封春房 董開帆 李志林

1. 公安部交通管理科學(xué)研究所 2. 現(xiàn)代城市交通技術(shù)江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心

引言

高速公路在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長、改善投資環(huán)境、有效配置資源等方面發(fā)揮了重要作用，但高速公路交通安全形勢仍不容樂觀，2017年，高速公路發(fā)生較大以上交通事故178起，占總數(shù)的26.2%，高速公路發(fā)生交通事故死亡人數(shù)占總數(shù)的9.01%[1]。為有效緩解高速公路交通管理面臨的壓力，各地紛紛加強(qiáng)了高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轄區(qū)內(nèi)道路交通的指揮、控制、服務(wù)[2]。高速公路智能交通管理系統(tǒng)作為公安交通指揮系統(tǒng)概念的提升和擴(kuò)展，是極具中國特色的公安交通指揮系統(tǒng)在內(nèi)涵和外延上的擴(kuò)充[3]。但是，由于各地經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展水平不一，高速公路智能交通管理系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用水平參差不齊，存在盲目跟風(fēng)建設(shè)的現(xiàn)象，亟需在全面了解高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)其做出專業(yè)和客觀的評(píng)價(jià)，可以更有針對(duì)性地指導(dǎo)各地高速公路智能交通管理系統(tǒng)的建設(shè)，提高各地系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用水平。

本文將結(jié)合我國智能交通管理系統(tǒng)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從標(biāo)準(zhǔn)符合性的角度，對(duì)高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為各地高速公路智能交通管理系統(tǒng)的發(fā)展提供指引。

一、綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

為使選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)具有代表性、可操作性，本文將從系統(tǒng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)符合性出發(fā)，重點(diǎn)參照《公安交通指揮系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》、《道路交通信息監(jiān)測記錄設(shè)備設(shè)置規(guī)范》[18]等現(xiàn)有的ITMS標(biāo)準(zhǔn)選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，將高速公路智能交通管理系統(tǒng)劃分為指揮中心、中心應(yīng)用平臺(tái)、交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)、交通違法行為監(jiān)測記錄系統(tǒng)、交通信息發(fā)布系統(tǒng)、道路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)、管理維護(hù)、其他應(yīng)用系統(tǒng)、單警裝備等九個(gè)一級(jí)指標(biāo)項(xiàng)，具體如表1所示。

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二、ITMS評(píng)價(jià)層次分析

采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）[19]確定高速公路智能交通管理系統(tǒng)的各組成子系統(tǒng)對(duì)于高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用水平綜合評(píng)價(jià)的權(quán)值。

（一）建立評(píng)價(jià)層次模型

高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)分為目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（B）和方案層（C）三個(gè)層次。目標(biāo)層為高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用評(píng)價(jià)，準(zhǔn)則層為9個(gè)子項(xiàng)，方案層包括21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，每個(gè)子項(xiàng)對(duì)應(yīng)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如指揮中心評(píng)價(jià)子項(xiàng)包括中心大廳、機(jī)房、分控中心、安全性能等4個(gè)指標(biāo)[19]，具體如圖1所示。

（二）構(gòu)造判斷矩陣

建立起層次結(jié)構(gòu)之后，對(duì)于上一層次有關(guān)因素的相對(duì)重要性，各因素指標(biāo)之間兩兩比較判斷，構(gòu)造判斷矩陣，通常采用T. L. Saaty建議的1~9標(biāo)度法。具體采用與相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?、技術(shù)人員、實(shí)戰(zhàn)單位人員面談和問卷調(diào)查的方式，廣泛征求高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)和相對(duì)重要性。準(zhǔn)則層包括指揮中心（B1）、中心應(yīng)用平臺(tái)（B2）、交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)（B3）、交通違法行為監(jiān)測記錄系統(tǒng)（B4）、交通信息發(fā)布系統(tǒng)（B5）、道路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)（B6）、管理維護(hù)（B7）、其他應(yīng)用系統(tǒng)（B8）、單警裝備（B9）9個(gè)子項(xiàng)，得到九階判斷矩陣。

