國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全分級(jí)技術(shù)研究

摘 要：本文以國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全為研究課題，對(duì)國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全等級(jí)進(jìn)行研究。以道路特征、道路周邊設(shè)施、交通條件和環(huán)境條件為載體，將穿越城鄉(xiāng)比例、急彎陡坡比例、橋梁及隧道比例、交通安全設(shè)施未完善率、交通指示標(biāo)志未完善率、道路交通量、運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性、大型車比例、植被覆蓋率、地形地貌和環(huán)境敏感路段比例作為二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，模糊評(píng)價(jià)法確定交通安全分級(jí)。根據(jù)交通安全分級(jí)結(jié)果，解決由于道路安全隱患導(dǎo)致的國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通事故多發(fā)及安全系數(shù)低等問(wèn)題，保障國(guó)道交通安全。

關(guān)鍵詞：國(guó)道；交通安全；安全分級(jí)

中圖分類號(hào)：U 415.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，國(guó)道交通的通達(dá)性也得到大幅提高。由于國(guó)道快速擴(kuò)建，無(wú)法保證國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段的交通安全質(zhì)量，且舊有國(guó)道的交通條件也沒(méi)有得到改善，因此，我國(guó)的穿越城鄉(xiāng)段國(guó)道交通安全仍然有很大的升級(jí)和發(fā)展空間。國(guó)道交通安全會(huì)對(duì)國(guó)道的交通功能產(chǎn)生影響，影響車輛和行人安全，造成經(jīng)濟(jì)損失。本文以注重細(xì)節(jié)、立足專業(yè)和科學(xué)量化的指導(dǎo)原則，對(duì)國(guó)道交通安全進(jìn)行細(xì)化分級(jí)[1]，對(duì)每個(gè)分級(jí)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)分職能、細(xì)化分解和細(xì)化治理國(guó)道交通安全隱患。根據(jù)分級(jí)的結(jié)果，對(duì)不同路段進(jìn)行道路安全性評(píng)估，對(duì)于存在危險(xiǎn)性的路段進(jìn)行重點(diǎn)改善。

1 國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全現(xiàn)狀

當(dāng)前，國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全存在較多問(wèn)題，例如交通流量大、交通環(huán)境復(fù)雜、缺少管理、安全隱患沒(méi)有消除、行人及駕駛員的交通安全意識(shí)、法律意識(shí)和文明意識(shí)淡薄。目前，在國(guó)道仍存在高速行駛、超速行駛、疲勞駕駛、酒后駕駛以及超載等嚴(yán)重影響道路交通安全的行為。國(guó)道中的交通工具種類較多，會(huì)導(dǎo)致集市路段通行能力差，且多交通工具的狀況有較大的交通安全事故風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)前，在國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段設(shè)置的交通安全設(shè)施隨機(jī)、盲目，其設(shè)置原則是根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范制定的。但是，設(shè)計(jì)初期，部分公路設(shè)計(jì)并未考慮完善，交通安全設(shè)施的設(shè)定存在一定的隨意性[5]。交通標(biāo)志標(biāo)線的信息指示功能沒(méi)有具體體現(xiàn)，安全防護(hù)欄的安全保護(hù)作用沒(méi)有最大化，視線誘導(dǎo)設(shè)施、防眩設(shè)施以及隔離柵等國(guó)道交通安全設(shè)施作用不明顯、不突出。

2 國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全分級(jí)

2.1 交通安全分級(jí)方法

層次分析法[6]是指將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則以及方案等層次，在該基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。原理是將復(fù)雜的決策問(wèn)題分解為若干因素，根據(jù)不同因素之間的隸屬關(guān)系，將各因素按不同層次組合，建立包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層以及因素層等多層次結(jié)構(gòu)模型，利用數(shù)學(xué)方法將各因素重要程度轉(zhuǎn)化為相對(duì)權(quán)重。該方法優(yōu)點(diǎn)在于邏輯性強(qiáng)、系統(tǒng)性好，基礎(chǔ)工作人員可以很好地理解其原理，掌握其應(yīng)用流程與步驟。

國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全分級(jí)的具體應(yīng)用過(guò)程如下。對(duì)每個(gè)一級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行劃分，根據(jù)重要程度的判定，可以構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣，評(píng)價(jià)矩陣的數(shù)量與一級(jí)指標(biāo)的數(shù)量相對(duì)應(yīng)。根據(jù)評(píng)價(jià)矩陣計(jì)算特征向量，其是各二級(jí)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重。同理，也可以計(jì)算一級(jí)指標(biāo)的對(duì)應(yīng)權(quán)重。

