曹　實，熊　剛

（1.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，南京　210098；2.新疆交通建設(shè)集團股份有限公司，烏魯木齊　830016）

高速公路出入口匝道安全性評價方法研究

曹實1，熊剛2

（1.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，南京210098；2.新疆交通建設(shè)集團股份有限公司，烏魯木齊830016）

為了解決出入口匝道安全性問題，減少高速公路出入口匝道事故率，從道路因素、車輛因素及其他因素選取評價指標構(gòu)建模糊綜合評價模型，對高速公路出入口匝道的安全性進行評價，并采用層次分析法計算各因素的權(quán)重。應(yīng)用該評價模型對仁赤高速公路K15+225 m出口匝道進行詳細的安全評價，并針對評價結(jié)果給出相應(yīng)的安全改善措施。另外，應(yīng)用該模型還對仁赤高速公路全線12個出入口匝道的安全性進行評價，結(jié)果表明：58%以上的出入口匝道處于臨界安全狀態(tài)。

高速公路出入口匝道；層次分析法；模糊綜合評價；安全改善措施

截止2013年12月底，我國高速公路通車里程已突破10萬km，超越美國的9.2萬km，居世界第一。隨著通車里程不斷增長，高速公路在道路運輸領(lǐng)域中的地位越來越不可替代。而高速公路出入口匝道是車輛合流、分流的特殊路段，其承擔著高速公路與其他各等級公路連接的任務(wù)，存在車輛加速、減速等復(fù)雜的駕駛行為，容易造成駕駛員心理緊張、操作失誤，引發(fā)交通事故。通常，高速公路出入口匝道屬于事故多發(fā)路段，事故率是普通路段的4～5倍，安全問題比較突出［1］。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對高速公路出入口匝道安全性進行了大量研究。1998年，M Aldrin對加速車道的合流特性進行了研究，并提出了延誤理論，以延誤時間為安全評價指標［2］。2000年，Yasser Hassan和S.M.Easa利用計算機仿真研究了匝道線性對駕駛員與匝道安全的影響［3］。2002年，Huajing Shi通過分析入口匝道匯入延誤特性，以匯入車輛延誤作為指標，建立了安全評價指標的模型［4］。2003年，李嘉等從行車安全性角度出發(fā)，對事故多發(fā)的高速公路出入口匝道和加減速車道的設(shè)計進行了安全性分析［5］。2005年，毛子珍在分析出入口匝道交通運行特征的基礎(chǔ)上，提出了匝道擁堵后的改善對策［6］。2011年，閻瑩等在分析了出入口區(qū)域交通特征基礎(chǔ)上，提出了以制動減速度和不安全密度指數(shù)作為出入口安全評價的指標，并建立了風(fēng)險評價模型［7］。2013年，Zheng Z和AHN研究了高速公路與出入口匝道連接處的合流特性，并構(gòu)建了高速公路事故與匝道交通量的函數(shù)及預(yù)測模型［8］。

為了提高出入口匝道的安全服務(wù)水平，使高速公路更好地服務(wù)于社會，迫切需要對高速公路出入口匝道的安全性問題進行研究。本文針對高速公路出入口匝道，從設(shè)計、道路、車輛等因素選取評價指標對出入口匝道進行安全性分析，并應(yīng)用模糊綜合評價法對高速公路出入口匝道進行安全評價，針對評價結(jié)果劃分不同的安全分級，并給出相應(yīng)的安全改善措施。

1　高速公路出入口匝道安全現(xiàn)狀

高速公路出入口匝道是供車輛駛出或駛?cè)敫咚俟分骶€的路段，其具有利用匝道端部及匝道圓曲線來控制半徑之間車輛運行速度的過渡功能。研究表明［9］，高速公路交通事故中，很大一部分發(fā)生在出入口匝道及其附近，而由于缺乏對高速公路出入口匝道安全性的研究，致使近年來出入口匝道事故率逐年增長，嚴重影響高速公路的服務(wù)水平和安全狀況，主要表現(xiàn)在以下幾個方面［10］：

1）出入口匝道交通流導(dǎo)入方式不盡合理。

由于高速公路加速和減速車道劃分不夠明顯，導(dǎo)致出入口匝道流出點不明確，駕駛員不能夠提前辨識出入口匝道而出現(xiàn)心理緊張，導(dǎo)致操作失誤，引發(fā)交通事故。

2）出入口匝道設(shè)計選位比較模糊。

合理的高速公路出入口匝道選位能夠提高出入口匝道的通行能力和交通安全，節(jié)省行駛時間。而目前出入口匝道的設(shè)計選位存在不重視相關(guān)路網(wǎng)規(guī)劃的調(diào)查、對出入口交通流量缺乏調(diào)查以及未結(jié)合城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃來考慮等問題，導(dǎo)致選址不合理，致使出入口匝道附近經(jīng)常發(fā)生交通沖突，從而影響高速公路主線交通。

