劉 彥，陳健蕾，劉志剛，鄒 飛，胡世敬

(1.同濟(jì)大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，上海 201804； 2.貴州省高速公路管理局，貴州 貴陽 550004；3.貴州省交通運輸廳，貴州 貴陽 550003； 4.北京深華達(dá)交通工程檢測有限公司，北京 102208；5.貴州省交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局，貴州 貴陽550004； 6.貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽550008)

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山區(qū)高速公路路側(cè)風(fēng)險等級評價方法研究

劉 彥1,2，陳健蕾3，劉志剛4，鄒 飛5，胡世敬6

(1.同濟(jì)大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，上海 201804； 2.貴州省高速公路管理局，貴州 貴陽 550004；3.貴州省交通運輸廳，貴州 貴陽 550003； 4.北京深華達(dá)交通工程檢測有限公司，北京 102208；5.貴州省交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局，貴州 貴陽550004； 6.貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽550008)

闡述了開展山區(qū)高速公路路側(cè)事故安全評價研究對減少交通事故的重要意義。引入路側(cè)事故風(fēng)險指標(biāo)做為中間變量，間接展示道路、交通、環(huán)境等條件與路側(cè)事故風(fēng)險的關(guān)系。隨后基于模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)構(gòu)建了可定量評價山區(qū)高速公路路側(cè)事故風(fēng)險等級大小的方法。最后應(yīng)用此方法對貴州省內(nèi)4條山區(qū)高速公路路側(cè)風(fēng)險等級進(jìn)行評價，驗證了該方法的合理有效性。

交通工程；路側(cè)事故；安全評價；風(fēng)險指標(biāo)；隸屬函數(shù)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展和機(jī)動化進(jìn)程的加快，公路建設(shè)重點逐漸轉(zhuǎn)向了山嶺重丘區(qū)。受到復(fù)雜地形和地質(zhì)條件的限制，山區(qū)公路往往會出現(xiàn)設(shè)計指標(biāo)超限的情況，加之山區(qū)多雨雪、凍雨等天氣，路側(cè)事故發(fā)生概率大大增加。一旦發(fā)生路側(cè)事故，就有可能造成群死群傷的重特大事故。因此，開展山區(qū)公路路側(cè)事故安全評價的研究，提前預(yù)估路側(cè)事故發(fā)生的可能性，對防止和減少路側(cè)交通事故、降低我國交通事故傷亡人數(shù)具有重要意義。

國外路側(cè)安全研究始于1960年，K．A．Stonex[1]對一般路側(cè)危險源進(jìn)行了辨識，指出了常見的路側(cè)危險物；C．V．Zegeer，等[2]最早提出了路側(cè)安全分級，根據(jù)路側(cè)安全凈區(qū)寬度、邊坡坡度、是否設(shè)置護(hù)欄、是否存在堅硬危險物等路側(cè)特征，將路側(cè)危險程度劃分為7級，級別越高越危險，路側(cè)安全等級現(xiàn)已作為一個變量納入到美國交互式安全設(shè)計模型(IHSDM)中，在鄉(xiāng)村雙車道事故預(yù)測模型中得到了應(yīng)用。

國內(nèi)對于山區(qū)公路路側(cè)交通安全的研究相對較少。陳樂生，等[3]依據(jù)邊坡高度、坡度、坡腳狀態(tài)和重要構(gòu)造物，結(jié)合交通事故歷史數(shù)據(jù)，采用專家打分法提出了路側(cè)危險度劃分方法。在《公路安全保障工程實施技術(shù)指南》[4]中，基于灰色聚類理論，根據(jù)不同路側(cè)凈區(qū)寬度、邊坡坡度深度、路側(cè)是否有障礙物等情況將路側(cè)安全等級劃分為4級，級別越高表示路側(cè)安全水平越低，劃分方法適用于高速公路和其他等級公路；牛世峰，等[5]利用事故樹分析方法建立了交通安全評價指標(biāo)確定方法；游克思，等[6]借鑒國外相關(guān)研究成果，基于專家打分法，考慮車輛駛出路側(cè)概率、與路側(cè)危險物碰撞嚴(yán)重程度，得到路側(cè)危險指數(shù)，在此基礎(chǔ)上建立了路側(cè)危險指數(shù)定量評價路側(cè)安全。

