基于多种评价方法的高速公路安全性研究

白诗尧 钱琳娟

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550001)



基于多种评价方法的高速公路安全性研究

白诗尧 钱琳娟

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550001)

介绍了高速公路安全评价指标体系的建立原则，采用模糊综合法、层次分析法和因子分析法三种评价方法，建立了高速公路安全性评价模型，通过实例分析了三种评价方法的有效性，指出上述三种方法均可准确评价高速公路的安全性，为我国高速公路的可持续性发展提供了理论依据。

高速公路，安全性，模糊综合法，层次分析法，因子分析法

0 引言

近年来，由于我国高速公路的快速发展，使得我国交通运输业十分兴盛，但我们在享受高速公路给我们带来出行舒适和快捷的同时，也会给我们带来很多问题，如高速公路上的交通事故频繁发生以及高速公路自身的安全性降低等，据有关报道，在1994年—2004年期间，以100 km为基数，高速公路发生的道路交通事故率比普通公路高出4倍之多，并且重大交通事故仍持续不断地出现，这不仅给国家带来了巨大的经济损失，而且给高速公路的维护造成了诸多不便，同时也威胁着出行人员的人身安全，因此，倘若能对高速公路安全性进行有效评价，那么这些问题就可以相应地减少许多，而高速公路本身就是一个复杂多变的系统，影响其运营状况的因素众多，对其安全性评价一直没有统一的标准，就目前研究现状来看，对高速公路安全性评价方法很多，有模糊综合法、层次分析法、因子分析法、神经网络法以及蚁群算法等，由于本文篇幅有限，仅对模糊综合法、层次分析法以及因子分析法进行分析讲解，其他高速公路安全性评价方法参见相关文献。

1 指标体系建立的原则

在对高速公路进行安全性评价时，我们应该客观的、科学的、合理的建立起相应的指标体系，而评价高速公路安全性的指标体系基本包括预测和监测等功能，因此，若想正确评价出高速公路的安全性，我们在选择影响指标时，需要注意以下原则：

1)目标对象应具备指导性。对高速公路安全性评价的指标必须具备指导性，这样才能在兼顾安全的同时，有效地减少交通事故的发生率以及正确作出安全等级的判定。

2)因子指标的选取应合理。建立指标体系时，应对因子指标的选取作出客观分析，这样才能对目标对象作出真实的反应。

3)定性指标应做定量化处理。在分析高速公路安全性影响时，常常因为一些不确定因素或者是没有具体量化的因素，使得在判定高速公路的安全等级时，其结果往往会出现偏差，因此，对定性指标做定量化处理，显得很有必要。

4)选取的评价指标应尽量具备可操作性。其目的是为了后期计算、量化以及统计方便。

2 高速公路安全性的评价方法

2.1 基于模糊综合法的高速公路安全性评价

模糊综合法是美国 L. A. Zadeh 教授于1965年提出的，他利用精确数学方法首次对模糊概念进行了描述，创造出一种模糊数学理论，而模糊综合法的原理是将目标对象的不易定量的因素进行定量分析，从而对目标进行综合评价，本文基于模糊综合法，对影响高速公路交通安全的因素进行了定量化处理，并同时选取了驾驶员、行驶车辆、高速公路条件和行车环境四个影响因子，建立起了高速公路安全性评价模型。

将驾驶员、行驶车辆、高速公路条件和行车环境四个影响因子分成两个层次(准则层和指标层)进行模糊安全性评价，其中，将高速公路的安全性设为目标层，将驾驶员、行驶车辆、高速公路条件和行车环境设为准则层，驾驶员的心理因素、生理因素、反应特性和疲劳状况构成的指标层为第一个准则层；车辆的制动性能、动力性能、轮胎损坏情况和超限情况构成的指标层为第二个准则层；道路的线性、路面、视距和设施构成的指标层为第三个准则层；环境的天气情况、自然灾害以及交通拥堵状况构成的指标层为第四个准则层。采用模糊综合法对高速公路安全性进行评价的步骤：首先，建立安全等级集合，即将高速公路安全等级分为安全、一般、中等和危险四个等级；其次，建立评价因素集合，集合元素包括驾驶员、车辆因素、高速公路条件和环境因素四个元素；接着，计算权向量和模糊综合评价向量；最后，确定高速公路的安全等级以及各因素的影响大小。根据工程实例证明，该评价方法是可行的。

