山區高速公路路側風險等級評價方法研究

劉 彥，陳健蕾，劉志剛，鄒 飛，胡世敬

(1.同濟大學 交通運輸工程學院，上海 201804； 2.貴州省高速公路管理局，貴州 貴陽 550004；3.貴州省交通運輸廳，貴州 貴陽 550003； 4.北京深華達交通工程檢測有限公司，北京 102208；5.貴州省交通建設工程質量監督局，貴州 貴陽550004； 6.貴州交通職業技術學院，貴州 貴陽550008)

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山區高速公路路側風險等級評價方法研究

劉 彥1,2，陳健蕾3，劉志剛4，鄒 飛5，胡世敬6

(1.同濟大學 交通運輸工程學院，上海 201804； 2.貴州省高速公路管理局，貴州 貴陽 550004；3.貴州省交通運輸廳，貴州 貴陽 550003； 4.北京深華達交通工程檢測有限公司，北京 102208；5.貴州省交通建設工程質量監督局，貴州 貴陽550004； 6.貴州交通職業技術學院，貴州 貴陽550008)

闡述了開展山區高速公路路側事故安全評價研究對減少交通事故的重要意義。引入路側事故風險指標做為中間變量，間接展示道路、交通、環境等條件與路側事故風險的關系。隨后基于模糊數學中的隸屬函數構建了可定量評價山區高速公路路側事故風險等級大小的方法。最后應用此方法對貴州省內4條山區高速公路路側風險等級進行評價，驗證了該方法的合理有效性。

交通工程；路側事故；安全評價；風險指標；隸屬函數

0 引 言

隨著我國經濟水平的快速發展和機動化進程的加快，公路建設重點逐漸轉向了山嶺重丘區。受到復雜地形和地質條件的限制，山區公路往往會出現設計指標超限的情況，加之山區多雨雪、凍雨等天氣，路側事故發生概率大大增加。一旦發生路側事故，就有可能造成群死群傷的重特大事故。因此，開展山區公路路側事故安全評價的研究，提前預估路側事故發生的可能性，對防止和減少路側交通事故、降低我國交通事故傷亡人數具有重要意義。

國外路側安全研究始于1960年，K．A．Stonex[1]對一般路側危險源進行了辨識，指出了常見的路側危險物；C．V．Zegeer，等[2]最早提出了路側安全分級，根據路側安全凈區寬度、邊坡坡度、是否設置護欄、是否存在堅硬危險物等路側特征，將路側危險程度劃分為7級，級別越高越危險，路側安全等級現已作為一個變量納入到美國交互式安全設計模型(IHSDM)中，在鄉村雙車道事故預測模型中得到了應用。

國內對于山區公路路側交通安全的研究相對較少。陳樂生，等[3]依據邊坡高度、坡度、坡腳狀態和重要構造物，結合交通事故歷史數據，采用專家打分法提出了路側危險度劃分方法。在《公路安全保障工程實施技術指南》[4]中，基于灰色聚類理論，根據不同路側凈區寬度、邊坡坡度深度、路側是否有障礙物等情況將路側安全等級劃分為4級，級別越高表示路側安全水平越低，劃分方法適用于高速公路和其他等級公路；牛世峰，等[5]利用事故樹分析方法建立了交通安全評價指標確定方法；游克思，等[6]借鑒國外相關研究成果，基于專家打分法，考慮車輛駛出路側概率、與路側危險物碰撞嚴重程度，得到路側危險指數，在此基礎上建立了路側危險指數定量評價路側安全。

國內4級劃分與美國7級劃分都是根據影響路側安全的主要因素進行劃分，屬于定性描述，由于影響路側安全的眾多因素間存在關聯，針對具體的路側特征，難以直接用上述方法評估路側危險程度，一般情況下仍采用設計、研究人員的經驗判斷[7]。筆者以貴州省山區高速公路作為工程依托，在充分調研實際情況的基礎上，利用路側事故分析和相關數學方法，采用模糊數學的理論建立了評估不同路段路側事故風險大小的方法。

1 風險指標的構建

目前國內外對于路側事故影響因素的研究基本趨于一致，主要包括道路幾何條件、交通流特征以及路側環境幾大類。經過分析調研，建立如圖1的風險指標體系。

圖1 路側風險指標體系

按照公路路側的危險狀況，采用路側危險度HB值來描述路側和橋側的危險指數，HB值計算方法如式(1)：

HB=K1×K2×(A1×A2)

(1)

