高速公路施工區(qū)行車安全影響因素辨識方法的比較研究＊

吳 彪 許洪國 戴彤焱

(吉林大學(xué)交通學(xué)院1) 長春 130025) (黑龍江工程學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院2) 哈爾濱 150050)

早期建成的高速公路相繼進入中修和大修期,有相當(dāng)一部分高速公路出現(xiàn)了不同程度的、各種各樣的早期破損問題,而這些破損都要在養(yǎng)護作業(yè)中加以預(yù)防和處理,所以高速公路的養(yǎng)護維修工作日益重要[1].更多的高速公路養(yǎng)護,使得高速公路施工區(qū)的通行能力下降、交通延誤加劇、車輛油耗和尾氣排放量增加以及交通事故率上升等[2].在大多情況下,高速公路養(yǎng)護作業(yè)過程并不中斷交通,施工區(qū)已成為高速公路的交通障礙和事故危險源[3].本文在確定高速公路施工區(qū)行車安全影響因素邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上,應(yīng)用ISM和DEMAT EL兩種方法辨識高速公路施工區(qū)行車安全影響因素,并對兩種方法的辨識結(jié)果進行比較分析.

1 高速公路施工區(qū)行車安全影響因素集

基于人-車-路及環(huán)境系統(tǒng)理論,根據(jù)系統(tǒng)完整、層次分明、簡明科學(xué)的原則,圍繞高速公路施工區(qū)行車安全這一關(guān)鍵問題,從駕駛員、道路、車輛、環(huán)境4方面選擇施工區(qū)行車安全影響因素[4-7],建立高速公路施工區(qū)行車安全影響因素集

2 高速公路施工區(qū)行車安全影響因素辨識方法

2.1 基于DEMATEL的施工區(qū)行車安全影響因素辨識模型[8-9]

2.1.1 確定直接影響矩陣 在構(gòu)建高速公路施工區(qū)行車安全影響因素集的基礎(chǔ)上,通過Delphi法確定影響因素之間的二元邏輯關(guān)系,建立直接影響矩陣A.

2.1.2 規(guī)范化直接影響矩陣 規(guī)范化直接影響矩陣X的計算式為

式中：A(A=[aij]n×n)為直接影響矩陣.

表1 高速公路施工區(qū)行車安全影響因素

2.1.3 確定綜合影響矩陣 為分析高速公路施工區(qū)行車安全影響因素之間存在的間接關(guān)系,需在規(guī)范化直接影響矩陣的基礎(chǔ)上進一步計算綜合影響矩陣.因此綜合影響矩陣T的計公式為

式中：0為零矩陣;I為單位陣,表示因素對自身的影響.

2.1.4 影響因素分析 影響度 fi,表明各行對應(yīng)因素對所有其他因素的綜合影響值;被影響度ei,表明各列對應(yīng)因素受到所有其他因素的綜合影響值.計算公式如下.

中心度mi,表示該因素在影響因素體系中的位置及其所起作用大小.原因度有正負之分,如果原因度＞0,表明該元素對其他因素影響大,稱為原因因素;如果原因度ni＜0,表明其他因素對該元素影響大,稱為結(jié)果因素.計算公式如下.

通過上述計算,可根據(jù)影響度和被影響度判別出每個因素對施工區(qū)行車安全的影響程度,根據(jù)中心度可判斷出各個因素在施工區(qū)行車安全影響因素體系中的重要程度,還可根據(jù)原因度的大小進一步分析各因素之間的相互影響關(guān)系.

2.2 基于ISM的施工區(qū)行車安全影響因素辨識模型[10]

2.2.1 確定可達矩陣 可達矩陣既反映了高速公路施工區(qū)行車安全影響因素間的直接關(guān)系,又反映出各因素間的間接關(guān)系.可達矩陣R可由式(8)～(10)推算.

式中：矩陣運算為布爾代數(shù)運算;n為矩陣階數(shù).

2.2.2 確定各層次因素 將可達矩陣R分解成可達集R(Si)和前因集A(Si)兩個集合;計算R(Si)與A(Si)的交集,滿足式(11)的要素就是高速公路施工區(qū)行車安全影響因素體系的最高層因素.去掉最高層因素,重復(fù)上述步驟,依次得出高速公路施工區(qū)行車安全影響因素體系的其他層次因素.

