白詩(shī)堯 錢琳娟

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001)

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基于多種評(píng)價(jià)方法的高速公路安全性研究

白詩(shī)堯 錢琳娟

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001)

介紹了高速公路安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立原則，采用模糊綜合法、層次分析法和因子分析法三種評(píng)價(jià)方法，建立了高速公路安全性評(píng)價(jià)模型，通過實(shí)例分析了三種評(píng)價(jià)方法的有效性，指出上述三種方法均可準(zhǔn)確評(píng)價(jià)高速公路的安全性，為我國(guó)高速公路的可持續(xù)性發(fā)展提供了理論依據(jù)。

高速公路，安全性，模糊綜合法，層次分析法，因子分析法

0 引言

近年來，由于我國(guó)高速公路的快速發(fā)展，使得我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)十分興盛，但我們?cè)谙硎芨咚俟方o我們帶來出行舒適和快捷的同時(shí)，也會(huì)給我們帶來很多問題，如高速公路上的交通事故頻繁發(fā)生以及高速公路自身的安全性降低等，據(jù)有關(guān)報(bào)道，在1994年—2004年期間，以100 km為基數(shù)，高速公路發(fā)生的道路交通事故率比普通公路高出4倍之多，并且重大交通事故仍持續(xù)不斷地出現(xiàn)，這不僅給國(guó)家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，而且給高速公路的維護(hù)造成了諸多不便，同時(shí)也威脅著出行人員的人身安全，因此，倘若能對(duì)高速公路安全性進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，那么這些問題就可以相應(yīng)地減少許多，而高速公路本身就是一個(gè)復(fù)雜多變的系統(tǒng)，影響其運(yùn)營(yíng)狀況的因素眾多，對(duì)其安全性評(píng)價(jià)一直沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，就目前研究現(xiàn)狀來看，對(duì)高速公路安全性評(píng)價(jià)方法很多，有模糊綜合法、層次分析法、因子分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及蟻群算法等，由于本文篇幅有限，僅對(duì)模糊綜合法、層次分析法以及因子分析法進(jìn)行分析講解，其他高速公路安全性評(píng)價(jià)方法參見相關(guān)文獻(xiàn)。

1 指標(biāo)體系建立的原則

在對(duì)高速公路進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)時(shí)，我們應(yīng)該客觀的、科學(xué)的、合理的建立起相應(yīng)的指標(biāo)體系，而評(píng)價(jià)高速公路安全性的指標(biāo)體系基本包括預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)等功能，因此，若想正確評(píng)價(jià)出高速公路的安全性，我們?cè)谶x擇影響指標(biāo)時(shí)，需要注意以下原則：

1)目標(biāo)對(duì)象應(yīng)具備指導(dǎo)性。對(duì)高速公路安全性評(píng)價(jià)的指標(biāo)必須具備指導(dǎo)性，這樣才能在兼顧安全的同時(shí)，有效地減少交通事故的發(fā)生率以及正確作出安全等級(jí)的判定。

2)因子指標(biāo)的選取應(yīng)合理。建立指標(biāo)體系時(shí)，應(yīng)對(duì)因子指標(biāo)的選取作出客觀分析，這樣才能對(duì)目標(biāo)對(duì)象作出真實(shí)的反應(yīng)。

3)定性指標(biāo)應(yīng)做定量化處理。在分析高速公路安全性影響時(shí)，常常因?yàn)橐恍┎淮_定因素或者是沒有具體量化的因素，使得在判定高速公路的安全等級(jí)時(shí)，其結(jié)果往往會(huì)出現(xiàn)偏差，因此，對(duì)定性指標(biāo)做定量化處理，顯得很有必要。

4)選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)盡量具備可操作性。其目的是為了后期計(jì)算、量化以及統(tǒng)計(jì)方便。

2 高速公路安全性的評(píng)價(jià)方法

2.1 基于模糊綜合法的高速公路安全性評(píng)價(jià)

