国道穿越城乡段交通安全分级技术研究.pdf

中国新技术新产品2024 NO.1（下）-143-生 产 与 安 全 技 术随着我国经济快速增长，国道交通的通达性也得到大幅提高。由于国道快速扩建，无法保证国道穿越城乡段的交通安全质量，且旧有国道的交通条件也没有得到改善，因此，我国的穿越城乡段国道交通安全仍然有很大的升级和发展空间。国道交通安全会对国道的交通功能产生影响，影响车辆和行人安全，造成经济损失。本文以注重细节、立足专业和科学量化的指导原则，对国道交通安全进行细化分级1，对每个分级指标进行细分职能、细化分解和细化治理国道交通安全隐患。根据分级的结果，对不同路段进行道路安全性评估，对于存在危险性的路段进行重点改善。1 国道穿越城乡段交通安全现状当前，国道穿越城乡段交通安全存在较多问题，例如交通流量大、交通环境复杂、缺少管理、安全隐患没有消除、行人及驾驶员的交通安全意识、法律意识和文明意识淡薄。目前，在国道仍存在高速行驶、超速行驶、疲劳驾驶、酒后驾驶以及超载等严重影响道路交通安全的行为。国道中的交通工具种类较多，会导致集市路段通行能力差，且多交通工具的状况有较大的交通安全事故风险。当前，在国道穿越城乡段设置的交通安全设施随机、盲目，其设置原则是根据现有的设计规范制定的。但是，设计初期，部分公路设计并未考虑完善，交通安全设施的设定存在一定的随意性5。交通标志标线的信息指示功能没有具体体现，安全防护栏的安全保护作用没有最大化，视线诱导设施、防眩设施以及隔离栅等国道交通安全设施作用不明显、不突出。2 国道穿越城乡段交通安全分级2.1 交通安全分级方法层次分析法6是指将与决策总是有关的元素分解成目标、准则以及方案等层次，在该基础上进行定性和定量分析的决策方法。原理是将复杂的决策问题分解为若干因素，根据不同因素之间的隶属关系，将各因素按不同层次组合，建立包括目标层、准则层以及因素层等多层次结构模型，利用数学方法将各因素重要程度转化为相对权重。该方法优点在于逻辑性强、系统性好，基础工作人员可以很好地理解其原理，掌握其应用流程与步骤。国道穿越城乡段交通安全分级的具体应用过程如下。对每个一级指标对应的二级指标的重要程度进行划分，根据重要程度的判定，可以构造评价矩阵，评价矩阵的数量与一级指标的数量相对应。根据评价矩阵计算特征向量，其是各二级指标所对应的权重。同理，也可以计算一级指标的对应权重。模糊综合评价法2是模糊数学的一种具体应用，其基本原理如下：首先，根据系统中对评判有影响的各种因素确定被评判对象的因素集，根据评判等级确定评价集；其次，确定各影响因素的权重，构造隶属函数求得隶属度向量并且构造模糊评价矩阵；最后，对评价因素的权向量和模糊评判矩阵进行模糊运算并进行归一化处理，通过多层次评判对模糊性3的事物进行科学合理的量化评价。国道穿越城乡段交通安全分级的具体应用过程为对一级指标对应的各二级指标通过主观评价得到的分数，根据隶属度函数计算表达式计算得到各二级指标对应的隶属度。二级指标对应的隶属度构建4个不同的评价矩阵Ri。然后将4个不同的评价矩阵 Ri与通过层次分析法6得到的二级指标权重相乘，由此完成一级模糊批评价，得到一级模糊评价结果向量。一级模糊评价结果向量组成矩阵 R 和通过层次分析法6得到的一级指标权重相乘，由此可以完成二级模糊评价，得到二级模糊评价向量。采用最大隶属度法处理二级模糊评价向量4来评价国道穿越城乡段的交通安全等级。2.2 评价指标及其标准为科学合理地评价国道穿越城乡段交通安全情况，将道路评价指标划分为一级指标、二级指标，一级指标有道路特征、道路周边设施、交通条件和环境条件，二级指标有穿越城乡比例、急弯陡坡比例、桥梁及隧道比例、交通安全设施未完善率、交通指示标志未完善率、道路交通量、运行速度协调性、大型车比例、植被覆盖率、地形地貌和环境敏感路段比例，具体内容见表 1。表 1 国道交通安全分级评价指标体系目标层准则层方案层指标代码分级评价指标体系道路特征C1穿越城乡比例C11急弯陡坡比例C12桥梁及隧道比例C13道路周边设施C2交通安全设施未完善率C21交通指示标志未完善率C22交通条件C3道路交通量C31运行速度协调性C32大型车比例C33环境条件C4植被覆盖率C41地形地貌C42环境敏感路段比例C43为科学合理地评价国道穿越城乡段交通安全情况，指标分级标准通过参考高速公路安全设施设计规范、标准和研究成果，采用内插或外推的方法将每个指标划分为 I 级、级、国道穿越城乡段交通安全分级技术研究马亚东（华北水利水电大学土木与交通学院，河南 郑州 450011）摘 要：本文以国道穿越城乡段交通安全为研究课题，对国道穿越城乡段交通安全等级进行研究。