基于層次分析法的互通立交安全評價體系研究

武 喜 （山西省公路局大同分局，山西 大同 037006）

基于層次分析法的互通立交安全評價體系研究

武 喜 （山西省公路局大同分局，山西 大同 037006）

互通立交橋是高速公路的重要組成部分，為了提高立交橋的安全性，在大量實地調(diào)查高速公路交通事故的基礎(chǔ)上，對立交橋進(jìn)行定性分析，建立了立交橋安全指標(biāo)體系和安全評價層次分析模型，通過層次分析原理定量計算，確定了各立交橋安全指標(biāo)的權(quán)重，從而構(gòu)建了立交橋安全評價體系，為立交橋的安全評價提供了一個科學(xué)的方法。

立交橋；安全；評價

0 引 言

互通式立交是高速公路連接的樞紐和控制出入的重要交通設(shè)施，在路網(wǎng)中占有極其重要的地位。許多互通式立交在建成之后，雖然沖突點比平交大大減少，但并未能有效緩解交通壓力，反而成為路網(wǎng)中的交通瓶頸，發(fā)生在互通立交上的交通阻塞現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，交通事故頻發(fā)，交通安全隱患凸現(xiàn)。所以對改善整個道路的交通安全狀況，提高互通立交的安全性就顯得十分重要。目前，國內(nèi)外研究道路安全性評價的較多，但是針對互通立交安全評價的研究比較少。主要成果有：20世紀(jì)70年代英國等國家從互通式立交的交通運(yùn)行特征、交通事故分布規(guī)律和駕駛員生理、心理特征入手，研究互通式立交幾何構(gòu)造及其要素與運(yùn)行安全的內(nèi)在聯(lián)系[1]。2009年，王華等通過分析立交間距、主線和匝道運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性、變速車道長度和視距等評價內(nèi)容，對設(shè)計階段互通立交安全性評價提出了建議[2]。北京工業(yè)大學(xué)的高麗梅對互通立交出入口進(jìn)行安全分析[3]。石家莊鐵道學(xué)院的顏月霞等人針對互通式立交在構(gòu)建后的交通安全進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，給出了一種基于模糊可信度的評價道路互通立交安全的數(shù)學(xué)模型[4]。這些研究雖然都取得了很好的成果，但比較單一，不夠系統(tǒng)，所以開展互通立交橋安全評價體系研究對提高高速公路的安全性具有重要的意義。

1 建立評價指標(biāo)體系

層次分析法 （The analytic hierarchy process，AHP）是美國著名運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty于1973年提出的，它把復(fù)雜問題中的各因素劃分成相關(guān)聯(lián)的有序?qū)哟危怪畻l理化。根據(jù)一定客觀的判斷，對每一層次中每兩元素相對重要性給出定量表示，從而確定出全部元素的權(quán)重[5]。層次分析法相比模糊評判法等是處理綜合評價問題的有效方法，且在工程實踐中得到了廣泛的應(yīng)用。由于互通立交安全評價準(zhǔn)則較多，不同的指標(biāo)對其安全性的影響程度不同，故依照科學(xué)性、系統(tǒng)性、公正性、定量與定性相結(jié)合、實用性等原則，對互通立交進(jìn)行安全性評價從匝道、變速車道、景觀附屬設(shè)施和立交橋構(gòu)造等四方面采用層次分析法進(jìn)行互通式立交安全評價體系研究。由此構(gòu)建如圖1所示的層次分析模型和如表1所示的互通立交安全性評價指標(biāo)體系。

圖1 評價指標(biāo)體系層次分析模型

表1 互通立交安全評價指標(biāo)體系

2 層次分析法確定權(quán)重

2.1 構(gòu)造判斷矩陣

對準(zhǔn)則層的4個準(zhǔn)則以及隸屬于同一準(zhǔn)則的各指標(biāo)之間的相對重要性進(jìn)行比較，形成判斷矩陣。判斷矩陣的一般形式如表2所示。

表2 判斷矩陣的一般形式

表2中aij表示指標(biāo)Ai與指標(biāo)Aj相比，對于指標(biāo)Aj的相對重要性程度。根據(jù)兩元素對目標(biāo)而言，具有同樣的重要性 （即標(biāo)度1）到兩元素比較，一個比另一個極為重要 （即標(biāo)度9）的九級標(biāo)度法確定此值。

2.2 計算單層次排序

根據(jù)判斷矩陣，求出最大特征根所對應(yīng)的特征向量。所求特征向量即為各評價因素重要性排序，也就是權(quán)數(shù)分配。可用和積法求得，具體步驟如下：

