基于模糊理論的山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全綜合評(píng)價(jià)實(shí)證分析

張龍生，周小勇，張 兵，鄒云霞

(1.江西交通咨詢(xún)公司，江西 南昌 330008；2.江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌 330200；3.江西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330003)

基于模糊理論的山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全綜合評(píng)價(jià)實(shí)證分析

張龍生1，周小勇1，張 兵2，鄒云霞3

(1.江西交通咨詢(xún)公司，江西 南昌 330008；2.江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌 330200；3.江西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330003)

針對(duì)交通運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)進(jìn)行分析，總結(jié)影響隧道交通安全的各項(xiàng)因素，建立山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型，最后以江西省九嶺山隧道為例進(jìn)行實(shí)證分析。

隧道；模糊理論；交通安全評(píng)價(jià)

1 山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全綜合評(píng)價(jià)首先要構(gòu)建具有科學(xué)性和全面性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，在指標(biāo)的選取中，覆蓋面要廣，具有一定的評(píng)價(jià)可操作性，應(yīng)著重篩選出表征性強(qiáng)、數(shù)據(jù)來(lái)源準(zhǔn)確可靠并且容易獲得的評(píng)價(jià)指標(biāo)。確定綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)也是整個(gè)評(píng)價(jià)體系的關(guān)鍵，是評(píng)價(jià)結(jié)論科學(xué)合理的有效保證。根據(jù)山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全評(píng)價(jià)的目的和原則，為了全方位地反映隧道內(nèi)交通安全問(wèn)題，所選指標(biāo)要盡可能的客觀反映影響行車(chē)安全的各方面因素。構(gòu)建山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全模糊評(píng)價(jià)模型

當(dāng)前，綜合評(píng)價(jià)模型的種類(lèi)比較繁多，大體上分為兩種類(lèi)型，一種是直接給出評(píng)價(jià)結(jié)論數(shù)值，一種是通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性等級(jí)給出綜合評(píng)定等級(jí)。山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全的評(píng)價(jià)具有一定的衡量對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，不能直接給出評(píng)價(jià)結(jié)論數(shù)值，需要根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性值綜合判定最終結(jié)果的好壞，因此必須給出評(píng)定結(jié)果的所屬評(píng)價(jià)等級(jí)。但是，在綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，除了一些指標(biāo)可以用定量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地描述以外，還有很多指標(biāo)難用定量數(shù)據(jù)確定，具有一定的模糊性，為了合理地確定指標(biāo)屬性值的評(píng)價(jià)等級(jí)，利用模糊數(shù)學(xué)理論中的模糊信息進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，可以很好地解決評(píng)價(jià)等級(jí)所屬問(wèn)題。

模糊數(shù)學(xué)的基本思想是確定指標(biāo)值的隸屬程度，即在綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中建立符合實(shí)際的各指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬函數(shù)。模糊評(píng)價(jià)首選需要對(duì)指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行評(píng)價(jià)，即指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)指標(biāo)特性不同，模糊綜合評(píng)價(jià)具有不同的隸屬度函數(shù)，按照指標(biāo)類(lèi)型分類(lèi)有成本型隸屬度函數(shù)、效益型隸屬度函數(shù)等，按照隸屬函數(shù)的形式分類(lèi)又分為三角形、矩形、梯形、指數(shù)和曲線(xiàn)型分布函數(shù)等。

根據(jù)已有文獻(xiàn)研究結(jié)果，基于三角形隸屬函數(shù)、曲線(xiàn)型函數(shù)的模糊綜合評(píng)判模型可以實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果隸屬度向量的離散化，比利用梯形等隸屬函數(shù)模型所求得的評(píng)價(jià)結(jié)果模糊度要小，根據(jù)隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的指標(biāo)特性和評(píng)價(jià)過(guò)程科學(xué)簡(jiǎn)易原則，選取三角形隸屬度函數(shù)，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性值評(píng)定等級(jí)。

山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全評(píng)價(jià)模型建立步驟為：

首先要確定綜合評(píng)價(jià)集，由山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可知，本模型采用二級(jí)模糊綜合評(píng)判法，最上層的因素集組成為：