式中：A1，A2分別為邊坡高度和坡度，是表征HB的主要參數；K1，K2分別為坡腳狀況和重要構造物，表征這兩個參數對路側事故的放大系數。

危險度各參數定義方法如表1。

表1 危險度參數取值

通過對山區高速公路路側事故調研以及國內已有的山區高速公路交通安全研究結果，可以得出路側事故率及嚴重程度與各影響因素的關系。進而對事故率、死亡人數及受傷人數進行多元線性回歸計算，得出某路段億車公里事故率(Y1)、年死亡人數(Y2)和受傷人數(Y3)。

目前交通管理部門公布的交通安全統計數字有3大指標：年事故次數、年死亡人數和年經濟損失。但對于一條高速公路的路側安全評價來說，這些絕對指標就不完全適用，因為它們沒有反映出這些數字與道路長度和交通量大小等的關系。因此，引入能夠連接影響因素和路側事故風險大小的中間變量作為評價指標，指標及其表達式如表2，表中Q為該路段的年平均日交通量，L為該路段的長度。

表 2 安全評價指標及其表達式

2 風險評估模型

為將路段路側事故風險大小進行量化，提出了“事故風險值”的概念。它是一個較為模糊的概念，而模糊數學是描述模糊現象的數學，因此采用模糊評價理論來建立路側事故風險值模型。路側事故風險值計算過程如圖2。

圖2 風險值計算過程

2.1 隸屬函數的確定

隸屬函數是模糊數學的一種理論，它的作用是將模糊信息定量化，其取值本身也反映了事故風險指標對路側事故風險的隸屬程度。評價指標的隸屬函數具有如式(2)的性質，隸屬度分布如圖3。

fi∈[0，1]

(2)

圖3 隸屬度分布

由圖3分析，隸屬函數可以按照降半拋物型分布來確定，其表達式如式(3)：

(3)

式中：f為風險指標值；a為風險指標下限；b為風險指標上限。

風險指標隸屬度越大說明對應指標的風險值越大。當風險指標值小于它的下限時指標隸屬度為1，當風險指標值大于指標上限時，該指標隸屬度為0。

2.2 指標權重的確定

指標權重是指標對綜合路側事故風險值的影響程度。采用層次分析法(AHP)確定各類指標的權重。層次分析法是20世紀70年代由著名運籌學家T.L.Satty[8]提出的一種定性和定量相結合的多準則決策方法。它的基本原理是用兩兩比較的方法確定判斷矩陣，然后根據判斷矩陣的最大特征根相應的特征向量作為相應的系數，最后綜合出各方案的權重。

通過對已往事故數據計算分析，得出各指標隸屬函數界限值以及權重如表3。

表3 隸屬函數界限值及權重

2.3 事故風險值計算模型

事故風險指標隸屬度本身反映了路側安全水平的高低，每項事故風險指標對路側事故風險值影響程度不同，因此建立如式(4)的事故風險值計算模型：

(4)

利用路側事故風險指標并結合模糊數學理論隸屬函數，即可計算出不同路段路側事故風險值大小。

2.4 事故風險等級劃分

根據上述方法計算出的路側事故風險值，其數值范圍介于0～1，數值大小通過路側事故風險指標做為中間變量，來間接展示道路、交通、環境等條件與路側事故風險的關系。針對如何根據事故風險值確定危險程度的問題，筆者結合國內已有研究成果及專家意見，制定了如表4的定量衡量山區高速公路路側事故風險等級評估方法。

表4 路側事故風險等級評估

3 風險等級評估方法的檢驗

筆者收集貴州省內貴遵高速、玉凱高速、鎮勝高速和凱麻高速路段的相關資料數據，通過對路側事故風險等級與路側安全實際狀況進行對比來檢驗評估方法的合理性，路段的路側整體事故風險等級計算如表5、表6。

表5 路段路側事故風險指標值

表6 路段整體路側事故風險等級評估結果

從表6中可以看出：凱麻高速路側事故風險等級最高，路側發生事故的可能性大，且事故傷亡程度嚴重，已被確定為貴州省內事故多發隱患路段，與實際情況相符；貴遵、玉凱和鎮勝高速則是選擇全線來考慮的，其整體線形指標較好，其路側事故風險等級較小，相對來說，貴遵高速的整體路側安全問題更為突出，其路側事故風險等級高于玉凱高速和鎮勝高速，與實際情況相符。因此，經上述檢驗可知，構建的事故風險評估方法較為合理。