模糊綜合評(píng)價(jià)法[2]是模糊數(shù)學(xué)的一種具體應(yīng)用，其基本原理如下：首先，根據(jù)系統(tǒng)中對(duì)評(píng)判有影響的各種因素確定被評(píng)判對(duì)象的因素集，根據(jù)評(píng)判等級(jí)確定評(píng)價(jià)集；其次，確定各影響因素的權(quán)重，構(gòu)造隸屬函數(shù)求得隸屬度向量并且構(gòu)造模糊評(píng)價(jià)矩陣；最后，對(duì)評(píng)價(jià)因素的權(quán)向量和模糊評(píng)判矩陣進(jìn)行模糊運(yùn)算并進(jìn)行歸一化處理，通過(guò)多層次評(píng)判對(duì)模糊性[3]的事物進(jìn)行科學(xué)合理的量化評(píng)價(jià)。

國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全分級(jí)的具體應(yīng)用過(guò)程為對(duì)一級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的各二級(jí)指標(biāo)通過(guò)主觀評(píng)價(jià)得到的分?jǐn)?shù)，根據(jù)隸屬度函數(shù)計(jì)算表達(dá)式計(jì)算得到各二級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的隸屬度。二級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的隸屬度構(gòu)建4個(gè)不同的評(píng)價(jià)矩陣Ri。然后將4個(gè)不同的評(píng)價(jià)矩陣Ri與通過(guò)層次分析法[6]得到的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重相乘，由此完成一級(jí)模糊批評(píng)價(jià)，得到一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果向量。一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果向量組成矩陣R和通過(guò)層次分析法[6]得到的一級(jí)指標(biāo)權(quán)重相乘，由此可以完成二級(jí)模糊評(píng)價(jià)，得到二級(jí)模糊評(píng)價(jià)向量。采用最大隸屬度法處理二級(jí)模糊評(píng)價(jià)向量[4]來(lái)評(píng)價(jià)國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段的交通安全等級(jí)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)

為科學(xué)合理地評(píng)價(jià)國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全情況，將道路評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)，一級(jí)指標(biāo)有道路特征、道路周邊設(shè)施、交通條件和環(huán)境條件，二級(jí)指標(biāo)有穿越城鄉(xiāng)比例、急彎陡坡比例、橋梁及隧道比例、交通安全設(shè)施未完善率、交通指示標(biāo)志未完善率、道路交通量、運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性、大型車比例、植被覆蓋率、地形地貌和環(huán)境敏感路段比例，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

為科學(xué)合理地評(píng)價(jià)國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全情況，指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)參考高速公路安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和研究成果，采用內(nèi)插或外推的方法將每個(gè)指標(biāo)劃分為I級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)5個(gè)等級(jí)，最低量化分值為0分，最高為100分，分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)與量化取值標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)與量化取值標(biāo)準(zhǔn)

2.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

運(yùn)用層次分析法[6]主觀地對(duì)每個(gè)一級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)各二級(jí)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行劃分。根據(jù)重要程度不同，選取對(duì)應(yīng)的數(shù)字，構(gòu)造4個(gè)評(píng)價(jià)矩陣。根據(jù)每個(gè)評(píng)價(jià)矩陣的元素，對(duì)該矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，如果一致性檢驗(yàn)通過(guò)，那么證明該矩陣的各元素的重要程度合理，滿足一致性要求。如果一致性檢驗(yàn)沒(méi)有通過(guò)，那么需要對(duì)評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行重新構(gòu)建，直到滿足一致性檢驗(yàn)為止。

利用數(shù)學(xué)方法將各因素的重要程度轉(zhuǎn)化為相對(duì)權(quán)重。該方法優(yōu)點(diǎn)是邏輯性強(qiáng)、系統(tǒng)性好，基礎(chǔ)工作人員可以很好地理解其原理，掌握其應(yīng)用流程與步驟。因此，在分區(qū)的過(guò)程中選取層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，具體計(jì)算步驟如下。

