交通標志有效性的模糊綜合評價

陳沅江，王 赟

(中南大學 資源與安全工程學院，湖南 長沙 410083)

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交通標志有效性的模糊綜合評價

陳沅江，王 赟

(中南大學 資源與安全工程學院，湖南 長沙 410083)

從交通標志設計的版面設計、結構設計和布設等3個環節，對影響交通標志有效性的因素進行識別。運用層次分析法建立交通標志有效性評價指標體系，并借助數學中的多級模糊綜合評價方法，分析了交通標志的有效性；利用1～9標度法和Boolean矩陣來確定各層次因素的權重集，并提出以70分為界的得分評價。實例計算表明：該方法不僅能夠對交通標志的有效性進行整體評價，而且能夠簡單方便地辨識出影響其作用發揮的主要因素。

交通工程；交通標志；有效性；模糊綜合評價；評價指標；得分評價

0 引 言

隨著道路網絡的發展與延伸，交通標志開始滲透到人們出行的每一個角落。作為道路信息的傳遞者，交通標志在整個交通系統中的引導作用無可替代。但是調查發現，當前的交通標志還存在著諸多問題[1]：①缺乏可見性。標志中文字或圖案大小不能滿足駕駛員的視覺要求，標志的設置高度未能充分考慮駕駛員的視覺特性，標志被樹木、建筑物或廣告牌所遮擋，標志與周圍環境對比不明顯，可見性被弱化，標志缺乏養護和維修；②缺乏完整性。標志包含的信息量不足，標志包含的信息量適當，但是有效信息量不足，某些需要兩個或多個標志配合使用的路段，標志設置不足；③缺乏效率性。標志表述方式不夠精簡，導致信息量過多，標志包含無關信息，導致信息量過多；④缺乏協調性。標志版面設計不合理，協調性差，標志提供的信息與其他沿線設施不一致；⑤缺乏提示性。在不必要處設置標志，標志內容設計與實際情況不符。為此，有必要對交通標志的有效性進行評價，從而提出有針對性的改進措施和建議，最大程度地發揮交通標志的功能。

A.Chapanis[2]研究了交通標志的顏色對于駕駛員識別的作用。1998年，交通部公路研究院通過試驗，對交通標志的顏色、漢字結構、標志版面大小進行了較為系統的研究，取得了較好的成果，從而為GB 5768—1999《道路交通標志和標線》的制定提供了試驗數據。J.G.Ells，等[3]根據駕駛員理解的速度對具有象征性的交通標志和文字標志進行了評價。吳文靜[1]對交通警告標志設置的研究發現：當標志設置的正面效應抵消或大于對駕駛員整體危險感知產生的負面效應時，標志的設置是有效的。然而，僅從駕駛員的角度出發，選取所得的評價指標往往過于籠統抽象，在評定過程中難以具體；并且就現階段的經濟水平而言，還應當在充分考慮人的安全的同時，適當考慮標志的成本投入。H.T.Zwahlen，等[4]研究了交通標志的辨認距離。李艷玲，等[5]分析駕駛員所處的人機系統，并建立了交通標志有效性評價指標體系。

對于交通標志有效性的分析而言，測定多因素的量值是很困難的，甚至是根本無法測定的。而模糊數學法將模糊的安全信息定量化，可對多因素進行定量評價[6]，因此，利用模糊綜合評價法分析交通標志的有效性，可以把原本量值測定困難或是無法測定的因素定量化，得出定量化的結果，以便更加直觀地反映出被評價交通標志的有效程度。

筆者將從交通標志設計過程的版面設計、結構設計和布設等3個環節出發[7]，充分考慮人機工程學的相關原理選取評價指標[8]，運用多級模糊綜合評價方法，對交通標志的有效性評價進行研究，以便所得評價結果全面、合理、可靠。

1 交通標志有效性評價指標體系建立

交通標志設計過程3個環節影響交通標志有效性的因素見表1。

表1 交通標志有效性的影響因素

運用層次分析法建立交通標志有效性評價指標體系[9]，如圖1，在圖中當標志版面的構成中不包含文字時，U14的相關內容刪除，其他各符號均不變；當標志版面的構成中不包含圖形符號時，U13的相關內容刪除，其他各符號均不變。

