概率类风险评估方法(Probabilistic Reliability Assessment，PRA)最早由美国电力科学研究院提出，是目前在北美被广泛认可的一种系统风险评估方法。该方法与传统确定性静态安全分析方法不同，既考虑了网络故障的可能性，又考虑了故障对系统的冲击程度，通过将故障概率指标与故障影响指标相结合，形成一个统一的风险系数指标——PRI 指标(Probabilistic Reliability Index，PRI)[3]。PRI 指标定义为事故概率与其受损程度的乘积，即PRI=事故概率(Probability)×受损程度(Impact)。PRA 方法是一种定性与定量相结合的安全性分析方法，它要求自下而上(如故障模式影响分析)与自上而下(如故障树分析)相结合，将定性与定量相结合，将多种试验数据(本系统、分系统、部件的直接试验和类似系统的试验数据)、多种有关信息、模型计算结果和专家经验有机结合，它既强调应用定量计算，又注意工程技术人员的实际经验。例如，本书8.2.3节利用PRA 方法定量评估交通突变概率，从而分析快速路通道交通拥堵风险。

将PRA 方法具体运用到交通拥堵风险评估中，也就是将每个风险的发生作为一个事件的风险，主要使用的风险分析方法有事故链(事件链Scenario)、主逻辑图(Master Logic Diagram，MLD)、功能事件顺序图(Functional Event Sequential Diagrams，FESD)、事件树(Event Tree，ET)、故障树(Fault Tree，FT)等。

1.事故链

事件链是一串按时间排列的事件序列，它由某些偶发事件而发生，通过干涉事件而结束。如果事件链的结束状态是一个事故，就称为事故链。即便在最简单的系统中，一个初因事件都可能导致几条事件链，这取决于干涉事件的结果。事故链可以概念性地表示为图3-1。

图3-1　事故链图解

描述事故链的关键术语主要有：

(1)初因事件，也称引发事件。它和预先存在的潜在危险一起导致事故链的发生，例如某条道路上的交通事故。

(2)轴心事件，也称不希望事件。它有改变事故链发展方向的能力，可分为预防性事件(保护性)、恶化事件或弱化(良性)事件。

(3)后果，也称结束状态。它有满意、良好、不好等多种结果，对应到交通拥堵中可以是拥堵未发生、轻度拥堵、重度拥堵等。

(4)传播时间，即从引发初因事件开始，经过一系列轴心事件到最后结束所花费的时间。

2.主逻辑图

确定导致事故发生的初因事件可采用主逻辑图法(MLD)。MLD 是一种层次结构图，是对顶事件发生的必要条件的一种分级描述。一般来说，上面各级事件是交通系统顶级或系统单元的功能失效，下面各级事件是子系统或部件的功能失效。

MLD 的建立是一个自上而下的过程。首先，把拥堵事件作为顶事件，将其分解为一组新的下级事件，每个新的下级事件都是导致拥堵发生的必要条件，并且具有不同的系统响应。然后，对每个新的下级事件继续进行分解，分解后的新事件是导致拥堵的必要条件并且具有不同的系统响应。这种关于事件的逐级分解过程，一直要进行到分解后的新事件都具有相同的系统响应为止。由于MLD 底层的基本事件是导致事故不可分解的必要条件，并且具有相同的系统响应，所以MLD 的基本事件就可作为导致拥堵的初因事件。

3.功能事件顺序图

对每个初因事件可以建立相应的功能事件顺序图(FESD)，它描述了从初因事件到事故发生所经历的全部中间事件，即系统对初因事件的各种不同响应。建立FESD 可采用归纳法，通过回答“下一步可能发生什么?”这一问题来确定初因事件之后的所有中间事件。

FESD 不仅是描述系统对初因事件的各种响应和系统的设计特性的有效工具，而且可以有效地获取系统专家的知识。对每个初因事件建立相应的FESD 之后，可将其转化成事件树，从而可以确定导致拥堵的事故链。

4.事件树

事件树是指每个事件有两种输出结果的决策树，通常与FESD拥有相同的信息，但它更易于通过计算机来构造所需的代数方程。对于事件树的每个决策结点，要求建立发生的联合概率。

根据FESD 可以得到简化的事件树，由此可以得到导致交通拥堵发生的事故链和导致允许异常终止但不发生交通拥堵的事件链。计算每条事故链的发生概率需要知道初因事件发生的概率以及事件树中各标题环节事件失效的概率，即有关系统或设备的不可用度。在假定事件树中各标题环节事件是相互独立的条件下，可以应用故障树分析方法求出各标题环节事件的失效概率。(www.daowen.com)

