高速公路施工區行車安全影響因素辨識方法的比較研究＊

吳 彪 許洪國 戴彤焱

(吉林大學交通學院1) 長春 130025) (黑龍江工程學院汽車與交通工程學院2) 哈爾濱 150050)

早期建成的高速公路相繼進入中修和大修期,有相當一部分高速公路出現了不同程度的、各種各樣的早期破損問題,而這些破損都要在養護作業中加以預防和處理,所以高速公路的養護維修工作日益重要[1].更多的高速公路養護,使得高速公路施工區的通行能力下降、交通延誤加劇、車輛油耗和尾氣排放量增加以及交通事故率上升等[2].在大多情況下,高速公路養護作業過程并不中斷交通,施工區已成為高速公路的交通障礙和事故危險源[3].本文在確定高速公路施工區行車安全影響因素邏輯關系的基礎上,應用ISM和DEMAT EL兩種方法辨識高速公路施工區行車安全影響因素,并對兩種方法的辨識結果進行比較分析.

1 高速公路施工區行車安全影響因素集

基于人-車-路及環境系統理論,根據系統完整、層次分明、簡明科學的原則,圍繞高速公路施工區行車安全這一關鍵問題,從駕駛員、道路、車輛、環境4方面選擇施工區行車安全影響因素[4-7],建立高速公路施工區行車安全影響因素集

2 高速公路施工區行車安全影響因素辨識方法

2.1 基于DEMATEL的施工區行車安全影響因素辨識模型[8-9]

2.1.1 確定直接影響矩陣 在構建高速公路施工區行車安全影響因素集的基礎上,通過Delphi法確定影響因素之間的二元邏輯關系,建立直接影響矩陣A.

2.1.2 規范化直接影響矩陣 規范化直接影響矩陣X的計算式為

式中：A(A=[aij]n×n)為直接影響矩陣.

表1 高速公路施工區行車安全影響因素

2.1.3 確定綜合影響矩陣 為分析高速公路施工區行車安全影響因素之間存在的間接關系,需在規范化直接影響矩陣的基礎上進一步計算綜合影響矩陣.因此綜合影響矩陣T的計公式為

式中：0為零矩陣;I為單位陣,表示因素對自身的影響.

2.1.4 影響因素分析 影響度 fi,表明各行對應因素對所有其他因素的綜合影響值;被影響度ei,表明各列對應因素受到所有其他因素的綜合影響值.計算公式如下.

中心度mi,表示該因素在影響因素體系中的位置及其所起作用大小.原因度有正負之分,如果原因度＞0,表明該元素對其他因素影響大,稱為原因因素;如果原因度ni＜0,表明其他因素對該元素影響大,稱為結果因素.計算公式如下.

通過上述計算,可根據影響度和被影響度判別出每個因素對施工區行車安全的影響程度,根據中心度可判斷出各個因素在施工區行車安全影響因素體系中的重要程度,還可根據原因度的大小進一步分析各因素之間的相互影響關系.

2.2 基于ISM的施工區行車安全影響因素辨識模型[10]

2.2.1 確定可達矩陣 可達矩陣既反映了高速公路施工區行車安全影響因素間的直接關系,又反映出各因素間的間接關系.可達矩陣R可由式(8)～(10)推算.

式中：矩陣運算為布爾代數運算;n為矩陣階數.

2.2.2 確定各層次因素 將可達矩陣R分解成可達集R(Si)和前因集A(Si)兩個集合;計算R(Si)與A(Si)的交集,滿足式(11)的要素就是高速公路施工區行車安全影響因素體系的最高層因素.去掉最高層因素,重復上述步驟,依次得出高速公路施工區行車安全影響因素體系的其他層次因素.

3 實例分析

3.1 施工區基本情況

2008年6月,黑龍江省哈阿高速公路某路段針對坑槽破損進行路面養護.養護維修作業控制區占用了整個行車道,封閉車道長度1 km左右,封閉車道寬度3.75 m,超車道開放,采用錐形交通路標進行隔離,在警告區內設有道路施工標志和限制速度標志,限制車速60 km/h.作業區內有養護施工機械1臺和養護作業人員11人.該養護維修作業控制區布設情況如圖1所示.

圖1 哈阿高速公路某路段養護施工作業區布設示意圖

3.2 施工區行車安全影響因素邏輯關系

根據高速公路施工區行車安全影響因素集、路段特征和施工區布置實際情況,采用0-1標度對施工區行車安全影響因素間的直接影響關系進行Delphi調查、咨詢;以關聯矩陣判別高速公路施工區行車安全影響因素之間的二元邏輯關系;在此基礎上,建立直接影響矩陣A.矩陣A中元素“1”表示半數以上(含50%)的調查問卷認為因素對因素有直接影響;元素“0”表示半數以下的調查問卷認為因素對因素沒有直接影響,見表2.

3.3 兩種辨識方法的結果與討論

3.3.1 基于DEMAT EL的施工區行車安全因素分析 利用DEMATEL方法計算出各因素之間的綜合影響矩陣,求得各因素的影響度、被影響度以及中心度和原因度,計算結果匯總于表3.

表2 直接影響矩陣

表3 DEMATEL求解結果

以因素的中心度和原因度做笛卡爾坐標系,繪制高速公路施工區行車安全影響因素的原因-結果圖,如圖2所示.