同理，可得到各方案層判斷矩陣，指揮中心（B1）方案層、中心應(yīng)用平臺(tái)（B2）方案層為四階判斷矩陣，管理維護(hù)（B7）方案層為三階判斷矩陣，交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)（B3）方案層、交通違法行為監(jiān)測記錄系統(tǒng)（B4）方案層、交通信息發(fā)布系統(tǒng)（B5）方案層、道路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)（B6）方案層為二階判斷矩陣，其他應(yīng)用系統(tǒng)（B8）方案層、單警裝備（B9）方案層為一階判斷矩陣。實(shí)際中，一階、二階判斷矩陣具有完全一致性，其余判斷矩陣則需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

（三）層次單排序

理論上講，層次單排序計(jì)算問題可歸結(jié)為計(jì)算判斷矩陣的最大特征根及其特征向量的問題。研究采用矩陣最大特征根及其對(duì)應(yīng)特征向量的方根法計(jì)算權(quán)重值[20]。經(jīng)過計(jì)算，高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層λmax=9.666，指揮中心（B1）方案層λmax=4.1086，中心應(yīng)用平臺(tái)（B2）方案層λmax= 4.2688， 管理維護(hù)（B7）方案層λmax=3。

（四）判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

建立判斷矩陣時(shí)，由于主體認(rèn)識(shí)的多樣性以及客觀事物的復(fù)雜性，判斷矩陣不可能具有完全一致性。設(shè)最大特征根為λmax，判斷矩陣為n階，則有度量判斷矩陣偏離一致性的指標(biāo)CI（Consistency Index）。

式（2）中：

CI——判斷矩陣一致性指標(biāo)；

λmax——判斷矩陣的最大特征值；

n— —判斷矩陣的階數(shù)。

當(dāng)判斷矩陣的階數(shù)n較大時(shí)，則引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI（Random Index）進(jìn)行修正，常見的RI數(shù)值如表2所示，經(jīng)修正的一致性指標(biāo)用CR表示。

式（3）中，RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，當(dāng)CR＜0.1時(shí)，排序結(jié)果具有滿意一致性，否則需調(diào)整判斷矩陣的元素值。

經(jīng)過計(jì)算，高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層CR=0.0574＜0.1，指揮中心（B1）方案層CR=0.0402＜0.1，中心應(yīng)用平臺(tái)（B2）方案層CR=0.0996＜0.1，管理維護(hù)（B7）方案層CR=0＜0.1，表明判斷矩陣的結(jié)果可以接受。

依次沿階梯層次結(jié)構(gòu)逐層計(jì)算，即可計(jì)算出底層因素相對(duì)于高層的相對(duì)重要性或者相對(duì)優(yōu)劣的排序值。具體如表3所示，其中w、h表示各指標(biāo)所占的權(quán)重。

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三、模糊綜合評(píng)價(jià)

利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法重構(gòu)評(píng)價(jià)模型，其基本思想是在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重值的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊集合的變換原理，以隸屬度描述各評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊界限，構(gòu)造模糊評(píng)價(jià)矩陣，通過多層的復(fù)合運(yùn)算，最終確定評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合分值和所屬等級(jí)[21]。

（一）確定評(píng)價(jià)因素集

將高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用水平分為五類，分別為較差、一般、中等、良好、優(yōu)秀，即評(píng)價(jià)集U={較差，一般，中等，良好，優(yōu)秀}，選擇三角形函數(shù)來表達(dá)隸屬函數(shù)[22]，對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)集確定的隸屬函數(shù)如下：

