基于集对分析的公路交通安全设施可信技术保障体系设计

魏亮亮

摘 要：传统公路交通安全设施可信技术保障体系对公路护栏防撞等级的约束较差，因此本文设计了一种基于集对分析的保障体系。其间收集具有普遍性的安全设施，建立评价指标，针对不同评价等级，利用集对分析法计算指标权重，根据各指标的总权重判断安全设施可信技术是否能够得到保障。通过对比试验可知，设计保障体系约束下的公路护栏比传统护栏的碰撞能量增加2.2 kJ。

关键词：集对分析;安全设施;交通安全;可信技术

中图分类号：U491文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）29-0106-03

Abstract： The traditional road traffic safety facility credible technical guarantee system had poor constraints on the anti-collision level of highway guardrails， so this paper designed a guarantee system based on set pair analysis. In the meantime， universal safety facilities were collected， evaluation indexes were established， and the index weights were calculated by using the set pair analysis method for different evaluation levels， according to the total weight of each indicator， it was judged whether the trusted technology of safety facilities could be guaranteed. The comparison test showed that the impact energy of the highway guardrail under the constraint of the design guarantee system was 2.2 kJ more than the traditional guardrail.

Keywords： set pair analysis;safety facilities;traffic safety;trusted technology

公路交通事故的发生与护栏、标志标线、防眩设施以及隔离设施等交通安全设施密切相关，其安全性能和布置位置等对公路交通安全具有重要意义[1]。公路受复杂地形和地质条件的限制，建立一致连贯且完整的高速公路交通标志，选择合适的交通标线材料，改善道路景观，设置隔离设施、防眩设施等以减轻事故的严重程度，排除驾驶过程中的纵横向干扰，对解决公路交通安全问题有着重要的现实意义[2]。因此，基于集对分析，本研究设计了一种公路交通安全设施可信技术保障体系。集对分析利用联系数，在当前公路交通安全背景下，分析各个子集合具有的特性，对安全设施中的模糊信息进行统一处理，得到各个子集合在公路交通安全背景下的同异反联系数表达式，分析其对立性、差异性、同一性，从而得到两个以上集合的组成情况[3]。因此，本文从集对分析的角度出发，评价高速公路基础设施的现有检测指标，从而构建公路交通安全设施可信技术保障体系，并与传统保障体系进行对比试验，验证其实践可行性。

1 基于集对分析的公路交通安全设施可信技术保障体系设计

1.1 建立安全设施评价指标

根据对保障体系的影响程度，对备选指标集进行筛选，不能遗漏影响公路交通安全设施的重要指标。对指标进行独立性分析，保持指标独立性，从而确定评價指标，最后检查所选取指标是否有信息的冗余和重叠，从公路交通安全设施的整体出发，由上至下分解综合指标，并采用相关分析法将有信息重叠的指标进行合并。要考虑公路交通事故发生的主要原因、公路路侧风险以及受地形地貌限制的道路要素，减少实践性和可比性差的指标，从而保证评价精度和稳定性，减少实际操作难度。然后对评价指标进行量化，从保障体系的实用角度出发，通过集值统计来确定评价等级，调查评价指标的隶属度向量，利用尺度集评价指标模糊变量的隶属度，使其成为一个标量，并根据公路交通安全设施的相关规范标准，划分评价等级，如表1所示。

定性、定量相结合是评价指标要遵循的原则，大部分情况下应利用定量指标查出指标值，难以量化的指标则可以进行定性描述，使其在公路安全设施评价中具有普遍性，能够客观地反映高速公路安全设施的现实情况。对难以量化的评价指标进行无量纲化，从指标效益、成本、区间以及适中性4个方面出发，将其作为每个评价指标的评价子集，即无量纲化标准，这主要取决于指标建设费用、能够减少的交通事故起数、指标过渡护栏率以及最佳稳定区域。然后对指标进行一致性调整，将指标分为正指标、逆指标以及适度指标，其中，正指标数值越大，则表明安全设施可信技术的保障程度越高，逆指标相反，而适度指标则有一个适度点，逆指标和适度指标的调整方向应与正向指标的发展趋势相同，倒数变换法是逆向指标的调整方法，适度指标为基准变换法。至此，完成安全设施评价指标的建立。

1.2 集对分析法计算指标权重

因为由多个指标确定公路交通安全设施综合评价结果，因此采用集对分析法确定指标权重，得到各个安全设施的联系度。根据指标的系数，分析评价指标的动态过程发展态势，通过熵值反映指标信息效用价值，控制各指标间的联系度，将评价指标构成一个层次结构，利用指标的特征向量，把评判结果转化为三参数区间数组成的集合形式，以此得到各因素的指标权重。设[j]为高速公路安全设施的评价指标，[b]为指标对应评价等级的联系数，[r]为指标对应评价级别的限值，[m]为权重取值边界，则各指标权重系数[B]的计算过程为：

