胡燕紅，黃細(xì)和，謝春玲，康虔

（湖南中大設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410075）

隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，西南山區(qū)修建了越來(lái)越多的山區(qū)干線(xiàn)公路。這些公路的修建一定程度上緩解了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的交通壓力，但同時(shí)也使得交通事故數(shù)量日益增長(zhǎng)。交通事故中有相當(dāng)一部分是由于公路條件所引起。據(jù)統(tǒng)計(jì)，公路條件所引發(fā)的交通事故約占湖南省2010年總交通事故的17%，而駕駛員的疲勞駕駛、超速駕駛所引發(fā)的交通事故更是分別占總交通事故的27%和24%[1]。

改善交通安全管理工作的前提就是結(jié)合交通現(xiàn)狀對(duì)事故危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)。英、美、澳等國(guó)家早在上個(gè)世紀(jì)九十年代就已經(jīng)開(kāi)展道路安全相關(guān)的評(píng)價(jià)工作，我國(guó)學(xué)者對(duì)道路安全評(píng)價(jià)的研究雖然起步比發(fā)達(dá)國(guó)家略晚，但已取得較豐碩的研究成果，采用的方法主要有事故率法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、事故強(qiáng)度法、灰色評(píng)價(jià)法、交通沖突技術(shù)法、模糊評(píng)價(jià)法、GIS鑒別法、雙曲正切函數(shù)法等[2]。然而以上研究都是針對(duì)我國(guó)已經(jīng)建成的高等級(jí)公路，這些公路日均交通量大、平縱線(xiàn)形較好、有多條車(chē)道且具有中央隔離帶。以上方法在應(yīng)用到山區(qū)干線(xiàn)公路的事故危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)當(dāng)中取得的分析結(jié)果總是不盡人意。

山區(qū)公路事故危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜且龐大的系統(tǒng)工程，難點(diǎn)在于眾多影響因素的不確定性及其隱蔽性。如何根據(jù)山區(qū)公路既有的不確定信息進(jìn)行分析，判斷出該段公路的危險(xiǎn)性并提前做好控制管理工作是值得研究的一個(gè)重要問(wèn)題。在這方面，未確知測(cè)度理論提供了一個(gè)比較好的解決手段。

王光遠(yuǎn)教授在 1990年最早提出未確知信息及其數(shù)學(xué)處理理論，這是一種新的不同于模糊信息、隨機(jī)信息和灰色信息的不確定性信息，劉開(kāi)第等在此基礎(chǔ)上建立了未確知數(shù)學(xué)理論[3]。二十多年來(lái)，未確知測(cè)度評(píng)價(jià)模型被廣泛應(yīng)用到社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)研究中[4]。筆者在文中將層次分析法和未確知測(cè)度理論結(jié)合在一起，構(gòu)建了山區(qū)公路危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)模型，參考國(guó)內(nèi)外學(xué)者在高等級(jí)道路安全評(píng)價(jià)的研究成果，從駕駛員、道路條件、外部條件三方面綜合考慮駕駛員違章駕駛率(I1)、3年駕齡以下駕駛員比例(I2)、道路平縱組合(I3)、超車(chē)視距(I4)、路面狀況(I5)、道路服務(wù)水平等級(jí)(I6)、重車(chē)，大車(chē)比例(I7)、交通工程及沿線(xiàn)設(shè)施(I8)、路側(cè)干擾等級(jí)(I9)、路側(cè)景觀協(xié)調(diào)性（I10）、不良?xì)夂蛱鞌?shù)(I11)共十一個(gè)最重要的影響指標(biāo)，將定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為半定量指標(biāo)進(jìn)行定量分析，預(yù)測(cè)出山區(qū)公路的危險(xiǎn)性，為我國(guó)山區(qū)公路危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)提供一個(gè)新思路。

1 山區(qū)公路事故危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)模型簡(jiǎn)介

1.1 未確知測(cè)度理論

設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象集X={X1，X2，X3，…，Xn}，評(píng)價(jià)指標(biāo)集I={I1，I2，…，Im}。若xij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象Xi關(guān)于第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ij的測(cè)量值，則有m維向量Xi=(Xi1，X2，…，Xim)。設(shè)評(píng)價(jià)等級(jí)空間U={C1，C2，…，Cp}，第k個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)Ck為xij的等級(jí)值；若第k+1級(jí)比第k級(jí)危險(xiǎn)性大，記作Ck+1＞Ck；若C1＞C2＞…＞Cp，或C1＜C2＜…＜Cp，則稱(chēng){C1，C2，…，Cp}是U的一個(gè)有序分割類(lèi)。

若μijk=μ(xij∈Ck)表示測(cè)量值xij屬于第k個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)Ck的程度，且μ滿(mǎn)足：

則μ為測(cè)度。

1.2 單指標(biāo)未確知測(cè)度矩陣

構(gòu)造單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)μ(xij∈Ck)(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；k=1，2，…，p)，求出對(duì)象Xi的各個(gè)指標(biāo)測(cè)度值μijk，構(gòu)造單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣(μijk)m×p如下：

