國道穿越城鄉段交通安全分級技術研究

摘 要：本文以國道穿越城鄉段交通安全為研究課題，對國道穿越城鄉段交通安全等級進行研究。以道路特征、道路周邊設施、交通條件和環境條件為載體，將穿越城鄉比例、急彎陡坡比例、橋梁及隧道比例、交通安全設施未完善率、交通指示標志未完善率、道路交通量、運行速度協調性、大型車比例、植被覆蓋率、地形地貌和環境敏感路段比例作為二級評價指標。采用層次分析法確定各指標權重，模糊評價法確定交通安全分級。根據交通安全分級結果，解決由于道路安全隱患導致的國道穿越城鄉段交通事故多發及安全系數低等問題，保障國道交通安全。

關鍵詞：國道；交通安全；安全分級

中圖分類號：U 415.6" " 文獻標志碼：A

隨著我國經濟快速增長，國道交通的通達性也得到大幅提高。由于國道快速擴建，無法保證國道穿越城鄉段的交通安全質量，且舊有國道的交通條件也沒有得到改善，因此，我國的穿越城鄉段國道交通安全仍然有很大的升級和發展空間。國道交通安全會對國道的交通功能產生影響，影響車輛和行人安全，造成經濟損失。本文以注重細節、立足專業和科學量化的指導原則，對國道交通安全進行細化分級[1]，對每個分級指標進行細分職能、細化分解和細化治理國道交通安全隱患。根據分級的結果，對不同路段進行道路安全性評估，對于存在危險性的路段進行重點改善。

1 國道穿越城鄉段交通安全現狀

當前，國道穿越城鄉段交通安全存在較多問題，例如交通流量大、交通環境復雜、缺少管理、安全隱患沒有消除、行人及駕駛員的交通安全意識、法律意識和文明意識淡薄。目前，在國道仍存在高速行駛、超速行駛、疲勞駕駛、酒后駕駛以及超載等嚴重影響道路交通安全的行為。國道中的交通工具種類較多，會導致集市路段通行能力差，且多交通工具的狀況有較大的交通安全事故風險。

當前，在國道穿越城鄉段設置的交通安全設施隨機、盲目，其設置原則是根據現有的設計規范制定的。但是，設計初期，部分公路設計并未考慮完善，交通安全設施的設定存在一定的隨意性[5]。交通標志標線的信息指示功能沒有具體體現，安全防護欄的安全保護作用沒有最大化，視線誘導設施、防眩設施以及隔離柵等國道交通安全設施作用不明顯、不突出。

2 國道穿越城鄉段交通安全分級

2.1 交通安全分級方法

層次分析法[6]是指將與決策總是有關的元素分解成目標、準則以及方案等層次，在該基礎上進行定性和定量分析的決策方法。原理是將復雜的決策問題分解為若干因素，根據不同因素之間的隸屬關系，將各因素按不同層次組合，建立包括目標層、準則層以及因素層等多層次結構模型，利用數學方法將各因素重要程度轉化為相對權重。該方法優點在于邏輯性強、系統性好，基礎工作人員可以很好地理解其原理，掌握其應用流程與步驟。

國道穿越城鄉段交通安全分級的具體應用過程如下。對每個一級指標對應的二級指標的重要程度進行劃分，根據重要程度的判定，可以構造評價矩陣，評價矩陣的數量與一級指標的數量相對應。根據評價矩陣計算特征向量，其是各二級指標所對應的權重。同理，也可以計算一級指標的對應權重。

模糊綜合評價法[2]是模糊數學的一種具體應用，其基本原理如下：首先，根據系統中對評判有影響的各種因素確定被評判對象的因素集，根據評判等級確定評價集；其次，確定各影響因素的權重，構造隸屬函數求得隸屬度向量并且構造模糊評價矩陣；最后，對評價因素的權向量和模糊評判矩陣進行模糊運算并進行歸一化處理，通過多層次評判對模糊性[3]的事物進行科學合理的量化評價。

