吳德華，林庚釵

(福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350108)

如何對高速公路運(yùn)營安全進(jìn)行客觀評價值得深入研究，因?yàn)樗兄陬A(yù)防重特大交通事故，科學(xué)安排日常安全管理，提高運(yùn)營安全水平。目前道路運(yùn)營安全評價可以分為兩大類，一類是基于事故數(shù)據(jù)的直接評價，另一類是基于非事故數(shù)據(jù)的間接評價。

基于事故數(shù)據(jù)的直接評價即根據(jù)交通事故直接進(jìn)行數(shù)值分析對比，如早期的“學(xué)習(xí)心理學(xué)”模型［1］、Smeed 模型［2］、伊·阿拉加爾模型［3］等基于單一事故數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測和評價，90 年代后國內(nèi)學(xué)者相繼提出了基于多指標(biāo)的事故綜合評價模型，如文獻(xiàn)［4－5］中利用模糊評價法、主成分回歸分析法、灰色系統(tǒng)理論等方法建立了交通安全評價模型;文［6］建立了以模糊數(shù)學(xué)綜合評價模型為基礎(chǔ)的評價和預(yù)測方法;文［7］建立了上海市公路網(wǎng)安全宏觀評價投影尋蹤模型等。

基于非事故數(shù)據(jù)的間接評價，根據(jù)目前的研究狀況，可歸納為三種:一是基于交通流參數(shù)的間接評價。如基于運(yùn)行車速的典型評價模型有Solomon［8］、Monash［9］、EURO［10］等模型;交通沖突技術(shù)(TCT)是國際新興的一種非事故統(tǒng)計評價理論方法，已受到廣泛認(rèn)可，國內(nèi)很多學(xué)者也開展了基于交通沖突技術(shù)的交叉口交通安全評價研究;基于行車風(fēng)險的評價模型也有一些研究成果如文［11］等。二是基于道路交通設(shè)施參數(shù)的間接評價，如美國公路安全手冊(HSM)分析道路行車條件如平曲線、路面寬度對道路安全的影響，建立不同道路類型的安全評價模型。三是基于道路用戶心理、生理參數(shù)特征的間接評價。如文［12］、［13］等從視覺、生理和心理等相關(guān)的駕駛員工作負(fù)荷角度來研究道路的安全性問題。

這些研究成果對道路運(yùn)營安全的評價研究起到重要的推動作用，然而直接評價和間接評價都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，直接評價相對比較直觀，但是其基礎(chǔ)是事故數(shù)據(jù)，由于目前我國受到統(tǒng)計手段落后和統(tǒng)計口徑不一致的影響，統(tǒng)計結(jié)果往往可信度較低。間接評價中道路用戶心理、生理參數(shù)特征需要相應(yīng)的分析儀器才能獲得，實(shí)用性相對較差。為了對公路運(yùn)營安全進(jìn)行全面、客觀的衡量，需要建立一個綜合評價指標(biāo)體系。因此本文研究重點(diǎn)是如何合理構(gòu)建一個基于多指標(biāo)的綜合評價指標(biāo)體系，并保證指標(biāo)數(shù)據(jù)獲得的可行性和便利性;如何消除多個評價指標(biāo)之間權(quán)重確定的隨意性，以保證評價結(jié)果的公平、公正。

1 高速公路運(yùn)營安全綜合評價指標(biāo)體系

1.1 綜合評價指標(biāo)體系構(gòu)成分析

公路建設(shè)項(xiàng)目在通過驗(yàn)收投入運(yùn)營后，道路主體工程的連續(xù)性和道路路側(cè)安全度已經(jīng)基本定型，而道路路面狀況和交通工程設(shè)施隨著使用年限的延長對運(yùn)營安全有動態(tài)的影響。運(yùn)營中的交通特征，如交通量及其組成、運(yùn)行車速等交通參數(shù)與運(yùn)營安全之間存在密切的內(nèi)在聯(lián)系。運(yùn)營中的交通管理可以實(shí)時對運(yùn)營中的交通狀態(tài)進(jìn)行有效干預(yù)，運(yùn)營管理水平一般可以用階段運(yùn)營時間后的事故特征來衡量和表征。為了全面、客觀評價公路運(yùn)營安全，可以分別從影響運(yùn)營安全的固定基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)營中的交通特征、階段運(yùn)營后事故特征三個方面選擇評價指標(biāo)，即綜合評價指標(biāo)體系應(yīng)由道路交通設(shè)施特征指標(biāo)、交通流運(yùn)行特征指標(biāo)和事故特征指標(biāo)構(gòu)成。