不同指标对公路交通安全设施可信技术综合评级的贡献不同，因此确定不同指标的权重后，对联系度进行加权。若评价指标位于同一评价等级范围内，则指标值的评价标准水平相同，不同标准等级的隶属程度存在差异，此时要避免同时考虑指标信息的不确定性，都将其联系度作为1，若不在一个范围，则作为-1。设[i]为评价指标对应的风险评估要素，各评价指标与评价级别的联系度为[u]，则各指标权重[Aj]的计算公式为：

其中，风险评估要素[i]主要取决于交通环境、道路以及交通流，由于3个因素之间存在较大相关性，因此对影响因素进行细化，使交通道路细化为平曲线半径、路基宽度、纵坡坡度、直线长度，交通流细化为货车比例、日均交通量、速度差，交通环境细化为路侧障碍物和路侧危险程度，通过[1，-1]联系度对各个评价指标进行加权，使每个加权指标具有非共有又非对立的差异特征。至此，实现集对分析法对指标权重的计算。

1.3 确定总联系度保障安全设施

评价指标与权重相乘，并将各个指标相加，从而得到总目标层的联系度。由于其综合评价结果由多个指标组合而成，其联系度在表达形式上大多不一样，因此还要将计算结果进一步挖掘，确定其限制因素。层次分析各个指标，根据集对分析最大联系度的判别标准，可以得到交通标志的限制因素，即信息过载率较为突出，交通标线的限制因素为抗滑性，设施高度为隔离设施、防眩设施的限制因素，反光膜附着性是视线诱导设施的限制因素。找到各个限制因素中的薄弱环节，综合判断高速公路交通安全设施的总联系度，如表2所示。

根据总联系度，进一步优化交通安全设施，主要从简化标志信息、使用新型标线材料、按照相关标准严格控制设施高度、使用新型反光膜等方面出发。将总联系度作为判断标准，对改造后的公路交通安全设施进行评估，当各一级指标的总联系度都为正时，公路交通安全设施可信技术能够得到保障。至此，完成基于集对分析的公路交通安全设施可信技术保障体系设计。

2 试验论证分析

为验证本文设计保障体系的有效性，本研究将其与传统体系置于相同测试环境进行对比试验。试验对象为某省长度约为10.6 km的全封闭式汽车专用公路，限制时速为45 km/h。

分别根据传统交通安全设施可信技术保障体系以及本文提出的保障体系，对公路护栏进行规范。选取T40钢背木护栏，T40型护栏性能的最大动态变形量为0.8 m，剧烈级别小于1.4，护栏横梁采用两根直径为22 cm、长度为2 m的半圆木叠加而成，后面利用U型钢加固，再分别设计钢背木护栏的端头和过渡段。使用本文设计方法对护栏设施各个一级指标进行赋权，其权重值如表3所示。

总联系度为0.610，表明该段公路的护栏设施能够得到保障。利用小型车辆对护栏进行碰撞试验，车辆重量为900 kg，碰撞角度为20°，护栏两端配有带能量吸收器的支撑架，小型车辆正面撞擊或者侧面撞击时，T40钢背木护栏的前组栅格就会吸收冲击能量。共进行10次试验，改变车辆的碰撞速度，并记录在两种保障体系的约束下设计护栏吸收的碰撞能量，如表4所示。

根据表4试验数据，经计算，在本文保障体系的约束条件下，护栏吸收的碰撞能量平均为34.5 kJ，而传统保障体系的约束下，其碰撞能量平均为32.3 kJ，相比传统护栏增加了2.2 kJ，其防撞等级已经达到了我国的SB级，验证了本文保障体系的有效性。

3 结语

本文针对传统保障体系对公路护栏防撞约束较差的问题，提出基于集对分析的公路交通安全设施可信技术保障体系，并通过山区公路的实际对比试验，验证了该保障体系的有效性，为公路交通安全设施可信技术的优化提供依据，且该体系能够为常见的安全隐患提出具体优化措施。但由于时间限制，该体系的评价指标权重有待进一步精确，且高速公路道路保障设施的影响因子很多，定量计算不一定能精确反映事实，在今后的研究中，应进一步客观反映评价指标与因素集之间的隶属度，不断改进方法来缩小误差。

参考文献：

[1]吕常乐，柳松林.道路安全性快速检测数据采集技术[J].建材与装饰，2020（11）：268-269.

[2]但慧娟，程丽敏.山区低等级公路交通安全综合提升技术[J].江西建材，2020（2）：52-53.

[3]彭飞.高速公路交通安全设施施工中的质量管理[J].交通世界，2020（7）：126-127.