U={U1，U2，U3，U4}={隧道交通特性，駕駛員特性，交通設(shè)施，隧道運(yùn)行環(huán)境，其他影響因素}

其次，建立各子評(píng)價(jià)集的子因素Uij，例如={U11，U12，U13，U14}{交通負(fù)荷度，行車(chē)速度，車(chē)頭時(shí)距，大車(chē)比例}。

再次，通過(guò)對(duì)山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道行車(chē)安全的分析，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的權(quán)重值，本文利用層次分析法(專(zhuān)家打分)確定各指標(biāo)的權(quán)值，得出綜合權(quán)值矩陣W。

最后，確定最終評(píng)語(yǔ)集為{好，較好，一般，較差，差}五個(gè)等級(jí)，通過(guò)三角形隸屬度函數(shù)給出隸屬度值建立評(píng)價(jià)矩陣Ri。通過(guò)建立總評(píng)價(jià)矩陣以及綜合權(quán)值矩陣W，得出模糊綜合評(píng)價(jià)向量值S=W·R。根據(jù)五個(gè)等級(jí)的隸屬度，確定最后評(píng)價(jià)結(jié)論所屬等級(jí)。

3 實(shí)證分析

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性值及權(quán)值

(1)指標(biāo)屬性值

山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性值獲取，主要采用實(shí)測(cè)方法或?qū)＜掖蚍址椒ǐ@得。對(duì)一些容易測(cè)量得到的指標(biāo)屬性值，例如交通流量(計(jì)算交通負(fù)荷度)、行車(chē)車(chē)速、車(chē)頭時(shí)距、大車(chē)比例、噪聲和路面濕度等指標(biāo)，采用現(xiàn)場(chǎng)工具測(cè)的，而對(duì)主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性值，則采用有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家和司機(jī)打分的方式獲取，運(yùn)用隸屬度函數(shù)來(lái)確定指標(biāo)評(píng)語(yǔ)等級(jí)中的對(duì)應(yīng)隸屬度數(shù)值。

表1 九嶺山隧道交通安全狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)值及評(píng)語(yǔ)等級(jí)

(2)指標(biāo)權(quán)值確定

為了確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)值，采用專(zhuān)家問(wèn)詢(xún)表的形式對(duì)各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行打分，構(gòu)造判斷矩陣，運(yùn)用層次分析法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)值。在專(zhuān)家選擇上，著重選擇在交通工程、道路工程方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)而且長(zhǎng)期在高速公路管理、道路交通安全研究等領(lǐng)域工作的10位專(zhuān)家進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，因此具有較高的可信度。在問(wèn)卷調(diào)查中，每位專(zhuān)家根據(jù)自身的工作背景獨(dú)立填寫(xiě)問(wèn)卷，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，確定每個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性，而且保證判斷矩陣符合一致性檢驗(yàn)，即CR<0.1。最后，賦予每位專(zhuān)家一樣的權(quán)重，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)行加權(quán)算術(shù)平均，得到較為合理的權(quán)重值，如表2所示。

3.2 九嶺山隧道行車(chē)安全的綜合評(píng)價(jià)

(1)構(gòu)建模糊評(píng)判矩陣

通過(guò)表1的數(shù)據(jù)，可以得到評(píng)判矩陣如下：其中R1、R1、R3、R4、R5分別為山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道交通特性(B1)、駕駛員特性(B2)、交通設(shè)施(B3)、隧道運(yùn)行環(huán)境(B4)、其它因素(B5)的模糊評(píng)判矩陣。

表2 專(zhuān)家打分確定指標(biāo)權(quán)重

(2)綜合模糊評(píng)價(jià)

根據(jù)表2，可以得到隧道交通特性、駕駛員特性、交通設(shè)施、隧道環(huán)境、其它影響因素以及二級(jí)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的指標(biāo)權(quán)值。

W1=[0.251，0.331，0.192，0.226]；W2=[0.374，0.485，0.141]；

W3=[0.193，0.605，0.202]；W4=[0.216，0.061，0.339，0.384]；

W5=[0.30，0.70]；

W=[0.312，0.157，0.221，0.228，0.082]。

利用matlab軟件，對(duì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果組合形成一級(jí)指標(biāo)的模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣R=[S1、S2、S3、S4、S5]。

