基于扰动—轨迹交叉事故致因理论模型的城市交叉口安全分析

陈佳瑞

摘 要：交叉口是路网的重要节点，交叉口中人、车交通流汇集，交通状况复杂，容易发生交通事故。在基于扰动起源论（P理论）的基础上，引入轨迹交叉论深入研究，建立基于扰动—轨迹交叉事故致因理论模型，该理论模型指出了交通参与者的不安全行为和車辆、道路的不安全状态是交叉口系统产生扰动的直接原因，而不安全行为和不安全状态的时空交叉导致交通事故的发生。以山丹县五岔口为例进行分析得出，该理论模型能显著提升事故致因理论的科学性，全面分析交叉口事故致因，同时对事故预防提供操作依据，进而采取针对性措施防止交通事故的发生，加强交叉口安全管理。

关键词：P理论；轨迹交叉论；交叉口；事故致因理论；事故预防

中图分类号：F570 文献标识码：A

Abstract： The intersection is an important hub for road network， the traffic flow of human and vehicles collect in the intersection， traffic condition is complicated， that easily happens traffic accident， on the basis of perturbation occurs theory（P theory）， introducing the theory of tracks crossing theory conducts in-depth study， an accident-causing theoretical model of perturbation and tracks crossing theories is founded. This theoretical model points out that the direct cause of disturbance in the intersection system is the unsafe behavior of traffic participants and the unsafe condition of the vehicle and road， and， the time and space intersection of unsafe behavior and unsafe condition leads to the occurrence of traffic accidents. Taking Shandan county five-way intersection as an example to analyze concludes that， the theory can significantly improve the scientific nature of the accident causing theory， comprehensively analyze the cause of the intersection accident， and provide scientific operational basis for accident prevention. And then， taking countermeasures to prevent the occurrence of traffic accidents， strengthening the safety management of intersection.

Key words： P theory； tracks crossing theory； intersections； accident-causing theory； accident prevention

0 引 言

交叉口作为城市路网重要的节点，是交通流汇集的地方，同时也是交通事故的多发地[1]。交叉口已然成为城市道路交通安全的关键限制因素，影响着城市的交通安全水平，交叉口的事故数所占比例很大，有必要对城市交叉口进行安全分析。

为了防止事故发生，必须研究事故致因理论[2]。事故致因理论研究至今已有90多年的历史，其发展经历了3个重要阶段：一是主要以海因里希因果连锁论事故频发倾向论为代表的事故致因理论，海因里希首先提出人的不安全行为和物的不安全状态的概念，局限性是不安全行为和物的不安全状态的产生原因完全归因于人的缺陷；二是以能量转移论为代表的事故致因理论；三是现代的系统安全理论[3]。

本文主要根据交叉口的特点，用扰动起源论和轨迹交叉论来分析交叉口事故，本文如下组织，第一章主要介绍了扰动论和轨迹交叉事故致因理论，分析了该理论和本文研究内容结合的相关优势；第二章分析了基于扰动—轨迹交叉事故致因模型；第三章根据理论模型对城市交叉口安全进行分析，并提出相应预防措施；第四章以山丹县五岔口为例，采用扰动—轨迹交叉模型分析其事故致因，提出预防措施和交叉口改善措施；第五章对本文的内容进行总结。

1 事故致因理论

1.1 扰动起源论

生产系统受到外界的影响，这种影响即为扰动（Perturbation），任何事故当它处于萌芽状态时就有非正常的“扰动”，此扰动为起源事件。扰动对行为者发生作用，如果行为者可以承受此扰动影响，生产系统便可以维持动态的平衡，事故不会发生。否则，将会破坏平衡，出现事故过程。事故的过程中，伤害或损坏事件可能依次造成其他变化或者能量释放，后面行为者会受到冲击，后面行为者承受过载的能量，行为者受伤害，形成连锁反应。若后面行为者能够承受冲击，受到无伤害应力，则过程继续进行[4]。扰动起源论又被称为P理论。如图1，该图由扰动（1）到伤害（9）构成一条完整事件链，其中，扰动（1）是起源事件，伤害（9）是终结事件，图1是扰动起源论原理图[5]。

因此，为了阻止事故的发生要尽可能不产生扰动，如果扰动不能完全避免，那就改善条件，控制状态，使扰动变小，行为者可以承受此扰动影响，不发生事故，不形成连锁伤害。扰动起源论有助于事故分析者发现分析交叉口中一个或多个需要改善的因素，有助于事故致因分析，進而采取预防措施。