根據(jù)以上分析，道路交通設(shè)施特征從道路主體工程的連續(xù)性、道路路側(cè)的安全度、道路路面平整度、道路路面抗滑性、交通工程設(shè)施規(guī)范性五個方面進(jìn)行表征。運(yùn)營中的交通特征，為了可操作性和實(shí)用性，利用運(yùn)營中的車速參數(shù)與交通安全之間的內(nèi)在相關(guān)性，通過預(yù)測或觀測車速參數(shù)來對交通安全進(jìn)行表征。階段運(yùn)營后的交通事故特征主要從交通事故的總量和事故的嚴(yán)重度來進(jìn)行表征，構(gòu)成的綜合評價指標(biāo)體系見表1。

表1 高速公路運(yùn)營安全綜合評價指標(biāo)體系

1.2 評價指標(biāo)量化及評價標(biāo)準(zhǔn)

為了定量分析高速公路運(yùn)營安全，需要對評價指標(biāo)體系中各評價指標(biāo)進(jìn)行定量計算或打分。

(1)線形綜合評價指標(biāo)［14］

式中:F為線形綜合指標(biāo)值，j為公里里程數(shù)，R為曲線半徑，I為曲線轉(zhuǎn)角，i為縱斷面坡度，n為車道數(shù)，B為車道寬度，w1和w2分別為左右側(cè)路肩寬度;當(dāng)?shù)缆飞嫌龅綐蛄骸⑺淼赖冉Y(jié)構(gòu)物存在或者道路寬度突然變窄時ξ=0.25，其他情況ξ=0。可以根據(jù)設(shè)計線形資料計算獲得。

(2)路側(cè)安全度指標(biāo)

公路路側(cè)安全度主要由路側(cè)凈空區(qū)、邊坡等影響因素進(jìn)行衡量，根據(jù)路側(cè)和邊坡特征分級如下［15］:

①安全等級Ⅰ級:路側(cè)凈空區(qū)大于6 m，邊坡小于1∶4，事故后車輛可以駛回公路。

②安全等級Ⅱ級:路側(cè)凈空區(qū)約為3～6 m，邊坡約為1∶3或1∶4，路側(cè)表面粗糙，事故后車輛勉強(qiáng)可以駛回公路。

③安全等級Ⅲ級:路側(cè)凈空區(qū)約為1.5～3 m，邊坡約為1∶2，距車道邊緣2 米內(nèi)可能有剛性物體，事故后車輛不能駛回公路。

④安全等級Ⅳ級:路側(cè)凈空區(qū)小于1.5 m，邊坡大于1∶2，路側(cè)為懸崖或垂直的巖石，事故后車輛不能駛回公路，路側(cè)碰撞的嚴(yán)重程度很高。

該指標(biāo)可以根據(jù)設(shè)計資料和現(xiàn)場考察綜合評分。

(3)路面平整度指數(shù)

公路路面狀況對行車安全性具有重要影響，隨著路面不平整度和破損程度的提高，使得駕駛員為追求駕駛舒適性頻繁變換車道，提高行車風(fēng)險，是主要的交通安全隱患。公路路面狀況采用路面狀況綜合指標(biāo)PCI 進(jìn)行衡量，可以采用公路養(yǎng)護(hù)部門測量或評估值［16］。

(4)路面橫向力系數(shù)

路面抗滑性能采用橫向力系數(shù)SFC 對路面的抗滑能力進(jìn)行評價，該指標(biāo)可以采納公路養(yǎng)護(hù)部門的測量值或評估值，測量車要求以50 km/h 的標(biāo)準(zhǔn)車速測定橫向力系數(shù)。

(5)交通工程設(shè)施規(guī)范性指數(shù)(Traffic Engineering Facility Index，TEFI)

交通工程設(shè)施規(guī)范性主要從交通標(biāo)志標(biāo)線、安全護(hù)欄、防眩設(shè)施、隔離防護(hù)設(shè)施和誘導(dǎo)設(shè)施的正確性和完整性進(jìn)行直接打分評價，見表2。該指標(biāo)可以根據(jù)設(shè)計資料或現(xiàn)場考查后進(jìn)行綜合打分。