圖1 交通標志有效性評價指標體系

2 交通標志有效性的模糊綜合評價

根據所建立的評價指標體系，交通標志有效性的模糊綜合評價分為3個層次。因此，采用多層次模糊綜合評判[10]對其進行評價。

2.1 建立因素集

按照多層次模糊綜合評判，建立3層次因素集。

第1層次因素集：U={U1，U2，U3}。

第2層次因素集：U1={U11，U12，U13，U14，U15}，U2={U21，U22}，U3={U31，U32，U33}。

第3層次因素集：U11={u111，u112，u113，u114}，U12={u121，u122}，U13={u131，u132，u133，u134}，U14={u141，u142，u143}，U15={u151，u152}；U21={u211，u212，u213}，U22={u221，u222}；U31={u311，u312，u313}，U32={u321，u322}，U33={u331，u332，u333，u334}。

2.2 建立權重集

采用矩陣判斷標度(1～9標度法)進行每兩種元素間的相互比較，構造判斷矩陣(表2)。利用判斷矩陣對應的Boolean矩陣對其一致性進行檢驗，若相容性較好則求取此判斷矩陣的相應向量并進行歸一化，從而確定各層次因素的權重集。

表2 矩陣判斷標度

式中：dij為元素i和元素j的重要性之比；dji為元素j和元素i的重要性之比；dii=1；dij·dji=1。

2.2.1 權重的確定方法

1)若判斷矩陣D滿足(i，j，k，dij≥1， dij≥1?dik≥1，則認為判斷矩陣D的相容性很好。

如果Boolean矩陣D*滿足傳遞性，即D*·D*?D*，則認為判斷矩陣D相容性較好，否則認為D的相容性不好。

2.2.2 權重集的確定

1)第1層次因素權重集的確定

對第1層次因素構造判斷矩陣：

其所對應的Boolean矩陣為：

則，

故，可認為D的相容性較好。

則，(ω1，ω2，ω3)=(1.119 0.261 3.420)，進行歸一化得權重向量w=(0.233 0.054 0.713)。

2)第2層次因素權重集的確定

對U1構造判斷矩陣：

①當標志版面構成中同時包含圖形符號和版面設計時

其所對應的Boolean矩陣為：

故，可認為D1的相容性較好，所以：

則，(ω11，ω12，ω13，ω14，ω15)= (0.561 0.833 2.933 2.933 0.239)，進行歸一化得權重向量w=(0.074 0.109 0.393 0.393 0.031)。

即，U1所包含因素的權重集A1={A11，A12，A13，A15} =(0.074 0.109 0.393 0.031)。

②當標志版面構成中不包含文字時

對應的Boolean矩陣為：

故，可認為D1′的相容性較好，所以：

③當標志版面構成中不包含圖形符號時

對應的Boolean矩陣為：

則，可得w″=(0.123 0.193 0.638 0.046)。

即U1所包含因素的權重集A1″= {A11，A12，A14，A15}=(0.123 0.193 0.638 0.046)。

同理，對U2，U3分別構造判斷矩陣D2，D3并計算結果，具體數值見表3。

表3 D2 、D3矩陣及其計算結果

3)第3層次因素權重集的確定

對U11，U12，U13，U14，U15分別構造判斷矩陣D11，D12，D13，D14，D15，計算結果見表4。

表4 D11，D12，D13，D14，D15 矩陣及其計算結果

則，U11，U12，U13，U14，U15所包含因素的權重集：

A11= {a111，a112，a113，a114}=(0.410 0.058

0.410 0.122)

A12= {a121，a122} =(0.800 0.200)

A13= {a131，a132，a133，a134} =(0.309 0.142 0.492 0.057)

A14= {a141，a142，a143} =(0.649 0.279 0.072)

A15= {a151，a152} =(0.333 0.667)

同理，對第3層次的其他因素集分別構造判斷矩陣：

則，U21所包含因素的權重集A21={a211，a212，

a213}=(0.649 0.279 0.072)

U22所包含因素的權重集A22={a221，a222}=

(0.833 0.167)

U31所包含因素的權重集A31={a311，a312，a313}=

(0.758 0.151 0.091)

U32所包含因素的權重集A32={a321，a322}=

(0.750 0.250)

U33所包含因素的權重集A33={a331，a332，a333，

a334}=(0.488 0.159 0.275 0.078)

2.3 建立評判集

建立評語集V={優，良，中，次，差}5個級別。

2.4 評判矩陣的確定

2.4.1 第3層次因素集的評判矩陣的確定

依據所建立的評語集，由專家對第3層次的10個因素集中的各因素分別進行打分，可得各因素的評判集。將各因素集中所包含因素的評判集組成矩陣，即得相應因素集的評判矩陣，即：