國道穿越城鄉段交通安全分級的具體應用過程為對一級指標對應的各二級指標通過主觀評價得到的分數，根據隸屬度函數計算表達式計算得到各二級指標對應的隸屬度。二級指標對應的隸屬度構建4個不同的評價矩陣Ri。然后將4個不同的評價矩陣Ri與通過層次分析法[6]得到的二級指標權重相乘，由此完成一級模糊批評價，得到一級模糊評價結果向量。一級模糊評價結果向量組成矩陣R和通過層次分析法[6]得到的一級指標權重相乘，由此可以完成二級模糊評價，得到二級模糊評價向量。采用最大隸屬度法處理二級模糊評價向量[4]來評價國道穿越城鄉段的交通安全等級。

2.2 評價指標及其標準

為科學合理地評價國道穿越城鄉段交通安全情況，將道路評價指標劃分為一級指標、二級指標，一級指標有道路特征、道路周邊設施、交通條件和環境條件，二級指標有穿越城鄉比例、急彎陡坡比例、橋梁及隧道比例、交通安全設施未完善率、交通指示標志未完善率、道路交通量、運行速度協調性、大型車比例、植被覆蓋率、地形地貌和環境敏感路段比例，具體內容見表1。

為科學合理地評價國道穿越城鄉段交通安全情況，指標分級標準通過參考高速公路安全設施設計規范、標準和研究成果，采用內插或外推的方法將每個指標劃分為I級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級5個等級，最低量化分值為0分，最高為100分，分區評價指標分級與量化取值標準見表2。

表2 分級評價指標分級與量化取值標準

2.3 確定評價指標權重

運用層次分析法[6]主觀地對每個一級指標對應各二級指標的重要程度進行劃分。根據重要程度不同，選取對應的數字，構造4個評價矩陣。根據每個評價矩陣的元素，對該矩陣進行一致性檢驗，如果一致性檢驗通過，那么證明該矩陣的各元素的重要程度合理，滿足一致性要求。如果一致性檢驗沒有通過，那么需要對評價矩陣進行重新構建，直到滿足一致性檢驗為止。

利用數學方法將各因素的重要程度轉化為相對權重。該方法優點是邏輯性強、系統性好，基礎工作人員可以很好地理解其原理，掌握其應用流程與步驟。因此，在分區的過程中選取層次分析法確定指標權重，具體計算步驟如下。

2.3.1 構造判斷矩陣

采用1-9標度法分別將同一層次內2個因素對上一層次的重要性進行兩兩比較，由此構建構造判斷矩陣A=（aij）m×n，其中判斷矩陣中各數值標度含義見表3。根據各指標之間的重要性不同，參照構造矩陣（見表3）。