1.2 轨迹交叉论

轨迹交叉论认为，在事故的发展进程中，事故发生的时间和空间是物的因素的运动轨迹与人的因素的运动轨迹的交点[6]，则将在此时间、空间发生事故。事故的发生是受人的不安全行为以及物的不安全状态的影响的[7-8]，如图2。轨迹交叉论是把人和物看成两条事业链，因此必须采取相应的措施切断造成事故的人的因素的事件链和物的因素的事件链，及时消除，改善条件，防止其时空交叉[9]，图2为轨迹交叉论系统模型[10]。

在交叉口事故预防中，可以从避免人和物的轨迹时空交叉入手，采取针对性措施。

2 基于扰动—轨迹交叉事故致因模型分析

事故的发生就是系统中诸多因素共同影响作用的结果，如图3建立基于扰动起源—轨迹交叉事故致因模型。

2.1 扰动起源

扰动，就是指外界的干扰，一种破坏系统平衡的行为。系统产生扰动的直接原因是人的不安全行为和不安全状态，在系统运行的过程中，人员的管理水平、素质水平、身体、心理素质都是人的因素，人是复杂的个体，在生产活动中，违章操作，精力不集中，经验不足等不安全行为都会对系统产生扰动。物的因素包括环境的变化，设计的缺陷、机械性能的改变[11]，例如极端天气如暴雨、暴雪、台风，车辆制动性能不好、道路因素差、光线条件差、交叉口安全管理不完善等都会造成不安全状态，进而产生扰动。

2.2 轨迹交叉

轨迹交叉，当不安全行为和不安全状态同时发生，如果还产生交叉，系统最开始平衡态在受到扰动影响后就会发生变化，若系统可以适应此扰动时，或者能够改善条件，消除不安全行为和不安全状态，生产活动就可以继续保持动态的平衡，从而不发生事故，若系统不能适应，动态平衡过程就会被破坏，事故进程开始。事件过程可能使某一子系统承受不了过载的作用而造成破坏，系统事故发展变化环节中，这些伤害或损坏事件可能依次引起其他变化，作用于其他子系统，造成其他子系统出现不安全状态和不安全行为，继续产生扰动，使后面的子系统承受过载的作用，发生串联的伤害或损坏，整个系统平衡过程被破坏，系统中断。

3 城市交叉口交通安全分析

在城市的平面交叉路口，混合着各种行人、非机动车、机动车，交通冲突现象严重。交通流量大且人和车混行严重的平面交叉口极易发生交通事故，造成交通拥堵，根据扰动—轨迹交叉论事故致因模型，对城市平面交叉路口进行交通安全分析，见表1。

3.1 触发因素

3.1.1 不安全行为

行人具有很大的灵活性和自主性，而且普遍存在从众心理，有一个人翻越护栏，就容易引起其他行人的效仿[12]；行人的身体状态不同，老人行动慢，小孩容易乱跑，青年行动快，都会造成人流的杂乱无序，产生各种不确定因素，发生不安全行为；机动车驾驶员在经过交叉口时，要完成一系列复杂操作，驾驶员为了节省时间遇到排队堵车的情况就直接驶入非机动车道；为了追求刺激，开车速度过快，危险驾驶；驾驶车辆时因抽烟、喝酒、打手机导致采取措施不当；遇到较窄路段，抢道行驶，互不相让，这些行为都属于不安全的行为，都会危害行人和非机动车的安全。

3.1.2 不安全状态

在交叉口内，机动车交通流的冲突点很多；行人、机非混杂现象严重；高峰时期交通量过大；车辆由于在使用中的长时间损耗，会产生磨损等现象，性能随着使用时间不断下降，产生故障的几率也增加。除此之外，我国平面交叉口还没有为行人和非机动车驾驶人提供足够的安全保护设施，也在一定程度上造成交通事故频发[13]，行人与机动车相比，人是最为活跃的因素，如果人的交通意识不强，不遵守交通控制，很有可能与车辆发生冲突，发生事故。

3.2 事故发展过程

人的不安全行为和物的不安全状态同时发生产生交叉，影响行人和驾驶人的交通状态，产生一种不稳定状态。当行人和驾驶人能够正确处理和承受这种扰动时继续保持各自的交通状态，无交通事故发生；当行人和驾驶人不能够正确处理和承受这种扰动时，会改变各自安全的交通状态，产生冲突并发生交通事故。

交通事故发生时，发生事故的车辆或人产生一种扰动继续影响周围的人或车辆，继而又引发不安全行为和不安全状态，当两种状态同时作用于其他的人或车时可能又引发交通事故。使其它人或车发生串联的伤害或损坏。