模糊綜合法是美國(guó) L. A. Zadeh 教授于1965年提出的，他利用精確數(shù)學(xué)方法首次對(duì)模糊概念進(jìn)行了描述，創(chuàng)造出一種模糊數(shù)學(xué)理論，而模糊綜合法的原理是將目標(biāo)對(duì)象的不易定量的因素進(jìn)行定量分析，從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，本文基于模糊綜合法，對(duì)影響高速公路交通安全的因素進(jìn)行了定量化處理，并同時(shí)選取了駕駛員、行駛車輛、高速公路條件和行車環(huán)境四個(gè)影響因子，建立起了高速公路安全性評(píng)價(jià)模型。

將駕駛員、行駛車輛、高速公路條件和行車環(huán)境四個(gè)影響因子分成兩個(gè)層次(準(zhǔn)則層和指標(biāo)層)進(jìn)行模糊安全性評(píng)價(jià)，其中，將高速公路的安全性設(shè)為目標(biāo)層，將駕駛員、行駛車輛、高速公路條件和行車環(huán)境設(shè)為準(zhǔn)則層，駕駛員的心理因素、生理因素、反應(yīng)特性和疲勞狀況構(gòu)成的指標(biāo)層為第一個(gè)準(zhǔn)則層；車輛的制動(dòng)性能、動(dòng)力性能、輪胎損壞情況和超限情況構(gòu)成的指標(biāo)層為第二個(gè)準(zhǔn)則層；道路的線性、路面、視距和設(shè)施構(gòu)成的指標(biāo)層為第三個(gè)準(zhǔn)則層；環(huán)境的天氣情況、自然災(zāi)害以及交通擁堵狀況構(gòu)成的指標(biāo)層為第四個(gè)準(zhǔn)則層。采用模糊綜合法對(duì)高速公路安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)的步驟：首先，建立安全等級(jí)集合，即將高速公路安全等級(jí)分為安全、一般、中等和危險(xiǎn)四個(gè)等級(jí)；其次，建立評(píng)價(jià)因素集合，集合元素包括駕駛員、車輛因素、高速公路條件和環(huán)境因素四個(gè)元素；接著，計(jì)算權(quán)向量和模糊綜合評(píng)價(jià)向量；最后，確定高速公路的安全等級(jí)以及各因素的影響大小。根據(jù)工程實(shí)例證明，該評(píng)價(jià)方法是可行的。

2.2 基于層次分析法的高速公路安全性評(píng)價(jià)

層次分析法(AHP)是美國(guó)教授 T. L. Saaty 于20世紀(jì)70年代初提出的，層次分析法(AHP)的原理是將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化、條理化以及層次化，對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)將影響目標(biāo)對(duì)象安全性的因素按屬性關(guān)系分為幾個(gè)層次，這些層次是相互制約的，通常這些層次大致分為最高層、中間層和最底層，本文運(yùn)用層次分析法(AHP)，選取道路環(huán)境、高速公路安全設(shè)施以及高速公路交通安全管理三個(gè)因素，建立起高速公路安全性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。

最高層為高速公路安全性，道路的線性、路面和視距構(gòu)成第一個(gè)中間層；道路標(biāo)志、防護(hù)、照明和視線構(gòu)成第二個(gè)中間層；道路監(jiān)控、信息和管理構(gòu)成第三個(gè)中間層。采用層次分析法對(duì)高速公路安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)的步驟：首先，建立遞階層次結(jié)構(gòu)，即建立起上述指標(biāo)體系；其次，構(gòu)造判斷矩陣；接著，做出層次單排序和總排序；最后，對(duì)高速公路的安全性作出綜合評(píng)價(jià)。而根據(jù)工程實(shí)例證明，該評(píng)價(jià)方法是可行的。這里補(bǔ)充說明一下：在構(gòu)造判斷矩陣時(shí)，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，即滿足兩個(gè)公式：CI=(λMax-n)/(n-1)，CR=CI/RI，當(dāng)CR≥0.1時(shí)，可認(rèn)為該判斷矩陣的一致性是不接受的，反之，則為接受，這時(shí)需要重新對(duì)判斷矩陣作適當(dāng)?shù)男拚?/p>

