雙車道公路交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)方法研究

王 凱, 姜文龍

(中國人民公安大學(xué)交通管理學(xué)院， 北京 102623)

0 引言

交通安全設(shè)施主要包括交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、護(hù)欄和欄桿、視線誘導(dǎo)設(shè)施、隔離柵、防眩設(shè)施、避險(xiǎn)車道和其他交通安全設(shè)施[1]，其設(shè)置為預(yù)防和減少事故發(fā)生、降低事故嚴(yán)重程度起著不可或缺的作用。交通部在全國實(shí)施的“安全生命防護(hù)工程”重點(diǎn)對(duì)農(nóng)村及山區(qū)等級(jí)較低的雙車道公路進(jìn)行道路條件及交通設(shè)施的改善，為客觀評(píng)價(jià)其交通安全設(shè)施的實(shí)際改善效果，其有效性能否滿足交通安全的需求，特需要開展交通安全設(shè)施的有效性評(píng)價(jià)研究。在評(píng)價(jià)方法研究方面，趙利蘋等[2]將經(jīng)驗(yàn)貝葉斯法用于安全設(shè)施有效性的評(píng)估中，并提出了評(píng)估的流程和步驟，但對(duì)于低等級(jí)公路來說，事故數(shù)據(jù)往往難以獲得或者統(tǒng)計(jì)不全面，使得此方法的適用性受到一定限制。米曉藝等[3]提出了評(píng)價(jià)農(nóng)村公路交通安全設(shè)施有效性的5個(gè)指標(biāo)，并對(duì)某雙車道急彎路段速度和運(yùn)行軌跡的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，但其指標(biāo)中農(nóng)村公路的交通事故指標(biāo)往往難以準(zhǔn)確獲得，且生理指標(biāo)和滿意度指標(biāo)的測量過程相對(duì)繁瑣，不利于實(shí)施。王艷輝等[4]建立了安全設(shè)施評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將跨部門信息等理論和方法用于安全設(shè)施評(píng)價(jià)中，但在評(píng)價(jià)過程中指標(biāo)體系的構(gòu)建很少涉及到設(shè)施對(duì)車輛運(yùn)行的影響，難以衡量設(shè)施的實(shí)際作用效果。黃承鋒等[5]將美國《公路交通安全手冊(cè)》中雙車道事故預(yù)測模型應(yīng)用于農(nóng)村交通安全設(shè)施評(píng)價(jià)和選用。高振鑫等[6]分析評(píng)價(jià)了雙車道公路中各類減速設(shè)施的減速效果，張鐵軍等[7]分析了減速設(shè)施設(shè)置位置，以提高減速設(shè)施有效性，這些研究均有利于提高道路安全性。本文在對(duì)先前研究的總結(jié)發(fā)展基礎(chǔ)上，從設(shè)施的作用效果——對(duì)駕駛?cè)撕蛙囕v運(yùn)行影響的角度出發(fā)，構(gòu)建雙車道公路交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，用于對(duì)二級(jí)公路和農(nóng)村低等級(jí)公路中雙向兩車道的公路進(jìn)行交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)，以促進(jìn)交通安全設(shè)施對(duì)交通安全的積極作用。文章最后以吉林省三莫公路為例，進(jìn)行了交通安全設(shè)施有效性的評(píng)價(jià)分析。

1 交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 一級(jí)指標(biāo)選取

一級(jí)指標(biāo)的選取主要從以下幾個(gè)方面出發(fā)：指標(biāo)應(yīng)包括交通安全設(shè)施對(duì)駕駛?cè)撕蛙囕v兩個(gè)方面的作用效果；雙車道公路一般為中、低等級(jí)公路，設(shè)施種類相對(duì)高等級(jí)公路較少，但其評(píng)價(jià)應(yīng)至少包含公路常見交通安全設(shè)施；選取的指標(biāo)應(yīng)具有可操作性。根據(jù)以上幾個(gè)方面，最終選定交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、護(hù)欄設(shè)施、速度、運(yùn)行軌跡5個(gè)一級(jí)指標(biāo)，其中交通標(biāo)志、標(biāo)線反映了設(shè)施對(duì)駕駛?cè)艘暰€誘導(dǎo)作用的效果，護(hù)欄設(shè)施反映了事故發(fā)生后設(shè)施對(duì)駕駛?cè)税踩雷o(hù)作用的效果，速度和運(yùn)行軌跡反映了通過設(shè)施對(duì)駕駛?cè)说淖饔眠M(jìn)而對(duì)車輛運(yùn)行產(chǎn)生的效果。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

