基于德菲爾法-灰色關(guān)聯(lián)分析的高速公路防眩設(shè)施優(yōu)選

李海峰，劉宇辰，孫吉書，張涵實

(1.天津高速公路集團有限公司，天津 300384；2.河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院，天津 300401)

1 防眩設(shè)施的評價指標(biāo)體系

高速公路防眩設(shè)施的設(shè)置主要是為了優(yōu)化高速公路行車環(huán)境，尤其是夜間的行車環(huán)境，避免對象車輛燈光照射而引起的眩光現(xiàn)象。因而，影響高速公路防眩設(shè)施選擇的最主要因素是防眩光效果；高速公路的建設(shè)需要占用大量的耕地，我國的土地資源異常寶貴，節(jié)約用地也是需要控制的一個指標(biāo)；另外，防眩設(shè)施的建設(shè)和養(yǎng)護方案，也需要考慮經(jīng)濟效益問題?？傊Y(jié)合多方面的因素綜合考慮，選定高速公路防眩設(shè)施的評價指標(biāo)如下。

2 防眩設(shè)施各評價指標(biāo)權(quán)重的計算

2.1 構(gòu)建成對比較矩陣

德菲爾法又名專家意見法，是公路工程方案選擇中常用的評價指標(biāo)權(quán)重確定方法，其中成對比較法的應(yīng)用最為廣泛。本文邀請15位專家獨立對高速公路防眩設(shè)施評價指標(biāo)進行相對重要度評判(如果“甲指標(biāo)”比“乙指標(biāo)”絕對重要，則兩指標(biāo)分別賦值“1”和“0”；同等重要則均記為“0.5”；如果“甲指標(biāo)”比“乙指標(biāo)”重要4倍，則兩指標(biāo)分別賦值“0.8”和“0.2”，兩者之和必須等于1)，以其中1位專家的評判結(jié)果為例，構(gòu)建成對比較矩陣如表1所示。

表1 成對比較矩陣(專家一)

2.2 各評價指標(biāo)的權(quán)重

與如表1所述示例相同，將15位專家獨立評判得出的不同指標(biāo)“比較得分”進行匯總，計算得出平均值，得出各評價指標(biāo)的權(quán)重，如表2所示。

根據(jù)表2的計算結(jié)果，得出德菲爾法計算的各評價指標(biāo)權(quán)重矩陣為

表2 各指標(biāo)權(quán)重的計算

W=[0.266 7 0.104 8 0.142 9 0.147 6 0.133 3 0.095 2 0.109 5]T

(1)

3 基于灰色關(guān)聯(lián)分析的高速公路防眩設(shè)施優(yōu)選

3.1 確定備選集

進行高速公路防眩設(shè)施的優(yōu)化選擇，首先需要確定備選集，即：要選擇的備選方案。我國高速公路常用的防眩設(shè)施基本為三種，因而備選集為：U={防眩板，防眩網(wǎng)，植物防眩}。

3.2 評價指標(biāo)集

根據(jù)圖1中選定的高速公路防眩設(shè)施評價指標(biāo)體系，確定評價指標(biāo)集為：

圖1 高速公路防眩設(shè)施評價指標(biāo)

x(j)={A,B,C,D,E,F,G}

(2)

這些評價指標(biāo)中的可定量指標(biāo)以實際數(shù)值表示，如：占地面積C以最小中央分割帶寬度計(單位：米)、工程造價D以每公里初始建設(shè)費用計、養(yǎng)護費用E以防眩設(shè)施每公里每年的養(yǎng)護費用計(單位：元)。無法定量的指標(biāo)定性描述定，如：防眩光效果、景觀環(huán)境效果等。不同防眩設(shè)施的各項指標(biāo)描述如表3所示。

表3 不同防眩設(shè)施的評價指標(biāo)

3.3 定性指標(biāo)的量化

邀請15名業(yè)內(nèi)專家，對表3中的定性指標(biāo)進行獨立量化打分(“10”為最優(yōu)，“0”為不可行，其余介于0～10之間)，求得平均值作為該方案該項指標(biāo)的最終得分。得到量化后的各指標(biāo)，如表4所示。

表4 量化處理后的評價指標(biāo)

3.4 確定最優(yōu)參考數(shù)列

由表4中的數(shù)據(jù)可知，各指標(biāo)數(shù)據(jù)之間的數(shù)值差距巨大，無法體現(xiàn)各個指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系，因而，對表4中的數(shù)據(jù)需要進一步處理才能使用。本文以定性指標(biāo)的最大值為10、最小值為0，按照式(3)的白化函數(shù)對防眩設(shè)施的各項指標(biāo)進行處理。對占地面積、工程造價和養(yǎng)護費用，以最大值為1，其余值除之，得出技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的修正值如表5所示。

表5 評價指標(biāo)的白化處理結(jié)果

y=αx+b

(3)

式中：y—各指標(biāo)的白化值；x—技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)值；a、b—白化函數(shù)參數(shù)。

選出表5中的最優(yōu)指標(biāo)參數(shù)，得出最優(yōu)參考數(shù)列如下：

x0(j)={0.750 0,0.791 7,0.571 4,0.516 1,0.361 8,0.892 9,0.800 0}

(4)

3.5 關(guān)聯(lián)度計算

根據(jù)灰色理論原理，按式(5)計算測出各關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ0i，按式(6)計算得到各備選方案的關(guān)聯(lián)度r0i，計算結(jié)果如表6所示。

表6 關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度

ξ0i(j)=

(5)

式中：ξ0i(j)—第i方案j個指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)；xi(j)—第i方案j個指標(biāo)的白化處理結(jié)果值；ρ—分辨系數(shù)，一般取0.5。

(6)

式中：r0i—第i方案的關(guān)聯(lián)度；w(j)—第j個指標(biāo)的權(quán)重值。

3.6 防眩設(shè)施優(yōu)選結(jié)構(gòu)果

從表6的關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果可知，防眩板、防眩網(wǎng)和植物防眩3個備選方案中，關(guān)聯(lián)度r01>r02>r03，根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析原理，可知防眩板的設(shè)計方案為最優(yōu)方案。

4 結(jié) 論

(1)本文結(jié)合高速公路防眩設(shè)施的技術(shù)特點，選定了評價指標(biāo)體系，并以德爾菲法中的成對比較法，確定了高速公路防眩設(shè)施的優(yōu)化選擇中各個評價指標(biāo)的權(quán)重。

(2)應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法原理，結(jié)合專家評估打分，對高速公路防眩設(shè)施的各項指標(biāo)進行了白化處理，避免了定性指標(biāo)無法科學(xué)量化的不足，有利于避免高速公路防眩設(shè)施優(yōu)化選擇中的主觀性與片面性，有利于提高夜間行車的交通安全和高速公路的綜合效益。

(3)應(yīng)用德爾菲法-灰色關(guān)聯(lián)分析，對高速公路防眩設(shè)施進行了優(yōu)化選擇，實踐驗證了本方法應(yīng)用的可行性與科學(xué)性，有利于豐富和擴展工程方案優(yōu)化選擇的方法，獲得最優(yōu)方案。