3.3 预防措施

3.3.1 扰动方面

在扰动方面应该尽可能不产生扰动，如果扰动是不可避免的，则应使扰动力最小[14]。加强交通法律规章的宣传教育，增强人的交通法制观念和安全意识，尽可能消除或减少交通参与者的不安全行为；加强交通安全管理，避免车辆、道路的不安全状态，使交通参与者、车辆、道路在交叉口中始终保持安全状态。

3.3.2 防止轨迹交叉

城市交叉口事故中，人车相撞是较严重的一种事故，能直接造成对行人的伤害。对人和车辆进行有效分流才是从根本上避免人、车相撞。根据轨迹交叉论的原理，通过时空错位切断导致事故发生的事件链，消除事故发生的条件[15]。

（1）在人、车共享道路的情况下，应避免时间冲突，进行有效的时间分片管理。有效的时间分片管理就是在平面交叉口内采用交通信号控制，事实表明，有信号控制的交叉口比没有信号控制的交叉口冲突点明显减少，而且相位越多，冲突点越少。在平面交叉口实行多相位的控制有利于在时间上对交通流进行分离，从而降低干扰的程度，有效地减少各类冲突[16]，达到提高交叉口通行能力和交通安全性能的目的。

（2）要从根本上避免人和车相撞，就要在空间上把人、车的运动轨迹完全隔开，避免其交叉。即使人和车在同一时间和范围运行，只要人和车的运行轨迹完全不相遇，就能防止事故的发生。

4 实例分析

本文以张掖市山丹县五岔路口为例，山丹县五岔路口是由国道312、山红公路、东大街以及东环南路相交所形成的五岔异形路口，位置如图4所示。山丹县五岔路口是无信号控制的环形交叉口且国道312车流不经环岛直接沿国道312通行，交叉口内人、车混行，冲突点多，如图5所示，交通冲突严重，交通事故频发。

4.1 事故致因分析

根据扰动—轨迹交叉论模型对五岔路口事故致因进行分析。五岔路口存在的不安全状态有：

（1）交叉口处无交通标志、标线

交叉口无渠化和信号灯控制，在时间和空间上各方向车辆、行人通行路权均不明确，行驶轨迹混乱，交通组织无序，存在大量机动车之间，机动车与非机动车、行人之间的直接冲突点，导致交叉口内部拥堵不畅，车行和人行交通安全隐患大。

（2）环岛利用率低

设于交叉口内部的环岛半径仅5米，只能满足小型客车的绕环通行，从G312进入交叉口的大部分车辆不经环岛直接沿G312通行，进入该交叉口的车流有着各自莫衷一是的通行路线，在G312与山红公路相交处，空间面积小，冲突点多，机非混行，埋下安全隐患。

五岔路口存在的不安全行为有：

交通参与者交通意识淡薄，随着驾驶人数量的大幅度增加，整个驾驶人群体的交通法制素质欠佳，抢道加塞；在交叉口随意停车；动车和非机动车不礼让行人。

以上的不安全行为和不安全状态都会产生扰动，影响交叉口的平衡态，不安全行为和不安全状态同时发生产生交叉，行人和驾驶人又不能正确处理和承受这种扰动，进而发生交通事故。

4.2 预防措施

根据模型分析五岔口事故致因，必须采取以下措施预防事故的发生。

（1）化异形为正形，化非标准为标准，通过渠化移动冲突点的位置或转变冲突性质，满足交通流向流量的需要。在面积较大的异形交叉口渠化中，可通过设置交通岛或路面划线来规范车辆的行驶界限，使其成为一个正常的标准路口，从而降低异形交叉口本身物理几何线形特征对车辆行驶的影响。

（2）在进口处设置非机动车进口道，实现机非分离，避免机非轨迹交叉。

（3）在人行横道上设置行人二次过街驻足岛，在行人二次过街驻足岛周围设置隔离桩，为行人过街提供安全保护措施。

（4）信号配时。在五岔口设置五相位的放行方案，行人和非机动车和同方向平行的机动车一起通行，消除冲突点。

（5）在五个方向道路两侧设置人行护栏，在人行横道处开口，引导行人安全过街。

（6）加强交通法律规章的宣传教育，增强人的交通法制观念和安全意识，使行人和驾驶员能遵守交通法规，各自在指定的道路范围内通行，互不干扰，避免不安全行为的发生。

5 结束语

从扰动起源论和轨迹交叉论出发，建立基于扰动—轨迹交叉论事故致因理论模型，根据该理论模型分析交叉口事故致因，进而提出相应预防措施，为提高交叉口的交通安全管理提供依据。

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