5.故障树

故障树分析法是以不希望发生的、作为系统失效判据的一个事件(顶事件)为分析目标，以图形的方式表明“系统是怎样失效的”，在交通系统中就是分析交通管控是如何失效从而导致交通拥堵的。通过故障树可以清楚地了解系统是通过什么途径失效的，从而找出导致系统失效的基本原因。对事件树中的标题环节事件建造故障树时，首先把标题环节事件的失效状态作为故障树的顶事件，然后找出导致顶事件发生的所有可能的直接因素和原因，它们是处于过渡状态的中间事件，由此逐步深入分析，直到找出导致顶事件发生的基本原因，即故障树的基本事件为止。通常，这些基本事件的数据是已知的，或者已经有过统计或试验结果。

构造故障树的过程是一个系统的且不断询问和回答“顶事件是如何发生?”这一问题的演绎推理过程。因此，故障树通常用来建立事件的层次，可以为事件树中的事件提供更多的细节以帮助量化。由于归纳过程和演绎过程的互补性，事件树和故障树经常一起使用，表示从初因事件到危害状态的系统响应。二者结合使用比只使用其中一种能够更加完全、精确、清晰地构造和记录事故链。事件树和故障树一起描述了每一个危害状态发生的充分必要条件，也是形成代数方程的基础。最终使用这些代数方程来得到危害状态发生的频率及不确定性分布。

有了主逻辑图、功能事件顺序图、事件树、故障树以及有关数据和其他相关的信息和知识，利用综合集成就有了一个集成图。这个集成图是将专家知识以及各种信息、数据和多种模型综合集成的结果。PRA 过程不存在唯一的、精确的图解形式，不同的分析者可以选择不同的形式。适用于交通拥堵风险评估的PRA 方法分析步骤如下[4]。

(1)驾驶人对交通系统的熟悉程度

分析驾驶人对于道路的设计和交通运行是否彻底熟悉，并定义交通拥堵分析的目标、类型和范围。由于驾驶人对于道路的熟悉程度将直接影响之后的风险模型建立，所以这一步在交通拥堵风险分析中至关重要。

(2)初因事件分析

可以使用的风险分析模型包括：失效模式和效果分析(Failure Mode and Effect Analysis，FMEA)；故障模式、影响和危害性分析(Failure Mode，Effect and Criticality Analysis，FMECA)；预危险性分析(Preliminary Hazard Analysis，PHA)等。这时应对导致交通拥堵的事件进行统计分析，尽可能利用以往对道路系统进行可靠性分析的结果，再将结果综合成一个可导致交通拥堵发生的初因事件清单和一个主逻辑图。

(3)定性分析

依据事件清单和历史数据，通过事故链分析来建立事件树模型，在得到系统集成故障树模型之后，可以直接对其进行定性分析。在某些情况下，由于实际条件不具备对集成故障树进行进一步定量分析的条件，往往只是进行到定性分析为止。定性分析可以识别导致交通拥堵的事件的所有可能的故障模式(最小割集)，还可以通过计算底事件的结构重要度来表明事件在故障树结构中所处地位的重要程度，这样可以定性分析系统中的薄弱环节。

在实际中，为了节省工作量，可以忽略阶数大于指定值的最小割集来近似分析。而所有的一阶割集都是“单点失效”环节，即单个底事件即可导致顶事件(拥堵)的发生，所以危害最大，必须重点分析，采取对策。

(4)底事件数据采集

列出集成故障树模型中的所有底事件，针对不同类型的底事件(交通事故、早晚高峰等)收集不同类型的数据。

(5)定量评价集成故障树模型

对集成故障树模型进行定量化评价，计算第2步即由“初因事件分析”所确定的导致交通拥堵事件发生的所有初因事件的发生概率以及整个系统发生交通拥堵事件的概率，并且给出所有最小割集的失效频率及其排序和所有底事件的定量重要度。

(6)灵敏度分析和不确定性分析

PRA 方法中使用灵敏度分析来评价底事件或故障树模型偏差或变化对顶事件最终结果的影响。这时底事件的失效率可以选用服从正态分布或对数正态分布，利用蒙特卡洛(Monte-Carlo)仿真方法，给出均值及50%，90%，95%，99%的分位数。

Monte-Carlo仿真方法是最适合于故障树评价的随机变量分析法。在该方法中，故障树的评价重复进行许多次计算，每次计算使用不同的数据。这些不同数据的变化是用根据描述数据变化的概率分布函数的随机抽样来模拟的。每一次计算将给出有关系统结果的数值，而整套重复计算将给出一套系统的计算结果，从这个结果可以确定误差范围。根据对集成故障树模型定量化评价的结果，可以计算出事件分布的可能性。