國內(nèi)4級劃分與美國7級劃分都是根據(jù)影響路側(cè)安全的主要因素進(jìn)行劃分，屬于定性描述，由于影響路側(cè)安全的眾多因素間存在關(guān)聯(lián)，針對具體的路側(cè)特征，難以直接用上述方法評估路側(cè)危險程度，一般情況下仍采用設(shè)計、研究人員的經(jīng)驗判斷[7]。筆者以貴州省山區(qū)高速公路作為工程依托，在充分調(diào)研實際情況的基礎(chǔ)上，利用路側(cè)事故分析和相關(guān)數(shù)學(xué)方法，采用模糊數(shù)學(xué)的理論建立了評估不同路段路側(cè)事故風(fēng)險大小的方法。

1 風(fēng)險指標(biāo)的構(gòu)建

目前國內(nèi)外對于路側(cè)事故影響因素的研究基本趨于一致，主要包括道路幾何條件、交通流特征以及路側(cè)環(huán)境幾大類。經(jīng)過分析調(diào)研，建立如圖1的風(fēng)險指標(biāo)體系。

圖1 路側(cè)風(fēng)險指標(biāo)體系

按照公路路側(cè)的危險狀況，采用路側(cè)危險度HB值來描述路側(cè)和橋側(cè)的危險指數(shù)，HB值計算方法如式(1)：

HB=K1×K2×(A1×A2)

(1)

式中：A1，A2分別為邊坡高度和坡度，是表征HB的主要參數(shù)；K1，K2分別為坡腳狀況和重要構(gòu)造物，表征這兩個參數(shù)對路側(cè)事故的放大系數(shù)。

危險度各參數(shù)定義方法如表1。

表1 危險度參數(shù)取值

通過對山區(qū)高速公路路側(cè)事故調(diào)研以及國內(nèi)已有的山區(qū)高速公路交通安全研究結(jié)果，可以得出路側(cè)事故率及嚴(yán)重程度與各影響因素的關(guān)系。進(jìn)而對事故率、死亡人數(shù)及受傷人數(shù)進(jìn)行多元線性回歸計算，得出某路段億車公里事故率(Y1)、年死亡人數(shù)(Y2)和受傷人數(shù)(Y3)。

目前交通管理部門公布的交通安全統(tǒng)計數(shù)字有3大指標(biāo)：年事故次數(shù)、年死亡人數(shù)和年經(jīng)濟(jì)損失。但對于一條高速公路的路側(cè)安全評價來說，這些絕對指標(biāo)就不完全適用，因為它們沒有反映出這些數(shù)字與道路長度和交通量大小等的關(guān)系。因此，引入能夠連接影響因素和路側(cè)事故風(fēng)險大小的中間變量作為評價指標(biāo)，指標(biāo)及其表達(dá)式如表2，表中Q為該路段的年平均日交通量，L為該路段的長度。

表 2 安全評價指標(biāo)及其表達(dá)式

2 風(fēng)險評估模型

為將路段路側(cè)事故風(fēng)險大小進(jìn)行量化，提出了“事故風(fēng)險值”的概念。它是一個較為模糊的概念，而模糊數(shù)學(xué)是描述模糊現(xiàn)象的數(shù)學(xué)，因此采用模糊評價理論來建立路側(cè)事故風(fēng)險值模型。路側(cè)事故風(fēng)險值計算過程如圖2。

圖2 風(fēng)險值計算過程

2.1 隸屬函數(shù)的確定

隸屬函數(shù)是模糊數(shù)學(xué)的一種理論，它的作用是將模糊信息定量化，其取值本身也反映了事故風(fēng)險指標(biāo)對路側(cè)事故風(fēng)險的隸屬程度。評價指標(biāo)的隸屬函數(shù)具有如式(2)的性質(zhì)，隸屬度分布如圖3。

fi∈[0，1]

(2)

圖3 隸屬度分布

由圖3分析，隸屬函數(shù)可以按照降半拋物型分布來確定，其表達(dá)式如式(3)：

(3)

