交通標(biāo)志有效性的模糊綜合評(píng)價(jià)

陳沅江，王 赟

(中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

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交通標(biāo)志有效性的模糊綜合評(píng)價(jià)

陳沅江，王 赟

(中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

從交通標(biāo)志設(shè)計(jì)的版面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布設(shè)等3個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)影響交通標(biāo)志有效性的因素進(jìn)行識(shí)別。運(yùn)用層次分析法建立交通標(biāo)志有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并借助數(shù)學(xué)中的多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法，分析了交通標(biāo)志的有效性；利用1～9標(biāo)度法和Boolean矩陣來(lái)確定各層次因素的權(quán)重集，并提出以70分為界的得分評(píng)價(jià)。實(shí)例計(jì)算表明：該方法不僅能夠?qū)煌?biāo)志的有效性進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，而且能夠簡(jiǎn)單方便地辨識(shí)出影響其作用發(fā)揮的主要因素。

交通工程；交通標(biāo)志；有效性；模糊綜合評(píng)價(jià)；評(píng)價(jià)指標(biāo)；得分評(píng)價(jià)

0 引 言

隨著道路網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與延伸，交通標(biāo)志開(kāi)始滲透到人們出行的每一個(gè)角落。作為道路信息的傳遞者，交通標(biāo)志在整個(gè)交通系統(tǒng)中的引導(dǎo)作用無(wú)可替代。但是調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的交通標(biāo)志還存在著諸多問(wèn)題[1]：①缺乏可見(jiàn)性。標(biāo)志中文字或圖案大小不能滿足駕駛員的視覺(jué)要求，標(biāo)志的設(shè)置高度未能充分考慮駕駛員的視覺(jué)特性，標(biāo)志被樹(shù)木、建筑物或廣告牌所遮擋，標(biāo)志與周圍環(huán)境對(duì)比不明顯，可見(jiàn)性被弱化，標(biāo)志缺乏養(yǎng)護(hù)和維修；②缺乏完整性。標(biāo)志包含的信息量不足，標(biāo)志包含的信息量適當(dāng)，但是有效信息量不足，某些需要兩個(gè)或多個(gè)標(biāo)志配合使用的路段，標(biāo)志設(shè)置不足；③缺乏效率性。標(biāo)志表述方式不夠精簡(jiǎn)，導(dǎo)致信息量過(guò)多，標(biāo)志包含無(wú)關(guān)信息，導(dǎo)致信息量過(guò)多；④缺乏協(xié)調(diào)性。標(biāo)志版面設(shè)計(jì)不合理，協(xié)調(diào)性差，標(biāo)志提供的信息與其他沿線設(shè)施不一致；⑤缺乏提示性。在不必要處設(shè)置標(biāo)志，標(biāo)志內(nèi)容設(shè)計(jì)與實(shí)際情況不符。為此，有必要對(duì)交通標(biāo)志的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施和建議，最大程度地發(fā)揮交通標(biāo)志的功能。

A.Chapanis[2]研究了交通標(biāo)志的顏色對(duì)于駕駛員識(shí)別的作用。1998年，交通部公路研究院通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)交通標(biāo)志的顏色、漢字結(jié)構(gòu)、標(biāo)志版面大小進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，取得了較好的成果，從而為GB 5768—1999《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》的制定提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。J.G.Ells，等[3]根據(jù)駕駛員理解的速度對(duì)具有象征性的交通標(biāo)志和文字標(biāo)志進(jìn)行了評(píng)價(jià)。吳文靜[1]對(duì)交通警告標(biāo)志設(shè)置的研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)標(biāo)志設(shè)置的正面效應(yīng)抵消或大于對(duì)駕駛員整體危險(xiǎn)感知產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)時(shí)，標(biāo)志的設(shè)置是有效的。然而，僅從駕駛員的角度出發(fā)，選取所得的評(píng)價(jià)指標(biāo)往往過(guò)于籠統(tǒng)抽象，在評(píng)定過(guò)程中難以具體；并且就現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)水平而言，還應(yīng)當(dāng)在充分考慮人的安全的同時(shí)，適當(dāng)考慮標(biāo)志的成本投入。H.T.Zwahlen，等[4]研究了交通標(biāo)志的辨認(rèn)距離。李艷玲，等[5]分析駕駛員所處的人機(jī)系統(tǒng)，并建立了交通標(biāo)志有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

