高速公路改扩建期交通安全预警评价系统研究

宁乐然， 田小光， 邬俊峰， 胡国祥

(1．湖北警官学院 治安管理系，湖北 武汉 430034；2．湖北省武黄高速公路管理处，湖北 武汉 430071；3．武汉工程大学 交通研究中心，湖北 武汉 430074)

高速公路改扩建包括车道拓宽改造、中央分隔带改造、护栏改造、路面结构的破除与恢复等，大多采用“边施工、边通行”的作业方式，行车与施工作业相互干扰，人、车、路、交通环境构成新的复杂动态系统，使得交通安全事故发生的可能性大大增加[1,2]。交通安全预警评价系统是基于对交通安全影响因素稳定状况的判断，采用定性和定量相结合的分析方法[3]，综合评价交通安全发展变化趋势，当评价指标输出值接近警戒线时及时发出警报，以便快速采取安全措施，防患于未然或避免事故发展到严重程度。交通安全预警评价系统包括预警评价系统的建立、求解与输出三方面。

与新建或正常运营阶段相比，高速公路改扩建期的交通安全管理难度更大，影响交通安全的不确定因素更多。笔者将这些因素综合归纳为人、车、路、环境、交通管理5个方面，选取改扩建施工挤占车道情况等19个指标，借鉴层次分析法的思想，建立了高速公路改扩建期交通安全预警多层次模糊综合评价系统，给出了预警评价系统的求解方法与输出形式，结合实例介绍了该系统的应用情况。

1 预警评价系统的建立

评价指标的选取是预警评价系统建立的关键，借鉴国内外预警研究成果和实践[3～7]，在对高速公路改扩建期交通安全影响因素分析的基础上，选取改扩建期驾驶人、行驶车辆、道路、交通环境及交通管理5个因素作为高速公路改扩建期交通安全预警评价的一级指标，每个一级指标又包含多个二级指标，建立具有递阶层次结构关系的预警指标体系基本框架(表1)。

表1 高速公路改扩建期交通安全预警指标体系

2 预警评价系统的求解与输出

2.1 构建评价指标的评判集

评价指标集是对各层次因素状态的直接描述和表征，高速公路改扩建期的交通安全预警评价可分为5级，构成评判集V={安全，较安全，一般，较危险，危险}。为直观起见，将这5个级别分别以5种颜色依次地分出5个灯区，即绿灯区、蓝灯区、黄灯区、橙灯区、红灯区，分别对应于安全、较安全、一般、较危险、危险5个预警评价等级[7,8]。当预警评价值跨越预警界限时，相关人员采取相应的警备措施。

2.2 确定评价指标的权重

确定指标权重的方法较多，如专家估测法、0～4评分法、层次分析法等。笔者采用“二元对比法”确定权重，该方法在对系统进行分解与综合的基础上，充分运用人的经验与知识，对指标的重要性、优越性等进行二元相对比较与量化[9]。研究表明“二元对比法”是确定指标权重、定性因素隶属度的较好方法[10]。具体方法与步骤详见文献[9]。

2.3 建立模糊评判矩阵 Ri

模糊评判矩阵Ri的建立由评价小组成员对各层因素的预警指标进行等级判断，统计之后建立评价矩阵Ri。其中，评价指标隶属度也采用上述“二元对比法”确定。

(1)

式中：n为指标层的指标个数。

2.4 进行多级模糊综合评价

对于两个不同层次的指标，先进行第一层次指标的评价，再求得总的评价。对于第一层次，Bi=Wi×Ri=(bi1，bi2，bi3，bi4，bi5)，其中Bi各项表示在对Ui进行评价时的隶属度。

(2)

所以第二层指标的评价集为：

(3)

