基于可能速度與層次分析法路線設(shè)計(jì)安全性評價(jià)

于恩亞 姜海艷

(1.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢 430056; 2.湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430023)

0 引言

隨著社會的發(fā)展，公路在社會發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。但是公路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展也帶來一些對環(huán)境和社會的負(fù)面影響，道路安全問題已經(jīng)成為全世界共同關(guān)心的問題。因此，對現(xiàn)有道路進(jìn)行安全分析、評價(jià)、尋找事故多發(fā)點(diǎn)，并采取可行的措施來改善道路安全狀況，具有重要的意義。

1 關(guān)于可能速度

1.1 可能速度的概念

可能速度是指在天氣良好、交通條件良好的情況下，技術(shù)較好的駕駛員駕駛汽車可能達(dá)到的速度。采用可能速度評價(jià)道路線形，能夠檢查路線的參數(shù)及要素設(shè)置是否合適、道路縱坡及平縱組合是否恰當(dāng)，進(jìn)而可以有針對性地調(diào)整各個指標(biāo)，使之達(dá)到較好的組合。利用可能速度的方法檢測道路線形，可以解決利用設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)的不足，使道路線形更加協(xié)調(diào)、安全。

1.2 可能速度與運(yùn)行速度的區(qū)別

可能速度與運(yùn)行速度都可以指導(dǎo)、檢驗(yàn)和評價(jià)線形設(shè)計(jì)，但是兩者是有區(qū)別的。運(yùn)行速度是道路上實(shí)測的數(shù)據(jù)，主要用于對已建公路的評價(jià)，可以指導(dǎo)公路改建或安全設(shè)施的設(shè)置;可能速度是汽車可能達(dá)到的最大速度，該數(shù)值不能在道路上實(shí)際獲得，只能利用公路平、縱線形指標(biāo)，通過建立理論預(yù)測模型獲得?？赡芩俣葹樽畲笏俣?，運(yùn)行速度一般小于可能速度［1］。

1.3 引用可能速度的目的與可行性

引入可能速度線形設(shè)計(jì)的目的是檢查道路線形的連續(xù)、均衡和安全性，對存在安全隱患的路段的平縱指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到控制車輛超速行駛的目的，并作為安全設(shè)施及其他指標(biāo)設(shè)計(jì)。因此，該方法是可行的。

1.4 可能速度預(yù)測方法簡介

1)加速度。

汽車行駛時存在三種加速度:分別為橫向加速度、軸向加速度、豎向加速度。可能速度的大小由軸向加速度決定，但又受到橫向和豎向加速度的控制。乘客對加速度的反應(yīng)有:不能忍受、能忍受或舒服三種感受，因此加速度可以作為衡量可能速度的因素。

2)加速度標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)于加速度值大小對乘客感覺的影響，我國尚未作出相關(guān)的規(guī)定，但是一條路線應(yīng)該是連續(xù)的，反映到道路上是平面線形前后指標(biāo)應(yīng)該均衡，前后縱坡之間不存在較大變化。關(guān)于橫向加速度ah大小可以參考德國標(biāo)準(zhǔn):

ah=1.8m/s2舒適;ah=3.6m/s2能忍受;ah≥5.0m/s2不能忍受。

2 建立基于可能速度評價(jià)指標(biāo)體系

按照系統(tǒng)性、科學(xué)性、實(shí)用性等原則，建立基于可能速度的評價(jià)指標(biāo)，從驟變數(shù)量，最大速度量，相對速度差值，剩余橫向力等4個方面考慮，建立層次結(jié)構(gòu)的道路設(shè)計(jì)安全性評價(jià)指標(biāo)體系。

2.1 驟變數(shù)量

根據(jù)可能速度圖，可以統(tǒng)計(jì)可能速度驟變段落的數(shù)量。驟變數(shù)量可以反映該范圍內(nèi)路線平面線形圓曲線半徑的大小，受限路段的多少。驟變數(shù)量越多，汽車剎車的次數(shù)就越多，行車安全性越差。驟變數(shù)量可分為以下幾類分別統(tǒng)計(jì):