2.3.1 構(gòu)造判斷矩陣

采用1-9標(biāo)度法分別將同一層次內(nèi)2個(gè)因素對(duì)上一層次的重要性進(jìn)行兩兩比較，由此構(gòu)建構(gòu)造判斷矩陣A=（aij）m×n，其中判斷矩陣中各數(shù)值標(biāo)度含義見(jiàn)表3。根據(jù)各指標(biāo)之間的重要性不同，參照構(gòu)造矩陣（見(jiàn)表3）。

2.3.2 權(quán)重系數(shù)計(jì)算

對(duì)構(gòu)造的判斷矩陣A按列進(jìn)行規(guī)范，如公式（1）所示。

（1）

式中：為矩陣A規(guī)范化后的元素；aij 為矩陣A的元素。

將A按行相加，得到和向量，如公式（2）所示。

（2）

將和向量歸一化處理，得到特征向量即權(quán)重Wi 。

2.3.3 一致性檢驗(yàn)

為保證權(quán)重結(jié)果的合理性，須對(duì)構(gòu)建的判斷矩陣進(jìn)行收斂性檢驗(yàn)，計(jì)算判斷矩陣A的最大特征值λmax，如公式（3）所示。

（3）

式中：Wi為特征向量或權(quán)重；λmax為最大特征值；AW為特征根；n為矩陣階數(shù)。

計(jì)算一致性指標(biāo)CI，如公式（4）所示。

（4）

一致性比率CR，如公式（5）所示。

（5）

式中：RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，具體取值見(jiàn)表4，當(dāng)CRlt;0.1時(shí)，滿足判斷矩陣一致性檢驗(yàn)，反之則需要重新構(gòu)建，直到滿足一致性要求。

2.4 國(guó)道交通安全分級(jí)評(píng)價(jià)

2.4.1 建立評(píng)價(jià)對(duì)象因素集

因素集是由影響評(píng)價(jià)對(duì)象的各種因素組成的集合，用C表示。

C={C1，C2，C3，C4}

Ci={Ci1，Ci2，Ci3，Ci4} （6）

式中：C1，C2，C3，C4為影響目標(biāo)層的各因素； Ci1，Ci2，Ci3，Ci4為影響準(zhǔn)則層指標(biāo)的各因素。

2.4.2 確定評(píng)價(jià)對(duì)象權(quán)重集

根據(jù)分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。

一級(jí)指標(biāo)權(quán)重集：W={w1，w2，w3，w4}

二級(jí)指標(biāo)權(quán)重集：Wi={wi1，wi2，...，wij}

式中：w1，w2，w3，w4為經(jīng)層次分析法計(jì)算所得一級(jí)指標(biāo)所占權(quán)重，wi1，wi2，...，wij為經(jīng)層次分析法計(jì)算所得二級(jí)指標(biāo)所占權(quán)重。

2.4.3 建立評(píng)價(jià)集

評(píng)價(jià)對(duì)象的所有可能出現(xiàn)的結(jié)果組成的集合稱為評(píng)價(jià)集，用V表示，即V={V1，V2，...Vn}，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)交通安全風(fēng)險(xiǎn)的作用程度，定義評(píng)價(jià)等級(jí)并劃定分級(jí)分值。

V={V1，V2，V3，V4，V5}={I、IIIII、IV、V}

={1.0，0.8，0.6，0.4，0.2} （7）

分級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)分級(jí)見(jiàn)表5。

表5 分級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)表

評(píng)價(jià)等級(jí) I級(jí) Ⅱ級(jí) Ⅲ級(jí) Ⅳ級(jí) Ⅴ級(jí)

評(píng)價(jià)值 [0，0.2） [0.2，0.4） [0.4，0.6） [0.6，0.8） [0.8，1）

2.4.4 確定隸屬度函數(shù)

當(dāng)采用模糊綜合評(píng)價(jià)法[2]對(duì)區(qū)域路段進(jìn)行評(píng)判時(shí)，各指標(biāo)的隸屬度函數(shù)確定影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性，常見(jiàn)的隸屬函數(shù)計(jì)算包括三角形、梯形和鐘形等形狀，其中，三角形隸屬函數(shù)易計(jì)算、準(zhǔn)確性好，因此被廣泛采用。三角形隸屬度函數(shù)計(jì)算過(guò)程如公式（8）所示。

（8）

式中：x為二級(jí)指標(biāo)根據(jù)表2評(píng)估的得分值， y1、y2、y3、y4、y5分別對(duì)應(yīng)I級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)的隸屬函數(shù)。