3 實例分析

3.1 施工區(qū)基本情況

2008年6月,黑龍江省哈阿高速公路某路段針對坑槽破損進行路面養(yǎng)護.養(yǎng)護維修作業(yè)控制區(qū)占用了整個行車道,封閉車道長度1 km左右,封閉車道寬度3.75 m,超車道開放,采用錐形交通路標(biāo)進行隔離,在警告區(qū)內(nèi)設(shè)有道路施工標(biāo)志和限制速度標(biāo)志,限制車速60 km/h.作業(yè)區(qū)內(nèi)有養(yǎng)護施工機械1臺和養(yǎng)護作業(yè)人員11人.該養(yǎng)護維修作業(yè)控制區(qū)布設(shè)情況如圖1所示.

圖1 哈阿高速公路某路段養(yǎng)護施工作業(yè)區(qū)布設(shè)示意圖

3.2 施工區(qū)行車安全影響因素邏輯關(guān)系

根據(jù)高速公路施工區(qū)行車安全影響因素集、路段特征和施工區(qū)布置實際情況,采用0-1標(biāo)度對施工區(qū)行車安全影響因素間的直接影響關(guān)系進行Delphi調(diào)查、咨詢;以關(guān)聯(lián)矩陣判別高速公路施工區(qū)行車安全影響因素之間的二元邏輯關(guān)系;在此基礎(chǔ)上,建立直接影響矩陣A.矩陣A中元素“1”表示半數(shù)以上(含50%)的調(diào)查問卷認為因素對因素有直接影響;元素“0”表示半數(shù)以下的調(diào)查問卷認為因素對因素沒有直接影響,見表2.

3.3 兩種辨識方法的結(jié)果與討論

3.3.1 基于DEMAT EL的施工區(qū)行車安全因素分析 利用DEMATEL方法計算出各因素之間的綜合影響矩陣,求得各因素的影響度、被影響度以及中心度和原因度,計算結(jié)果匯總于表3.

表2 直接影響矩陣

表3 DEMATEL求解結(jié)果

以因素的中心度和原因度做笛卡爾坐標(biāo)系,繪制高速公路施工區(qū)行車安全影響因素的原因-結(jié)果圖,如圖2所示.

由圖2可看出,高速公路施工區(qū)行車安全影響因素中,原因因素14個和結(jié)果因素9個.影響高速公路施工區(qū)行車安全的因素按原因大小排序依次為：車道寬度(S14)、車輛類型(S8)、作業(yè)區(qū)位置()、天氣狀況()、駕駛員年齡()、作業(yè)時間(S22)、駕駛員性別(S3)、路面類型(S11)、駕駛員駕齡()、貨車比例()、能見度()、封閉長度(S13)、封閉車道數(shù)(S12)和酒后駕駛(S6).要想降低施工區(qū)行車風(fēng)險等級,必須把握原因因素.影響高速公路施工區(qū)行車安全的結(jié)果因素按作用大小排序依次為：超速行駛()、駕駛員動態(tài)判斷能力()、作業(yè)區(qū)交通量()、疲勞駕駛(S5)、速度限制(S17)、安全設(shè)施布置(S20)、作業(yè)區(qū)布置形式、超載/超限()和車輛技術(shù)性能().結(jié)果因素受其他因素的影響而間接影響高速公路施工區(qū)行車安全,可以從根源上找出最原始的影響因素來加以控制,進而提高高速公路施工區(qū)行車安全水平.根據(jù)各因素的中心度分析,影響高速公路施工區(qū)行車安全的中心問題主要在于作業(yè)區(qū)交通量()、作業(yè)區(qū)布置形式()、貨車比例(S18)、超速行駛(S7)、速度限制(S17)、駕駛員動態(tài)判斷能力()和封閉車道數(shù)().其中作業(yè)區(qū)交通量()和貨車比例()屬于環(huán)境因素子系統(tǒng),作業(yè)區(qū)布置形式(S16)、速度限制(S17)和封閉車道數(shù)()屬于道路因素子系統(tǒng),超速行駛(S7)、駕駛員動態(tài)判斷能力(S4)屬于駕駛員因素子系統(tǒng),因此應(yīng)從駕駛員、車輛、道路及環(huán)境等方面找出誘發(fā)高速公路施工區(qū)交通事故的關(guān)鍵因素,提出改善施工區(qū)行車安全的保障措施,降低事故的發(fā)生頻率和嚴(yán)重程度.

將駕駛員、車輛、道路和環(huán)境子系統(tǒng)所含因素對施工區(qū)行車安全的綜合影響、原因度和中心度求和,計算結(jié)果列于表4.