速差量:ΔV≤10km/h的數(shù)量;10km/h＜ΔV≤ΔV max的數(shù)量;ΔV＞ΔVmax的數(shù)量。其中，ΔV max為最大速差量。

2.2 最大速度量

根據(jù)可能速度圖，可獲取路線方案的最大速差量ΔV＞ΔVmax值，此值反映車輛行駛的安全性程度。

2.3 相對速差值

相對速差值包括:最高可能速度與設(shè)計(jì)速度的差值，設(shè)計(jì)速度與最低可能速度的差值。

2.4 剩余橫向力

當(dāng)計(jì)算超高值大于最大超高值時，需要超高抵消的橫向力與實(shí)際采用超高值所能抵消的橫向力之間存在差值，該差值稱為剩余橫向力。

橫向力計(jì)算公式為［3］:

其中，X為橫向力;V為可能速度;RP為路線圓曲線半徑;ih為道路超高值;G為汽車重力。

當(dāng)ih≤ihmax時，不存在剩余橫向力，而當(dāng)ih＞ih max時，存在剩余橫向力。剩余橫向力給行車安全帶來很大威脅。

3 層次排序

3.1 構(gòu)造判斷矩陣

對準(zhǔn)則層各指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行排序比較，計(jì)算相對權(quán)重，構(gòu)造判斷矩陣，如表1所示。

表1 判斷矩陣的一般形式

表1中aij表示指標(biāo)Ai與指標(biāo)Aj相比，對于指標(biāo)Aj的相對重要性程度［2］。

在層次分析法中可以用方根法計(jì)算最大特征值和特征向量。

1)計(jì)算每行元素的乘積Mi:

2)計(jì)算Mi的n次方根 ω(0)i:

得到所求向量 ω =(ω1，ω2，…，ωn)T。

4)最大特征值λmax:

3.2 一致性指標(biāo)

在計(jì)算出結(jié)果后要對每一個判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，確保權(quán)重合理。計(jì)算公式如下:

其中，n為矩陣的階數(shù);λmax為最大特征值;R隨著n的變化而變化，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 R與判斷矩陣階數(shù)的關(guān)系

3.3 層次總排序

目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層共同組成層次模型，準(zhǔn)則層C對目標(biāo)層A的絕對權(quán)重為:

對準(zhǔn)則層的各準(zhǔn)則C，方案層P中n個方案的相對權(quán)重為:

則各方案對目標(biāo)層A的絕對權(quán)重為:

其中，n為方案層方案的總個數(shù)。

4 評價(jià)結(jié)果計(jì)算

為了得到合理的評價(jià)結(jié)果，需建立一個評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)設(shè)置了五級指標(biāo)值劃分等級，最優(yōu)的為一級，最差的為五級。并根據(jù)各個等級劃分了指數(shù)范圍，評價(jià)系統(tǒng)選擇的指數(shù)取值范圍為［0，100］，如圖1所示。

圖1 指標(biāo)分級值和指數(shù)分級值

在對公路的各項(xiàng)指標(biāo)確認(rèn)并統(tǒng)計(jì)后，根據(jù)重要性對其進(jìn)行分級標(biāo)定，并換算為相應(yīng)指數(shù)，利用加權(quán)求和可得:

式中:wi——單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值;

ui——單項(xiàng)指標(biāo)的指數(shù)值。

根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，來確定道路的安全性水平等級(如表3所示)。

表3 道路線形安全性等級

5 實(shí)例應(yīng)用

以下以某一在建高速公路為例，對其進(jìn)行安全性評價(jià)，以檢驗(yàn)其是否安全。根據(jù)上述步驟，首先確定各評價(jià)指標(biāo)，進(jìn)而根據(jù)各指標(biāo)的重要性程度確定各自權(quán)重，獲得相應(yīng)的指數(shù)值，指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表4所示。最后計(jì)算該道路線形方案設(shè)計(jì)綜合得分為88.56分，屬于二級優(yōu)秀，評價(jià)結(jié)果和該道路的實(shí)際情況是基本一致。

表4 道路設(shè)計(jì)安全性評價(jià)指標(biāo)權(quán)重、指標(biāo)值及指數(shù)換算

6 結(jié)語

道路路線決定了可能速度的大小，本文利用可能速度對道路方案進(jìn)行安全性評價(jià)，可以彌補(bǔ)利用設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)的不足，使道路線形更加協(xié)調(diào)、安全。

［1］楊少偉.可能速度與公路線形設(shè)計(jì)方法研究［D］.西安:長安大學(xué)博士學(xué)位論文，2004.

［2］趙煥臣.層次分析法［M］.北京:科學(xué)出版社，2000.

［3］張雨化.道路勘測設(shè)計(jì)［M］.北京:人民交通出版社，1997.

［4］裴玉龍.道路交通安全［M］.北京:人民交通出版社，2004.