根據(jù)上述隸屬度計(jì)算公式可計(jì)算各指標(biāo)的隸屬度rij，二級(jí)指標(biāo)的隸屬度rij組成的評(píng)價(jià)矩陣為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣Ri。

3 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)[2]的核心思想如下：根據(jù)表2分別對(duì)一級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的各二級(jí)指標(biāo)主觀評(píng)價(jià)得到的分?jǐn)?shù)，計(jì)算得到各二級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的隸屬度，根據(jù)隸屬度的數(shù)字構(gòu)建4個(gè)不同的評(píng)價(jià)矩陣Ri。然后根據(jù)A=W·R，通過(guò)層次分析法得到的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重與根據(jù)隸屬度得到評(píng)價(jià)矩陣相乘，由此可以完成一級(jí)模糊批評(píng)價(jià)，得到一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果向量。

一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣R，采用層次分析法[6]可以得到一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重W，將一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣R與一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重W相乘，就可以得到模糊評(píng)價(jià)的最終向量，具體計(jì)算步驟如下。

3.1 一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

計(jì)算單因素對(duì)待評(píng)價(jià)對(duì)象的各等級(jí)下模糊子集的隸屬度rij，得到ni×5階的評(píng)價(jià)矩陣Ri。二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重與ni×5階的評(píng)價(jià)矩陣Ri相乘即可以得出一級(jí)模糊評(píng)價(jià)的結(jié)果向量，如公式（9）所示。

（9）

3.2 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)是針對(duì)一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣Ri的進(jìn)一步計(jì)算，由單因素評(píng)價(jià)結(jié)果集Ri組成綜合評(píng)價(jià)向量R，如公式（10）所示。

（10）

二級(jí)綜合評(píng)價(jià)模型如公式（11）所示。

A=W·R=（a1，a2，a3，a4，a5） " " " " （11）

式中：A為模糊評(píng)價(jià)得出的最終結(jié)果向量；W為一級(jí)指標(biāo)道路特征、道路周邊設(shè)施、交通條件和環(huán)境條件經(jīng)層次分析法計(jì)算后的權(quán)重。R為二級(jí)指標(biāo)經(jīng)一級(jí)模糊評(píng)價(jià)得出的矩陣。a1，a2，a3，a4，a5為模糊評(píng)價(jià)最終結(jié)果向量的元素。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果處理

采用最大隸屬度法以綜合評(píng)價(jià)向量A=（a1，a2，a3，a4，a5）中的最大值作為評(píng)價(jià)對(duì)象的最終結(jié)果。最大結(jié)果根據(jù)表5分級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)表來(lái)確定國(guó)道穿越城鎮(zhèn)路段的交通安全等級(jí)。交通安全等級(jí)為I級(jí)表示該國(guó)道穿越城鎮(zhèn)路段的交通安全狀況很好，不需要再對(duì)該路段采取過(guò)多的交通安全保障措施。交通安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)表示該國(guó)道穿越城鎮(zhèn)路段的交通安全狀況較好，只需對(duì)重點(diǎn)路段進(jìn)行實(shí)際探查，采取重點(diǎn)路段的交通安全保障措施。交通安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)，表示該國(guó)道穿越城鎮(zhèn)路段的交通安全狀況一般，需要對(duì)該路段采取較多的交通安全保障措施。交通安全等級(jí)為Ⅳ級(jí)表示該國(guó)道穿越城鎮(zhèn)路段的交通安全狀況較差，交通安全等級(jí)為Ⅴ級(jí)表示該國(guó)道穿越城鎮(zhèn)路段的交通安全狀況很差，應(yīng)對(duì)這2種路段的交通安全設(shè)施、交通附屬設(shè)施、道路線形、交通情況和環(huán)境情況進(jìn)行重新評(píng)定，采取更科學(xué)、更安全的交通安全保障措施。

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全對(duì)城鄉(xiāng)之間的道路通行功能具有重要意義，使用層次分析法和模糊評(píng)價(jià)法對(duì)國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通安全進(jìn)行科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)分級(jí)，可以最大程度地分辨交通安全危險(xiǎn)隱患路段，并及時(shí)對(duì)隱患路段采取安全保障措施，減少國(guó)道穿越城鄉(xiāng)段交通事故發(fā)生。

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