以道路特征、道路周边设施、交通条件和环境条件为载体，将穿越城乡比例、急弯陡坡比例、桥梁及隧道比例、交通安全设施未完善率、交通指示标志未完善率、道路交通量、运行速度协调性、大型车比例、植被覆盖率、地形地貌和环境敏感路段比例作为二级评价指标。采用层次分析法确定各指标权重，模糊评价法确定交通安全分级。根据交通安全分级结果，解决由于道路安全隐患导致的国道穿越城乡段交通事故多发及安全系数低等问题，保障国道交通安全。关键词：国道；交通安全；安全分级中图分类号：U415.6文献标志码：A中国新技术新产品2024 NO.1（下）-144-生 产 与 安 全 技 术级、级、级 5 个等级，最低量化分值为 0 分，最高为100 分，分区评价指标分级与量化取值标准见表 2。表 2 分级评价指标分级与量化取值标准分区指标量化分值02020404060608080100穿越城乡比例055101015152020急弯陡坡比例01010151520202525桥梁及隧道比例01010202040406060交通安全设施未完善率055101015152020交通指示标志未完善率055101015152020道路交通量03000 30006000 60009000 900012000 12000运行速度协调性1处12处23处34处4处大型车比例01010202030304040植被覆盖率10080806060404020200地形地貌1类12类23类34类4类环境敏感路段比例0551010151520202.3 确定评价指标权重运用层次分析法6主观地对每个一级指标对应各二级指标的重要程度进行划分。根据重要程度不同，选取对应的数字，构造 4 个评价矩阵。根据每个评价矩阵的元素，对该矩阵进行一致性检验，如果一致性检验通过，那么证明该矩阵的各元素的重要程度合理，满足一致性要求。如果一致性检验没有通过，那么需要对评价矩阵进行重新构建，直到满足一致性检验为止。利用数学方法将各因素的重要程度转化为相对权重。该方法优点是逻辑性强、系统性好，基础工作人员可以很好地理解其原理，掌握其应用流程与步骤。因此，在分区的过程中选取层次分析法确定指标权重，具体计算步骤如下。2.3.1 构造判断矩阵采用 1-9 标度法分别将同一层次内 2 个因素对上一层次的重要性进行两两比较，由此构建构造判断矩阵 A=（aij）mn，其中判断矩阵中各数值标度含义见表 3。根据各指标之间的重要性不同，参照构造矩阵（见表 3）。表 3 判断矩阵标度值含义标度值含义（两因素i与j相比）1i与j重要性相同3i比j稍微重要5i比j比较重要7i比j强烈重要9i比j绝对重要2，4，6，8上述两两相邻判断的中值倒数i与j重要性之比为aij，j与i重要性之比为1/aij2.3.2 权重系数计算对构造的判断矩阵 A 按列进行规范，如公式（1）所示。1/,1,2,nijijijiaaai jn=（1）式中：aij为矩阵 A 规范化后的元素；aij 为矩阵 A 的元素。将 A 按行相加，得到和向量wi，如公式（2）所示。1,1,2,niijjai jn=w（2）将和向量wi归一化处理，得到特征向量即权重 Wi。2.3.3 一致性检验为保证权重结果的合理性，须对构建的判断矩阵进行收敛性检验，计算判断矩阵 A 的最大特征值 max，如公式（3）所示。?max?iniiAWn1W（3）式中：Wi为特征向量或权重；max为最大特征值；AW 为特征根；n 为矩阵阶数。计算一致性指标 CI，如公式（4）所示。max1nCIn=（4）一致性比率 CR，如公式（5）所示。CICRRI=（5）式中：RI 为平均随机一致性指标，具体取值见表 4，当 CR0.1时，满足判断矩阵一致性检验，反之则需要重新构建，直到满足一致性要求。表 4 平均随机一致性指标矩阵阶数nRI102030.5840.951.1261.2471.3281.4191.452.4 国道交通安全分级评价2.4.1 建立评价对象因素集因素集是由影响评价对象的各种因素组成的集合，用 C表示。C=C1，C2，C3，C4Ci=Ci1，Ci2，Ci3，Ci4（6）式中：C1，C2，C3，C4为影响目标层的各因素；Ci1，Ci2，Ci3，Ci4为影响准则层指标的各因素。2.4.2 确定评价对象权重集根据分区评价指标体系，采用层次分析法计算各指标权重。一级指标权重集：W=w1，w2，w3，w4二级指标权重集：Wi=wi1，wi2，.，wij 式中：w1，w2，w3，w4为经层次分析法计算所得一级指标所占权重，wi1，wi2，.，wij为经层次分析法计算所得二级指标所占权重。2.4.3 建立评价集评价对象的所有可能出现的结果组成的集合称为评价集，用 V 表示，即 V=V1，V2，.Vn，根据评价指标对交通安全风险的作用程度，定义评价等级并划定分级分值。V=V1，V2，V3，V4，V5=I、IIIII、IV、V=1.0，0.8，0.6，0.4，0.2（7）分级评价等级分级见表 5。