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　　摘要：为了分析高原地区特殊的地质和气象环境对公路交通风险的影响，以2010～2015年云南高原地区发生的6261起公路交通事故原始数据处理与分析为例，结合云南高原地区公路交通事故分布特征，分析高原地区公路交通风险的内涵及构成要素。通过对高原地质及气象环境下公路交通风险致因耦合的界定并结合公路交通风险指标作用情况，利用N-K模型和改进的耦合度模型构建高原地质及气象环境下公路交通风险致因耦合模型，并分别计算单、双风险因素耦合模型的各构成要素间的耦合度，量化各类耦合的危险程度，最后分析高原地质及气象环境下公路交通风险值与各风险构成要素的关联性机理。研究结果表明：强耦合会使风险造成的后果更为严重，最终造成风险量的急剧增大或耦合突变后变成以新的风险形态在系统内部传导和蔓延;云南高原地质环境构成要素中“急弯”与其他要素的耦合通常表现为强耦合，气象环境构成要素中“雨天”和“雾天”与其他要素耦合度较高，应加强高原地区公路最小转弯半径以及雨天与雾天情况下的行车限速、载重与车距保持等方面的地方规范和标准建设;随着时间推移，双因素耦合形式由2012～2014年的10种强耦合降为2015年的7种，各类耦合度明显减小，表明2015年较之前3年因地质与气象风险要素耦合所导致的公路交通事故危险程度下降。

　　关键词：交通工程;交通风险;耦合模型;N-K模型;地质环境;气象环境

　　0引言

　　高原地区地质地貌错综复杂，公路普遍存在连续长大下坡、复杂组合公路线形、多病害的路基路面、险要的路侧环境、桥隧比偏高、地质灾害频发等特点，加之气象复杂多变(海拔梯度变化快导致气候的垂直变化显著)，以及多年形成的参差不齐的经济带星罗棋布，造成复杂不均的高原公路网络布局格式，形成了人、车、路、环境等具有明显的时变、空变及时空协调的高原特征公路交通体系[1]。随着高原公路网络不断完善，时域空域特征的交通风险问题愈发凸显。高原地区特殊的地质及气象环境导致该地区公路交通事故发生率高于平原地区，给高原地区公路交通安全带来严重问题[2]。

　　推荐期刊：《应用气象学报》1992年北京市新闻出版局、北京市科技期刊编辑学会“编辑质量奖、编辑规范奖、办刊条件奖”;1995年获中国气象科学研究院科技进步二等奖，是大气科学技术与应用研究相结合的综合性学术期刊，主要反映新理论和新技术在大气科学中的应用，以及气象理论与实践相结合，应用于有关领域的科研成果。

　　在气象环境对公路交通安全的影响研究方面，美国处于领先地位，对气象条件实测数据的获取与研究较全面，但针对气象环境要素对公路交通流密度、交通事故类型、交通风险量化影响的研究居多，而综合考虑高原地质与气象两方面要素对公路交通影响的研究较少。Cools等[3]通过实测数据分析与研究得到降雪与降雨等气象环境对交通流密度的影响。Abdel-Aty等[4]通过佛罗里达州2003～2007年的道路交通事故数据分析雾天气象对交通事故的影响，发现正面碰撞与追尾事故在大雾天气的情况下最常见，且易发生在夜间无照明的情况。Yu等[5]通过分析气象状况对山区公路交通事故风险的影响发现，能见度、降雨量与陡坡、曲线段等道路几何特征有较大相关性。在其他风险要素方面，Yau[6]利用Logit模型研究驾驶人、车辆、环境等因素对机动车事故严重程度的影响，结果表明性别、事故发生时间、照明状况和事故所处路段类型是影响事故严重程度的主要因素;Penmetsa等[7]分析道路线形特征要素对事故严重程度的影响，构建影响度模型并通过模型参数变量控制提出改善措施;Rusli等[8]引入随机参数负二项模型分析马来西亚的农村山区公路交通事故，并基于事故历史数据验证了模型的适用性与可靠性。

　　中国学者在高原特殊的道路几何线形和不良气候条件对交通安全的影响、高原地区公路交通安全评价和公路交通事故预测等方面进行了大量定性及定量研究，但针对高原地区独特地质及气象环境对公路交通安全的影响及二者耦合作用的研究尚处于起步阶段，且相关研究的原始数据与实测数据获取较为欠缺，尤其缺乏气象环境状况等数据，导致研究成果的代表性与实用价值相对欠缺[9]。在高原公路交通安全评价方面，苏东兰[10]提出高原山区农村公路安全评价方法和交通安全保障设施设置方法。在地质环境对公路交通风险的影响方面，研究聚焦于道路线形：肖润谋等[11]分析了驾驶人在高原公路长平直线路段上行车的交通安全认知及行为特性;付锐等[12]对事故率与下坡道路各纵面参数进行指数回归和相关性分析;孟祥海等[13]提出了基于几何线形指标的路段交通安全评价方法;闫彬[14]通过安全熵流的变化分析山区高速公路桥隧路段的行车安全状态，并提出事故预警措施。在气象环境对公路交通风险的影响方面，数据获取难度极大。杨成里[15]研究了山区雾冰不良气候下的高速公路行车安全保障技术;赵利苹[16]分析了风、雨及其耦合作用对高速公路交通安全的影响机理;庄静[17]基于冰雪环境下高速公路安全运行管理展开了事故紧急救援系统研究;王露[18]采用数值模拟方法对山区路段峡谷风对桥隧连接段行车安全的影响进行计算。在公路交通事故预测研究方面，李明等[19]采用虚拟变量形式，对28个可能影响山区高速公路交通死亡事故发生的因素进行检验，并根据发生比的概念，对模型的参数估计进行解释。从上述研究现状可看出，中国的相关研究也较少会综合考虑高原地质与气象要素对公路交通的影响，且包含气象环境要素数据基础在内的相关研究基础较为薄弱[20]。

