黃承鋒，趙光惠，王 平

(1. 重慶交通大學(xué) 西部交通經(jīng)濟(jì)研究中心，重慶400074；2.重慶市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，重慶 401147； 3.重慶交通大學(xué) 管理學(xué)院，重慶400074)

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基于HSM的山區(qū)農(nóng)村公路交通安全設(shè)施評(píng)價(jià)和選用
——以彎道路段為例

黃承鋒1，趙光惠2，王 平3

(1. 重慶交通大學(xué) 西部交通經(jīng)濟(jì)研究中心，重慶400074；2.重慶市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，重慶 401147； 3.重慶交通大學(xué) 管理學(xué)院，重慶400074)

針對(duì)山區(qū)農(nóng)村公路交通事故多發(fā)的情況，引入了美國《公路交通安全手冊(cè)》(HSM)中雙車道鄉(xiāng)村公路事故預(yù)測(cè)模型，并結(jié)合投影法對(duì)交通安全設(shè)施選用方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出了適用于山區(qū)農(nóng)村公路的交通安全設(shè)施選用方法，并以彎道路段進(jìn)行了示例。研究對(duì)于我國山區(qū)農(nóng)村公路安保措施的選用，提高山區(qū)農(nóng)村交通安全水平具有一定意義。

交通工程；HSM；山區(qū)農(nóng)村公路；安全設(shè)施；投影法

農(nóng)村公路是公路網(wǎng)的重要組成部分，是保障農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。農(nóng)村公路包括縣道、鄉(xiāng)道和村道三個(gè)層次?？h道一般采用三級(jí)、四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)；鄉(xiāng)道及村道采用四級(jí)公路或等外路標(biāo)準(zhǔn)[1]。筆者研究山區(qū)農(nóng)村公路主要指三級(jí)、四級(jí)及等外公路。

山區(qū)農(nóng)村公路受到山區(qū)復(fù)雜地形和建設(shè)資金限制，技術(shù)水平較低，潛在危險(xiǎn)路段多，近年來山區(qū)農(nóng)村公路交通事故數(shù)量逐年上升，惡性事故時(shí)有發(fā)生。合理設(shè)置安保設(shè)施是減少交通事故數(shù)量，降低事故烈度的有效措施，但山區(qū)農(nóng)村公路安保建設(shè)中存在建設(shè)資金不足、技術(shù)人員專業(yè)水平低等問題，如何科學(xué)合理的選用安保措施成為一個(gè)亟需解決的問題。

通過引入美國《道路交通安全手冊(cè)》(HSM)中雙車道鄉(xiāng)村公路事故預(yù)測(cè)模型中相關(guān)研究成果，以山區(qū)農(nóng)村公路彎道路段為例對(duì)交通安全措施的選用進(jìn)行了分析，計(jì)算了各類安保設(shè)施的安全性系數(shù)，并利用投影法對(duì)安保設(shè)施的安全性、適用性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，為山區(qū)農(nóng)村公路安保設(shè)施選用提供了依據(jù)。

1 HSM模型概述

1999年美國運(yùn)輸研究委員會(huì)(TRB)經(jīng)過討論認(rèn)為需要一個(gè)定性的模型和標(biāo)準(zhǔn)來判斷道路的安全水平，于2000年成立了專門的小組對(duì)道路交通安全以前的研究成果進(jìn)行了歸納整理，并進(jìn)行了更加深入的研究和系統(tǒng)分析，于2006年出版了第一版的《道路安全手冊(cè)》(HSM)，經(jīng)過不斷調(diào)整和完善，2010年形成第二版HSM。HSM通過對(duì)美國各州數(shù)10年來的大量事故資料統(tǒng)計(jì)分析和研究，總結(jié)了各種道路條件下(包括道路類型、線形條件、設(shè)施設(shè)置)的交通事故發(fā)生規(guī)律，建立了道路交通事故預(yù)測(cè)模型，并提出了安全問題診斷和改善對(duì)策。

HSM中包含了鄉(xiāng)村雙車道道路交通事故預(yù)測(cè)方法、鄉(xiāng)村多車道路交通事故預(yù)測(cè)方法、城市及城市主干道交通事故預(yù)測(cè)方法。美國首先區(qū)分城市、郊區(qū)和鄉(xiāng)村，將鄉(xiāng)村描述為人口不超過5 000人的區(qū)域，進(jìn)而定義鄉(xiāng)村公路為在鄉(xiāng)村中或在鄉(xiāng)村附近的公路。鄉(xiāng)村雙車道道路交通事故預(yù)測(cè)方法中包括了所有類別和設(shè)置不同設(shè)施的鄉(xiāng)村雙向雙車道公路，不包括4車道及4車道以上車道的公路，該模型涉及道路形式與我國農(nóng)村公路較為相近。其基本預(yù)測(cè)模型[2]為：