表 5 分级评价等级表评价等级I级级级级级评价值0，0.2）0.2，0.4）0.4，0.6）0.6，0.8）0.8，1）2.4.4 确定隶属度函数当采用模糊综合评价法2对区域路段进行评判时，各指标的隶属度函数确定影响了结果的准确性，常见的隶属函数计算包括三角形、梯形和钟形等形状，其中，三角形隶属函中国新技术新产品2024 NO.1（下）-145-生 产 与 安 全 技 术数易计算、准确性好，因此被广泛采用。三角形隶属度函数计算过程如公式（8）所示。yxxx12525025025?yxxxxx2250255025255005075?yxxxxxx300252525255075255075075?yxxxxx4050502550751002575100?yxxx5075752575100?（8）式中：x 为二级指标根据表 2 评估的得分值，y1、y2、y3、y4、y5分别对应 I 级、级、级、级、级的隶属函数。根据上述隶属度计算公式可计算各指标的隶属度 rij，二级指标的隶属度 rij组成的评价矩阵为一级评价指标的评价矩阵 Ri。3 模糊综合评价模糊综合评价2的核心思想如下：根据表 2 分别对一级指标对应的各二级指标主观评价得到的分数，计算得到各二级指标对应的隶属度，根据隶属度的数字构建 4 个不同的评价矩阵 Ri。然后根据 A=WR，通过层次分析法得到的二级指标权重与根据隶属度得到评价矩阵相乘，由此可以完成一级模糊批评价，得到一级模糊评价结果向量。一级模糊评价结果构成评价矩阵 R，采用层次分析法6可以得到一级评价指标的权重 W，将一级模糊评价结果构成评价矩阵 R 与一级评价指标的权重 W 相乘，就可以得到模糊评价的最终向量，具体计算步骤如下。3.1 一级模糊综合评价计算单因素对待评价对象的各等级下模糊子集的隶属度 rij，得到 ni5 阶的评价矩阵 Ri。二级评价指标的权重与ni5 阶的评价矩阵 Ri相乘即可以得出一级模糊评价的结果向量，如公式（9）所示。11121314152122232425,1,2,3,4,5nnnninrrrrrrrrrrrrrrr=R （9）3.2 二级模糊综合评价二级模糊综合评价是针对一级指标评价结果矩阵 Ri的进一步计算，由单因素评价结果集 Ri组成综合评价向量 R，如公式（10）所示。1234=RRRRR （10）二级综合评价模型如公式（11）所示。A=WR=（a1，a2，a3，a4，a5）（11）式中：A 为模糊评价得出的最终结果向量；W 为一级指标道路特征、道路周边设施、交通条件和环境条件经层次分析法计算后的权重。R 为二级指标经一级模糊评价得出的矩阵。a1，a2，a3，a4，a5为模糊评价最终结果向量的元素。4 评价结果处理采用最大隶属度法以综合评价向量 A=（a1，a2，a3，a4，a5）中的最大值作为评价对象的最终结果。最大结果根据表5分级评价等级表来确定国道穿越城镇路段的交通安全等级。交通安全等级为I级表示该国道穿越城镇路段的交通安全状况很好，不需要再对该路段采取过多的交通安全保障措施。交通安全等级为级表示该国道穿越城镇路段的交通安全状况较好，只需对重点路段进行实际探查，采取重点路段的交通安全保障措施。交通安全等级为级，表示该国道穿越城镇路段的交通安全状况一般，需要对该路段采取较多的交通安全保障措施。交通安全等级为级表示该国道穿越城镇路段的交通安全状况较差，交通安全等级为级表示该国道穿越城镇路段的交通安全状况很差，应对这 2 种路段的交通安全设施、交通附属设施、道路线形、交通情况和环境情况进行重新评定，采取更科学、更安全的交通安全保障措施。5 结语国道穿越城乡段交通安全对城乡之间的道路通行功能具有重要意义，使用层次分析法和模糊评价法对国道穿越城乡段交通安全进行科学、合理地评价分级，可以最大程度地分辨交通安全危险隐患路段，并及时对隐患路段采取安全保障措施，减少国道穿越城乡段交通事故发生。参考文献1 敖志凡，解琴.道路服务水平分级方法研究 J.四川水泥，2017（9）：18，37.2 王进满，杜艳爽，乔建刚.基于模糊综合评价的国道交通安全性研究 J.河北工业大学学报，2018，47（4）：89-92，97.3 李凯，李忠义.基于模糊理论的道路交通安全评价分析 J.黑龙江交通科技，2018，41（12）：217-219.4 许林新，苑仁腾，王小双.基于模糊层次分析的道路交通安全评价研究 J.北方交通，2019（3）：31-34，39.5 王史记，董岩岩.道路交通安全评价综述 J.西部交通科技，2022（5）：168-169，185.6 林晨，汪洋，王鈜民，等.基于层次分析法的国省干线交通安全综合评价 J.交通工程，2021，21（4）：52-57.