對(duì)于交通標(biāo)志有效性的分析而言，測(cè)定多因素的量值是很困難的，甚至是根本無(wú)法測(cè)定的。而模糊數(shù)學(xué)法將模糊的安全信息定量化，可對(duì)多因素進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[6]，因此，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法分析交通標(biāo)志的有效性，可以把原本量值測(cè)定困難或是無(wú)法測(cè)定的因素定量化，得出定量化的結(jié)果，以便更加直觀地反映出被評(píng)價(jià)交通標(biāo)志的有效程度。

筆者將從交通標(biāo)志設(shè)計(jì)過(guò)程的版面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布設(shè)等3個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)[7]，充分考慮人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)原理選取評(píng)價(jià)指標(biāo)[8]，運(yùn)用多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)交通標(biāo)志的有效性評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，以便所得評(píng)價(jià)結(jié)果全面、合理、可靠。

1 交通標(biāo)志有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

交通標(biāo)志設(shè)計(jì)過(guò)程3個(gè)環(huán)節(jié)影響交通標(biāo)志有效性的因素見(jiàn)表1。

表1 交通標(biāo)志有效性的影響因素

運(yùn)用層次分析法建立交通標(biāo)志有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[9]，如圖1，在圖中當(dāng)標(biāo)志版面的構(gòu)成中不包含文字時(shí)，U14的相關(guān)內(nèi)容刪除，其他各符號(hào)均不變；當(dāng)標(biāo)志版面的構(gòu)成中不包含圖形符號(hào)時(shí)，U13的相關(guān)內(nèi)容刪除，其他各符號(hào)均不變。

圖1 交通標(biāo)志有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 交通標(biāo)志有效性的模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，交通標(biāo)志有效性的模糊綜合評(píng)價(jià)分為3個(gè)層次。因此，采用多層次模糊綜合評(píng)判[10]對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 建立因素集

按照多層次模糊綜合評(píng)判，建立3層次因素集。

第1層次因素集：U={U1，U2，U3}。

第2層次因素集：U1={U11，U12，U13，U14，U15}，U2={U21，U22}，U3={U31，U32，U33}。

第3層次因素集：U11={u111，u112，u113，u114}，U12={u121，u122}，U13={u131，u132，u133，u134}，U14={u141，u142，u143}，U15={u151，u152}；U21={u211，u212，u213}，U22={u221，u222}；U31={u311，u312，u313}，U32={u321，u322}，U33={u331，u332，u333，u334}。

2.2 建立權(quán)重集

采用矩陣判斷標(biāo)度(1～9標(biāo)度法)進(jìn)行每?jī)煞N元素間的相互比較，構(gòu)造判斷矩陣(表2)。利用判斷矩陣對(duì)應(yīng)的Boolean矩陣對(duì)其一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，若相容性較好則求取此判斷矩陣的相應(yīng)向量并進(jìn)行歸一化，從而確定各層次因素的權(quán)重集。

表2 矩陣判斷標(biāo)度

式中：dij為元素i和元素j的重要性之比；dji為元素j和元素i的重要性之比；dii=1；dij·dji=1。

2.2.1 權(quán)重的確定方法

1)若判斷矩陣D滿足(i，j，k，dij≥1， dij≥1?dik≥1，則認(rèn)為判斷矩陣D的相容性很好。

如果Boolean矩陣D*滿足傳遞性，即D*·D*?D*，則認(rèn)為判斷矩陣D相容性較好，否則認(rèn)為D的相容性不好。

2.2.2 權(quán)重集的確定

1)第1層次因素權(quán)重集的確定

對(duì)第1層次因素構(gòu)造判斷矩陣：

其所對(duì)應(yīng)的Boolean矩陣為：

則，

故，可認(rèn)為D的相容性較好。

則，(ω1，ω2，ω3)=(1.119 0.261 3.420)，進(jìn)行歸一化得權(quán)重向量w=(0.233 0.054 0.713)。

2)第2層次因素權(quán)重集的確定

對(duì)U1構(gòu)造判斷矩陣：

①當(dāng)標(biāo)志版面構(gòu)成中同時(shí)包含圖形符號(hào)和版面設(shè)計(jì)時(shí)

其所對(duì)應(yīng)的Boolean矩陣為：

故，可認(rèn)為D1的相容性較好，所以：

則，(ω11，ω12，ω13，ω14，ω15)= (0.561 0.833 2.933 2.933 0.239)，進(jìn)行歸一化得權(quán)重向量w=(0.074 0.109 0.393 0.393 0.031)。

即，U1所包含因素的權(quán)重集A1={A11，A12，A13，A15} =(0.074 0.109 0.393 0.031)。

②當(dāng)標(biāo)志版面構(gòu)成中不包含文字時(shí)

對(duì)應(yīng)的Boolean矩陣為：

故，可認(rèn)為D1′的相容性較好，所以：

③當(dāng)標(biāo)志版面構(gòu)成中不包含圖形符號(hào)時(shí)