表2 交通工程設(shè)施規(guī)范性打分表

(6)單位里程車速標(biāo)準(zhǔn)差

運(yùn)行車速參數(shù)與交通事故率之間存在內(nèi)在的聯(lián)系，已有的研究證明了道路上的車速分布越離散，交通事故率越高。高速公路運(yùn)行車速采用單位里程內(nèi)車速標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)進(jìn)行衡量:

其中:S為單位里程L 內(nèi)第85%位車速標(biāo)準(zhǔn)差(km/h)，v85i為第i 個幾何元素第85% 位車速(km/h);v85為第85%位平均車速(km/h)，li為第i 個幾何元素對應(yīng)的起點(diǎn)樁號里程(km);li+1為第i 個幾何元素對應(yīng)的終點(diǎn)樁號里程，即第i+1 個幾何元素對應(yīng)的起點(diǎn)樁號里程(km);L為里程長度(km);n為里程長度L 內(nèi)幾何元素(直線和曲線)的總個數(shù)。該指標(biāo)在現(xiàn)場觀測困難情況下，可以根據(jù)設(shè)計線形資料參考文獻(xiàn)［17］進(jìn)行預(yù)測。

(7)億車公路事故率和事故致死率

億車公路事故率指標(biāo)是目前國際上通用的表征綜合事故率的指標(biāo)，計算公式如下:

式中:Rk為1 年間每億車公里事故數(shù)(次/ 億車公里);A為評價目標(biāo)公路一年內(nèi)總運(yùn)行車公里數(shù)事故(起);K為評價目標(biāo)公路一年內(nèi)總運(yùn)行車公里數(shù)=為各分段公路長度×各分段公路上統(tǒng)計年內(nèi)的交通量。

交通事故致死率是描述交通事故嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)，計算公式如下:

式中:d為事故致死率(%);D為死亡人數(shù)(人);W為受傷人數(shù)(人)。

億車公路事故率和事故致死率可采用公路安全管理部門數(shù)據(jù)。

綜合以上分析，在確定各評價指標(biāo)的計算方法后，根據(jù)每個指標(biāo)自身的特點(diǎn)，可以確定各評價指標(biāo)的評價閾值表，見表3。

表3 各評價指標(biāo)評價閾值表

2 評價指標(biāo)權(quán)重賦值

2.1 集值統(tǒng)計模型法確定權(quán)重

為了減少評價中的隨機(jī)誤差，準(zhǔn)則層和子準(zhǔn)則層的指標(biāo)權(quán)重可以分別采用集值統(tǒng)計模型進(jìn)行確定。集值統(tǒng)計法是經(jīng)典統(tǒng)計和模糊統(tǒng)計的一種推廣，經(jīng)典統(tǒng)計在每次統(tǒng)計中獲得的是相空間中的一個確定點(diǎn)，而集值統(tǒng)計法在每次試驗(yàn)中得到的是一個區(qū)間［18］。假設(shè)，專家評審團(tuán)對于評價指標(biāo)中各評價指標(biāo)權(quán)重值wi(i=1，2，…，m)的評審，對應(yīng)評價范圍記作Zi，若有Zi位專家，則第k(k=1，2，…，n)個專家給出的評價區(qū)間記為，且，則n 位專家的評價區(qū)間形成了一個集值統(tǒng)計序列［該序列疊加起來則可以用數(shù)軸上的樣本落影函數(shù)來表示，記為(w)。

對(1)式的積分進(jìn)行求解，得:

此外，考慮各位專家的學(xué)歷，從業(yè)時間以及經(jīng)驗(yàn)等，定義了各專家的權(quán)重系數(shù)hk(k=1，2，…，n)，則各評價指標(biāo)相對權(quán)重為:

對其進(jìn)行歸一化處理，即可得到每一個指標(biāo)的綜合權(quán)重:

2.2 功效系數(shù)法及評價值域確定

為了盡可能地反映實(shí)際情況，排除由于各項(xiàng)指標(biāo)的量綱不同以及其數(shù)值數(shù)量級間的懸殊差別所帶來的影響，避免不合理現(xiàn)象的發(fā)生，用功效系數(shù)法對各評價指標(biāo)作無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)后的評價值域分為4 檔，每檔對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)間值見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)化后的評價值域