在對(duì)雙車道公路中的安全設(shè)施進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，細(xì)化5個(gè)一級(jí)指標(biāo)，根據(jù)可操作性的原則最終選取14個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成雙車道公路交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)體系，如圖1所示。

圖1 雙車道公路交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3 權(quán)重計(jì)算

權(quán)重是各個(gè)指標(biāo)在整個(gè)公路交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中重要程度的體現(xiàn)，權(quán)重的合理與否直接影響著最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。層次分析法(Analytic Hierarchy Process, 簡稱AHP)是把復(fù)雜的系統(tǒng)按照一定的結(jié)構(gòu)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，然后通過兩兩比較的方式確定層次中各個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)重要性的一種方法，該方式不僅可以結(jié)合定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，而且對(duì)于確定多個(gè)權(quán)向量方面也十分有效，因此本文使用該方法確定指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)向量。為簡化運(yùn)算過程，本文使用AHP輔助軟件Yaahp構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型并計(jì)算判斷矩陣，經(jīng)計(jì)算后最終得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，如表1所示。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

2 交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)體系中標(biāo)志、標(biāo)線和護(hù)欄設(shè)施指標(biāo)通過定性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，速度和運(yùn)行軌跡指標(biāo)使用定量評(píng)價(jià)，其中定性指標(biāo)經(jīng)由交通專業(yè)人員采用打分法確定評(píng)價(jià)值，定量指標(biāo)通過實(shí)地調(diào)查獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理進(jìn)而得到評(píng)價(jià)值。然后將各指標(biāo)的評(píng)價(jià)值通過隸屬函數(shù)確定其隸屬于各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度。最后由各指標(biāo)的單因素模糊評(píng)價(jià)集構(gòu)成模糊評(píng)價(jià)矩陣并進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)。

2.1 定性指標(biāo)的等級(jí)評(píng)判

定性指標(biāo)由交通專業(yè)人員根據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》(GB 5768—2009)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D8l—2017)《公路交通安全設(shè)施施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F71—2006)以及《公路交通標(biāo)志和標(biāo)線設(shè)置手冊(cè)》(JTG D82—2009)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中關(guān)于標(biāo)志、標(biāo)線和護(hù)欄設(shè)施的規(guī)定進(jìn)行綜合評(píng)分。評(píng)分等級(jí)分為好(90～100)、較好(80～90)、一般(60～80)、較差(40～60)、差(0～40)共5級(jí)。

2.2 定量指標(biāo)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 速度

(1)大小型車速度離散率

車速值分布的離散程度越高，越會(huì)增加路段交通沖突的等級(jí)，進(jìn)而對(duì)道路交通安全的影響也越大[8]。呂曉宇等人[9]對(duì)速度離散性和事故率之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，引入了大小型車速度離散率(式1)，并通過對(duì)海南省兩條公路的速度和事故情況的分析，得到了大小型車離散率和事故率的關(guān)系模型，如圖2所示。

(1)

圖2 大小型車速度離散率與事故率關(guān)系模型

根據(jù)大小型車速度離散率和事故率的關(guān)系模型及美國聯(lián)邦公路署研究報(bào)告(FHWA-RD-99-174)中安全水平和事故率的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2，對(duì)大小車型速度離散率等級(jí)劃分，如表3所示。

