基于集對分析的公路交通安全設施可信技術保障體系設計

魏亮亮

摘 要：傳統(tǒng)公路交通安全設施可信技術保障體系對公路護欄防撞等級的約束較差，因此本文設計了一種基于集對分析的保障體系。其間收集具有普遍性的安全設施，建立評價指標，針對不同評價等級，利用集對分析法計算指標權重，根據(jù)各指標的總權重判斷安全設施可信技術是否能夠得到保障。通過對比試驗可知，設計保障體系約束下的公路護欄比傳統(tǒng)護欄的碰撞能量增加2.2 kJ。

關鍵詞：集對分析;安全設施;交通安全;可信技術

中圖分類號：U491文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0106-03

Abstract： The traditional road traffic safety facility credible technical guarantee system had poor constraints on the anti-collision level of highway guardrails， so this paper designed a guarantee system based on set pair analysis. In the meantime， universal safety facilities were collected， evaluation indexes were established， and the index weights were calculated by using the set pair analysis method for different evaluation levels， according to the total weight of each indicator， it was judged whether the trusted technology of safety facilities could be guaranteed. The comparison test showed that the impact energy of the highway guardrail under the constraint of the design guarantee system was 2.2 kJ more than the traditional guardrail.

Keywords： set pair analysis;safety facilities;traffic safety;trusted technology

公路交通事故的發(fā)生與護欄、標志標線、防眩設施以及隔離設施等交通安全設施密切相關，其安全性能和布置位置等對公路交通安全具有重要意義[1]。公路受復雜地形和地質條件的限制，建立一致連貫且完整的高速公路交通標志，選擇合適的交通標線材料，改善道路景觀，設置隔離設施、防眩設施等以減輕事故的嚴重程度，排除駕駛過程中的縱橫向干擾，對解決公路交通安全問題有著重要的現(xiàn)實意義[2]。因此，基于集對分析，本研究設計了一種公路交通安全設施可信技術保障體系。集對分析利用聯(lián)系數(shù)，在當前公路交通安全背景下，分析各個子集合具有的特性，對安全設施中的模糊信息進行統(tǒng)一處理，得到各個子集合在公路交通安全背景下的同異反聯(lián)系數(shù)表達式，分析其對立性、差異性、同一性，從而得到兩個以上集合的組成情況[3]。因此，本文從集對分析的角度出發(fā)，評價高速公路基礎設施的現(xiàn)有檢測指標，從而構建公路交通安全設施可信技術保障體系，并與傳統(tǒng)保障體系進行對比試驗，驗證其實踐可行性。

1 基于集對分析的公路交通安全設施可信技術保障體系設計

1.1 建立安全設施評價指標

根據(jù)對保障體系的影響程度，對備選指標集進行篩選，不能遺漏影響公路交通安全設施的重要指標。對指標進行獨立性分析，保持指標獨立性，從而確定評價指標，最后檢查所選取指標是否有信息的冗余和重疊，從公路交通安全設施的整體出發(fā)，由上至下分解綜合指標，并采用相關分析法將有信息重疊的指標進行合并。要考慮公路交通事故發(fā)生的主要原因、公路路側風險以及受地形地貌限制的道路要素，減少實踐性和可比性差的指標，從而保證評價精度和穩(wěn)定性，減少實際操作難度。然后對評價指標進行量化，從保障體系的實用角度出發(fā)，通過集值統(tǒng)計來確定評價等級，調查評價指標的隸屬度向量，利用尺度集評價指標模糊變量的隸屬度，使其成為一個標量，并根據(jù)公路交通安全設施的相關規(guī)范標準，劃分評價等級，如表1所示。