2.3.2 權重系數計算

對構造的判斷矩陣A按列進行規范，如公式（1）所示。

（1）

式中：為矩陣A規范化后的元素；aij 為矩陣A的元素。

將A按行相加，得到和向量，如公式（2）所示。

（2）

將和向量歸一化處理，得到特征向量即權重Wi 。

2.3.3 一致性檢驗

為保證權重結果的合理性，須對構建的判斷矩陣進行收斂性檢驗，計算判斷矩陣A的最大特征值λmax，如公式（3）所示。

（3）

式中：Wi為特征向量或權重；λmax為最大特征值；AW為特征根；n為矩陣階數。

計算一致性指標CI，如公式（4）所示。

（4）

一致性比率CR，如公式（5）所示。

（5）

式中：RI為平均隨機一致性指標，具體取值見表4，當CRlt;0.1時，滿足判斷矩陣一致性檢驗，反之則需要重新構建，直到滿足一致性要求。

2.4 國道交通安全分級評價

2.4.1 建立評價對象因素集

因素集是由影響評價對象的各種因素組成的集合，用C表示。

C={C1，C2，C3，C4}

Ci={Ci1，Ci2，Ci3，Ci4} （6）

式中：C1，C2，C3，C4為影響目標層的各因素； Ci1，Ci2，Ci3，Ci4為影響準則層指標的各因素。

2.4.2 確定評價對象權重集

根據分區評價指標體系，采用層次分析法計算各指標權重。

一級指標權重集：W={w1，w2，w3，w4}

二級指標權重集：Wi={wi1，wi2，...，wij}

式中：w1，w2，w3，w4為經層次分析法計算所得一級指標所占權重，wi1，wi2，...，wij為經層次分析法計算所得二級指標所占權重。

2.4.3 建立評價集

評價對象的所有可能出現的結果組成的集合稱為評價集，用V表示，即V={V1，V2，...Vn}，根據評價指標對交通安全風險的作用程度，定義評價等級并劃定分級分值。

V={V1，V2，V3，V4，V5}={I、IIIII、IV、V}

={1.0，0.8，0.6，0.4，0.2} （7）

分級評價等級分級見表5。

表5 分級評價等級表

評價等級 I級 Ⅱ級 Ⅲ級 Ⅳ級 Ⅴ級

評價值 [0，0.2） [0.2，0.4） [0.4，0.6） [0.6，0.8） [0.8，1）

2.4.4 確定隸屬度函數

當采用模糊綜合評價法[2]對區域路段進行評判時，各指標的隸屬度函數確定影響了結果的準確性，常見的隸屬函數計算包括三角形、梯形和鐘形等形狀，其中，三角形隸屬函數易計算、準確性好，因此被廣泛采用。三角形隸屬度函數計算過程如公式（8）所示。

（8）

式中：x為二級指標根據表2評估的得分值， y1、y2、y3、y4、y5分別對應I級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級的隸屬函數。

根據上述隸屬度計算公式可計算各指標的隸屬度rij，二級指標的隸屬度rij組成的評價矩陣為一級評價指標的評價矩陣Ri。

3 模糊綜合評價

模糊綜合評價[2]的核心思想如下：根據表2分別對一級指標對應的各二級指標主觀評價得到的分數，計算得到各二級指標對應的隸屬度，根據隸屬度的數字構建4個不同的評價矩陣Ri。然后根據A=W·R，通過層次分析法得到的二級指標權重與根據隸屬度得到評價矩陣相乘，由此可以完成一級模糊批評價，得到一級模糊評價結果向量。

一級模糊評價結果構成評價矩陣R，采用層次分析法[6]可以得到一級評價指標的權重W，將一級模糊評價結果構成評價矩陣R與一級評價指標的權重W相乘，就可以得到模糊評價的最終向量，具體計算步驟如下。

3.1 一級模糊綜合評價

計算單因素對待評價對象的各等級下模糊子集的隸屬度rij，得到ni×5階的評價矩陣Ri。二級評價指標的權重與ni×5階的評價矩陣Ri相乘即可以得出一級模糊評價的結果向量，如公式（9）所示。

（9）

3.2 二級模糊綜合評價

二級模糊綜合評價是針對一級指標評價結果矩陣Ri的進一步計算，由單因素評價結果集Ri組成綜合評價向量R，如公式（10）所示。

（10）

二級綜合評價模型如公式（11）所示。

A=W·R=（a1，a2，a3，a4，a5） " " " " （11）

式中：A為模糊評價得出的最終結果向量；W為一級指標道路特征、道路周邊設施、交通條件和環境條件經層次分析法計算后的權重。R為二級指標經一級模糊評價得出的矩陣。a1，a2，a3，a4，a5為模糊評價最終結果向量的元素。

4 評價結果處理

采用最大隸屬度法以綜合評價向量A=（a1，a2，a3，a4，a5）中的最大值作為評價對象的最終結果。最大結果根據表5分級評價等級表來確定國道穿越城鎮路段的交通安全等級。交通安全等級為I級表示該國道穿越城鎮路段的交通安全狀況很好，不需要再對該路段采取過多的交通安全保障措施。交通安全等級為Ⅱ級表示該國道穿越城鎮路段的交通安全狀況較好，只需對重點路段進行實際探查，采取重點路段的交通安全保障措施。交通安全等級為Ⅲ級，表示該國道穿越城鎮路段的交通安全狀況一般，需要對該路段采取較多的交通安全保障措施。交通安全等級為Ⅳ級表示該國道穿越城鎮路段的交通安全狀況較差，交通安全等級為Ⅴ級表示該國道穿越城鎮路段的交通安全狀況很差，應對這2種路段的交通安全設施、交通附屬設施、道路線形、交通情況和環境情況進行重新評定，采取更科學、更安全的交通安全保障措施。

5 結語

國道穿越城鄉段交通安全對城鄉之間的道路通行功能具有重要意義，使用層次分析法和模糊評價法對國道穿越城鄉段交通安全進行科學、合理地評價分級，可以最大程度地分辨交通安全危險隱患路段，并及時對隱患路段采取安全保障措施，減少國道穿越城鄉段交通事故發生。

參考文獻

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