1.3 預(yù)測(cè)矩陣

1.4 置信度評(píng)判

令λ為置信度(λ≥0.5，通常取λ=0.5或0.6)，若C1＞C2＞…＞Cp，且令

則待評(píng)對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為CP0。

2 模型驗(yàn)證

2.1 事故危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)模型指標(biāo)體系的建立

定性指標(biāo)通過(guò)賦值法轉(zhuǎn)變?yōu)榘攵恐笜?biāo)，根據(jù)單因素法將山區(qū)干線(xiàn)公路危險(xiǎn)性分為四個(gè)等級(jí)，等級(jí)集分別為{C1，C2，C3，C4}，即Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)，表示風(fēng)險(xiǎn)性很小、風(fēng)險(xiǎn)性一般、風(fēng)險(xiǎn)性較大、風(fēng)險(xiǎn)性大，每級(jí)都參考前人的科研成果[5-8]并根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)結(jié)合干線(xiàn)公路功能設(shè)置取值標(biāo)準(zhǔn)。其中，指標(biāo)I1、I7參考文獻(xiàn)[5]研究成果進(jìn)行取值，指標(biāo)I3、I4、I6參考規(guī)范[6]并結(jié)合干線(xiàn)公路的等級(jí)及功能進(jìn)行計(jì)算取值，指標(biāo) I8、I10參考文獻(xiàn)[7]研究成果進(jìn)行取值，其余指標(biāo)參考文獻(xiàn)[8]研究成果進(jìn)行取值，各指標(biāo)詳細(xì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1與表2。

決策者在實(shí)際操作中首先根據(jù)表1和表2中各評(píng)判指標(biāo)的賦值標(biāo)準(zhǔn)，采用折線(xiàn)法構(gòu)造單指標(biāo)未確知測(cè)度函數(shù)，再根據(jù)該指標(biāo)的實(shí)測(cè)值，在圖上查得其未確知測(cè)度值，計(jì)算過(guò)程可見(jiàn)圖1。山區(qū)公路事故危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)定量指標(biāo)的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)分別如圖2所示。

其中：βi+1取值為該等級(jí)內(nèi)的平均值。根據(jù)該指標(biāo)實(shí)測(cè)值x0與測(cè)度函數(shù)直線(xiàn)的交點(diǎn)到Y(jié)軸投影的距離即可得出該實(shí)測(cè)值對(duì)應(yīng)的未確知測(cè)度值。

圖1 直線(xiàn)法未確知測(cè)度函數(shù)

表1 定量指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 定性指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖2 各單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

2.2 實(shí)例驗(yàn)證

2.2.1 確定單指標(biāo)測(cè)度矩陣

湖南省石門(mén)縣是全國(guó)聞名的貧困山區(qū)縣，交通運(yùn)輸以干線(xiàn)公路為主，全縣共有省道 600多km，S301、S303、S304、S308等多條山區(qū)二級(jí)干線(xiàn)公路貫穿縣境。運(yùn)用上述模型對(duì)該縣干線(xiàn)公路事故危險(xiǎn)性性進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)石門(mén)縣交通運(yùn)輸局對(duì)各干線(xiàn)公路的統(tǒng)計(jì)資料及石門(mén)縣年鑒（2014），評(píng)價(jià)對(duì)象的各項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)表3。以S301太平段為例，將該段公路各項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值代入到圖2對(duì)應(yīng)的單指標(biāo)未確知測(cè)度函數(shù)中，得到相應(yīng)的單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣見(jiàn)式(7)：

表3 各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

根據(jù)層次分析法的基本定義按照層次結(jié)構(gòu)模型，每一層元素都以相鄰上一層次各元素為基準(zhǔn)，按兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣，見(jiàn)式（8）：

對(duì)于上述兩兩比較得到的判斷矩陣，解特征根問(wèn)題：DW=λmaxW，所得到的W經(jīng)正規(guī)化后即可作為指標(biāo)排序權(quán)重。層次分析法詳細(xì)計(jì)算過(guò)程可參加文獻(xiàn)[9]，由此計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重W為：

2.2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果

由式（5）得預(yù)測(cè)矩陣μik，見(jiàn)式（10）。

選取置信度λ=0.6，由式(6)可得S301太平段事故危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅲ級(jí)，S303繞城段事故危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，S304羅坪段的事故危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅲ級(jí)，S308壺瓶山段的事故危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅲ級(jí)，且風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)S304羅坪段＞S301太平段＞S308壺瓶山段＞S303繞城段。評(píng)判結(jié)果與采用事故率法對(duì)石門(mén)縣交通運(yùn)輸局提供的2011-2014年交通事故調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，該模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際調(diào)查結(jié)果基本吻合，可認(rèn)為該預(yù)測(cè)模型具有可行性。

3 結(jié)論

3.1 本文借鑒前人在公路安全評(píng)價(jià)方面的研究成果，結(jié)合山區(qū)干線(xiàn)公路運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)山區(qū)公路事故危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)，將山區(qū)公路分為風(fēng)險(xiǎn)性很小、風(fēng)險(xiǎn)性一般、風(fēng)險(xiǎn)性較大、風(fēng)險(xiǎn)性大四個(gè)等級(jí)。

3.2 引入未確知測(cè)度理論綜合考慮影響山區(qū)公路事故危險(xiǎn)性各個(gè)因素，建立了風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，為研究山區(qū)公路事故危險(xiǎn)性提出了一種科學(xué)、系統(tǒng)的方法。

3.3 將該預(yù)測(cè)模型運(yùn)用到湖南省石門(mén)縣山區(qū)干線(xiàn)公路的事故風(fēng)險(xiǎn)性預(yù)測(cè)中，預(yù)測(cè)結(jié)果與石門(mén)縣交通運(yùn)輸局關(guān)于道路事故的統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本符合。證明了該山區(qū)公路事故危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)模型科學(xué)合理，對(duì)山區(qū)公路安全交通管理有一定的指導(dǎo)性意義。

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