表2 安全水平和事故率對(duì)應(yīng)關(guān)系

表3 大小車型速度離散率等級(jí)劃分

(2)運(yùn)行速度與限制速度差

由于不同路段的坡度、曲線半徑、路側(cè)危險(xiǎn)程度等道路環(huán)境以及歷史事故等方面存在差異，若直接采用速度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，將無法建立一個(gè)適用于所有路段的速度評(píng)價(jià)等級(jí)范圍，所以使用運(yùn)行速度與限制速度差這一指標(biāo)對(duì)道路的限速效果進(jìn)行衡量。宋津[10]通過實(shí)驗(yàn)仿真的方式對(duì)一條S型雙車道的二級(jí)公路進(jìn)行了車速評(píng)價(jià)，在整個(gè)路段中共3個(gè)直道和2個(gè)彎道，分別對(duì)40～80 km/h區(qū)間內(nèi)共五個(gè)限速條件下的車輛速度進(jìn)行采集。經(jīng)過仿真分析，最終得到各種限速值條件下運(yùn)行速度與限速值的差值分布，參考其研究成果對(duì)運(yùn)行速度與限值速度差的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，如表4所示。

表4 運(yùn)行速度與限制速度差等級(jí)劃分

2.2.2 運(yùn)行軌跡

運(yùn)行軌跡和車速一樣，均為交通安全設(shè)施作用于車輛運(yùn)行狀況的外在表現(xiàn)，當(dāng)車輛的實(shí)際運(yùn)行軌跡與期望運(yùn)行軌跡出現(xiàn)較大偏差時(shí)，容易引發(fā)刮擦或碰撞交通事故。因此，需要將道路中心線越線率和第85%位行車軌跡偏移量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)來衡量交通安全設(shè)施對(duì)車輛運(yùn)行軌跡的控制效果。

道路中心線越線率是指某一斷面越過道路中心線的車輛數(shù)量所占總體車輛數(shù)的比例，行車軌跡偏移量是車輛實(shí)際行駛軌跡(車輛左右輪軸線與道路中心線的距離)和期望行駛軌跡(行車道中心線與道路中心線的距離)的差值，根據(jù)相關(guān)學(xué)者[11-14]對(duì)不同曲線半徑的彎道中道路中心線越線率和行車軌跡偏移量的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)其等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，如表5所示。

表5 道路中心越線率和第85%位行車軌跡偏移量等級(jí)劃分

2.3 指標(biāo)體系的計(jì)算

本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行指標(biāo)體系的計(jì)算，該方法是一種運(yùn)用模糊集合理論對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方式。此方法將定量和定性相結(jié)合，對(duì)多要素、多層次的復(fù)雜問題有著較好的評(píng)價(jià)效果。

2.3.1 建立模糊集

根據(jù)已構(gòu)建的指標(biāo)體系，將二級(jí)指標(biāo)作為交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)的因素集，共13個(gè)指標(biāo)：標(biāo)志設(shè)置完整性U1，標(biāo)志信息過載率U2，標(biāo)志信息識(shí)讀性U3，標(biāo)線識(shí)別性U4，標(biāo)線與標(biāo)志協(xié)調(diào)性U5，以此類推，即U=(U1，U2，U3，U4，U5，……，U13)。

2.3.2 建立評(píng)語集

評(píng)語集V={好，較好，一般，較差，差}={100，85，70，50，30}。

2.3.3 確定隸屬度函數(shù)

隸屬度是對(duì)事物模糊性的一種度量，在綜合模糊評(píng)價(jià)中含義為因素Ui屬于Vi評(píng)價(jià)等級(jí)的程度，取值范圍為[0，1]，值越接近于1說明隸屬于此評(píng)價(jià)等級(jí)的程度越高。本文中從一個(gè)評(píng)價(jià)因素Ui(i=1，2，……13)出發(fā)進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用半梯形和梯形分布函數(shù)確定評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)評(píng)語集元素Vi(i=1，2，3，4，5)的隸屬度rij。

2.3.4 模糊綜合評(píng)判

依據(jù)隸屬度函數(shù)計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的單因素模糊評(píng)價(jià)集：

R1=(r11,r12,r13,r14,r15)
R2=(r21,r22,r23,r24,r25)
?
Rn=(rn1,rn2,rn3,rn4,rn5)

(2)

然后由各單因素評(píng)價(jià)集構(gòu)成模糊評(píng)價(jià)矩陣：

(3)