4 路側防護措施

基于大量的事故情況、道路線形和路側環境等各方面的數據調研，在綜合各因素情況下，經理論分析后，將路側安全問題歸結到路側事故風險等級大小問題上來。根據路側事故風險等級確定路側是否需要安全防護及防護等級。結合工程實踐經驗，建議參考表7，依據路側事故風險等級設置護欄。

表7 路側護欄設置建議

5 結 語

筆者引入路側事故風險指標做為中間變量，來間接展示道路、交通、環境等條件與路側事故風險的關系，構建了可定量評價山區高速公路路側事故風險等級大小的方法。經貴州省內高速公路部分路段檢驗，構建的路側事故風險等級評價方法合理有效，并能對局部路段和全路段的路側安全隱患進行查找和分析，有利于提前發現隱患并提出相應的治理改進措施。

[1] Stonex K A.Roadside design for safety [C]//Transportation Research Board Business Office.Highway Research Board Proceedings.Washington D.C.:Highway Research Board,1960:120-156.

[2] Zegeer C V,Reinfurt D W,Hummer J,et al.Safety Effects of Cross-Section Design for Two-Lane Roads [R].Washington D.C.:FHWA,TRB of National Research Council,1987.

[3] 陳樂生,游宏,李永江,等.山區一般公路路側危險度劃分方法研究[J].公路,2005(11):159-163. Chen Lesheng,You Hong,Li Yongjiang,et al.Research on classified method on danger degree of roadside of ordinary highways in mountainous areas [J].Highway,2005(11):159-163.

[4] 交通部公路安全保障工程技術組.公路安全保障工程實施技術指南[M].北京:人民交通出版社,2004. The Ministry of Transportation Highway Security Engineering Group.Guideline for Implementation of Highway Safety Enhancement Project [M].Beijing:China Communications Press,2004.

[5] 牛世峰,鄭永雄,馮薩丹,等.基于事故樹的公路路段交通安全評價方法[J].重慶交通大學學報:自然科學版,2013,32(1):87-90. Niu Shifeng,Zheng Yongxiong,Feng Sadan,et al.Traffic safety evaluation method for highway section based on fault tree [J].Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science,2013,32(1):87-90.

[6] 游克思,孫璐,顧文鈞.山區公路路側安全定量化評價[J].交通運輸工程與信息學報,2010,8(3):49-55. You Kesi,Sun Lu,Gu Wenjun.Quantitative assessment of roadside safety on mountain highway [J].Journal of Transportation Engineering and Information,2010,8(3):49-55.

[7] 鄭恒,李長城,劉煜.基于貝葉斯網絡的路側安全評價方法[J].公路交通科技,2008,25(2):139-144. Zheng Heng,Li Changcheng,Liu Yu.A roadside safety assessment method based on bayesian network [J].Journal of Highway and Transportation Research and Development,2008,25(2):139-144.

[8] Satty T L.The Analytic Hierarchy Process [M].New York:MC Graw-Hill,1980.

Assessment Method for Roadside Risk Grade of Freeway in Mountainous Areas

Liu Yan1, 2, Chen Jianlei3, Liu Zhigang4, Zou Fei5, Hu Shijing6

(1. School of Transportation Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China; 2. Guizhou Provincial Expressway Administration, Guiyang 550004, Guizhou, China; 3. Guizhou Provincial Transportation Department, Guiyang 550003, Guizhou, China; 4. Beijing Shenhuada Traffic Engineering Test Co. Ltd., Beijing 102208, China; 5. Guizhou Province Traffic Construction Engineering Quality Supervision Bureau, Guiyang 550004, Guizhou, China; 6. Guizhou Polytechnic College of Communications, Guiyang 550008, Guizhou, China)

Firstly, it was stated that the research on safety assessment for roadside accident of freeway in mountainous areas was significant for reducing traffic accidents. Roadside risk indicators were introduced as intermediate variables to indirectly show the relation between the roadside accident risk and the condition of road, traffic as well as the environment. In addition, based on the subordinate function in fuzzy mathematics, the method to quantitatively assess the roadside accident risk grade of freeway in mountainous areas was established. Finally, the reasonableness and effectiveness of the proposed method was verified through the application on four freeways in mountainous areas in Guizhou province.

traffic engineering; roadside accident; safety assessment; risk indicator; subordinate function

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.01.19

2013-07-03；

2013-09-09

貴州省交通運輸廳科技項目(2012-141-032)

劉 彥(1983—)，男，貴州思南人，工程師，碩士研究生，主要從事公路工程建設管理、瀝青路面工程及材料和道路安全工程方面的研究。E-mail：lzg1610@163.com。

U491

A

1674-0696(2015)01-087-04