基于FAHP的城市道路交叉口本质安全评价模型设计

高婷婷，邢艳云

（1.天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222；2.北京理工大学机械与车辆学院，北京100081）

基于FAHP的城市道路交叉口本质安全评价模型设计

高婷婷1，2，邢艳云1

（1.天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222；2.北京理工大学机械与车辆学院，北京100081）

为研究影响城市道路交叉口安全的本质原因，利用层次分析法建立道路交叉口的本质安全评价体系；在此基础上，利用模糊综合评判法（FCE）建立评价模型，并且对其进行多级评价。以天津某路口为案例进行模型的计算和验证，研究结果显示：影响该路口的人的安全级别为中，车的安全级别为良，道路环境的安全级别为中；路口总的安全级别为中。此方法具有定性和定量相结合、判断性较强等特点，将其应用于交通本质安全评价中，对改进道路交通安全起到了一定的借鉴意义。

模糊综合评价（FAHP）；交叉口；本质安全；评价模型

道路交通是一把双刃剑，在给人类带来经济效益的同时，也给人们带来很多灾难，交通事故已被誉为当今社会的”一大公害”［1］。虽然近几年我国道路交通状况得到了很大程度的改善，但与发达国家相比还有一定的距离。以同是亚洲国家的中国和日本进行对比可以发现，2012年中国和日本发生的交通事故中死亡人数分别为59 997人和4 411人，每一万台车的死亡率分别为2.5和0.58［2］。道路交叉口是城市交通网络中的重要枢纽，由于其通常有多向交通流集中，在整个路网中，平面交叉口是道路通行能力的瓶颈和交通事故的多发地。我国交叉口的交通事故约占交通事故总数的30%，德国城市交叉口交通事故约占到整个城市交通事故的60%～80%，美国城市交叉口交通事故约占交通事故总数的30%。由此可见，交叉口的安全问题在整个城市交通安全中具有非常重要的地位。因此，建立科学有效的交叉口安全评价模型，不仅可以对道路安全给出科学的评价，还可以对城市交叉口安全水平的改善提供积极的理论支持。截至目前，已有许多国内外专家学者对交通安全进行了大量研究。其中，常用的评价方法有可拓评价法、差异驱动法、灰色聚类评价法、主成分分析法和数据包络分析法等。模糊评价法具有定性和定量相结合、判断性较强等特点，将其应用于交通本质安全评价，减少了过多人为因素的干扰［3-5］。本文利用层次分析法建立道路交叉口的本质安全评价体系，并以天津某路口为案例，利用模糊综合评判法（fuzzy comprehensive evaluation，FCE）建立评价模型，对影响道路交叉口的安全指标进行多级评价，计算的结果可为城市道路交通部门制定相关政策提供依据。

1　城市道路交叉口本质安全评价指标的构建

1.1本质安全的内涵

本质安全方法通过设备、工艺、系统、工厂的设计或改进来减少或消除危险。该方法更多应用于煤矿、核电等高危险性的行业，力求从根源上减少或消除危险，而不是通过附加的安全防护措施来控制危险。城市道路交叉口的本质安全即从本质上减少道路交叉口交通事故发生的概率，对交通系统的各子系统进行本质安全评价。道路交叉口本质安全系统“人-车-道路环境”所显现出的安全特性，包括驾驶员与交通参与者的可靠性、车本身的可靠性和道路环境的可靠性3个方面［6］。

1.2评价指标的构建

道路交叉口是由人、车、路和环境构成耦合系统，交叉口中任何一个或者多个因素的失常都会导致交通事故的产生。评价指标体系将道路交通安全作为模型的目标层，将人、车、道路环境作为模型的准则层；将驾驶员的驾驶技术、驾驶员及其他交通参与者的安全意识、交通参与者的应急能力作为本质人因素的决策层；将汽车的使用情况、汽车的设计、汽车的安全技术作为本质车因素的决策层；将道路设计合理性、交通控制设施合理性、交通流量大时车速的影响、雨雪天影响、执法力度作为本质道路环境因素的决策层。道路交叉口本质安全评价指标如图1所示。

图1　交叉口本质安全评价指标

2　FAHP评价模型

由于道路交叉口的安全具有较强的模糊性，人们很难对某一交叉口的安全状况给出一个准确无误的定论。模糊综合评价（fuzzy analytic hierarchy process，FAHP）是模糊评价法和层次分析评价法的结合，评价结果可以为“不安全”与“安全”之间的过渡［7］。

2.1城市道路交叉口安全模糊评价模型

（1）因素集为X=｛x1，x2，…，xn｝。

（2）评价集为Y=｛y1，y2，…，yn｝。

（3）建立单因素（因素集）模糊评判矩阵R=（rij）n×m。R这个模糊关系就是对某因素xi作一些评价，诸如优、良、中、差等级别。例如，rij就表示对xi作出评价yi的可能性。

（4）A为一个权重分配，A=｛a1，a2，…，an｝是指这些因素对整个评价的关键性，也就是比重的大小。例如，ai表示在评价中xi所占的比重值。

评价的结果是模糊集，即B=｛b1，b2，…，bn｝指评价结果为某种类型的隶属度。例如，bj指经过转化评价之后，结果隶属度是yj。

经分析，模糊综合评价可以概括为：

则得到最终评价结果为bj0，即利用模糊评价方法最大隶属原则。

2.2评价等级确定

评价等级为Y=｛优，良，中，差｝，对应向量为C=｛10，7.5，5，2.5｝。根据公式

计算的数值与向量C中的10分制进行比较，哪个级别接近，则交叉口安全级别为分值所对应的级别。道路交通评价等级如表1所示。

表1　道路交通安全评价等级

3　实例分析

采用FAHP方法对天津市某道路交叉口进行安全评价，通过问卷调查得出各指标权重，运用模型进行计算和综合分析。

（1）确定评价因素集。

X=｛x1，x2，x3｝=｛人的因素，车的因素，道路环境的因素｝。其中：x1=｛x11，x12，x13｝=｛驾驶员的驾驶技术，驾驶员以及其他交通参与者的安全意识，交通参与者的应急能力）；x2=｛x21，x22，x23｝=（汽车的使用情况，汽车的设计，汽车的安全技术｝；x3=｛x31，x32，x33，x34，x35｝=（道路设计不合理，交通控制设施不好，交通流量大、车速的因素，雨天、雪天的因素，执法力度不好｝。