表4 駕駛員、車輛、道路和環(huán)境對施工區(qū)行車安全的綜合影響、原因度和中心度

圖2 高速公路施工區(qū)行車安全影響因素的原因-結(jié)果圖

由表4可知,影響施工區(qū)行車安全的因素按綜合影響度大小依次是道路、環(huán)境、駕駛員和車輛,而且道路因素的中心度也最大,因此影響高速公路施工區(qū)行車安全的關(guān)鍵在于道路因素子系統(tǒng);同時道路因素的原因度最大,是決定施工區(qū)行車安全系統(tǒng)其他因素的首要因素.

3.3.2 基于ISM的施工區(qū)行車安全影響因素分析 利用ISM方法計算出各因素之間的可達矩陣R,根據(jù)可達矩陣構(gòu)造系統(tǒng)的各級可達集R(Si)與前因集A(),利用式(11)尋找高速公路施工區(qū)行車安全影響因素體系各層次的要素集,計算結(jié)果列于表5.

表5 各層次要素集

將原可達矩陣轉(zhuǎn)換為按級劃分的可達矩陣后,進而建立高速公路施工區(qū)行車安全影響因素的多級遞階結(jié)構(gòu)模型,如圖3所示.

圖3 高速公路施工區(qū)行車安全影響因素的解釋結(jié)構(gòu)模型

由表5和圖3可知,高速公路施工區(qū)行車安全影響因素可分成5個層次.其中,最高層的因素包括駕駛員動態(tài)判斷能力()、疲勞駕駛()、超速行駛(S7)3個要素,是影響高速公路作業(yè)區(qū)交通安全的最直接因素,并且這3個因素兩兩之間相互影響、相互制約.第二層要素包括酒后駕駛(S6)、車輛技術(shù)條件(S9)、超載/超限(S10)3個要素,這3個因素對第一層要素有直接影響,是高速公路施工區(qū)行車安全影響的淺層因素.第三層要素包括駕駛員駕齡()、駕駛員性別()、車輛類型()、封閉車道數(shù)()、封閉長度()、作業(yè)區(qū)布置形式(S16)、速度限制(S17)、貨車比例()、作業(yè)區(qū)交通量()和安全設(shè)施布置(),第三層要素屬于中間層因素,起著承上啟下的作用,如第三層要素直接影響第二層因素,并通過第二層因素對第一層要素產(chǎn)生影響.第四層要素包括駕駛員年齡(S1)、路面類型(S11)、車道寬度()、作業(yè)區(qū)位置()、作業(yè)時間()和光線條件().這六個要素為影響影響高速公路施工區(qū)行車安全的關(guān)鍵因素.這些因素逐級影響著前三層因素,最終影響施工區(qū)交通安全.最底層的要素是天氣狀況是影響施工區(qū)行車安全的最深層次因素.它通過不同方式對其他因素產(chǎn)生直接或間接的影響.

3.3.3 兩種辨識方法的對比分析 現(xiàn)將DEMATEL方法中按因素中心度大小排序結(jié)果(前六位要素)和ISM方法辨識結(jié)果(前兩層要素)進行對比,見表6.

表6 兩種方法辨識結(jié)果比較

盡管兩種方法不同,但所得結(jié)果具有一定的相似度.在高速公路施工區(qū)行車安全關(guān)鍵影響因素中,駛員動態(tài)判斷能力()、超速行駛()是兩種方法共有的結(jié)果.

但從兩種方法辨識結(jié)果來看,DEMATEL方法比ISM方法更加具體.按中心度大小,基于DEMAT EL的高速公路施工區(qū)行車安全影響因素辨識方法所得出的結(jié)果具有嚴(yán)格的順序關(guān)系;而基于ISM的高速公路施工區(qū)行車安全影響因素辨識方法所得結(jié)果可能會出現(xiàn)多個因素處于同一等級中,其主次關(guān)系較為模糊.

4 結(jié)束語

高速公路施工區(qū)是交通事故的多發(fā)路段,其行車安全受到多方面因素的影響與制約.從駕駛員、車輛、道路及交通環(huán)境四方面考慮,建立了高速公路施工區(qū)行車安全影響因素集.分別采用DEMATEL和ISM方法對高速公路施工區(qū)行車安全影響進行了辨識和比較.實例分析結(jié)果表明, DEMATEL和ISM方法均能對高速公路施工區(qū)行車安全影響因素進行定量分析,而基于 DEMATEL的方法分析效果更優(yōu).研究成果在一定程度上反映了人、車、路及環(huán)境等諸因素對高速公路施工區(qū)交通安全的影響,同時為高速公路施工區(qū)的交通安全評價、交通組織與管理奠定了基礎(chǔ).

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