式中：f為風(fēng)險指標(biāo)值；a為風(fēng)險指標(biāo)下限；b為風(fēng)險指標(biāo)上限。

風(fēng)險指標(biāo)隸屬度越大說明對應(yīng)指標(biāo)的風(fēng)險值越大。當(dāng)風(fēng)險指標(biāo)值小于它的下限時指標(biāo)隸屬度為1，當(dāng)風(fēng)險指標(biāo)值大于指標(biāo)上限時，該指標(biāo)隸屬度為0。

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重是指標(biāo)對綜合路側(cè)事故風(fēng)險值的影響程度。采用層次分析法(AHP)確定各類指標(biāo)的權(quán)重。層次分析法是20世紀(jì)70年代由著名運籌學(xué)家T.L.Satty[8]提出的一種定性和定量相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策方法。它的基本原理是用兩兩比較的方法確定判斷矩陣，然后根據(jù)判斷矩陣的最大特征根相應(yīng)的特征向量作為相應(yīng)的系數(shù)，最后綜合出各方案的權(quán)重。

通過對已往事故數(shù)據(jù)計算分析，得出各指標(biāo)隸屬函數(shù)界限值以及權(quán)重如表3。

表3 隸屬函數(shù)界限值及權(quán)重

2.3 事故風(fēng)險值計算模型

事故風(fēng)險指標(biāo)隸屬度本身反映了路側(cè)安全水平的高低，每項事故風(fēng)險指標(biāo)對路側(cè)事故風(fēng)險值影響程度不同，因此建立如式(4)的事故風(fēng)險值計算模型：

(4)

利用路側(cè)事故風(fēng)險指標(biāo)并結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論隸屬函數(shù)，即可計算出不同路段路側(cè)事故風(fēng)險值大小。

2.4 事故風(fēng)險等級劃分

根據(jù)上述方法計算出的路側(cè)事故風(fēng)險值，其數(shù)值范圍介于0～1，數(shù)值大小通過路側(cè)事故風(fēng)險指標(biāo)做為中間變量，來間接展示道路、交通、環(huán)境等條件與路側(cè)事故風(fēng)險的關(guān)系。針對如何根據(jù)事故風(fēng)險值確定危險程度的問題，筆者結(jié)合國內(nèi)已有研究成果及專家意見，制定了如表4的定量衡量山區(qū)高速公路路側(cè)事故風(fēng)險等級評估方法。

表4 路側(cè)事故風(fēng)險等級評估

3 風(fēng)險等級評估方法的檢驗

筆者收集貴州省內(nèi)貴遵高速、玉凱高速、鎮(zhèn)勝高速和凱麻高速路段的相關(guān)資料數(shù)據(jù)，通過對路側(cè)事故風(fēng)險等級與路側(cè)安全實際狀況進(jìn)行對比來檢驗評估方法的合理性，路段的路側(cè)整體事故風(fēng)險等級計算如表5、表6。

表5 路段路側(cè)事故風(fēng)險指標(biāo)值

表6 路段整體路側(cè)事故風(fēng)險等級評估結(jié)果

從表6中可以看出：凱麻高速路側(cè)事故風(fēng)險等級最高，路側(cè)發(fā)生事故的可能性大，且事故傷亡程度嚴(yán)重，已被確定為貴州省內(nèi)事故多發(fā)隱患路段，與實際情況相符；貴遵、玉凱和鎮(zhèn)勝高速則是選擇全線來考慮的，其整體線形指標(biāo)較好，其路側(cè)事故風(fēng)險等級較小，相對來說，貴遵高速的整體路側(cè)安全問題更為突出，其路側(cè)事故風(fēng)險等級高于玉凱高速和鎮(zhèn)勝高速，與實際情況相符。因此，經(jīng)上述檢驗可知，構(gòu)建的事故風(fēng)險評估方法較為合理。

4 路側(cè)防護(hù)措施

基于大量的事故情況、道路線形和路側(cè)環(huán)境等各方面的數(shù)據(jù)調(diào)研，在綜合各因素情況下，經(jīng)理論分析后，將路側(cè)安全問題歸結(jié)到路側(cè)事故風(fēng)險等級大小問題上來。根據(jù)路側(cè)事故風(fēng)險等級確定路側(cè)是否需要安全防護(hù)及防護(hù)等級。結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，建議參考表7，依據(jù)路側(cè)事故風(fēng)險等級設(shè)置護(hù)欄。