（2）确定评价等级。

Y=｛y1，y2，y3，y4｝=｛优，良，中，差｝，评价等级分向量为C=｛10，7.5，5，2.5｝。

（3）确定指标比重。

通过100份问卷调查确定各指标所占的比重数据。具体数据分析如下：A1=（0.092，0.850，0.058）；A2=（0.333，0.058，0.609）；A3=（0.196，0.218，0.391，0.069，0.126）。

（4）通过问卷调查，建立单因素评判矩阵。

选定天津某道路交叉口，进行为期一个月的调研，邀请12位专家对此交叉口的交通参与者、车、道路环境下的具体状况进行评价打分，由此得到每个指标的隶属度。对收集数据进行统计分析，得到人、车、道路环境对交叉口安全影响的各个模糊矩阵。

“人的因素”模糊关系矩阵：

“车的因素”模糊关系矩阵：

“道路环境的因素”模糊关系矩阵：

（5）一级模糊评价。

“人的因素”的一级模糊评价向量为：

“车的因素”的一级模糊评价向量为：

“道路环境因素”的一级模糊评价向量为：

经过计算，基于隶属度最大原则，人的因素最大值为0.850，对应级别为中；车的因素最大值为0.609，对应级别为良；道路环境因素最大值为0.391，对应级别为中。

（6）二级模糊评价。

交叉口安全综合评价的模糊关系矩阵R为：

由此可知，A=（0.85，0.1，0.05），可得交叉口安全的模糊综合评价向量为：

从计算得出的模糊评价向量B可以看出，评价等级为中的隶属度最大，其值是0.85，达到了中等安全水平，这个交叉口的安全水平评定为中。

（7）模型验证。

该交叉口的安全评价为6.208分（10分制），仅能达到评价的中等水平，评定为中。该结果与FAHP方法计算出来结果相吻合。

4　结论

本文采用基于FAHP方法确定评价指标权重，比以往采用的AHP方法更客观；利用相关公式进行模型验证，比以往的方法考虑更加周全，计算的结果可为城市道路交通部门制定相关政策提供依据。本文主要结论如下。

（1）模型得到的案例交叉口本质人的因素安全级别为中，本质车的因素安全级别为良，本质道路环境因素安全级别为中，最终得出案例交叉口的安全级别为中级。

（2）研究也存在一定的局限性。本文的评价指标赋值采用传统的问卷调研方法，问卷问题的设置以及问卷调研的覆盖面均会影响到评价指标的分值，这也是该领域研究未来亟待解决的问题。

［1］王铨登.基于综合的交通冲突技术的城市道路交叉口安全评价方法研究［D］.成都：西南交通大学，2012.

［2］中华人民共和国国家统计局.中华人民共和国2012年国民经济和社会发展统计公报［EB/OL］.［2013-02-22］.http：//www.stats.gov.cn/tjsj/tjgb/ndtjgb/qgndtjgb/201302/t20130221_ 30027.html.

［3］宇仁德，石鹏.基于模糊理论的交通安全评价方法的研究［J］.数学的实践与认识，2008，38（7）：109-116.

［4］胡琼虹.城市道路平面交叉口交通安全评价研究［D］.武汉：华中科技大学，2006.

［5］刘向阳，刘晓辉.城市道路交叉口交通安全水平评价及改善对策研究［J］.中国安全科学学，2009（9）：129-134.

［6］杨亚莉，刘清平.城市道路交通安全评价体系架构研究［J］.公路工程，2008（1）：150-153.

［7］汪莹.基于安全服务水平的城市道路交叉口交通安全评价方法研究［D］.南京：南京林业大学，2013.

Evaluation model of road traffic intersection intrinsic safety based on FAHP

GAO Ting-ting1，2，XING Yan-yun1
（1.School of Automobile and Transportation，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China；2.School of Mechaical Engineering Institute of Technology，Beijing 100081，China）

In order to study the intrinsic reasons of the urban road intersection safety，the road intersection safety evaluation system is built by using the method of hierarchical process analysis，on this basis of the system，evaluation model is built by fuzzy comprehensive evaluation method（ie FCE），and evaluated it by multi-level evaluation.Taking an intersection of Tianjin as a case to study and validate the model，the results show that the security level of the human is intermediate，the security level of the vehicle is good，and the security level of the road and environment is intermediate.In general，the intersection security level is intermediate.The method is a combination of qualitative and quantitative，with strong degree of judgment.It will be applied to traffic safety evaluation，and to a certain extent，which can reduce the interference of the subjective factors.The safety level of the road intersection safety factor is defined，and it will improve the road traffic safety significantly.

FAHP；intersection；intrinsic safety；evaluation model

U491.4

A

2095－0926（2015）04－0040－03

2015-07-06

天津职业技术师范大学科研发展基金项目（KJ14-05）.

高婷婷（1980—），女，讲师，博士研究生，研究方向为交通安全.