基于模糊理論的山區(qū)高速公路長大隧道交通安全綜合評價實證分析

張龍生，周小勇，張 兵，鄒云霞

(1.江西交通咨詢公司，江西 南昌 330008；2.江西省交通科學研究院，江西 南昌 330200；3.江西省交通規(guī)劃勘察設計院，江西 南昌 330003)

基于模糊理論的山區(qū)高速公路長大隧道交通安全綜合評價實證分析

張龍生1，周小勇1，張 兵2，鄒云霞3

(1.江西交通咨詢公司，江西 南昌 330008；2.江西省交通科學研究院，江西 南昌 330200；3.江西省交通規(guī)劃勘察設計院，江西 南昌 330003)

針對交通運營特點進行分析，總結影響隧道交通安全的各項因素，建立山區(qū)高速公路長大隧道交通安全評價指標體系，運用層次分析法和模糊數(shù)學理論構建綜合評價模型，最后以江西省九嶺山隧道為例進行實證分析。

隧道；模糊理論；交通安全評價

1 山區(qū)高速公路長大隧道交通安全評價指標體系設計

山區(qū)高速公路長大隧道交通安全綜合評價首先要構建具有科學性和全面性的評價指標體系，在指標的選取中，覆蓋面要廣，具有一定的評價可操作性，應著重篩選出表征性強、數(shù)據(jù)來源準確可靠并且容易獲得的評價指標。確定綜合評價指標也是整個評價體系的關鍵，是評價結論科學合理的有效保證。根據(jù)山區(qū)高速公路長大隧道交通安全評價的目的和原則，為了全方位地反映隧道內交通安全問題，所選指標要盡可能的客觀反映影響行車安全的各方面因素。構建山區(qū)高速公路長大隧道交通安全綜合評價指標體系如圖1所示。

圖1 山區(qū)高速公路長大隧道交通安全評價指標體系

2 山區(qū)高速公路長大隧道交通安全模糊評價模型

當前，綜合評價模型的種類比較繁多，大體上分為兩種類型，一種是直接給出評價結論數(shù)值，一種是通過評價指標的屬性等級給出綜合評定等級。山區(qū)高速公路長大隧道交通安全的評價具有一定的衡量對比標準，不能直接給出評價結論數(shù)值，需要根據(jù)評價指標的屬性值綜合判定最終結果的好壞，因此必須給出評定結果的所屬評價等級。但是，在綜合評價指標體系中，除了一些指標可以用定量數(shù)據(jù)準確地描述以外，還有很多指標難用定量數(shù)據(jù)確定，具有一定的模糊性，為了合理地確定指標屬性值的評價等級，利用模糊數(shù)學理論中的模糊信息進行有效評價，可以很好地解決評價等級所屬問題。

模糊數(shù)學的基本思想是確定指標值的隸屬程度，即在綜合評價過程中建立符合實際的各指標評價等級隸屬函數(shù)。模糊評價首選需要對指標的隸屬度進行評價，即指標的標準化處理。根據(jù)指標特性不同，模糊綜合評價具有不同的隸屬度函數(shù)，按照指標類型分類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)的形式分類又分為三角形、矩形、梯形、指數(shù)和曲線型分布函數(shù)等。

根據(jù)已有文獻研究結果，基于三角形隸屬函數(shù)、曲線型函數(shù)的模糊綜合評判模型可以實現(xiàn)評價結果隸屬度向量的離散化，比利用梯形等隸屬函數(shù)模型所求得的評價結果模糊度要小，根據(jù)隧道交通安全評價指標體系中的指標特性和評價過程科學簡易原則，選取三角形隸屬度函數(shù)，確定評價指標屬性值評定等級。

山區(qū)高速公路長大隧道交通安全評價模型建立步驟為：

首先要確定綜合評價集，由山區(qū)高速公路長大隧道交通安全評價指標體系可知，本模型采用二級模糊綜合評判法，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，交通設施，隧道運行環(huán)境，其他影響因素}