利用矩陣乘法運(yùn)算，將權(quán)向量A=(a1,a2,a3,…,an)與模糊評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行計(jì)算，得到關(guān)于評(píng)價(jià)對(duì)象的模糊綜合評(píng)價(jià)向量B。最后，將評(píng)價(jià)向量與標(biāo)準(zhǔn)向量進(jìn)行運(yùn)算，便可獲取交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)的最終評(píng)分。

(4)

3 實(shí)例分析

吉林省三莫公路處于延邊朝鮮族自治州，大部分路段屬于二級(jí)公路，本文選取其中的K142+700至K143+000這一路段進(jìn)行交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)，該路段為雙車道二級(jí)公路的回頭彎路段，路段限速值為40 km/h，且屬于路側(cè)險(xiǎn)要路段，因此，對(duì)該路段進(jìn)行交通安全設(shè)施有效性的評(píng)價(jià)對(duì)于提升本路段道路安全水平有著重要的意義。

針對(duì)交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、護(hù)欄設(shè)施3個(gè)方面中的定量指標(biāo)，由10名交通專業(yè)人員對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，速度數(shù)據(jù)使用雷達(dá)測速儀進(jìn)行現(xiàn)場測量并記錄，運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)使用錄像法獲得，經(jīng)處理后各指標(biāo)評(píng)判值整理如表6所示。

表6 指標(biāo)評(píng)判值

根據(jù)評(píng)判值和階梯形和半階梯形隸屬度函數(shù)計(jì)算各指標(biāo)的隸屬度，結(jié)果如表7所示。

根據(jù)上表得到單因素評(píng)價(jià)矩陣如公式(5)所示。

表7 各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度值

(5)

該路段的交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)結(jié)果B=A·R=(0.398，0.507，0.515，0.410，0.088)，將B進(jìn)行歸一化處理，得到B=(0.207，0.264，0.269，0.214，0.046)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)向量{100，85，70，50，30}進(jìn)行得分值的計(jì)算，最終評(píng)分為74.08，說明該路段中交通安全設(shè)施的有效性屬于一般水平?，F(xiàn)有交通安全設(shè)施的作用效果不足以滿足道路交通安全的需要，在對(duì)車輛運(yùn)行速度和運(yùn)行軌跡的控制方面效果略差，應(yīng)增加交通安全設(shè)施以降低運(yùn)行速度、矯正車輛運(yùn)行軌跡，進(jìn)而提高道路安全水平。

4 結(jié)論

本文將運(yùn)行速度和運(yùn)行軌跡等指標(biāo)用于雙車道公路交通安全設(shè)施有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，使用Yaahp軟件輔助確定各指標(biāo)權(quán)重，并構(gòu)建數(shù)學(xué)模型對(duì)交通安全設(shè)施進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，通過實(shí)例分析證明這一方法是可行的。先前曾有學(xué)者將速度和運(yùn)行軌跡作為交通安全設(shè)施的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是，并沒有給出其等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，本文在相關(guān)學(xué)者對(duì)于雙車道公路中速度與事故率的研究以及對(duì)于運(yùn)行軌跡的相關(guān)研究基礎(chǔ)上，根據(jù)其研究成果對(duì)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了劃分，補(bǔ)充完善了評(píng)價(jià)過程，對(duì)于雙車道公路中的交通安全設(shè)施有效性的評(píng)價(jià)具有積極作用。

但是，本文中評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分方面仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)。由于缺少在不同技術(shù)指標(biāo)的路段的軌跡越線率和越線距離觀測數(shù)據(jù)以及軌跡與事故數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)分析，并且不同地區(qū)、不同路段的速度和事故率關(guān)系也會(huì)不同，因此，本文中給出的速度指標(biāo)和運(yùn)行軌跡指標(biāo)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)其精確性仍然需要通過實(shí)測數(shù)據(jù)的補(bǔ)充來進(jìn)一步完善。并且由于本文在等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分時(shí)所引用的數(shù)據(jù)均來自對(duì)雙車道公路的研究，所以本方法目前還只能適應(yīng)于雙車道公路，對(duì)于雙車道以上的公路需要重新劃定指標(biāo)評(píng)價(jià)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這使得其適應(yīng)性受到限制。