2.4.2 第2層次因素集的評判矩陣的確定

1)由評價模型 Bij=Aij·Rij可求得第2層次因素的評價結果Bij；

3)將第2層次各個因素集中所包含因素的評判集組成矩陣，即得相應因素集的評判矩陣，即：

2.4.3 第1層次因素集的評判矩陣的確定

3)將第1層次因素集中所包含因素的評判集組成矩陣，即得第1層次因素集的評判矩陣，即：

2.5 模糊綜合評價

2.5.1 分級評價

1)對因素子集Uij進行1級綜合評價

2)對因素子集Ui進行2級綜合評價

3)對U進行3級綜合評價

B=A·R ，歸一化處理得B′。

2.5.2 得分評價

為了直觀地反映出整個交通標志系統及各評價指標的有效性程度，分別進行評分，評分值見表5。

表5 有效性評分

得分L=ζ1b1+ζ2b2+ζ3b3+ζ4b4+ζ5b5。

由于評價指標較多，為了減少計算量而又能夠找出造成交通標志有效性偏低的原因，可進行如下操作：

1)對整個交通標志系統進行得分評價，如果得分>70，則認為該交通標志有效，評價結束；如果得分<70，則需要對其下一層子系統進行得分評價。

2)如果子系統得分>70，則認為該子系統有效，評價結束；如果子系統得分<70，則需對其下一層子系統進行評價。

3)如此直到指標層為止，找出<60分的指標并及時進行改進。

3 實例應用

以長沙縣汽配城路和東升路交匯處的十字路口指路標志為例，對其有效性進行評價。該路口除指路標志外，還設置有紅綠燈以及交通標志線。距離十字路口不遠處有廣告牌，路邊種植有樹木。

1)依據筆者所建立的評語集，由專家對該指路標志進行打分可得評價矩陣Rij：

2)對Uij進行1級綜合評價

3)對Ui進行2級綜合評價

4)對U進行3級綜合評價

5)求交通標志系統得分

L = 95 × 0.214 + 80 × 0.228 + 65 × 0.228+50 × 0.216+35 × 0.114 = 68.180<70

說明有效性偏低，需要對其子系統進行得分評價。

6)各級子系統及指標得分評價

交通標志的子系統得分見表6。

表6 交通標志子系統得分

由表6知，需對版面、布設的子系統進行得分評價，得分情況見表7。

表7 版面、布設子系統得分

由表7知，需對顏色、圖形符號、文字、其他、內容等所包含指標進行得分評價，得分情況見表8。

表8 需要評價的指標得分

對表8進行分析可知：

1)為了提高該交通標志的有效性，首先應當從色度、逆反射性能、信息量2、布局、與配合標志的一致性進行著手。其中，信息量2、與配合標志的一致性急需改善，色度、逆反射性能和布局改善的緊迫性稍微次之。

2)照度、信息量1、尺寸1、尺寸2得分值均<70，需要引起重視，其中信息量1和尺寸2的得分<65，需要對其采取相應措施。

4 結 語

從交通標志設計的3個環節出發，借助數學中的多級模糊綜合評價方法，對交通標志的有效性進行了分析與研究。辨識出各個環節影響交通標志有效性的因素；建立了交通標志有效性評價指標體系；利用矩陣判斷標度(1～9標度法)和Boolean矩陣，確定各層次因素的權重集；提出以70分為界的得分評價。用所述評價方法進行實例分析，結果表明該方法不僅能夠對交通標志的有效性進行整體評價，而且能夠簡單方便地辨識出影響其作用發揮的主要因素，為提出針對性的改進措施提供依據。

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Fuzzy Comprehensive Evaluation for Effectiveness of Traffic Signs

Chen Yuanjiang, Wang Yun

(School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China)

Influence factors of traffic sign effectiveness were identified from the three links of traffic sign design: layout design, structural design and arrangement design. The analytic hierarchy process was used to establish the effectiveness evaluation index system of traffic signs, and the effectiveness of traffic signs was analyzed with the aid of multistage fuzzy comprehensive evaluation method of mathematics. In the process, it’s 1 ～ 9 scaling method and Boolean matrix that were used to determine the weight of each level factors set, and the score evaluation at 70 points-boundary was put forward . The results of calculating example show that this method not only can evaluate the overall effectiveness of the traffic sign, but also can identify the main factors preventing it from working easily and conveniently.

traffic engineering; traffic signs; effectiveness; fuzzy comprehensive evaluation; evaluation index; score evaluation

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.03.27

2013-09-27；

2013-12-12

陳沅江(1969—)，男，湖南湘潭人，副教授，工學博士，主要從事道路交通安全方面的研究。E-mail: 1506983607@qq.com。

U491.52

A

1674-0696(2015)03-135-07