3）出入口匝道間距過小或渠化不明確。

我國高速公路設(shè)計過程中，由于對出入口匝道間距的合理設(shè)置缺乏研究，因此經(jīng)常出現(xiàn)相鄰2個或多個出入口匝道間距過小，導(dǎo)致駕駛員在選擇出入口匝道時猶豫不決，甚至出現(xiàn)錯誤判斷的現(xiàn)象。有些駕駛員由于精力過度集中于出入口匝道而忽略了左后側(cè)車輛，導(dǎo)致事故發(fā)生。加之高速公路出入口匝道渠化不夠明確，出入口匝道經(jīng)常會出現(xiàn)車輛搶道的現(xiàn)象，從而更增大了事故發(fā)生的可能性。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，高速公路出入口匝道安全狀況較差，屬于事故易發(fā)路段。因此，本文將選取對高速公路出入口匝道安全影響最大的因素，應(yīng)用模糊綜合評價法對其進行評價，并給出相應(yīng)的改善措施。

2　評價指標選取

運用模糊綜合評價法對高速公路匝道出入口進行安全評價，選取高速公路出入口匝道安全影響因素作為評價指標，構(gòu)建模糊綜合評價模型。

雖然道路因素在交通事故原因中不及人的因素占的比例大，但人的因素較難控制和把握，而道路因素在一定程度上是引起駕駛員失誤的誘因，因此，道路因素是交通事故發(fā)生的深層次原因［11］。本文從道路因素、車輛因素及其他因素3方面選取指標對高速公路出入口匝道安全進行分析。道路因素包括平面因素、縱斷面因素以及橫斷面因素；車輛因素包括交通量因素、交通組成因素以及運行車速因素；其他因素包括視距以及匝道端部設(shè)計因素，見表1。

3　高速公路出入口匝道安全性評價

3.1評價因素集和評價等級建立

3.1.1評價因素集建立

本文將影響高速公路出入口匝道的安全性評價因素分為3級。

第1級因素：

第2級因素：

第3級因素：

式中各字符含義如表1所述，建立評價指標體系，如圖1所示。

3.1.2評價等級確定

評價等級為刻畫各評價因素所處狀態(tài)的決斷，本文將高速公路出入口匝道綜合評價結(jié)果劃分為4個等級［12］：

3.2隸屬度矩陣及指標權(quán)重確定

表1　高速公路出入口匝道安全評價指標體系

圖1　評價指標體系

3.2.1隸屬度矩陣確定

評價矩陣R表示評價對象U到V的模糊關(guān)系，根據(jù)構(gòu)造的3級評價因素集來分級構(gòu)造單因素的評價矩陣。以第3級因素平面因素為例構(gòu)造成單因素評判矩陣表示第3級因素平面因素的圓曲線半徑、超高和曲線轉(zhuǎn)角3個因素相對于4個評價等級的模糊關(guān)系，如式（1）所示。

同理，可得第3級隸屬度矩陣R12、R13，第2級隸屬度矩陣R1、R2和R3。以R1為例，對第2級隸屬度矩陣進行分析，R1表示第2級因素平面、縱斷面和橫斷面因素相對于4個評價等級的隸屬關(guān)系；第1級隸屬度矩陣R表示道路因素、車輛因素及其他因素3個第1級因素相對于4個評價等級的隸屬關(guān)系。

第2級因素集的隸屬度矩陣R1如式（2）所示。

第1級因素集的隸屬度矩陣R如式（3）所示。

3.2.2指標權(quán)重確定

評價因素的權(quán)重反映各個因素在評價過程中的重要程度，其直接影響到綜合評價的結(jié)果。本文采用層次分析法（AHP）確定各個因素的權(quán)重。

邀請專家甲、乙、丙、丁對目標層的1級影響因素構(gòu)建判斷矩陣，求平均值的判斷矩陣，見表2。

表2　第1級因素評判矩陣

為檢驗第1級因素權(quán)重的合理性，須進行一致性檢驗。利用求得矩陣最大特征值計算一致性指標C.I和一致性比例C.R，對目標層的判斷矩陣進行一致性檢驗。其中：

由于一致性比例C.R小于0.1，故判斷一致性可以接受。

同理，對第2級、第3級評價因素權(quán)重進行計算，結(jié)果見表3、表4。

表3　第2級指標因素權(quán)重

表4　第3級指標因素權(quán)重

3.3出入口匝道安全性評價

由各級因素的權(quán)重值W和評價向量R可計算得綜合隸屬度向量B，然后利用最大隸屬度法即可得到對應(yīng)的高速公路出入口匝道安全等級，其中隸屬度向量B為：

評價結(jié)果向量B為包含4個元素的行向量，這4個元素與評價等級的4個評價等級一一對應(yīng)。

模糊綜合評價中，對評價結(jié)果的解釋有2個基本方式［13］。一個是最大隸屬度原則，即選取bj（j= 1，2，3，4）最大值所對應(yīng)評價等級向量V中的vj（j= 1，2，3，4）作為評價結(jié)果；另一個是模糊分布原則，即用bj（j=1，2，3，4）直接作為評價結(jié)果，各個評價結(jié)果具體反映評價對象在4個評價等級占的比例。本文采用最大隸屬度原則對評價結(jié)果進行解釋。