(1)

式中：Npredicted為分段類型X在具體1年中的預(yù)測(cè)平均事故率；Nspfy為分段類型X通過SPF所確定的基本類型的平均事故頻率；AMFyx為分段類型X特定的事故修正系數(shù)和具體的幾何設(shè)計(jì)及交通特征y；Cx為調(diào)整SPF以適應(yīng)分段類型X的當(dāng)?shù)靥卣鳌?/p>

SPF是在同一基本條件下，根據(jù)大量條件相同站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)建立的統(tǒng)計(jì)回歸模型，決定的預(yù)測(cè)平均事故頻率。

基本預(yù)測(cè)方法為將路段根據(jù)其線形要素、功能進(jìn)行分段，通過大量統(tǒng)計(jì)規(guī)律得到特定道路情況下預(yù)測(cè)路段總體事故頻率Nspfy，并消除當(dāng)?shù)貙?shí)際事故率與總體事故平率的差異，得到該段的基本事故率；再根據(jù)分段道路具體特征，計(jì)算道路要素對(duì)整體事故預(yù)測(cè)的影響系數(shù)AMFyx，對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正，得到某個(gè)分段的預(yù)測(cè)事故數(shù)。對(duì)于同一路段Nspfy與Cx為固定的某個(gè)數(shù)，因此決定Npredicted大小的關(guān)鍵因素是AMF的值。其中AMF包含道路線形、環(huán)境、設(shè)施等各種道路特征對(duì)交通事故頻率的影響，特定因素的AMF值是固定的，具有廣泛適用性。

2 彎道路段安全分析

2.1 彎道路段存在的安全隱患

山區(qū)農(nóng)村公路由于地形限制，存在大量小半徑曲線，具有較大交通安全隱患。不考慮路側(cè)情況下小半徑曲線路段主要存在的安全問題通常有：

1) 線形突然改變，駕駛員未收到應(yīng)有的提示信息，使車速過快而沖出路側(cè)。

2) 彎道處視距三角區(qū)內(nèi)存在植物、土方、建筑等障礙物，無法保證會(huì)車視距，導(dǎo)致對(duì)向車輛碰撞事故。

3) 由于車道寬度不足或駕駛行為原因，車輛占道行駛，在車速較快的情況下導(dǎo)致碰撞事故[3]。

2.2 彎道路段安全隱患解決對(duì)策

針對(duì)上述彎道路段存在的交通安全隱患，在山區(qū)農(nóng)村公路上常采用以下措施對(duì)彎道路段進(jìn)行改善：

1)改善道路條件：一般情況下影響彎道交通安全的主要因素為路段設(shè)計(jì)參數(shù)不合理，如彎道半徑過小、未設(shè)置彎道加寬、超高設(shè)置不合理等。因此，改變彎道道路條件為改善彎道路段交通安全的有效措施。具體措施包括：改變道路線形、合理設(shè)置超高、彎道路面加寬。但這些措施往往工程費(fèi)用較高且山區(qū)農(nóng)村公路安保建設(shè)資金緊張而難以實(shí)施。

2)完善交通標(biāo)志(A1)：設(shè)置交通標(biāo)志有利于提示駕駛員前方道路線形變化，使駕駛員有充足時(shí)間進(jìn)行操作，順利安全通過彎道。適用于彎道路段的主要標(biāo)志有：急彎標(biāo)志、限速標(biāo)志、建議速度標(biāo)志等。

3)視線誘導(dǎo)設(shè)施(A2)：彎道路段線形變化往往較為突然，特別是夜間，駕駛員不易辨別線形走向。設(shè)置線形誘導(dǎo)標(biāo)、路側(cè)突起路標(biāo)等誘導(dǎo)設(shè)施有助于引導(dǎo)駕駛員按照正確的路線行駛，避免沖出路側(cè)等交通事故的發(fā)生。