利用功效系數(shù)法對各評價指標(biāo)進(jìn)行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化如下:

當(dāng)評價指標(biāo)為正向指標(biāo)(數(shù)值越大越理想)時，標(biāo)準(zhǔn)化計算公式為:

當(dāng)評價指標(biāo)為反向指標(biāo)(數(shù)值越大越不理想)時，標(biāo)準(zhǔn)化計算公式為:

3 案例分析

為對福建省境內(nèi)寧德至武夷山高速公路某路段進(jìn)行運(yùn)營安全評價，邀請5 位專家對評價指標(biāo)體系中準(zhǔn)則層和子準(zhǔn)則層中各評價指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重區(qū)間判定，根據(jù)5 位專家研究領(lǐng)域和工作經(jīng)驗(yàn)，確定權(quán)重為［0.30，0.20，0.15，0.15，0.10］，各評價指標(biāo)權(quán)重區(qū)間見表5、表6 和表7。

表5 準(zhǔn)則層評價指標(biāo)權(quán)重專家判定區(qū)間

表6 子準(zhǔn)則層(一)評價指標(biāo)權(quán)重專家判定區(qū)間

表7 子準(zhǔn)則層(三)評價指標(biāo)權(quán)重專家判定區(qū)間

根據(jù)綜合權(quán)重的計算公式可以算得準(zhǔn)則層U1、U2、U3三個指標(biāo)的綜合權(quán)重為［0.21，0.28，0.51］，子準(zhǔn)則層(一)U11、U12、U13、U14、U15五個指標(biāo)的綜合權(quán)重為［0.20，0.28，0.16，0.21，0.15］，子準(zhǔn)則層(二)只有一個指標(biāo)U21綜合權(quán)重為1.00，子準(zhǔn)則層(三)U31、U32兩個指標(biāo)的綜合權(quán)重為［0.71，0.29］，綜合考慮準(zhǔn)則層和子準(zhǔn)則層指標(biāo)的綜合權(quán)重，可以算得各指標(biāo)對目標(biāo)層的最終權(quán)重［0.04，0.06，0.03，0.04，0.03，0.28，0.36，0.15］，見表8。

表8 評價指標(biāo)的最終權(quán)重及指標(biāo)值計算表

另外根據(jù)該高速公路路段管理處提供的設(shè)計、養(yǎng)護(hù)和安全相關(guān)資料(2013 年)，計算得到各評價指標(biāo)的原始值:線性綜合評價值=1800，路側(cè)安全度指標(biāo)=85，路面平整度指數(shù)=83.5，路面橫向力系數(shù)=0.46，交通工程設(shè)施規(guī)范性指數(shù)=70.0，單位里程車速標(biāo)準(zhǔn)差=4.4 km/h，億車公里事故率=18.6(次/km·10－8veh－1)，事故致死率=6.7%，利用功效系數(shù)法標(biāo)準(zhǔn)化后的取值以及評價最終累計值64.4(見表8)，對照標(biāo)準(zhǔn)化后的評價值域(表4)可以確定該高速公路路段運(yùn)營水平處于良好級別。

4 結(jié)論

本文在分析高速公路運(yùn)營安全直接評價和間接評價各自的研究現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)，以及影響高速公路運(yùn)營安全的主要因素后，建立了多指標(biāo)評價指標(biāo)體系和評價標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行了案例分析，得到主要結(jié)論如下:

(1)從影響公路運(yùn)營安全的固定基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)營中的交通特征、階段運(yùn)營后事故特征三個方面構(gòu)建了由表征道路交通設(shè)施特征指標(biāo)、交通流運(yùn)行特征指標(biāo)和事故特征指標(biāo)8 個評價指標(biāo)組成的高速公路運(yùn)營安全綜合評價指標(biāo)體系。

(2)為各評價指標(biāo)量化提供了相應(yīng)的計算公式或評價打分依據(jù)，并初步提出各評價指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn);為消除評價中的隨機(jī)誤差用集值統(tǒng)計模型法確定各評價指標(biāo)的權(quán)重，并建立了標(biāo)準(zhǔn)化后的評價值域，利用功效系數(shù)法對各評價指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理。

(3)案例分析結(jié)果表明高速公路運(yùn)營安全綜合評價算法可以較好地進(jìn)行量化對比和評價。

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