式（4）～式（8）中，表示方案層各評(píng)價(jià)指標(biāo)（C1～C21）的實(shí)際得分。

（二）一級(jí)綜合評(píng)判

評(píng)價(jià)項(xiàng)目分為準(zhǔn)則層9個(gè)子項(xiàng)、方案層21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)應(yīng)的權(quán)重如表2所示，其中w1, w2, …,w9為準(zhǔn)則層9個(gè)子項(xiàng)的權(quán)重，h1, h2, …,h21為方案層21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)具體得分情況和隸屬函數(shù)，得到一級(jí)綜合評(píng)判矩陣J=[J1, J2, …,J9] 。R1, R2, …,R9表示準(zhǔn)則層9個(gè)子項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)判等級(jí)的隸屬程度所得到的評(píng)判矩陣。本文中評(píng)語級(jí)為5級(jí)，矩陣均為5列矩陣，行數(shù)為準(zhǔn)則層子項(xiàng)包含的方案層評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量。

以R1為例：

式（9）中，rij表示方案層第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際得分根據(jù)上述隸屬函數(shù)的計(jì)算所得到的對(duì)評(píng)判等級(jí)的隸屬程度。

一級(jí)綜合模糊評(píng)判為：

以Ji為例：

（三）二級(jí)綜合評(píng)判

將一級(jí)綜合判斷矩陣構(gòu)造為二級(jí)綜合判斷矩陣。

（四）模糊綜合計(jì)算

歸一化處理，將模糊評(píng)語轉(zhuǎn)化為總得分，對(duì)評(píng)價(jià)集中各元素賦予相應(yīng)的分值。本文中給定各評(píng)價(jià)因素的分值分布為{優(yōu)秀=90，良好=80，中等=70，一般=60，較差=50}，根據(jù)式（13）計(jì)算高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用的綜合得分，確定所屬等級(jí)。

四、實(shí)例分析

本文選取韶關(guān)市高速公路智能交通管理系統(tǒng)作為評(píng)價(jià)對(duì)象，包括京港澳高速公路韶關(guān)北段和樂廣高速公路韶關(guān)段。研究人員對(duì)韶關(guān)市高速公路智能交通管理系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)研，在核實(shí)資料、現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合建設(shè)和應(yīng)用的實(shí)際情況對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，具體打分情況如表4所示。

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（1）根據(jù)具體得分情況，利用隸屬度函數(shù)，計(jì)算各指標(biāo)的隸屬度。

（2）構(gòu)造一級(jí)綜合評(píng)判矩陣，經(jīng)計(jì)算：

形成一級(jí)綜合判斷矩陣

（3）構(gòu)造二級(jí)綜合判斷矩陣

（4）得到綜合得分和所屬等級(jí)

韶關(guān)市高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用評(píng)價(jià)總得分為70.8分∈[70,80]，為中等水平，基本符合系統(tǒng)使用者的評(píng)價(jià)期望。

五、結(jié)語

本文提出了符合中國特色的高速公路智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法，構(gòu)建了高速公路智能交通管理系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型，并在河北、廣東兩省公安交管部門組織的全省智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用評(píng)價(jià)中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

評(píng)價(jià)完成后，兩省各級(jí)政府及公安交管部門均看到自身在智能交通管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用中的不足，紛紛進(jìn)行了系統(tǒng)的升級(jí)改造工作，包括補(bǔ)充建設(shè)違法抓拍設(shè)備、建設(shè)交通動(dòng)態(tài)信息采集系統(tǒng)、構(gòu)建完善信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、升級(jí)改造交通指揮中心等，智能交通管理系統(tǒng)的建設(shè)水平得到了較大提高；同時(shí)，各地結(jié)合本地實(shí)際情況，制定了相應(yīng)的工作規(guī)范和工作流程，智能交通管理系統(tǒng)的應(yīng)用水平也得到了較大改善。總之，各地在公安交通科技建設(shè)中均取得了豐碩成果，有效提高了交警的指揮調(diào)度和應(yīng)急處置能力，提升了高速公路交通管理水平，降低了交通事故發(fā)生率。

應(yīng)用結(jié)果表明，本文構(gòu)建的評(píng)價(jià)方法可操作性較強(qiáng)，可用于客觀合理地評(píng)價(jià)高速公路智能交通管理系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用水平。