程勁釗，栗振鋒，任麗超，翟文卿

(太原科技大學交通與物流學院，太原 030024)

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基于道路因素的交通安全模糊綜合評價的研究

程勁釗，栗振鋒，任麗超，翟文卿

(太原科技大學交通與物流學院，太原 030024)

摘要：近年來，道路交通安全事故頻發(fā)，狀況日趨惡化，針對此現(xiàn)狀提出模糊綜合評價方法，對道路平面、縱斷面、橫斷面、路面狀況以及交通工程設施等影響交通安全的道路因素進行定性及定量的分析，利用層次分析法確定各因素的權重，用模糊評價法建立基于道路因素的交通安全評價體系，并利用該體系對實例進行分析。

關鍵詞：道路因素；交通安全；模糊評價；層次分析法

在交通各要素中，道路是交通的基礎，探討道路因素對交通安全的影響也有了重要的意義[1]。道路黑點，又稱之為道路交通事故多發(fā)點，是指道路交通事故發(fā)生率顯著突出的地點[2]。道路黑點的存在極大的影響了整體道路交通的安全，成為了影響交通安全的一顆毒瘤，也越來越受到交通決策者們的重視，成為了現(xiàn)在道路交通安全評價的主要對象。道路交通安全評價中，很多概念并沒有清晰的界限和明確的定義，同時不同的評價者也有著不同的思維方式。對于這樣的問題，經(jīng)典數(shù)學并不能有效地解決，而模糊評價，是基于模糊數(shù)學中的一些概念對實際生活中的評價問題提出的評價方法[3]，是將模糊數(shù)學作為評價體系的基礎，應用模糊關系合成的原理，將不易定量或邊界不清的評價目標定量化以達到評價目的[4]。因此，用模糊綜合評價法對影響道路安全的道路因素進行分析評價，其評價的結(jié)果會更符合實際。

1數(shù)學模型描述

設U={u1,u2，…,um}為表述評價目標的m種因素(評價指標)；

V={v1,v2，…,vn}為描述每個單一因素所處狀態(tài)的n種評價決斷(評價等級)。

m為評價因素的個數(shù)，n為評價次數(shù)。

首先，對因素集中的單因素ui(i=1,2,…,m)作單因素評價，從因素ui著眼，對評價等級vi(i=1,2,…,n)的隸屬度為rij，由此得出第i個因素ui的單因素評價集：

r=(rr1,ri2,…,rin)

總評價矩陣R是由m個著眼因素的評價集構(gòu)造出的。

(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

其中，rij表示第i個因素ui在第j次評價中的頻率分布，滿足∑rij=1[5].

設A為U上的一個模糊子集，作為權數(shù)分配集，A=(a1,a2,…,am)，其中ai>>0，∑ai=1.

設B為V上的一個模糊子集，作為模糊評價，也稱之為決策集，B=(b1,b2,…,bn).

