在役高速公路安全设施有效性评价研究

2022-04-26李振华陈禹戈

交通科技 2022年2期

朱欢郑锐李振华陈禹戈

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳 550000)

与新建高速公路不同，在役的高速公路安全设施存在磨损、毁坏、偷盗缺失等多种问题。目前，我国交通行业尚未形成对在役公路安全设施技术状况的评定方法和标准，而现行JTG 5210-2018 《公路技术状况评定标准》[1]中仅有沿线设施技术状况TCI指标对部分安全设施如标志、标线按缺损处数进行粗略的评判，缺乏针对性，还难以反映不同路段间安全设施综合状况和差异。王凯[2]采用层次分析法对农村公路生命防护工程进行了实施后效果评价。王晨竹[3]针对低等级公路安全防护工程防护效果构建了评估体系及模型。国外针对公路行车环境、安全设施状况评估主要针对建设期项目，评估时会按照安全性、费用、环境等方面进行综合评价。考虑我国公路养护的实情，受养护费用约束，在役高速公路的安全设施还普遍存在更换、维修不及时等现象，部分路段存在较大的安全隐患难以发现，因此对在役高速公路安全设施的有效性进行综合评估，提出针对性的提升方案，对减少交通事故发生率，降低事故严重程度均有重要意义。

1 安全设施有效性评价体系构建

高速公路主线安全设施主要包括交通标志、标线、护栏，以及视线诱导设施等，由于在役期间安全设施存在不同程度的损毁、老化、失效等，导致不同路段之间安全隐患不一。其现场照片见图1。

图1 某高速在役安全设施缺失现状

在役高速公路安全设施的修复和提升一般纳入养护工程，由于养护经费受限，实际对安全设施进改造时，应明确不同路段安全设施提升需求和改造次序，在保证基本功能的情况下，尽量提高当前公路整体、综合的安全保障能力，充分发挥养护费用的效益。

由于高速公路安全设施的防护需求在不同路段间有明显的差异，对安全设施的有效性评估是在驾驶员对当前安全设施的使用需求基础上进行分析，从而合理、客观地对现有安全设施所产生的积极效果进行评估。

基于道路交通工程研究成果，公路通过几何线形、文字，以及诱导设施等对驾驶员进行信息传输，对行车安全有明显影响的主要为标志、标线、护栏，以及诱导设施，这类安全设施起到主动引导和被动防护等功能，在危险路段对降低事故风险占主导作用[4]。因此，对在役安全设施综合状况进行准确有效的评估是以驾驶员对安全设施的需求和感知特性为前提，考虑安全设施主动提醒、视线诱导、被动防护等3个方面，选取标志、标线、护栏、视线诱导设施等4种主要安全设施为评价对象，构建安全设施有效性评价体系。

为对安全设施有效性进行准确、综合的评价，可按不同层次结构和评价指标来划分安全设施有效性评价体系，体系示意见图2。

图2 在役高速公路安全设施有效性评价体系

2 灰色关联分析模型建立

通过将在役安全设施有效性评价体系分为3个结构层次，对评估目标进行分解和细化，可以明确各个指标之间的主要关系。基于上述评价体系，采取灰色关联分析的方法对在役高速公路安全设施综合有效性进行综合评估。灰色系统理论中可以对同一序列中不同因素之间的相关程度进行分析，研究因素之间的相似程度或差异。灰色关联分析法不需要大量的数据，对数据之间相互影响关系也无要求，分析时可将不同情况下的各个评价指标放在统一的环境下进行比较，既能兼顾定量计算，也能反映定性分析结果[5]。

在役安全设施的主要特点是已经出现了不同程度的老化、性能下降，且存在破损、缺失、更换不及时等情况，可采用绝对关联度进行分析，将满足现行规范要求和驾驶员需求的理想状态作为评估参考值，即将现在与参考值进行对比，分析当前状态数据序列曲线与理想状态数据序列曲线之间的贴近程度，能够清晰地反映既有安全设施与理想状态的差距，评判当前安全设施的有效性。数据序列曲线越贴近则表示关联程度越高，有效性越高。具体步骤如下。

1) 数据无量纲化及零点初始化。安全设施评价指标采用不同的数据和评判方式，为消除各评价的量纲，首先对数据均值化处理，计算均值像，形成具有灰色系统行为特征的数据序列。

设k为指标序列号，xi(k)为因素关于Xi第k个指标的评分值，定义Xi为指标序列。

Xi=[xi(1),xi(2),…,xi(n)]

(1)

XiD0=[xi(1)d0,xi(2)d0,…,xi(n)d0]

(2)

式中：xi(k)d0=xi(k)-x0(1)，k=1,2,…,n。

2) 计算效果序列与设定最优序列。计算待评价对象路段安全设施在k项指标下的效果值u，生成效果序列。

(3)

(4)

式中：wk为k项指标的权重值；u为最优序列，最优序列的各项指标可采用对应的设计指标或参数值，无设计指标参考的，按该项指标满分值计。

3) 计算关联度ε0i。根据效果序列，计算待评价路段各项指标的效果与最佳效果直接的贴近程度ε0i。

(5)

(6)

(7)

即为u0与ui的灰色绝对关联度。ε0i关联度数值越大表示与最优向量最接近，则该路段安全设施综合有效性越大。

3 指标权重确定

由图2可知，在役高速公路安全设施效性评价体系中间层为3项，基础指标层为10项，对评价指标进行一一量化是比较困难的，可将基础指标层分为定量和非定量2类，定量指标(如标线逆反系数、护栏防护等级与性能)可根据实测数据与设计要求值进行比对，非定量指标可采用专家打分法，根据评分对指标进行量化处理。

灰色关联分析时对样本需求量小，不依赖数据之间具有明确的内部规律[6]，但为了更换表达各评估指标间的指标之间的关联性和重要程度，可引入层次分析法对评价体系各项指标进行权重划分。因此，根据有效性评价体系建立层次分析结构，引用1～9标度法进行指标，构造判断矩阵。构建中间层和基础指标层判断矩阵为

(8)

根据专家调查打分法，分别构建中间层和基础指标层判断矩阵，对判断矩阵进行量化和一致性检验。并计算矩阵特征根。进而确定权向量Aw=λmaxw和其最大特征根λmax。

采用一致性指标CI衡量判断矩阵的不一致程度。

CI=(λmax-n)/(n-1)

(9)

定义随机一致性指标RI，当阶数大于2时，其一致性的指标用CR表示。当CR<0.1时，可表示该权重值分配合理，否则就需要进行调整。CR计算方法见式(10)。

(10)

分别计算各层及总排序CR值，并进行检验及调整，结果见表1。

表1 在役高速公路安全设施有效性评价体系指标权重汇总

4 实例分析与应用

以贵州省仁怀至望谟高速公路填方路基接隧道出入口段为例进行分析，通过对该高速公路4处隧道入口当前安全设施综合状况进行调查，收集实测数据按评价体系进行初步评判。以现行JTG/T D81-2017 《公路交通安全设施设计细则》中对隧道入口段安全设施综合设置要求作为最优序列参照[7-8]。评价指标中非定量指标采用专家打分法取均值，定量分析指标则以最优序列为参考值按比例计算，整理初步评判结果见表2。