4)車道隔離措施(A3)：車輛在彎道路段行駛時(shí)往往占道行車行為嚴(yán)重，占道行車易造成對(duì)向相撞事故。設(shè)置道路中心線、突起路標(biāo)、橡膠隔離柱等車道隔離設(shè)施能有效減少占道行車行為，提高交通安全水平。

5)視距改善設(shè)施(A4)：彎道路段往往由于植被、土方、建筑等障礙物遮擋，導(dǎo)致平曲線內(nèi)側(cè)視距不良，對(duì)于行車安全具有較大隱患。因此，彎道路段視距不良時(shí)應(yīng)采取視距改善措施，常采用的措施有安裝反光鏡、開挖視距臺(tái)等。

3 彎道路段交通安全設(shè)施評(píng)價(jià)

在選用安保設(shè)施時(shí)首先應(yīng)保障最基本的交通安全水平，在此基礎(chǔ)上根據(jù)各地不同情況，在缺乏安保資金時(shí)應(yīng)選擇安全性及適用性最優(yōu)的方案。選用程序如圖1。

圖1 交通安全處治方案選用流程Fig.1 Flow chart of selection of traffic safety treatment scheme

3.1 基于HSM的安全性系數(shù)計(jì)算

根據(jù)相關(guān)研究[4]得到彎道路段的安全性系數(shù)S路如表1。

表1 彎道路段安全性系數(shù)

(續(xù)表1)

評(píng)價(jià)參數(shù)運(yùn)行速度/(km·h-1)彎道半徑/m安全性系數(shù)S路40±535

從HSM中選取適用于彎道的各類安全設(shè)施中的典型設(shè)施AMF值作為各類設(shè)施的AMF值[2],如表2。為定量描述各類安全設(shè)施的效果，現(xiàn)將每類交通安全設(shè)施對(duì)道路安全水平的提升效果定義為設(shè)施的安全性系數(shù)Sx，其含義為：

(2)

表2 部分彎道路段安全設(shè)施AMF值

根據(jù)道路事故多發(fā)路段常用定義，1年內(nèi)1段道路發(fā)生3起或以上道路為事故多發(fā)路段。取危險(xiǎn)段最低標(biāo)準(zhǔn)3起事故[5]，即Nspfyx=3時(shí)，當(dāng)?shù)缆窏l件發(fā)生改善時(shí)預(yù)期交通事故發(fā)生概率為小概率事件時(shí)(小于5%)為最基本安全條件，此時(shí)不考慮地區(qū)差異(Cx)AMFx≥0.016，根據(jù)式(1)得到安全性系數(shù)S≥60，即：

(3)

3.2 處治方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

3.2.1 安保設(shè)施處治因素分析

在選用山區(qū)農(nóng)村公路彎道路段的處治方案時(shí)除考慮設(shè)施的安全效果外，還應(yīng)綜合考慮資金狀況、可實(shí)施性等方面，以選取最佳方案。由于山區(qū)農(nóng)村公路安保建設(shè)施工機(jī)械缺乏，施工水平低，選用處治方案時(shí)應(yīng)考慮施工難度、養(yǎng)護(hù)難度、養(yǎng)護(hù)頻率等，同時(shí)也應(yīng)考慮方案對(duì)環(huán)境的影響。另外，方案對(duì)交通的影響也是處治方案選用時(shí)需考慮的因素。經(jīng)濟(jì)性方面，主要涉及建設(shè)費(fèi)用及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用兩方面。

3.2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

綜合考慮影響山區(qū)農(nóng)村公路彎道路段交通安全處治的因素，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確立評(píng)語集U，如表3。

表3 處治方案評(píng)語集

3.2.3 權(quán)重確立

權(quán)重是各個(gè)指標(biāo)在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的重要程度的度量，權(quán)重?cái)?shù)的確定直接影響著評(píng)估的準(zhǔn)確性。權(quán)重的確定方法有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，為了保證評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性，并使評(píng)價(jià)更趨于實(shí)際，筆者利用AHP法[6]確定評(píng)價(jià)指標(biāo)中的權(quán)向量。

