基于模糊層次分析法的城市路網交通安全態勢評估

覃媛媛

柳州工學院（545616）

0 引言

道路交通是城市最主要的交通方式，城市絕大部分交通由城市道路網承擔。城市道路交通安全問題時常發生，路網各道路、交叉口間交通運行效率相互影響，城市路網交通安全狀況信息滯后，直接影響交通主管和應急管理部門的高效管理。因此，城市路網交通安全影響因素識別、城市路網交通安全態勢預估和預警顯得尤為重要。文獻[1-5]對安全態勢進行評估，對安全狀況提出預判，為安全態勢評估提供了參考。文章采用模糊層次分析法對城市路網交通安全態勢進行研究，構建交通安全評估指標體系，對路網交通安全態勢進行預判。

1 城市路網交通安全態勢評估指標

考慮交通安全信息采集的可行性，結合城市路網交通實際情況，文章對城市路網的交通安全影響因素進行收集、分類，將其交通安全信息進行動、靜態歸類。靜態信息一般可以由調查、測量獲取；動態信息一般由監控設備（如地感線圈、攝像系統、氣象站等）獲取，酒后駕駛率和疲勞駕駛率除外。不同時段的酒后駕駛率和疲勞駕駛率不一致，屬于動態信息，可以通過抽樣調查獲取。

城市路網交通安全因素包括人的因素、道路因素、車的因素、環境及管理因素、路段交通流因素、交叉口因素等，基于此，建立城市路網交通安全態勢評估及編碼體系，具體見表1。

表1 城市路網交通安全態勢評估及編碼體系

2 城市路網交通安全態勢評估模型建立

城市路網交通安全態勢評估是以城市路網過去和當前的交通安全狀況為基礎，對未來（下一個階段）城市路網交通安全態勢進行預判，并確定其安全態勢等級。

模糊層次分析法是一種定性與定量相結合的系統分析方法，適用于城市路網交通安全狀態的評估。因此，文章采用模糊層次分析法對城市路網過去和當前的交通安全評估值進行計算，并運用時間序列分析法對城市路網未來的交通安全態勢進行評估。

2.1 城市路網交通安全態勢評估體系指標權重的計算

運用層次分析法計算城市路網安全態勢評估體系指標權重，具體如下:

1）建立遞階層次結構，即目標層、準則層和指標層。城市路網安全態勢評估體系包含6個準則層和24個指標層，具體見表1。

2）構造判斷矩陣，將遞階層次結構中各層上的元素（指標層）依次與相對應的上一層元素（準則層）進行兩兩比較，建立判斷矩陣。判斷矩陣A=(a)n×n，aij表示相對于其上一層元素重要性的比例標度。判斷矩陣的值直接反映了各因素的相對重要性，一般采用1～9的比例標度對其重要程度進行賦值，標度及其含義見表2。

表2 判斷矩陣標度及其含義

3）計算判斷矩陣

4）一致性檢驗

表3 平均隨機一致性指標RI取值

2.2 城市路網交通安全態勢的加權平均模糊綜合評價

1）構建評價因素集、評價集

①因素集:根據建立的評價指標體系，得到評價因素集合

U=（u1,u2,…u5）（人的因素，道路因素，車的因素，環境及管理因素，路段交通流因素）或=（人的因素，道路因素，車的因素，環境及管理因素，交叉口因素）

②評價集：評價集是由路網交通安全評估可能得出的評判結果所組成的集合，評價集V=（v1,v2,…v5）=（100,90,80,70,60）。其中:v1為好，v2為較好，v3為尚可，v4為較差，v5為差。100、90、80、70、60是等級高低度量模糊數，是對模糊評語的量化處理。

2）動態及靜態指標

靜態指標，如道路線形等，采用專家打分來確定；動態指標，如酒后駕駛率、疲勞駕駛率等，根據調查數據獲得。

3）指標等級隸屬函數的確定

評價集已確定指標等級劃分為5個級別，此階段還需要確定各項指標的分級界定標準、建立梯形分布隸屬函數、計算隸屬度。

4）兩級模糊評價模型的建立

第一級模糊綜合評判模型：根據前面建立的因素集以及由層次分析法得到的各因素集的權重值，對每個ui的子因素uij做一級綜合評判:

其中，Ri為第i個指標的模糊評判矩陣；wij為第i個指標的第j個子指標的權重值；uk（xij）為第i個指標的第j個子指標相對于第k個指標評價等級的隸屬函數，i=1，2，…，m（m是第i個指標的子指標個數），j=1，2，…，n（n是第i個指標的子指標個數）。

第二級模糊綜合評判模型:用一級評判得出的4個評判向量（S1,…，Si,…,Sm）構成二級綜合評判的單因素評判矩陣S，并由權重向量W得到二級綜合評判向量為:

評判結果B=（bl，b2，b3，b4，b5）。因為評判對象為5個評判等級的隸屬度，所以對B進行反模糊化處理，以確定評判對象的評價等級，具體公式如下:

反模糊化處理后的B即為城市路網安全評價值，根據其值判定城市路網交通安全態勢等級，具體見表4。

表4 城市路網交通安全態勢等級界定

通過計算過去和當前的城市路網交通安全評價值，采用時間序列法預測未來城市路網交通安全態勢。

3 實例分析

文章選擇具有代表性的桂林市某城市路網作為研究對象，獲取交通數據，并對原始數據進行歸一化處理；運用模糊層次分析法得到人的因素、道路因素、車的因素、環境及管理因素、路段上交通流因素或交叉口因素的權重分別為0.330、0.170、0.037、0.096、0.367；計算評價指標隸屬度，得到18:00～18:20交通安全評價值，見表5。

表5 桂林市某城市路網交通安全評價值

采用時間序列法進行預判:未來10 min的交通安全等級為三級（中風險）。

圖1 城市路網交通安全態勢評估圖

4 結語

文章采用模糊層次分析法對城市路網交通安全態勢進行評估，構建城市路網交通安全態勢評估指標體系。首先，采用層次分析法獲得準則層和指標層的權重；然后，采用模糊綜合評價法獲得各項指標隸屬度和路網交通安全評價值；最后，采用時間序列法獲得未來時刻交通安全態勢值，為實施道路交通預警方案及恰當的救援提供參考。