4　實例分析

利用得到的高速公路出入口匝道安全性評價模型對貴州省任赤高速公路出入口匝道安全性進行評價。首先對位于K15+225 m處的一個典型出口匝道進行詳細的安全評價，然后對仁赤高速公路全線12個出入口匝道進行安全評價，以得到全線出入口匝道的安全狀況。

4.1工程概況

貴州省仁赤高速公路全線長163.476 km，雙向4車道，設(shè)計速度為80 km/h。公路路線所經(jīng)過地區(qū)為典型山區(qū)地貌，并毗鄰大江大河，地形起伏大。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該高速公路沿線共有出入口匝道12處，其中視距不良的出入口匝道6處，曲線轉(zhuǎn)角過小的3處，路緣帶寬度過窄的8處。

4.2典型出入口匝道評價

仁赤高速公路K15+225 m出口匝道如圖2所示。運用本文提出的安全評價模型對該出口匝道進行安全性評價，確定其安全等級，并提出相應(yīng)的安全改善對策。

圖2　仁赤高速公路K15+274 m出口匝道

根據(jù)構(gòu)建的影響高速公路出入口匝道安全的3級指標U，相對于評價等級V，構(gòu)建該出口匝道的模糊綜合評判矩陣，見表5。

表5　仁赤高速公路K15+225 m出口匝道的綜合評判矩陣

4.2.1第3級因素綜合評判

第3級因素綜合評判，即對圓曲線半徑超高曲線轉(zhuǎn)角進行評價，由表5中對圓曲線半徑、超高以及曲線轉(zhuǎn)角的綜合評判，可得對的模糊評判構(gòu)成的單因素評判矩陣R11，由3.3節(jié)得到相應(yīng)的權(quán)重

根據(jù)式（4）計算得

同理可得

4.2.2第2級因素綜合評判

根據(jù)公式（4）計算得

同理可得

4.2.3安全性評價

利用最大隸屬度原則，并對應(yīng)于安全評價等級的劃分，其中臨界安全對應(yīng)的評判結(jié)果為0.967 1，在4個評判結(jié)果中比重最大，因此該出口匝道處于臨界安全狀態(tài)，須進行改善。下面針對其存在的問題給出相應(yīng)的安全改善對策。

針對圖2中的出口匝道，表5中偏向不安全的影響因素有路緣帶寬度、運行車速及視距，因此可以考慮如下安全改善措施。

1）加大路緣帶寬度。圖2中出口匝道路緣帶寬度過窄且寬度不連續(xù)，不能起到誘導(dǎo)駕駛員視線的作用，因此加寬路緣帶寬度并保持寬度一致，則可減少駕駛員由于車道減少變窄帶來的緊張感。

2）控制匝道運行車速。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，圖2中出口匝道行駛車輛存在明顯的速度差，故可以通過設(shè)置限速標志、橫向減速標線、攝像頭等設(shè)施來控制匝道車輛運行車速，降低車輛間的速度差。

3）可在出口彎道外側(cè)設(shè)置凸面反光鏡，清除出口匝道區(qū)域的樹木及障礙物以保證視距，使駕駛員能夠提早準確地獲取交通信息，作出正確的反應(yīng)。

4.3出入口匝道評價

根據(jù)本文建立的模糊綜合評價模型，本文對貴州省仁赤高速公路全線的出入口匝道進行安全性評價，并根據(jù)安全等級劃分得到各出入口匝道的安全狀況，結(jié)果見表6。

表6　貴州省仁赤高速公路出入口匝道安全狀況

5　結(jié)束語

本文從分析影響高速公路出入口匝道安全因素入手，構(gòu)建了3級評價指標體系，并基于模糊綜合評價方法，建立了高速公路出入口匝道安全性評價模型。另外，利用本文建立的評價模型對貴州省仁赤高速公路出入口匝道進行了安全性評價，并針對K15+225 m的出口匝道進行了詳細安全評價，且根據(jù)評判結(jié)果給出了相應(yīng)的安全改善措施。

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Research on Safety Evaluation for Access Ramp of Express Ways

CAO Shi1，XIONG Gang2

In order to settle the access ramp safety issues，reduce accident rate at access ramp of express ways，we set up fuzzy comprehensive evaluation model based on evaluation indices selected from road factors，vehicle factors and miscellaneous，so to evaluate the safety of access ramp of express ways，weight of each factor shall be calculated by analysis hierarchy process.With this evaluation model，we paid detailed safety evaluation to exit ramp at K15+225m of Renhuai-Chishui Express Way，relevant safety improving measures were given based on the evaluation result.Besides，this model was also used to evaluate all 12 access ramps on Renhuai-Chishui Express Way，results showed：over 58%access ramps are in critical safety status.

Access ramps of express way；analysis hierarchy process；fuzzy comprehensive evaluation；safety improving measures

1009-6477（2016）04-0128-06

U412.36+6

A

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.029

貴州省交通運輸廳科技項目（2013-122-028）

2016-01-20

曹實（1990-），男，新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市人，碩士研究生。