通過制作評(píng)分表，由專家(共20人，9名交通安全專業(yè)，3名交通工程專業(yè)，3名道路施工管理專業(yè)，5名農(nóng)村公路管理人員)評(píng)分確定。評(píng)分內(nèi)容包括兩方面。首先專家根據(jù)自身專業(yè)和知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，自我評(píng)價(jià)對(duì)該問題的權(quán)威程度，取[0,1]，0表示完全不了解，1表示完全了解，對(duì)各位專家的打分進(jìn)行歸一化處理，得到先驗(yàn)權(quán)重W先。其次，專家針對(duì)三級(jí)公路、四級(jí)公路和等外公路的側(cè)重點(diǎn)不同，確定指標(biāo)中不同的因素相對(duì)于上個(gè)指標(biāo)而言的重要性，利用9分制對(duì)其進(jìn)行賦值，建立判斷矩陣，解出對(duì)應(yīng)的特征向量，歸一化處理后可得到對(duì)應(yīng)的后驗(yàn)權(quán)重W后。由W先乘以W后得到3組矩陣，對(duì)于單個(gè)指標(biāo)權(quán)重的統(tǒng)計(jì)服從正態(tài)分布，專家意見較為集中。通過求加權(quán)平均數(shù)得到最后的權(quán)重W，如表4。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確立

3.2.4 指標(biāo)測(cè)評(píng)

各子指標(biāo)評(píng)價(jià)量值的確定分為定量和定性指標(biāo)。定量指標(biāo)是通過實(shí)際計(jì)算獲取，包括安全系數(shù)、建設(shè)費(fèi)用。其他指標(biāo)通過德爾菲法得到。設(shè)定評(píng)語集V={優(yōu)、良好、一般、差}。各指標(biāo)屬性值與對(duì)應(yīng)級(jí)別之間的關(guān)系如表5。

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分區(qū)間

3.3 基于投影法的處置方案綜合評(píng)價(jià)

采取投影法對(duì)多種處治方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。投影法[7]是把每1個(gè)指標(biāo)類作為1個(gè)維度，從而將1個(gè)多指標(biāo)的方案化為多維的方案向量，通過備選方案的決策向量在理想方案決策向量方向的投影值大小來進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.3.1 建立決策矩陣

設(shè)安保設(shè)施選用方案集為F={F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，…，F(xiàn)n}，評(píng)價(jià)指標(biāo)集U={U1，U2，U3，…，Um}，方案Fi對(duì)指標(biāo)Uj的屬性值(指標(biāo)值)yij(i=1,2,…n;j=1,2,…,m)，用Y=(yij)n×m表示多目標(biāo)決策矩陣[8]，即：

(4)

3.3.2 指標(biāo)處理

不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)往往具有不同的屬性值，因此在決策前應(yīng)將決策矩陣Y中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化處理。

收益型指標(biāo)：

(5)

成本型指標(biāo)：

例2:(ST)東亞中國2010年12月31日的資產(chǎn)負(fù)債表、2010年度的利潤表和現(xiàn)金流量表根據(jù)中華人民共和國財(cái)政部頒布的企業(yè)會(huì)計(jì)準(zhǔn)則（2006）的規(guī)定編制，并經(jīng)畢馬威華振會(huì)計(jì)師事務(wù)所上海分所審計(jì)(東亞銀行年度報(bào)告：2010)[6]。

(6)

記量化處理后的決策矩陣為：

Z=(Zij)n×m，Zij∈[0，1]。

3.3.3 加權(quán)無量綱決策矩陣

在權(quán)重的作用下，增廣型加權(quán)規(guī)范化決策矩陣C=(Cij)n×m，Cij∈[0，1]。

3.3.4 確立最優(yōu)方案

如果把每個(gè)方案的指標(biāo)屬性值看成一個(gè)行向量(矢向量)，則每個(gè)決策方案Ai與理想方案A*之間的關(guān)系可用三角余弦表示。決策方案Ai與理想方案A*之間的夾角余弦值為

(7)

決策方案Ai的模為

(8)

Di=di×ri，i=1，2，…，n

(9)

4 處治示例

某鄉(xiāng)道急彎危險(xiǎn)路段，彎道半徑12 m，運(yùn)行速度28 km/h，彎道外側(cè)設(shè)有混凝土護(hù)欄，彎道處視距不良。該彎道路段曾經(jīng)發(fā)生1起輕微事故?，F(xiàn)提出如下5個(gè)整改方案：