其次，建立各子評價集的子因素Uij，例如={U11，U12，U13，U14}{交通負荷度，行車速度，車頭時距，大車比例}。

再次，通過對山區(qū)高速公路長大隧道行車安全的分析，確定各評價指標因素的權重值，本文利用層次分析法(專家打分)確定各指標的權值，得出綜合權值矩陣W。

最后，確定最終評語集為{好，較好，一般，較差，差}五個等級，通過三角形隸屬度函數(shù)給出隸屬度值建立評價矩陣Ri。通過建立總評價矩陣以及綜合權值矩陣W，得出模糊綜合評價向量值S=W·R。根據(jù)五個等級的隸屬度，確定最后評價結論所屬等級。

3 實證分析

3.1 評價指標屬性值及權值

(1)指標屬性值

山區(qū)高速公路長大隧道交通安全評價指標屬性值獲取，主要采用實測方法或專家打分方法獲得。對一些容易測量得到的指標屬性值，例如交通流量(計算交通負荷度)、行車車速、車頭時距、大車比例、噪聲和路面濕度等指標，采用現(xiàn)場工具測的，而對主觀評價指標屬性值，則采用有經驗的專家和司機打分的方式獲取，運用隸屬度函數(shù)來確定指標評語等級中的對應隸屬度數(shù)值。

表1 九嶺山隧道交通安全狀況評價指標值及評語等級

(2)指標權值確定

為了確定評價指標的權值，采用專家問詢表的形式對各個指標的相對重要性進行打分，構造判斷矩陣，運用層次分析法計算各個指標的權值。在專家選擇上，著重選擇在交通工程、道路工程方面具有豐富經驗而且長期在高速公路管理、道路交通安全研究等領域工作的10位專家進行問卷調查，因此具有較高的可信度。在問卷調查中，每位專家根據(jù)自身的工作背景獨立填寫問卷，對評價指標體系中的各個指標進行兩兩比較，確定每個指標的相對重要性，而且保證判斷矩陣符合一致性檢驗，即CR<0.1。最后，賦予每位專家一樣的權重，對指標進行進行加權算術平均，得到較為合理的權重值，如表2所示。

3.2 九嶺山隧道行車安全的綜合評價

(1)構建模糊評判矩陣

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

表2 專家打分確定指標權重

(2)綜合模糊評價

根據(jù)表2，可以得到隧道交通特性、駕駛員特性、交通設施、隧道環(huán)境、其它影響因素以及二級指標所對應的指標權值。

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，對綜合評價指標體系中的二級指標進行加權平均計算，并將計算結果組合形成一級指標的模糊綜合評價矩陣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)高速公路長大隧道模糊綜合評價結果向量S=W*R。對九嶺山隧道交通安全綜合模糊評價實證分析得出各一級指標的模糊隸屬度和綜合評價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價結果

可以看出，根據(jù)綜合評價結果的各個等級的隸屬度可以看出，九嶺山隧道交通安全評價等級中，隸屬于“較好”等級的隸屬度值最大，為0.366，其余依次為“一般”等級(隸屬度為0.359)、“較差”等級(隸屬度為0.147)、“好”(隸屬度為0.113)，“差”等級(隸屬度為0.050)。

4 結 語

(1)九嶺山隧道的行車安全狀態(tài)較好，在當前交通流量和交通安全設施下，隧道的交通安全能夠得到保障，同時，由于隧道內通風設施、照明設施的設計合理性，駕駛員在隧道內行駛的舒適性較好，滿意度也較高。

(2)九嶺山隧道交通流構成中，大型車輛的占比較高，大型車輛尤其是超載貨車的行駛速度、加減速度較慢，對正常交通流干擾比較明顯，同時部分大型車輛在隧道內加速超車現(xiàn)象，增加了隧道內行車安全隱患，降低了評價等級。

(3)模糊理論應用于多因子、評價指標定性區(qū)間較大范圍的綜合評價有較好的實際效果。從綜合評價結果分析上看，與從交通運行狀況直觀判定的結論基本相符，說明該綜合評價模型具有一定的適用性。

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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。

江西省交通運輸廳科技項目(2015C0012和2014R0011)和江西省青年科學基金項目(20151BAB216024)。

U491

：C

：1008-3383(2017)07-0151-03