表7 路側(cè)護(hù)欄設(shè)置建議

5 結(jié) 語

筆者引入路側(cè)事故風(fēng)險指標(biāo)做為中間變量，來間接展示道路、交通、環(huán)境等條件與路側(cè)事故風(fēng)險的關(guān)系，構(gòu)建了可定量評價山區(qū)高速公路路側(cè)事故風(fēng)險等級大小的方法。經(jīng)貴州省內(nèi)高速公路部分路段檢驗，構(gòu)建的路側(cè)事故風(fēng)險等級評價方法合理有效，并能對局部路段和全路段的路側(cè)安全隱患進(jìn)行查找和分析，有利于提前發(fā)現(xiàn)隱患并提出相應(yīng)的治理改進(jìn)措施。

[1] Stonex K A.Roadside design for safety [C]//Transportation Research Board Business Office.Highway Research Board Proceedings.Washington D.C.:Highway Research Board,1960:120-156.

[2] Zegeer C V,Reinfurt D W,Hummer J,et al.Safety Effects of Cross-Section Design for Two-Lane Roads [R].Washington D.C.:FHWA,TRB of National Research Council,1987.

[3] 陳樂生,游宏,李永江,等.山區(qū)一般公路路側(cè)危險度劃分方法研究[J].公路,2005(11):159-163. Chen Lesheng,You Hong,Li Yongjiang,et al.Research on classified method on danger degree of roadside of ordinary highways in mountainous areas [J].Highway,2005(11):159-163.

[4] 交通部公路安全保障工程技術(shù)組.公路安全保障工程實施技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社,2004. The Ministry of Transportation Highway Security Engineering Group.Guideline for Implementation of Highway Safety Enhancement Project [M].Beijing:China Communications Press,2004.

[5] 牛世峰,鄭永雄,馮薩丹,等.基于事故樹的公路路段交通安全評價方法[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2013,32(1):87-90. Niu Shifeng,Zheng Yongxiong,Feng Sadan,et al.Traffic safety evaluation method for highway section based on fault tree [J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2013,32(1):87-90.

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[8] Satty T L.The Analytic Hierarchy Process [M].New York:MC Graw-Hill,1980.

Assessment Method for Roadside Risk Grade of Freeway in Mountainous Areas

Liu Yan1, 2, Chen Jianlei3, Liu Zhigang4, Zou Fei5, Hu Shijing6

(1. School of Transportation Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China; 2. Guizhou Provincial Expressway Administration, Guiyang 550004, Guizhou, China; 3. Guizhou Provincial Transportation Department, Guiyang 550003, Guizhou, China; 4. Beijing Shenhuada Traffic Engineering Test Co. Ltd., Beijing 102208, China; 5. Guizhou Province Traffic Construction Engineering Quality Supervision Bureau, Guiyang 550004, Guizhou, China; 6. Guizhou Polytechnic College of Communications, Guiyang 550008, Guizhou, China)

Firstly, it was stated that the research on safety assessment for roadside accident of freeway in mountainous areas was significant for reducing traffic accidents. Roadside risk indicators were introduced as intermediate variables to indirectly show the relation between the roadside accident risk and the condition of road, traffic as well as the environment. In addition, based on the subordinate function in fuzzy mathematics, the method to quantitatively assess the roadside accident risk grade of freeway in mountainous areas was established. Finally, the reasonableness and effectiveness of the proposed method was verified through the application on four freeways in mountainous areas in Guizhou province.

traffic engineering; roadside accident; safety assessment; risk indicator; subordinate function

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.01.19

2013-07-03；

2013-09-09

貴州省交通運輸廳科技項目(2012-141-032)

劉 彥(1983—)，男，貴州思南人，工程師，碩士研究生，主要從事公路工程建設(shè)管理、瀝青路面工程及材料和道路安全工程方面的研究。E-mail：lzg1610@163.com。

U491

A

1674-0696(2015)01-087-04