層次分析法在山區低等級道路行車安全評價的應用

范瑛，劉和亮，寧樂然，胡國祥

(1．湖北工業大學土木工程與建筑學院，湖北武漢430068;2．湖北警官學院治安管理系，湖北武漢430034;3．武漢工程大學交通研究中心，湖北武漢430074)

道路交通因具有覆蓋面廣、機動性強等特點，在社會交通運輸方式中有著及其重要作用，對社會產生廣泛的經濟效益。但同時，我國已成為世界上因道路交通死亡人數最多的國家，對道路的安全性尤其值得重視。目前我國道路行車安全性評價主要針對高速公路、一級公路、二級公路等高等級道路，對山區低等級道路的研究比較少。層次分析法(AHP)是系統工程中用于多準則的綜合性評價方法，適合山區低等級道路行車安全性的多準則綜合評價。

一、山區低等級道路行車安全評價體系的指標

1．運行速度

運行速度是安全評價中的重要指標，“十次事故九次快”說的就是這個道理。道路交通事故的發生是由于人、車、路、環境組成的動態系統失衡的結果，國內外的道路工作者進行了大量的研究，認為運行速度大小及其變化與事故之間存在著密切關系。車的運行速度受很多因素的影響，其中有道路幾何線形、道路環境、汽車性能以及駕駛員心理行為等因素，而汽車的運行速度與行車安全有著密切關系。

2．行車安全評價指標的選取

在選取山區道路行車安全評價指標時，要考慮以下原則:可靠性、定量指標與定性指標相結合的原則及指標間的獨立性、可操作性、可比性。最終確定的評價指標應定義明確、數量適中，與山區道路行車安全狀況的相關性顯著，指標間的獨立性較強，評價指標的采集、量化方法簡便;評價指標體系結構合理，層次分明，綜合評價的通用性和可操作性較強，結合山區低等級道路特點，選取影響山區低等級道路行車安全的評價指標:a)路況，b)標志標線，c)附屬設施，d)自然、地質條件，f)氣候條件。

二、層次分析法的基本原理

層次分析法(AHP)是由美國運籌學家Satty提出的決策方法。其基本思路:先將復雜問題分解成遞階層結構，然后將下一層次的各因素相對于上一層次的各因素進行兩兩比較判斷，構造判斷矩陣，通過對判斷矩陣的計算，進行層次的排序和一致性檢驗，最后進行層次總排序，得到各因素的組合權重，并通過排序結果分析和解決問題。

1．構造遞階層次結構

首先把問題清晰化、條理化、結構化，建立一個層次分明的結構模型。同一層的元素在受到上一層元素支配的同時也支配著下一層的元素。明確各個層次的因素及其位置，并將它們之間的關系用連線連接起來，就構成了遞階層次結構。

圖1層次結構圖

2．構造判斷矩陣

對遞階層次結構中各層的元素可以依次與之相對有關的上一層元素進行兩兩比較，建立判斷矩陣。判斷矩陣表示如下:

其中δij=1/δji

δij(1，2，…，n;j=1，2，…，n)表示因素 Bi與 Bj相對于其上一層元素重要性的比例標度。形成判斷矩陣后，必須引入合適的標度值對各相對重要性的關系進行度量，Satty引用了如圖2所示的1～9標度方法使定性評價轉化為定量的評價。

圖2判斷矩陣標度及其含義

3．層次單排序與檢驗

通過計算判斷矩陣的最大特征值根及其對應的特征向量，得到每一層的各個因素相對于上一層某因素的相對重要性系數。

由于判斷矩陣中的賦值是由決策者直接提供或由決策者同分析者對話來確定。受到多種因素的影響，現實的判斷矩陣往往很難滿足一致性條件，為保證準確性和可靠性，一致性檢驗是有必要的。

設判斷矩陣的最大特征根為λmax，對應的特征向量為W，將W歸一化后即為同一層次元素對于上一層次元素相對重要性的權重，一致性檢驗指標CI為:

若隨機一致性比率，則判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要調整判斷矩陣的元素取值。隨機一致性指標RI取值如下表所示。

表1平均隨機一致性指標RI取值

4．層次總排序與檢驗

先計算指標層相對于總目標層的相對權重，然后計算方案層相對于指標層的相對權重，最后計算方案層相對于最高層的相對重要性系數，這一過程是從最高層次到最低層次逐層進行的。同樣，對總排序結果也需要進行一致性檢驗。

5．做出決策

通過對排序結果的分析，得出最后的決策方案。

三、實例分析

現對重慶市巫山縣某條道路的設計車速30km/h，平曲線最小半徑10m。從基本的技術指標可知該道路項目為低等級道路，對影響行車安全的因素進行分析如圖3所示。

確定各因素對行車速度影響的權重系數

分別設附屬設置、路況、標志標線、氣候條件、自然地質條件為 x1，x2，x3，x4，x5。它們組成的比較矩陣為:

圖3對行車安全影響因素關系樹

用和法計算權向量W:

A按列規范化

進行一致性檢驗:

即求得的參數可用。各項指標權重標注如圖4所示

圖4量化了的對行車安全影響因素關系樹

由上圖可知，在準則層中，對行車安全的影響道路因素層面比環境因素層面重要。道路因素中，路況對行車安全的影響相對于標志標線、附屬設施對行車安全的影響程度大。道路因素是影響山區低等級行車安全的重要因素，環境因素不可忽視，說明山區低等級道路行車安全性評價時主要重視道路因素，還應考慮環境因素的影響。

四、結語

運用的基于層次分析法的山區低等級道路行車安全評價方法，可以定量評價山區低等級道路的安全狀況，符合實際情況，對已建和在建山區低等級道路的安全狀況都能提供定量指標，供建設投資方提供決策指導。

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