B=AR，稱為模糊變換。如果評判結(jié)果∑bi≠1，將其歸一化[6]。

2道路交通安全評價體系的建立

2.1指標體系建立原則

道路交通安全綜合評價體系建立的前提，是建立評價指標。在設立評價指標時，有以下六條基本原則要遵循[7]：

1.目的性：建立的評價系統(tǒng)中的任意一項評價指標都要基于評價目的來展開，應能準確的反映出評價者的評價意圖。

2.系統(tǒng)性：指標體系必須全面地反映出評價的綜合情況，以保證評價結(jié)果的可信度。

3.可操作性：在建立指標體系時應注意，體系中每一個評價指標都應具有明確的含義，并且能及時收集到準確數(shù)據(jù)。

4.獨立性：各指標之間應相互獨立，不能具有相互包含的關系。

5.實用性：所采用的評價方式應接近實際，其獲得的評價結(jié)果才能更客觀準確的反應實際情況。

6.可比性：對于每一個評價的對象都是平等的、具有可比性的。各評價的對象之間不能含有傾向性指標。

在道路交通安全的綜合評價指標體系的建立過程中，若要保證由此評價體系得到評價結(jié)果符合實際，能較準確的反映道路安全狀況，那么就必須遵循以上基本原則。

2.2道路交通安全評價指標體系的建立

在對道路交通安全的評價過程中，需要注意有很多道路因素都將影響交通安全，因此采用二級評價指標以確保評價的全面性和可信度。

一級指標為：U1平面；U2縱斷面；U3橫斷面；U4路面狀況；U5交通工程設施。并由此確定二級指標。

1.U1平面：U11直線長度；U12圓曲線半徑；U13平曲線轉(zhuǎn)角；U14平曲線長度。

2.U2縱斷面：U21縱坡度；U22縱坡長；U23豎曲線半徑；U24豎曲線長。

3.U3橫斷面：U31中央分隔帶寬度；U32行車道寬度；U33路肩寬度；U34橫坡和超高值。

4.U4路面狀況：U41路面平整度；U42路面破損情況；U43路面抗滑性能。

5.U5其他：U51交通安全設施；U52標志標線。

2.3評判權重的確定

在用多個評判指標來進行評價時，各個評價指標對所評價的對象產(chǎn)生的影響不同，所占比重不同，因此，應進行各指標權重的確定。指標權重是表征各評價因素相對于評價目標重要性的量度值，以一種數(shù)量形式來對比及權衡被評價對象的各評價指標的相對重要性[8]。

權重的確定也存在著一些差異，主要存在于以下三個方面：

1.主觀差異：評價體系中的各評價指標在不同的評價者心中的重視程度也不同；

2.客觀差異：各指標對被評價對象的影響程度不同；

3.可靠度差異：各評價指標來源的可靠程度不同。

通常用來確定評價指標各因素權重的方式有兩種：經(jīng)驗法以及數(shù)學法。經(jīng)驗法又稱為定性法，由專家直接估計權值；數(shù)學法又被稱為定量法，其基礎為經(jīng)驗法，加以數(shù)學原理，可以更加客觀性的反應評價情況。

本文采用層次分析法(AnalyticHierarchyProcess，AHP)進行權重的確定。利用此方法可以提高此評價體系的準確性，準確的反應各指標對于被評價對象的重要程度，保證其科學性和客觀性。

層次分析法是指將決策問題的各種相關元素分解為目的、評價項目等幾個層次，對評價對象進行定性以及定量分析的一種綜合決策方法。層次分析法的優(yōu)點在于它能將人的思維過程分為幾個有序的才層次，用清晰的數(shù)量表征，并用數(shù)學方法作為分析、決策的依據(jù)，具有很高的準確性。利用此方法可以深層次的分析復雜的問題的本質(zhì)，并對影響因素以及各因素之間的內(nèi)在聯(lián)系進行了分析，使整個決策思維過程更加層次化，從而有序的構(gòu)建評價層次結(jié)構(gòu)，為原本復雜抽象的決策問題提供簡便而有效的決策方法。

層次分析法的步驟：

1.根據(jù)評價目的以及評價項目等因素建立層次結(jié)構(gòu)模型。

2.構(gòu)造判斷矩陣。將本級中的某一元素作為基準，對同級各因素的重要性進行對比，并列出判斷矩陣；針對上一層的某一元素，同級的因素兩兩進行重要性的比較，列出同級元素重要性判斷矩陣[9]。

(1)同一級元素之間相對重要性的判斷矩陣的確定：

表1　判斷矩陣的判斷尺度及其含義

注：若判斷的重要性介于表格中兩個相鄰等級之間，則可用2、4、6、8、1/2、1/4、1/6、1/8等來表達其重要性。

此判斷矩陣是將本級中某一元素當作基準，兩兩比較本級的所有元素的相對重要性，從而確定此判斷矩陣中的各元素。確定判斷矩陣時使用的判斷尺度詳見表1，假設aij為元素Ai對元素Aj相對重要性矩陣的元素。例如：若Ai比Aj略重要，則aij=3，反之，aij=1/3.