①對判斷矩陣按列規(guī)范：

②再按行相加得和：

③再進(jìn)行規(guī)范化，得權(quán)重系數(shù)：

④計算判斷矩陣的最大特征根λmax：

式中（PW）i表示向量PW的第i個元素。

2.3 一致性檢驗

以上得到的特征向量即為所求權(quán)數(shù)，為保證得到的權(quán)重合理，通常要對每一個判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗。計算公式如下：

式中：n為判斷矩陣的階數(shù)；λmax為判斷矩陣最大特征值；RI為常數(shù)，隨著n的變化而變化，當(dāng)CR＜0.10時，認(rèn)為層次總排序結(jié)果具有滿意的一致性，否則需要重新調(diào)整判斷矩陣的元素取值。RI具體數(shù)據(jù)見表3：

表3 隨機(jī)平均一致性指標(biāo)RI取值

2.4 層次總排序

設(shè)目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B和指標(biāo)層P構(gòu)成層次模型，準(zhǔn)則層B對目標(biāo)層A的絕對權(quán)重為：

對準(zhǔn)則層的各準(zhǔn)則B，指標(biāo)層P中n個方案的相對權(quán)重為：

則各指標(biāo)對目標(biāo)A的絕對權(quán)重為：

其中：n為指標(biāo)層的總個數(shù)。

2.5 建立安全評價體系

根據(jù)層次分析法權(quán)重確定方法以及專家打分法對表1中各指標(biāo)的打分，最后得到安全評價體系指標(biāo)的權(quán)重值，如表4所示：

表4 各指標(biāo)權(quán)重表

根據(jù)表4中各指標(biāo)權(quán)重可知，在對立交橋安全評價體系的研究過程中，匝道上的車輛行駛速度、平曲線半徑和縱坡度這幾個指標(biāo)最重要，它們的權(quán)重都大于0.1；其次為變速車道上的加速車道長度和立交構(gòu)造上的立交間距這兩個指標(biāo)，它們的權(quán)重都大于0.09，所以立交橋安全評價體系如圖2所示。

3 結(jié) 論

立交橋的安全性影響著整個高速公路的安全，通過對高速公路交通事故的實地調(diào)查，從匝道、變速車道、景觀附屬設(shè)施和立交橋構(gòu)造四個方面構(gòu)建了互通立交安全評價指標(biāo)體系。在定性分析的基礎(chǔ)上，采用層次分析法對互通立交各指標(biāo)的權(quán)重定量分析，確定了各指標(biāo)的權(quán)重，從而構(gòu)建了以車輛在匝道上行駛的速度、平曲線半徑和縱坡度，加速車道的長度和減速車道的長度，在景觀附屬設(shè)施評價指標(biāo)中交通標(biāo)志，在立交橋構(gòu)造評價指標(biāo)中立交間距作為重要權(quán)重好控制指標(biāo)的立交橋安全評價體系，為高速公路的設(shè)計、建設(shè)、養(yǎng)護(hù)提供理論依據(jù)。

圖2 互通立交橋安全評價體系

[1]Daganzo C,Sheffi Y.On stochastic models of traffic assignmen[J].Transportation Science,1997(3)：253-274.

[2]王華，孫綠松.設(shè)計階段互通立交安全性評價中若干問題的探討[J].公路交通科技，2009(8)：222-223.

[3]高麗梅.北京市快速路互通立交出入口安全分析研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué) （碩士學(xué)位論文），2009.

[4]李俊濤,等.旅游公路景觀評價體系研究及其應(yīng)用[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002(2)：44-48.

[5]龐明寶，魏連雨.系統(tǒng)工程與交通[M].天津：天津人民出版社，2004.

Study on Overpass Safety Assessment System Based on Analytic Hirtarchy Process

WU Xi(Shanxi Highway Administration Bureau,Datong 037006,China)

Overpass is an important part of highway,in order to improve the safety of the overpass,the paper conducted qualitative analysis of the overpass based on numerous field survey of highway traffic accidents,and bulit overpass security index system and safety evaluation AHP model,determined the weight of the overpass safety index through quantitative calculation of AHP,accordingly built overpass safety assessment system,which provides a scientific method for overpass safety assessment.

overpass;safety;assessment

F570

A

1002-3100(2011)09-0020-05

2011-06-17

交通部科技項目，項目編號：2008 318 223 12-5。

武 喜（1960-），男，山西大同人，山西省公路局大同分局，高級工程師，研究方向：道路管理與橋梁工程。