基于熵權(quán)星形圖分析法的區(qū)域道路交通安全綜合評價

馬士賓， 孫敬福， 陳　奕， 張　靜

(河北工業(yè)大學 土木學院， 天津　300401)

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基于熵權(quán)星形圖分析法的區(qū)域道路交通安全綜合評價

馬士賓， 孫敬福， 陳奕， 張靜

(河北工業(yè)大學 土木學院， 天津300401)

為豐富和改善我國道路交通安全評價方法，首次將熵權(quán)理論與星形圖分析法結(jié)合應用到道路交通安全綜合評價中。該評價方法在建立一套由定量指標構(gòu)成的評價指標體系基礎(chǔ)上，提出綜合評價模型的構(gòu)建步驟。并以山東省近5 a來的道路交通安全狀況為例進行綜合評價實踐，其評價過程簡潔，結(jié)果直觀準確，實用性強。成為灰色和模糊評價方法后，又一種可行的新道路交通安全綜合評價方法。

熵權(quán)理論； 星形圖； 權(quán)重； 交通安全； 綜合評價

0　前言

1　評價方法介紹

1984年熵首次被應用于信息論，信息源熵的定義式為：

其中C為比例系數(shù)，pi(i=1，2，3，…，n)為出現(xiàn)第i種信號的概率，-lnpi是第i種信號所帶來的信息量。該式表明熵與狀態(tài)概率有關(guān)，可用于度量系統(tǒng)狀態(tài)的不確定程度[5]。

星形圖(雷達圖)分析法計算結(jié)果簡潔、形象，被廣泛用到各領(lǐng)域。星形圖是從圓心引出數(shù)條按變量權(quán)重分配的射線，并將各射線端點進行連接所形成的圖形，如圖1所示。星形圖中射線的長度表示變量的數(shù)值。星形圖僅適用于判斷某一評價對象相對于其他所有比較對象的情況，而很難實現(xiàn)各評價對象間的綜合實力[6]?；诖巳毕?，本文將熵權(quán)理論應用到星形圖分析法中，將兩者進行結(jié)合可進行區(qū)域道路交通安全的綜合評價。

圖1　改進的星形圖Figure 1　The improved star chart

2　綜合評價模型的構(gòu)建

2.1評價指標的選取

建立科學合理而又實用的指標體系，對綜合評價道路交通安全十分重要[7]。本文基于科學性、可行性、實際性與可比性的4原則，綜合考慮人、車、路等影響因素，提出一套區(qū)域道路交通安全的評價指標體系，該指標體系包括四個控制指標——交通事故發(fā)生狀況、交通事故傷亡情況、交通事故經(jīng)濟損失狀況和交通事故發(fā)展趨向，并由11個指標表征道路交通安全狀況。選取評價指標體系,如圖2所示。

圖2　道路交通安全綜合評價指標體系圖Figure 2　The comprehensiveness evaluation index systemfigure for road traffic safety

2.2綜合評價模型的構(gòu)建方法

基于熵權(quán)星形圖分析法的多目標評價模型構(gòu)建步驟如下:

① 假設(shè)有m個待評價對象(年份數(shù)),進行道路交通安全綜合評價的指標數(shù)有n個，則評價指標矩陣X：

經(jīng)無量綱化處理得:

其中max(xj)、min(xj)為指標j中最大與最小值。

② 計算第i個評價對象的第j個評價指標的特征值比重：

③ 計算第j個評價指標的熵:

④ 計算第j個評價指標的權(quán)重:

⑤ 畫出n個評價指標所對應的星形圖所發(fā)出的n條軸線。

⑥ 各指標權(quán)重用星形圖中的軸線夾角表示:

θj=2πwj。

⑦ 計算星形圖平均周長：

⑧ 計算星形圖平均面積：

⑨ 構(gòu)造綜合評價函數(shù)：

該函數(shù)得出結(jié)果是一個具體數(shù)值，可對該區(qū)域道路交通安全綜合狀況直接進行排序。

⑩ 可通過F=fi-fi-1，得出本年份較前一年份的道路安全綜合改善狀況。

3　區(qū)域道路交通安全綜合評價

3.1綜合評價流程(見圖3)

圖3　道路交通安全綜合評價流程圖Figure 3　　　　The flow chart of road traffic safety comprehensiveness evaluation

3.2實例應用

本文以山東省道路交通安全狀況為例，從山東省統(tǒng)計局網(wǎng)站查詢了該省2009～2013年這5年間的相關(guān)數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 山東省2009～2013年道路交通狀況原始數(shù)據(jù)Table1 TheroadtrafficsituationoriginaldataforShandongprovincein2009～2013年份公路通車里程/(萬km)汽車擁有量/萬輛人口/萬人地區(qū)GDP/億元交通事故發(fā)生起數(shù)/起死亡人數(shù)/人受傷人數(shù)/人直接財產(chǎn)損失/萬元201325.282536.8961254684.3128783748119704970.0201224.462176.97958050013.2132753838127105260.0201123.321803.51959145361.9133753974129015049.7201022.991514.45953639169.9145604268146115261.2200922.671191.56944933896.7161664518169485616.16

將表1中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)按上述方法進行無量綱處理，結(jié)果如表2所示。

