员对车辆交通事故的影响分析

将驾驶员技术状态用0 和1 表示，0 为最差，1为最佳。按照学兵的驾驶技能成长过程，确定相应影响因素的参数，进行仿真运算，得到驾驶员技术水平对车辆交通事故的影响(如图6 所示)。

从模拟结果看，驾驶员技术水平与车辆交通事故关系比较符合训练期学兵的成长规律。在训练初期，学兵兴趣浓厚，情绪高涨，驾驶技能提高较快，事故率逐渐降低;随着训练时间延长，学员会感到枯燥、困难，产生厌烦、懈怠情绪，技能提升速度逐渐减慢，事故率有所上升;在训练后期，出现成绩暂时停顿现象，也是学习曲线上的高原期，事故率平稳;渡过高原期后，技能进一步提高，事故率下降。因此针对不同训练期特点，着重解决学员弱项，促进驾驶技能稳步上升，降低事故率。

图5 司训单位车辆交通安全系统动力学模型

图6 驾驶员技术状况对交通事故的影响

4.2 车辆对车辆交通事故的影响分析

将车辆技术状态用0 和1 表示，0 为最差，1 为最佳。按照司训单位车辆技术状况变化情况，确定相应影响因素的参数，进行仿真运算，得到车辆技术状态对车辆交通事故的影响(如图7 所示)。

图7 车辆技术状况对交通事故的影响

从模拟结果看，车辆技术状况与车辆交通事故的关系比较符合车辆故障曲线的变化规律。司训单位编配的车辆装备一般为其他部队使用一段时间后淘汰下来的，处于偶发故障期，故因车辆装备技术状况而发生的事故较少;经过一段时间后，车辆装备元器件老化、部件磨损、结构强度超过疲劳极限，事故率有所上升;经维修后，车辆技术性能有所恢复，事故率有所下降。因此，在车辆使用后期出现老化时，应加强车辆的维修保养，降低因车辆技术故障而造成的事故。

4.3 道路及交通安全设施对车辆交通事故的影响分析

将道路及交通安全设施用0 和1 表示，0 为最差，1 为最佳。随着时间推移，道路及交通安全设施由好到差，确定相应影响因素的参数，进行仿真运算，得到道路及交通安全设施对车辆交通事故的影响(如图8 所示)。

图8 道路及交通安全设施状况对交通事故的影响

从模拟结果看，道路及交通安全设施与车辆交通事故的关系符合交通环境安全规律。交通安全设施的合理设置可以满足人们在安全和舒适方面的要求，使人能有效作出反应，保障行车安全、减少交通事故，降低事故率。因此，司训单位要积极采用高新科技，提高安全设施水平，并做好经常性的维护，保障训练安全。

4.4 管理对车辆交通事故的影响分析

将车辆管理水平用0 和1 表示，0 为最差，1 为最佳。随着时间推移，车辆管理水平由高到低，确定相应影响因素的参数，进行仿真运算，得到车辆管理水平对车辆交通事故的影响(如图9 所示)。

从模拟结果看，管理水平与车辆交通事故的关系符合车辆安全管理规律。预防空白、预防失准、预防滞后、预防失控，忽视安全的科学管理，则从组织上难以有效防范事故，事故率增加，这也是车辆交通事故多发的一个重要原因。相反，建立完善的安全责任机制、安全考核激励机制、安全问题定责和失职责任追究机制，事故率降低，则会起到良好的预防效果。因此，司训单位应落实制度，规范行为，做好经常，努力形成长效机制。

图9 车辆管理水平对交通事故的影响

5 结 语

影响军队车辆交通安全的因素多样，各成因之间具有一定的互力耦合关系，是一个典型的复杂、信息不完备、不确定系统。本文建立的司训单位车辆交通安全系统动力学仿真模型，将车辆交通事故的演化过程用网络图进行描述，可以对车辆交通事故进行模拟仿真。

［1］ 施红星，闫彬，李有东. 基于灰色振幅关联优势分析的车辆交通事故规律研究［J］. 军事交通学院学报，2013，9(15):91-94.

［2］ Department of Transportation.Traffic Safety Report［M］. USA:1994.

［3］ Michiel M Minderhoud，Piet H L Bovy. Extended time-to-collision measures for traffic safety assessment［J］. Accident Analysis and Prevention，2001(33):89-97.

［4］ Zegger C V，Deen R C. Identification of Hazardous Location on City Streets［M］.Traffic Quarterly，1977.

［5］ 王其藩.系统功力学［M］.北京:清华大学出版社，1994.

［6］ 马明，严新平，吴超仲. 基于系统动力学的车辆追尾事故仿真分析模型［J］. 系统仿真学报，2009，11(6):3161-3165.

［7］ 龚永超，王成元，肖琳. 煤矿事故人失误模型及系统动力学分析［J］.合作经济与科技2013(7):56-57.

［8］ 蒋畅和，刘祖德，赵云胜. 基于系统动力学的安全经验仿真试验研究［J］.安全与环境工程，2012，4(19):97-101.

［9］ 沈斌.基于系统动力学的安全生产监管有效性研究［J］. 中国安全科学学报，2012，5 (22):85-91.