2.3 基于因子分析法的高速公路安全性評(píng)價(jià)

因子分析法是英國(guó)教授 Spearman于1904年提出的，該方法自提出后，成功解決了許多實(shí)際問題，如解決了智力測(cè)驗(yàn)得分的統(tǒng)計(jì)分析問題，隨著研究者的不斷完善，目前已經(jīng)拓展在其他工程領(lǐng)域中大量應(yīng)用，而因子分析法的原理是將多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)綜合變量，用有限個(gè)不可觀測(cè)的隱變量來解釋原始變量之間的相關(guān)關(guān)系，本文基于因子分析法，對(duì)高速公路的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析時(shí)，遴選出高速公路安全性的影響因子，并建立起高速公路安全性評(píng)價(jià)的相關(guān)指標(biāo)體系。

采用因子分析法對(duì)高速公路安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)的步驟：首先，構(gòu)造因子變量；其次，將因子旋轉(zhuǎn)，目的是使因子變量更加具有可解釋性；接著，計(jì)算因子得分；最后，根據(jù)因子得分，作出高速公路安全性評(píng)價(jià)。其具體計(jì)算過程為：

第一，原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化；

第二，求出數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的相關(guān)矩陣；

第三，求該相關(guān)矩陣的特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量；

第四，計(jì)算方差和累計(jì)方差的貢獻(xiàn)率；

第五，由貢獻(xiàn)率確定好因子，并將其旋轉(zhuǎn)，來獲取因子實(shí)際含義；

第六，計(jì)算因子得分以及總得分；

第七，作出綜合判斷。

由于因子分析法(FA)有許多局限性，目前在高速公路安全性評(píng)價(jià)方面，研究的甚少，但在其他科學(xué)領(lǐng)域，還是有大量相關(guān)研究的，這里需要說明的是，在對(duì)矩陣的選擇時(shí)，要做方差相關(guān)性判斷，其中矩陣公式為X=AF+e。

3 結(jié)語

針對(duì)高速公路安全性的評(píng)價(jià)，本文已列舉了三種不同的評(píng)價(jià)方法，并且從這三種評(píng)價(jià)方法的分析中，我們可以得知：

1)采用模糊綜合法、層次分析法以及因子分析法對(duì)高速公路進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)是可行的；

2)采用上述三種評(píng)價(jià)方法，可以有效地減少國(guó)家經(jīng)濟(jì)的損失以及人員的傷亡；

3)采用上述三種評(píng)價(jià)方法，可以客觀的、科學(xué)的、合理的對(duì)高速公路安全性作出正確的評(píng)價(jià)。

[1] 柯 建.高速公路安全評(píng)價(jià)方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2008.

[2] 張建偉.運(yùn)營(yíng)隧道健康檢測(cè)評(píng)估模型研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2012.

Study on highway safety on the basis of various evaluation methods

Bai Shiyao Qian Linjuan

(GuizhouTrafficPlanningSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Guiyang550001,China)

Applying three kinds of evaluation methods including fuzzy comprehensive evaluation method, AHP method, and factor analysis method, the paper establishes highway safety evaluation model, introduces the establishment principles of highway safety evaluation index system through examples, analyzes their effectiveness, and finally points out the above-mentioned three evaluation methods can realize accurate evaluation, which has provided theoretical basis for sustainable development of domestic highway.

highway, safety, fuzzy evaluation method, Analytic Hierarchy Process(AHP), factor analysis method

1009-6825(2016)10-0140-02

2016-01-25

白詩(shī)堯(1987- )，男，碩士，工程師； 錢琳娟(1988- )，女，會(huì)計(jì)師

U412.366

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