方案1：粘貼式誘導(dǎo)標(biāo)+反光鏡+警告標(biāo)志+振蕩中線；

方案2：立柱式誘導(dǎo)標(biāo)+開挖視距臺(tái)+警告標(biāo)志+中心實(shí)線；

方案3：警告標(biāo)志+中心實(shí)線；

方案4：粘貼式誘導(dǎo)標(biāo)+警告標(biāo)志+中心實(shí)線；

方案5：開挖視距臺(tái)+警告標(biāo)志+粘貼式誘導(dǎo)標(biāo)+反光鏡

根據(jù)條件，確定該路段屬于等外公路。由表1可知，該路段安全性系數(shù)為25，根據(jù)表2得到各方案采取設(shè)施的安全性系數(shù)。該路段的道路管理人員、交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)人員、道路施工人員等共5人進(jìn)行方案打分，通過計(jì)算均值得到如表6數(shù)據(jù)。

表6 路線評(píng)價(jià)指標(biāo)及數(shù)據(jù)

首先，根據(jù)公式計(jì)算得到，各方案的安全系數(shù)總計(jì)分別為69.25，69.25，33.3，60.97，67.83，其中方案3的安全系數(shù)總計(jì)為33.3≤60，因此達(dá)不到安全標(biāo)準(zhǔn)，直接剔除方案3。

現(xiàn)根據(jù)方案1，2，4，5，得到多目標(biāo)矩陣，如下：

對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量化處理，于安全性系數(shù)指標(biāo)利用式(5)，其他指標(biāo)根據(jù)式(6)，量化處理后得到：

根據(jù)表4可以得到該路段的權(quán)重W=(0.371 2, 0.147 8, 0.070 1, 0.290 1, 0.120 8),由此得到增廣矩陣C=(Cij)n×m，Cij∈[0，1]。

模型式(7)，得到?jīng)Q策方案與理想方案的夾角余弦ri為：

r1=0.893 5，r2=0.242 2，r4=0.181 1，r5=0.483 1

根據(jù)式(8)，得到?jīng)Q策方案的模di為：

d1=0.361 5，d2=0.089 8，d4=0.067 1，d5=0.278 9

根據(jù)式(9)計(jì)算得到?jīng)Q策方案在理想方案上的投影Di為：

D1=0.323 0，D2=0.021 7，D4=0.012 2，D5=0.134 7

根據(jù)各決策方案在理想方案上的投影值大小排序?yàn)镈1>D5>D2>D4，故方案1為最優(yōu)方案，與實(shí)際情況相符，如圖2。

圖2 彎道路段處治方案Fig.2 Treatment scheme of bend section on rural road

5 結(jié) 語

引入美國《公路安全手冊(cè)》中交通事故模型中道路線形指標(biāo)及道路安全設(shè)施對(duì)交通事故的影響系數(shù)，采用投影法對(duì)山區(qū)農(nóng)村公路的安保設(shè)施選用方案進(jìn)行了定性和定量評(píng)價(jià)，綜合考慮道路條件及設(shè)施的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施性等，提出了安保方案的選用方法，并以山區(qū)農(nóng)村公路最常見的彎道路段的安保方案選用作為示例，確定了最佳方案，在我國安保建設(shè)資金缺乏，基層工作人員技術(shù)水平較低的情況下，提高山區(qū)農(nóng)村公路交通安全水平具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

在山區(qū)農(nóng)村公路危險(xiǎn)路段處治時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行考慮，如景觀、經(jīng)濟(jì)等因素在每條路上要求及條件不盡相同，但均應(yīng)保障最基本的安全。提出了一種安保方案選擇的思路和模型，可供基層工作人員及相關(guān)研究人員進(jìn)行參考。

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Evaluation and Application of Traffic Safety Facilities on Rural Roadin Mountain Area Based on HSM —A Case Study of Bend Sections

Huang Chengfeng1, Zhao Guanghui2, Wang Ping3

(1. Western China Transportation Economy Society Development Study Center, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2. Chongqing Planning & Design Institute, Chongqing 401147, China; 3. School of Management, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

According to more accidents happened on rural roads in mountain area, the two-lane rural highway accident prediction model of American “Highway Safety Manual” (HSM) was introduced. HSM was combined with the projection method to evaluate the traffic safety facilities selection program, and the selection method of safety facilities on rural roads in mountain area was proposed, and the sharp bends sections were taken as examples. The study is meaningful to the selection of security measures on rural roads in mountain area and the enhancement of the mountainous rural transport safety.

traffic engineering; HSM; rural roads in mountain area; security measures; projection method

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.05.18

2013-09-10；

2013-10-12

黃承鋒(1965—)，男，重慶人，教授，博士，主要從事交通經(jīng)濟(jì)方面的研究。E-mail：805011870@qq.com。

U 491.5

A

1674-0696(2015)05-089-06