S1=W1*R1；S2=W2*R2；S3=W3*R3；S4=W4*R4；S5=W5*R5；

最后，山區(qū)高速公路長(zhǎng)大隧道模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量S=W*R。對(duì)九嶺山隧道交通安全綜合模糊評(píng)價(jià)實(shí)證分析得出各一級(jí)指標(biāo)的模糊隸屬度和綜合評(píng)價(jià)值的模糊隸屬度如表3所示。

表3 九嶺山隧道交通安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

可以看出，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的各個(gè)等級(jí)的隸屬度可以看出，九嶺山隧道交通安全評(píng)價(jià)等級(jí)中，隸屬于“較好”等級(jí)的隸屬度值最大，為0.366，其余依次為“一般”等級(jí)(隸屬度為0.359)、“較差”等級(jí)(隸屬度為0.147)、“好”(隸屬度為0.113)，“差”等級(jí)(隸屬度為0.050)。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)九嶺山隧道的行車(chē)安全狀態(tài)較好，在當(dāng)前交通流量和交通安全設(shè)施下，隧道的交通安全能夠得到保障，同時(shí)，由于隧道內(nèi)通風(fēng)設(shè)施、照明設(shè)施的設(shè)計(jì)合理性，駕駛員在隧道內(nèi)行駛的舒適性較好，滿(mǎn)意度也較高。

(2)九嶺山隧道交通流構(gòu)成中，大型車(chē)輛的占比較高，大型車(chē)輛尤其是超載貨車(chē)的行駛速度、加減速度較慢，對(duì)正常交通流干擾比較明顯，同時(shí)部分大型車(chē)輛在隧道內(nèi)加速超車(chē)現(xiàn)象，增加了隧道內(nèi)行車(chē)安全隱患，降低了評(píng)價(jià)等級(jí)。

(3)模糊理論應(yīng)用于多因子、評(píng)價(jià)指標(biāo)定性區(qū)間較大范圍的綜合評(píng)價(jià)有較好的實(shí)際效果。從綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析上看，與從交通運(yùn)行狀況直觀判定的結(jié)論基本相符，說(shuō)明該綜合評(píng)價(jià)模型具有一定的適用性。

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[2] 喻衛(wèi)華，鄧永年，鄧凱. 淺析高速公路隧道交通安全評(píng)價(jià)方法[J]．公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2016，(3)：357-360.

[3] 郭延永，劉攀，吳瑤，等.山區(qū)高速公路隧道交通運(yùn)行環(huán)境安全評(píng)價(jià)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35(7)：53-58.

AdissertationonlongtunnelofmountainexpresswaytrafficSafetyevaluationforempiricalanalysisbasedonfuzzytheory

ZHANG Long-sheng1，ZHOU Xiao-yong1，ZHANG Bing2，ZOU Yun-xia3

(1.Jiangxi Transport Consultation Company，Nanchang，Jiangxi 330008，China；2.Jiangxi Transportation Institute，Nanchang，Jiangxi 330200，China；3.Jiangxi Transportation Planning Survey and Design Institute，Nanchang，Jiangxi 330003，China)

This paper mainly analyzes the traffic operation characteristics of long and large tunnel in expressway of Jiangxi province. At first, according to various factors analyzed from the risks of traffic accidents that affect traffic safety, establish an evaluation index system about traffic safety of long and large tunnel in expressway. Then, use Analytic Hierarchy Process and Fuzzy Mathematics Theory to construct comprehensive evaluation model. Finally, use Jiuling Mount tunnel as an example to make an empirical analysis.

tunnel; fuzzy theory; traffic safety evaluation

2016-11-17

張龍生(1966年-)，男，工程師，研究方向：交通工程、地下工程。

江西省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目(2015C0012和2014R0011)和江西省青年科學(xué)基金項(xiàng)目(20151BAB216024)。

U491

：C

：1008-3383(2017)07-0151-03