(2)構(gòu)造判斷矩陣，形式如下：

Bk A1 A2 … AnA1 A11 A12 … A1nA2 A21 A22 … A2n An An1 An2 … Ann

實際上，現(xiàn)實中較復雜的評價或決策問題中，判斷矩陣一般經(jīng)過多位具有相關工作經(jīng)驗的專家對各因素的重要程度進行全面分析后確定的。其本質(zhì)是將專家淵博的專業(yè)知識和豐富的工作經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為評價和決策需要的有用信息。

(3)判斷矩陣一致性檢驗[10]：

1-9階判斷矩陣的平均隨機一致性指標RI取值也存在差異，詳見表2.

表2　平均隨機一致性指標RI

(4)層次排序

層次排序是指根據(jù)得到的判斷矩陣，計算本層中各元素對上一級元素的重要性次序的權值，一般來講，可將此問題轉(zhuǎn)換為計算判斷矩陣的最大特征根和特征向量的問題。

判斷矩陣每一行元素的乘積Mi：

最大特征根λmax為：

其中，(AW)i為向量AW的第i個元素。

2.4確定評價等級

評價等級是指對各個影響元素的狀態(tài)進行評價的指標。一般的，人們可以較明確判別的好與差的程度級別最大為九個等級，評語的等級劃分得越詳細，則由其得出的評價結(jié)果越準確，但也存在弊端，那就是評價的過程也越復雜，也較難掌握；若評語的等級過少，又不能得到客觀準確的評價結(jié)果。因此，評語的等級過多或過少，都將使得評價結(jié)果缺乏準確性和可靠性，故評語等級數(shù)量應以適中為宜。另外等級數(shù)通常取奇數(shù)，這樣得到的評語等級分布平衡，除中間項外前后相互對應，可以使評價者在評價過程中思路更清晰，同時也有利于得到隸屬度對比指數(shù)[11]。本文中的道路因素的評價體系中，評語的等級分布見表3.

表3　評價等級

3實例分析

3.1道路概況

研究路段為某國道位于山西省的某一路段，全長30.23km.本路段修建于上世紀七十年代，修建年限早，技術標準低，地形條件差，是“先天不足”的山區(qū)公路，由于資金不足，本路段一直未得到改造，也沒有補充必要的安全保障設施，路側(cè)險要地段缺少或沒有防護設施及標志牌，存在著極大的交通安全隱患。其中K219+100～K249+331段為1971年修建的三級公路，由于地形復雜，山路崎嶇，故路基寬度變化較大，參差不齊，有7m、7.5m、7.7m、7.8m、8m以及8.5m，路面寬度均為6m，路面結(jié)構(gòu)為2cm瀝青表處+15cm碎石灰土，1986年全路段加鋪為2.5cm厚的瀝青表處。由于交通量增加，路面病害成直線上升，2005年K230+000～K231+000段進行過罩面處理，2006年K220+000～K224+000、K246+000～K249+331段進行過罩面處理，但都沒有徹底根治病害。2012年該路段進行了改建，改建按照二級公路標準建設，技術指標見表4.

此路段進行大修之后，道路的路面狀況得到很大改善，交通量劇增，大型運煤車輛隨之增多，超載車輛的頻繁碾壓，致使交通安全事故發(fā)生率顯著增高。特別是K246+900～K247+900路段為連續(xù)長下坡路段，坡度較陡，交通安全狀況尤為嚴峻。

3.2用模糊綜合評價法對該路段進行安全評價

3.2.1模糊評判矩陣的建立

本文所研究路段的原始數(shù)據(jù)由山西某路橋建設養(yǎng)護公司獲得。本文將該黑點路段的原始設計數(shù)據(jù)資料提供給10名經(jīng)驗豐富的道路工程師，按照前文建立的評價體系中的第二層評價指標進行評判打分，再整理并統(tǒng)計得到對該路段的評價結(jié)果如下統(tǒng)計表5所示。

表4　主要技術指標

表5　黑點路段交通安全調(diào)查表

由此可得評價矩陣：

3.3.2權重向量的確定

根據(jù)上文得到的因素集合，故權重向量A為：

A0=(a1,a2,a3,a4,a5);A1=(a1,a2,a3,a4);

A2=(a1,a2,a3,a4);A3=(a1,a2,a3);

A4=(a1,a2,a3);A5=(a1,a2)

根據(jù)上文所述的計算步驟，利用重要度九標度法，即可得到同一層中各指標相對于其上一層準則以及上一層準則相對于整個評價系統(tǒng)的評價目標的權重分配，結(jié)果見表6.