對(duì)應(yīng)的Boolean矩陣為：

則，可得w″=(0.123 0.193 0.638 0.046)。

即U1所包含因素的權(quán)重集A1″= {A11，A12，A14，A15}=(0.123 0.193 0.638 0.046)。

同理，對(duì)U2，U3分別構(gòu)造判斷矩陣D2，D3并計(jì)算結(jié)果，具體數(shù)值見(jiàn)表3。

表3 D2 、D3矩陣及其計(jì)算結(jié)果

3)第3層次因素權(quán)重集的確定

對(duì)U11，U12，U13，U14，U15分別構(gòu)造判斷矩陣D11，D12，D13，D14，D15，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 D11，D12，D13，D14，D15 矩陣及其計(jì)算結(jié)果

則，U11，U12，U13，U14，U15所包含因素的權(quán)重集：

A11= {a111，a112，a113，a114}=(0.410 0.058

0.410 0.122)

A12= {a121，a122} =(0.800 0.200)

A13= {a131，a132，a133，a134} =(0.309 0.142 0.492 0.057)

A14= {a141，a142，a143} =(0.649 0.279 0.072)

A15= {a151，a152} =(0.333 0.667)

同理，對(duì)第3層次的其他因素集分別構(gòu)造判斷矩陣：

則，U21所包含因素的權(quán)重集A21={a211，a212，

a213}=(0.649 0.279 0.072)

U22所包含因素的權(quán)重集A22={a221，a222}=

(0.833 0.167)

U31所包含因素的權(quán)重集A31={a311，a312，a313}=

(0.758 0.151 0.091)

U32所包含因素的權(quán)重集A32={a321，a322}=

(0.750 0.250)

U33所包含因素的權(quán)重集A33={a331，a332，a333，

a334}=(0.488 0.159 0.275 0.078)

2.3 建立評(píng)判集

建立評(píng)語(yǔ)集V={優(yōu)，良，中，次，差}5個(gè)級(jí)別。

2.4 評(píng)判矩陣的確定

2.4.1 第3層次因素集的評(píng)判矩陣的確定

依據(jù)所建立的評(píng)語(yǔ)集，由專家對(duì)第3層次的10個(gè)因素集中的各因素分別進(jìn)行打分，可得各因素的評(píng)判集。將各因素集中所包含因素的評(píng)判集組成矩陣，即得相應(yīng)因素集的評(píng)判矩陣，即：

2.4.2 第2層次因素集的評(píng)判矩陣的確定

1)由評(píng)價(jià)模型 Bij=Aij·Rij可求得第2層次因素的評(píng)價(jià)結(jié)果Bij；

3)將第2層次各個(gè)因素集中所包含因素的評(píng)判集組成矩陣，即得相應(yīng)因素集的評(píng)判矩陣，即：

2.4.3 第1層次因素集的評(píng)判矩陣的確定

3)將第1層次因素集中所包含因素的評(píng)判集組成矩陣，即得第1層次因素集的評(píng)判矩陣，即：

2.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

2.5.1 分級(jí)評(píng)價(jià)

1)對(duì)因素子集Uij進(jìn)行1級(jí)綜合評(píng)價(jià)

2)對(duì)因素子集Ui進(jìn)行2級(jí)綜合評(píng)價(jià)

3)對(duì)U進(jìn)行3級(jí)綜合評(píng)價(jià)

B=A·R ，歸一化處理得B′。

2.5.2 得分評(píng)價(jià)

為了直觀地反映出整個(gè)交通標(biāo)志系統(tǒng)及各評(píng)價(jià)指標(biāo)的有效性程度，分別進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分值見(jiàn)表5。

表5 有效性評(píng)分

得分L=ζ1b1+ζ2b2+ζ3b3+ζ4b4+ζ5b5。

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，為了減少計(jì)算量而又能夠找出造成交通標(biāo)志有效性偏低的原因，可進(jìn)行如下操作：

1)對(duì)整個(gè)交通標(biāo)志系統(tǒng)進(jìn)行得分評(píng)價(jià)，如果得分>70，則認(rèn)為該交通標(biāo)志有效，評(píng)價(jià)結(jié)束；如果得分<70，則需要對(duì)其下一層子系統(tǒng)進(jìn)行得分評(píng)價(jià)。

2)如果子系統(tǒng)得分>70，則認(rèn)為該子系統(tǒng)有效，評(píng)價(jià)結(jié)束；如果子系統(tǒng)得分<70，則需對(duì)其下一層子系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3)如此直到指標(biāo)層為止，找出<60分的指標(biāo)并及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。