2.2 基于层次分析法的高速公路安全性评价

层次分析法(AHP)是美国教授 T. L. Saaty 于20世纪70年代初提出的，层次分析法(AHP)的原理是将复杂问题简单化、条理化以及层次化，对目标对象进行安全性评价时，应将影响目标对象安全性的因素按属性关系分为几个层次，这些层次是相互制约的，通常这些层次大致分为最高层、中间层和最底层，本文运用层次分析法(AHP)，选取道路环境、高速公路安全设施以及高速公路交通安全管理三个因素，建立起高速公路安全性评价的指标体系。

最高层为高速公路安全性，道路的线性、路面和视距构成第一个中间层；道路标志、防护、照明和视线构成第二个中间层；道路监控、信息和管理构成第三个中间层。采用层次分析法对高速公路安全性进行评价的步骤：首先，建立递阶层次结构，即建立起上述指标体系；其次，构造判断矩阵；接着，做出层次单排序和总排序；最后，对高速公路的安全性作出综合评价。而根据工程实例证明，该评价方法是可行的。这里补充说明一下：在构造判断矩阵时，需要对判断矩阵进行一致性检验，即满足两个公式：CI=(λMax-n)/(n-1)，CR=CI/RI，当CR≥0.1时，可认为该判断矩阵的一致性是不接受的，反之，则为接受，这时需要重新对判断矩阵作适当的修正。

2.3 基于因子分析法的高速公路安全性评价

因子分析法是英国教授 Spearman于1904年提出的，该方法自提出后，成功解决了许多实际问题，如解决了智力测验得分的统计分析问题，随着研究者的不断完善，目前已经拓展在其他工程领域中大量应用，而因子分析法的原理是将多个变量化为少数几个综合变量，用有限个不可观测的隐变量来解释原始变量之间的相关关系，本文基于因子分析法，对高速公路的安全性进行评价分析时，遴选出高速公路安全性的影响因子，并建立起高速公路安全性评价的相关指标体系。

采用因子分析法对高速公路安全性进行评价的步骤：首先，构造因子变量；其次，将因子旋转，目的是使因子变量更加具有可解释性；接着，计算因子得分；最后，根据因子得分，作出高速公路安全性评价。其具体计算过程为：

第一，原始数据标准化；

第二，求出数据标准化后的相关矩阵；

第三，求该相关矩阵的特征值和对应的特征向量；

第四，计算方差和累计方差的贡献率；

第五，由贡献率确定好因子，并将其旋转，来获取因子实际含义；

第六，计算因子得分以及总得分；

第七，作出综合判断。

由于因子分析法(FA)有许多局限性，目前在高速公路安全性评价方面，研究的甚少，但在其他科学领域，还是有大量相关研究的，这里需要说明的是，在对矩阵的选择时，要做方差相关性判断，其中矩阵公式为X=AF+e。

3 结语

针对高速公路安全性的评价，本文已列举了三种不同的评价方法，并且从这三种评价方法的分析中，我们可以得知：

1)采用模糊综合法、层次分析法以及因子分析法对高速公路进行安全性评价是可行的；

2)采用上述三种评价方法，可以有效地减少国家经济的损失以及人员的伤亡；

3)采用上述三种评价方法，可以客观的、科学的、合理的对高速公路安全性作出正确的评价。

[1] 柯 建.高速公路安全评价方法研究[D].北京：北京交通大学，2008.

[2] 张建伟.运营隧道健康检测评估模型研究[D].重庆：重庆交通大学，2012.

Study on highway safety on the basis of various evaluation methods

Bai Shiyao Qian Linjuan

(GuizhouTrafficPlanningSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Guiyang550001,China)

Applying three kinds of evaluation methods including fuzzy comprehensive evaluation method, AHP method, and factor analysis method, the paper establishes highway safety evaluation model, introduces the establishment principles of highway safety evaluation index system through examples, analyzes their effectiveness, and finally points out the above-mentioned three evaluation methods can realize accurate evaluation, which has provided theoretical basis for sustainable development of domestic highway.

highway, safety, fuzzy evaluation method, Analytic Hierarchy Process(AHP), factor analysis method

1009-6825(2016)10-0140-02

2016-01-25

白诗尧(1987- )，男，硕士，工程师； 钱琳娟(1988- )，女，会计师

U412.366

A