　　针对上述问题，本文通过对2010～2015年云南高原地区发生的6261起公路交通事故的原始数据整理分析，掌握高原地区公路交通事故的分布特征，作为后文高原地质及气象环境下公路交通风险构成要素分析的依据、致因耦合分析和应用案例的数据基础。通过提取高原地区公路交通风险的常见构成要素，构建高原地质及气象环境下公路交通风险致因耦合模型，在此基础上量化高原地质与气象要素对公路交通风险的影响，以期完善高原地区公路交通事故与风险相关理论，指导高原地区公路交通事故预警与安全保障工作[21]。

　　1高原地区公路交通事故分布特征

　　根据6261条云南高原公路交通事故详细原始数据(包括案情简要、事故鉴定报告、大量事故现场图等)，从海量实际事故中提取隐含在事故中的各要素内在关系和有用信息，得到每起事故的发生时间(年份、季度、月份、月内、周内、时段等)、地点、涉事车辆类型、事故形态、事故严重程度、天气、所处地点的地形、路面和路表状况、公路线形、交通设施类型、公路技术与行政等级、照明条件与碰撞前车速等与造成交通事故相关的信息，运用聚类分析等方法，得到云南高原公路交通事故在上述各方面的分布特征。此处仅给出事故的年度分布、公路等级分布、月份分布、时段分布概况，如图1所示。

　　图1显示：云南高原公路交通事故年份分布主要集中于2012～2015年;县乡道路的3项指标均最高;每年1，2月的3项指标均较高;时刻分布呈现3。

　　2、高原地质及气象环境下公路交通风险构成要素分析

　　2.1高原地质环境下公路交通风险构成要素分析

　　高原地区特殊的地质环境决定了其地形情况，地形情况又突出表现在公路线形中。结合云南高原地区的公路交通事故数据，本文主要选取急弯、连续长大下坡、隧道多、路侧险要和路基路面状况不良这5项要素作为高原地质环境下公路交通风险的构成要素[22]。

　　(1)急弯：由于高原地区地形原因，不符合设计速度对应的曲线半径过小现象普遍存在。

　　(2)连续长大下坡：连续长大下坡对重型车辆的行驶安全影响明显，大中型载重车辆制动频繁，会导致刹车系统温度急剧上升，从而出现热衰退现象。

　　(3)隧道多：车辆驶入和驶出隧道时驾驶人会产生暗适应和明适应的过程，且隧道内空气污染、污染物积累等较多，驾驶环境对驾驶人心理与生理上均产生较大影响，容易发生碰撞或追尾事故。

　　(4)路侧险要：路侧险要路段经常发生翻车事故，尤其在急弯且路侧深沟的路段更是如此。路侧险要路段需要改善的主要是路肩宽度、路侧净区及交通标志标线的设置等。

　　(5)路基路面状况不良：高原地区公路路基存在的安全问题主要包括路基强度较低、边坡稳定性较差、排水结构物和支挡结构设置不合理等。路面存在的安全问题主要包括路面强度较差、破损程度严重、抗滑性能较差等。

　　(6)其他：高原地质环境下公路交通风险构成要素除上述5个外，还包括滑坡、泥石流、地震、崩塌等地质灾害常发以及桥梁占比高等。

　　2.2高原气象环境下公路交通风险构成要素分析

　　高原地区气象复杂多变，海拔梯度变化快，空气密度稀薄，紫外线强烈，天气变化无常。高原地区对公路交通安全产生影响的气象因素主要有能见度、降雨量、降雪量、风速和温度等，本文主要选取雨天、雾天、大风和冰雪4项要素作为高原气象环境下公路交通风险构成要素[23]。

　　(1)雨天：雨天对高原地区公路交通风险的影响主要表现在对驾驶人、车辆和公路的影响。

　　(2)雾天：雾天或雾团天气在高原地区常发，且由于海拔梯度变化快而具有突发性，雾天主要影响能见度并易引发连环追尾事故;雾团导致驾驶人驶入和驶出雾团时分别产生暗适应和明适应。

　　(3)大风：大风天气在高原地区常发，产生的安全问题主要有侧倾、侧滑和侧偏等。

　　(4)冰雪：由于高海拔因素，冰雪天气在高原地区也较易发生。冰雪路面的摩擦因数只有干燥路面的1/7左右，而制动距离是干燥路面的4倍左右，在制动和转向等操纵方面影响较大，对行车间距提出更高要求。冰雪天气下发生交通事故的概率是正常天气状况的5倍左右，发生死亡事故的风险约为正常天气状况的4倍[24]。

　　(5)其他：高原气象环境下公路交通风险构成要素除上述4个外，还包括极端气温、冰雹以及驾驶过程中气象环境状况急剧变化等。在云南高原2010～2015年的6261起公路交通事故中，对事故数据进行整理，分析得到高原地质与气象环境下公路交通事故分布情况，见表1。