根据以上方法得到高速公路改扩建期交通安全预警的评价结果b=max(b1，b2，b3，b4，b5)，根据最大隶属度原则确定预警等级，进而确定处于何种灯区。

3 实证分析

武黄高速于1991年建成通车，是湖北省首条全封闭的高速公路，全长70.3 km，设计车速为110 km/h，双向四车道，中央分隔带宽1.5 m。武黄高速公路设计日通行量为2.5万辆，自2010年下半年以来，实际日均车流量近5万辆，高峰时期近10万辆，交通负荷极大。该公路原护栏为柔性缆索护栏，由于使用年限已久，部分路段的缆索老化锈蚀，难以适应现有的交通负荷。因此，拟对k9+500～k15+825、k847+938～k844+388、k842+438～k832+423等路段共计19.89 km的中央分隔带护栏实施改建，将原缆索护栏改建为波形护栏。但武黄高速公路路基宽度仅24 m，护栏改建施工需挤占部分车道，这样势必加剧本已十分繁忙的交通负荷，影响通行能力与行车安全，而车辆通行又会影响护栏改建施工进度，危及施工人员的生命安全。

为了实现“通行顺利、施工安全”的双重目标，利用上述高速公路改扩建期交通安全预警评价系统，由相关技术人员对本次护栏改建期交通安全情况进行预警评价。

3.1 确定评价指标的权重

根据“二元对比法”确定指标权重，如对U1～U5，其权重确定如表2所示。对权重需作“归一化”处理。

表2 指标 U1～U5 的权重

为尽量减少主观因素的影响，可采取专家赋权值再取平均的办法。

同理，可得U11～U13、U21～U24、U31～U35、U41～U43、U51～U54的权重分别为(0.663, 0.220, 0.117)、(0.558, 0.240, 0.140, 0.062)、(0.373, 0.249, 0.160, 0.124, 0.093)、(0.701, 0.175, 0.123)、(0.412, 0.275, 0.177, 0.137)。

3.2 建立模糊评判矩阵 Ri

根据“二元对比法”确定指标隶属度，如驾驶员行车误操作率(U11)、改扩建施工人员违章上路次数(U12)、交通法规与交通安全的普及率(U13)的隶属度分别为：

同理，可得其他指标的隶属度。

3.3 进行多级模糊综合评价

先进行一层模糊评价：

(0.089,0.175,1,0.451,0.141)

同理得到其他指标的一层模糊评价结果。

再进行二层模糊评价：

B2=W2×R2=(0.488,0.209,0.163,0.086,0.054)×

(0.074,0.246,0.982,0.515,0.154)

据此得到交通安全预警的评价结果b=max(b1，b2，b3，b4，b5)=max(0.074，0.246，0.982，0.515，0.154)。根据最大隶属度原则得出本次护栏改建期交通安全状况处于“黄灯区”，表明可以“边通行、边施工”，但需要高度戒备。为此，武黄高速公路管理处及承建单位高度重视，制定了专门的安全文明施工组织方案，包括施工安全保障体系、安全专项方案、应急保畅方案等。

经过精心组织与管理，本次护栏改建于2012年11月5日开工，2012年12月31日完工，历时56天，没有发生一起施工人员的伤亡事故，也没有发生由于改建施工导致的交通拥堵或滞留现象，行车顺利通行，施工安全进行，实现了预定目标。护栏改建施工场景如图1、图2所示。图1表示为尽量减少干扰交通，对拆除的钢缆索及时盘成圆盘状，并尽快运离施工现场；图2表示运至施工现场的波形护栏放置规范有序。

图1 拆除的钢缆索盘成圆盘状

图2 施工现场的波形护栏放置规范有序

4 结 语

影响高速公路改扩建期交通安全预警评价的因素较多，合理归纳为5个方面、19个指标，建立了交通安全预警多层次模糊综合评价系统，根据“二元对比法”确定了指标权重与隶属度，考虑因素全面，既充分发挥评价技术人员的丰富经验，又有效减少主观因素的影响，评价结果合理、输出直观，具有较强的指导性。此外，在交通负荷极大、路基宽度狭窄的严峻条件下进行改扩建施工，经过正确预警，合理组织，科学管理，认真落实，是可以实现“通行顺利、施工安全”的双重目标的。

[1] 谌志强. 高速公路改建工程交通安全研究 [D]. 长沙：湖南大学，2007．

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