由圖2可看出,高速公路施工區行車安全影響因素中,原因因素14個和結果因素9個.影響高速公路施工區行車安全的因素按原因大小排序依次為：車道寬度(S14)、車輛類型(S8)、作業區位置()、天氣狀況()、駕駛員年齡()、作業時間(S22)、駕駛員性別(S3)、路面類型(S11)、駕駛員駕齡()、貨車比例()、能見度()、封閉長度(S13)、封閉車道數(S12)和酒后駕駛(S6).要想降低施工區行車風險等級,必須把握原因因素.影響高速公路施工區行車安全的結果因素按作用大小排序依次為：超速行駛()、駕駛員動態判斷能力()、作業區交通量()、疲勞駕駛(S5)、速度限制(S17)、安全設施布置(S20)、作業區布置形式、超載/超限()和車輛技術性能().結果因素受其他因素的影響而間接影響高速公路施工區行車安全,可以從根源上找出最原始的影響因素來加以控制,進而提高高速公路施工區行車安全水平.根據各因素的中心度分析,影響高速公路施工區行車安全的中心問題主要在于作業區交通量()、作業區布置形式()、貨車比例(S18)、超速行駛(S7)、速度限制(S17)、駕駛員動態判斷能力()和封閉車道數().其中作業區交通量()和貨車比例()屬于環境因素子系統,作業區布置形式(S16)、速度限制(S17)和封閉車道數()屬于道路因素子系統,超速行駛(S7)、駕駛員動態判斷能力(S4)屬于駕駛員因素子系統,因此應從駕駛員、車輛、道路及環境等方面找出誘發高速公路施工區交通事故的關鍵因素,提出改善施工區行車安全的保障措施,降低事故的發生頻率和嚴重程度.

將駕駛員、車輛、道路和環境子系統所含因素對施工區行車安全的綜合影響、原因度和中心度求和,計算結果列于表4.

表4 駕駛員、車輛、道路和環境對施工區行車安全的綜合影響、原因度和中心度

圖2 高速公路施工區行車安全影響因素的原因-結果圖

由表4可知,影響施工區行車安全的因素按綜合影響度大小依次是道路、環境、駕駛員和車輛,而且道路因素的中心度也最大,因此影響高速公路施工區行車安全的關鍵在于道路因素子系統;同時道路因素的原因度最大,是決定施工區行車安全系統其他因素的首要因素.

3.3.2 基于ISM的施工區行車安全影響因素分析 利用ISM方法計算出各因素之間的可達矩陣R,根據可達矩陣構造系統的各級可達集R(Si)與前因集A(),利用式(11)尋找高速公路施工區行車安全影響因素體系各層次的要素集,計算結果列于表5.

表5 各層次要素集

將原可達矩陣轉換為按級劃分的可達矩陣后,進而建立高速公路施工區行車安全影響因素的多級遞階結構模型,如圖3所示.

圖3 高速公路施工區行車安全影響因素的解釋結構模型

由表5和圖3可知,高速公路施工區行車安全影響因素可分成5個層次.其中,最高層的因素包括駕駛員動態判斷能力()、疲勞駕駛()、超速行駛(S7)3個要素,是影響高速公路作業區交通安全的最直接因素,并且這3個因素兩兩之間相互影響、相互制約.第二層要素包括酒后駕駛(S6)、車輛技術條件(S9)、超載/超限(S10)3個要素,這3個因素對第一層要素有直接影響,是高速公路施工區行車安全影響的淺層因素.第三層要素包括駕駛員駕齡()、駕駛員性別()、車輛類型()、封閉車道數()、封閉長度()、作業區布置形式(S16)、速度限制(S17)、貨車比例()、作業區交通量()和安全設施布置(),第三層要素屬于中間層因素,起著承上啟下的作用,如第三層要素直接影響第二層因素,并通過第二層因素對第一層要素產生影響.第四層要素包括駕駛員年齡(S1)、路面類型(S11)、車道寬度()、作業區位置()、作業時間()和光線條件().這六個要素為影響影響高速公路施工區行車安全的關鍵因素.這些因素逐級影響著前三層因素,最終影響施工區交通安全.最底層的要素是天氣狀況是影響施工區行車安全的最深層次因素.它通過不同方式對其他因素產生直接或間接的影響.

3.3.3 兩種辨識方法的對比分析 現將DEMATEL方法中按因素中心度大小排序結果(前六位要素)和ISM方法辨識結果(前兩層要素)進行對比,見表6.

表6 兩種方法辨識結果比較

盡管兩種方法不同,但所得結果具有一定的相似度.在高速公路施工區行車安全關鍵影響因素中,駛員動態判斷能力()、超速行駛()是兩種方法共有的結果.

但從兩種方法辨識結果來看,DEMATEL方法比ISM方法更加具體.按中心度大小,基于DEMAT EL的高速公路施工區行車安全影響因素辨識方法所得出的結果具有嚴格的順序關系;而基于ISM的高速公路施工區行車安全影響因素辨識方法所得結果可能會出現多個因素處于同一等級中,其主次關系較為模糊.

4 結束語

高速公路施工區是交通事故的多發路段,其行車安全受到多方面因素的影響與制約.從駕駛員、車輛、道路及交通環境四方面考慮,建立了高速公路施工區行車安全影響因素集.分別采用DEMATEL和ISM方法對高速公路施工區行車安全影響進行了辨識和比較.實例分析結果表明, DEMATEL和ISM方法均能對高速公路施工區行車安全影響因素進行定量分析,而基于 DEMATEL的方法分析效果更優.研究成果在一定程度上反映了人、車、路及環境等諸因素對高速公路施工區交通安全的影響,同時為高速公路施工區的交通安全評價、交通組織與管理奠定了基礎.

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