表6　準則層重要性權重分配

λmax=5.194CI=0.048RI=1.12CR=0.043<0.1，滿足一致性要求。

表7　U1平面因素重要性權重分配

λmax=4.104CI=0.035RI=0.9CR=0.038<0.1，滿足一致性要求。

表8　U2縱斷面因素重要性權重分配

λmax=4.184CI=0.061RI=0.9CR=0.068<0.1，滿足一致性要求。

表9　U3橫斷面因素重要性權重分配

λmax=3.009CI=0.005RI=0.58CR=0.008<0.1，滿足一致性要求。

表10　U4路面狀況因素重要性權重分配

λmax=3.018CI=0.009RI=0.58CR=0.016<0.1，滿足一致性要求。

表11　U5交通工程因素重要性權重分配

λmax=3.074CI=0.037RI=0.58CR=0.063<0.1，滿足一致性要求。

故確定最終權重為：

A0=(0.4280.3140.1260.0410.091);

A1=(0.0920.2510.5550.102);

A2=(0.1550.1090.1860.55);

A3=(0.4160.1260.458)；

A4=(0.4550.1980.347)；

A5=(0.5490.451).

3.2.3評價指標計算及分析

利用公式B=AR即可得各評價指標的評價向量：

B1=(0.24630.40100.24350.10920)

B2=(0.07760.21710.37280.25960.0729)

B3=(0.21260.32060.27940.14160.0458)

B4=(0.03470.40470.32110.21430.0192)

B5=(0.32940.16470.19020.27060.0451)

由此可見，該路段的縱斷面、路面狀況及交通工程設施等方面處于較差水準，對該路段的交通安全影響很大，應予以整治或改造。又根據(jù)A0=(0.428,0.314,0.126,0.041,0.091)可得到道路因素對道路交通安全影響的綜合評價向量：

由評價結(jié)果：

B=(0.19810.28730.22560.14480.037)看出，有50.35%的人在考慮了所有道路因素后，認為該路段的整體交通安全狀況處于較差的水平，存在較大的安全隱患。

4結(jié)束語

建立了基于道路平面、縱斷面、橫斷面、路面狀況以及交通工程設施等影響道路交通安全的道路因素的模糊綜合評價體系，最后利用此方法對某典型公路段進行評價，驗證該體系的可行性。

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ResearchofTrafficSafetyFuzzyComprehensiveEvaluationBasedonRoadFactors

CHENGJin-zhao，LIZhen-feng，RENLi-chao，ZHAIWen-qing

(SchoolofTransportation&Logistics，TaiyuanUniversityofScience&Technology，Taiyuan030024，China)

Abstract：In recent years，the traffic safety situation continued to deteriorate.The fuzzy comprehensive evaluation method is put forward.This paper made qualitative and quantitative researches on?road factors in traffic safety such as road plane，vertical section，cross section，road conditions and traffic engineering facilities.The analytic hierarchy process was used to determine the weight of each factor，and traffic safety evaluation system was built based on road factors by the method of fuzzy evaluation，and an analysis of an example was made in this evaluation system.

Key words：road factors，road traffic safety，fuzzy evaluation，analytic hierarchy process

收稿日期：2015-09-07

基金項目：山西省回國留學人員科研項目(2013-096)；山西省科技攻關項目(20120321023-05)；山西省科技攻關項目(20150313014-2)

作者簡介：程勁釗(1991-)，男，碩士研究生，主要研究方向為道路橋涵隧道及軌道工程。

文章編號：1673-2057(2016)04-0296-06

中圖分類號：U491.1+22

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1673-2057.2016.04.010