3 實(shí)例應(yīng)用

以長(zhǎng)沙縣汽配城路和東升路交匯處的十字路口指路標(biāo)志為例，對(duì)其有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。該路口除指路標(biāo)志外，還設(shè)置有紅綠燈以及交通標(biāo)志線。距離十字路口不遠(yuǎn)處有廣告牌，路邊種植有樹(shù)木。

1)依據(jù)筆者所建立的評(píng)語(yǔ)集，由專家對(duì)該指路標(biāo)志進(jìn)行打分可得評(píng)價(jià)矩陣Rij：

2)對(duì)Uij進(jìn)行1級(jí)綜合評(píng)價(jià)

3)對(duì)Ui進(jìn)行2級(jí)綜合評(píng)價(jià)

4)對(duì)U進(jìn)行3級(jí)綜合評(píng)價(jià)

5)求交通標(biāo)志系統(tǒng)得分

L = 95 × 0.214 + 80 × 0.228 + 65 × 0.228+50 × 0.216+35 × 0.114 = 68.180<70

說(shuō)明有效性偏低，需要對(duì)其子系統(tǒng)進(jìn)行得分評(píng)價(jià)。

6)各級(jí)子系統(tǒng)及指標(biāo)得分評(píng)價(jià)

交通標(biāo)志的子系統(tǒng)得分見(jiàn)表6。

表6 交通標(biāo)志子系統(tǒng)得分

由表6知，需對(duì)版面、布設(shè)的子系統(tǒng)進(jìn)行得分評(píng)價(jià)，得分情況見(jiàn)表7。

表7 版面、布設(shè)子系統(tǒng)得分

由表7知，需對(duì)顏色、圖形符號(hào)、文字、其他、內(nèi)容等所包含指標(biāo)進(jìn)行得分評(píng)價(jià)，得分情況見(jiàn)表8。

表8 需要評(píng)價(jià)的指標(biāo)得分

對(duì)表8進(jìn)行分析可知：

1)為了提高該交通標(biāo)志的有效性，首先應(yīng)當(dāng)從色度、逆反射性能、信息量2、布局、與配合標(biāo)志的一致性進(jìn)行著手。其中，信息量2、與配合標(biāo)志的一致性急需改善，色度、逆反射性能和布局改善的緊迫性稍微次之。

2)照度、信息量1、尺寸1、尺寸2得分值均<70，需要引起重視，其中信息量1和尺寸2的得分<65，需要對(duì)其采取相應(yīng)措施。

4 結(jié) 語(yǔ)

從交通標(biāo)志設(shè)計(jì)的3個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，借助數(shù)學(xué)中的多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)交通標(biāo)志的有效性進(jìn)行了分析與研究。辨識(shí)出各個(gè)環(huán)節(jié)影響交通標(biāo)志有效性的因素；建立了交通標(biāo)志有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；利用矩陣判斷標(biāo)度(1～9標(biāo)度法)和Boolean矩陣，確定各層次因素的權(quán)重集；提出以70分為界的得分評(píng)價(jià)。用所述評(píng)價(jià)方法進(jìn)行實(shí)例分析，結(jié)果表明該方法不僅能夠?qū)煌?biāo)志的有效性進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，而且能夠簡(jiǎn)單方便地辨識(shí)出影響其作用發(fā)揮的主要因素，為提出針對(duì)性的改進(jìn)措施提供依據(jù)。

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Fuzzy Comprehensive Evaluation for Effectiveness of Traffic Signs

Chen Yuanjiang, Wang Yun

(School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China)

Influence factors of traffic sign effectiveness were identified from the three links of traffic sign design: layout design, structural design and arrangement design. The analytic hierarchy process was used to establish the effectiveness evaluation index system of traffic signs, and the effectiveness of traffic signs was analyzed with the aid of multistage fuzzy comprehensive evaluation method of mathematics. In the process, it’s 1 ～ 9 scaling method and Boolean matrix that were used to determine the weight of each level factors set, and the score evaluation at 70 points-boundary was put forward . The results of calculating example show that this method not only can evaluate the overall effectiveness of the traffic sign, but also can identify the main factors preventing it from working easily and conveniently.

traffic engineering; traffic signs; effectiveness; fuzzy comprehensive evaluation; evaluation index; score evaluation

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.03.27

2013-09-27；

2013-12-12

陳沅江(1969—)，男，湖南湘潭人，副教授，工學(xué)博士，主要從事道路交通安全方面的研究。E-mail: 1506983607@qq.com。

U491.52

A

1674-0696(2015)03-135-07