表2 原始數(shù)據(jù)無量綱處理結(jié)果Table2 Thedimensionlesstreatmentresultsoforiginaldata評價指標年份(評價對象)20132012201120102009交通事故萬車事故率0.0000.1200.2760.5341.000萬人事故率0.0000.1580.1580.5261.000發(fā)生狀況億元GDP事故率0.0000.1250.2080.5421.000萬公里事故率0.0000.1640.3150.6081.000交通事故傷亡情況事故受傷率0.0000.2500.2500.5831.000事故死亡率0.5000.5001.0000.5000.000直接經(jīng)濟損失狀況事故經(jīng)濟損失0.0000.4490.1240.4501.000億元GDP經(jīng)濟損失率0.0000.2500.2500.5001.000交通事故發(fā)生趨向事故上升比率1.0000.9610.8480.6180.000事故傷亡上升比率0.1110.3330.1110.0001.000事故經(jīng)濟損失上升0.6591.0000.9980.8610.000

各指標權(quán)重計算結(jié)果如表3所示。星形圖平均周長與平均面積計算結(jié)果如表4所示。

表3 各指標權(quán)重計算結(jié)果Table3 Theweightcalculationresultsofvariousevaluationindexes事故率萬車萬人億元GDP萬公里事故受傷率事故死亡率事故經(jīng)濟損失億元GDP經(jīng)濟損失率事故上升比率事故傷亡上升比率事故經(jīng)濟損失上升0.3140.3000.3040.3360.3410.4640.3310.3320.5210.2910.5490.0990.1010.1010.0960.0950.0770.0970.0970.0690.1030.0650.6220.6340.6350.6030.5970.4840.6090.6090.4340.6470.408

表4 星形圖平均周長、平均面積及綜合評價函數(shù)值Table4 Theaverageareaandtheaveragecircumferenceandcomprehensivenessevaluationfunctionvaluesofthestarchart201320122011201020090.04200.21850.23950.43110.95852.1402.4952.7152.3605.1752.9762.9762.9762.2062.976f0.05900.28430.29870.66980.8659F0.22530.01440.37110.1961

根據(jù)本文提出的評價指標體系和方法,能夠得出一個用于綜合評價該區(qū)域道路交通安全狀況的具體數(shù)值，該數(shù)值可進行直接排序，此外通過不同年份數(shù)值還可對本年份較前一年份的道路安全綜合改善狀況進行評價。5個年份山東省道路交通安全狀況如圖4所示。

圖4　山東省2009～2013年道路交通安全綜合評價狀況Figure 4　The road traffic safety comprehensiveness evaluation station for Shandong province in 2009～2013

由于本文所選指標是極小型指標，不同評價對象函數(shù)值越大表明狀況越差，所以按照本文評價方法進行評價，某一年份的評價結(jié)果越大，該年份道路交通安全綜合狀況就越差。圖4簡潔、直觀的反應了山東2009～2013年道路交通安全綜合狀況，可以看出： ①自2009年來，山東省近4年的道路交通安全狀況逐年提升，這從表2中就可以看出，每一年份的各項指標值大多數(shù)都不小于該年各項相應指標值，這與山東省逐年用于道路交通安全建設(shè)與管理方面的投入密不可分； ②與前一年相比而言，2011年道路交通安全改善狀況最好，2012年道路交通安全改善狀況最差，近4年的道路交通安全改善狀況為2011年>2013年>2010年>2012年，這從各指標值中就可以看出，2012年較2011年大多數(shù)指標值的減小幅度最小，另外幾個年份較上一年各指標值都有明顯減小。

4　總結(jié)

① 本文首次嘗試將商權(quán)理論與星形圖分析法結(jié)合應用到道路交通安全綜合評價體系中，其計算結(jié)果為一數(shù)值簡潔、直觀可直進行接排序，成為灰色和模糊評價方法后，又一種可行的道路交通安全綜合評價方法，是對我國道路交通安全評價方法體系的豐富和完善。

② 建立了基于商權(quán)星形圖分析法的道路交通安全綜合評價模型，提出評價流程圖。并以山東省近5年來的道路交通安全狀況為例進行綜合評價實踐，評價結(jié)果顯示山東省這近5年的道路交通安全狀況逐年提升, 且與前一年相比而言，近4年的道路交通安全改善狀況為2011年>2013年>2010年>2012年，評價結(jié)果對山東省道路交通安全管理有實際指導意義。

③ 商權(quán)星形圖分析方法在道路交通安全評價方面研究時間較短，還有一些缺陷。比如,在選擇綜合評價函數(shù)時，僅是簡單的幾何平均,缺少一定的理論依據(jù)。所以,仍需進一步研究與完善。

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Comprehensiveness Evaluation Method for Regional Road Traffic Safety Based on Entropy Weight Theory and Star Chart Analysis Method

MA Shibin, SUN Jingfu, CHEN Yi, ZHANG Jing

(School of Civil Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China)

In order to enrich and improve our country road safety evaluation means，in this paper， entropy weight theory and start chart analysis method were combined to evaluate synthetically the road traffic safety for the first time. Andthe comprehensiveness evaluation modelconstruction steps were proposed based on an evaluation index system composed of quantitative indicators. Finally，road traffic safety situation for Shandong province in recent five years was analyzed as an example of comprehensiveness evaluation practice in the study. The analysis results showed that the evaluation process of this method was simple，intuitive and itcould achieve more accurate results and strong practicability. This analysis method would become a feasible new road traffic safety comprehensiveness evaluation method after gray and fuzzy evaluation methods.

entropy weight theory； starchart； weight； traffic safety； comprehensiveness evaluation

2015 — 03 — 11

河北省高等學?？茖W技術(shù)研究項目(ZD2014099)

馬士賓(1973 — )，男，河北保定人，副教授，博士，研究方向：路基路面工程。

U 491.31

A

1674 — 0610(2016)04 — 0228 — 04