定性、定量相結合是評價指標要遵循的原則，大部分情況下應利用定量指標查出指標值，難以量化的指標則可以進行定性描述，使其在公路安全設施評價中具有普遍性，能夠客觀地反映高速公路安全設施的現(xiàn)實情況。對難以量化的評價指標進行無量綱化，從指標效益、成本、區(qū)間以及適中性4個方面出發(fā)，將其作為每個評價指標的評價子集，即無量綱化標準，這主要取決于指標建設費用、能夠減少的交通事故起數(shù)、指標過渡護欄率以及最佳穩(wěn)定區(qū)域。然后對指標進行一致性調整，將指標分為正指標、逆指標以及適度指標，其中，正指標數(shù)值越大，則表明安全設施可信技術的保障程度越高，逆指標相反，而適度指標則有一個適度點，逆指標和適度指標的調整方向應與正向指標的發(fā)展趨勢相同，倒數(shù)變換法是逆向指標的調整方法，適度指標為基準變換法。至此，完成安全設施評價指標的建立。

1.2 集對分析法計算指標權重

因為由多個指標確定公路交通安全設施綜合評價結果，因此采用集對分析法確定指標權重，得到各個安全設施的聯(lián)系度。根據(jù)指標的系數(shù)，分析評價指標的動態(tài)過程發(fā)展態(tài)勢，通過熵值反映指標信息效用價值，控制各指標間的聯(lián)系度，將評價指標構成一個層次結構，利用指標的特征向量，把評判結果轉化為三參數(shù)區(qū)間數(shù)組成的集合形式，以此得到各因素的指標權重。設[j]為高速公路安全設施的評價指標，[b]為指標對應評價等級的聯(lián)系數(shù)，[r]為指標對應評價級別的限值，[m]為權重取值邊界，則各指標權重系數(shù)[B]的計算過程為：

不同指標對公路交通安全設施可信技術綜合評級的貢獻不同，因此確定不同指標的權重后，對聯(lián)系度進行加權。若評價指標位于同一評價等級范圍內(nèi)，則指標值的評價標準水平相同，不同標準等級的隸屬程度存在差異，此時要避免同時考慮指標信息的不確定性，都將其聯(lián)系度作為1，若不在一個范圍，則作為-1。設[i]為評價指標對應的風險評估要素，各評價指標與評價級別的聯(lián)系度為[u]，則各指標權重[Aj]的計算公式為：

其中，風險評估要素[i]主要取決于交通環(huán)境、道路以及交通流，由于3個因素之間存在較大相關性，因此對影響因素進行細化，使交通道路細化為平曲線半徑、路基寬度、縱坡坡度、直線長度，交通流細化為貨車比例、日均交通量、速度差，交通環(huán)境細化為路側障礙物和路側危險程度，通過[1，-1]聯(lián)系度對各個評價指標進行加權，使每個加權指標具有非共有又非對立的差異特征。至此，實現(xiàn)集對分析法對指標權重的計算。

1.3 確定總聯(lián)系度保障安全設施

評價指標與權重相乘，并將各個指標相加，從而得到總目標層的聯(lián)系度。由于其綜合評價結果由多個指標組合而成，其聯(lián)系度在表達形式上大多不一樣，因此還要將計算結果進一步挖掘，確定其限制因素。層次分析各個指標，根據(jù)集對分析最大聯(lián)系度的判別標準，可以得到交通標志的限制因素，即信息過載率較為突出，交通標線的限制因素為抗滑性，設施高度為隔離設施、防眩設施的限制因素，反光膜附著性是視線誘導設施的限制因素。找到各個限制因素中的薄弱環(huán)節(jié)，綜合判斷高速公路交通安全設施的總聯(lián)系度，如表2所示。

根據(jù)總聯(lián)系度，進一步優(yōu)化交通安全設施，主要從簡化標志信息、使用新型標線材料、按照相關標準嚴格控制設施高度、使用新型反光膜等方面出發(fā)。將總聯(lián)系度作為判斷標準，對改造后的公路交通安全設施進行評估，當各一級指標的總聯(lián)系度都為正時，公路交通安全設施可信技術能夠得到保障。至此，完成基于集對分析的公路交通安全設施可信技術保障體系設計。

2 試驗論證分析

為驗證本文設計保障體系的有效性，本研究將其與傳統(tǒng)體系置于相同測試環(huán)境進行對比試驗。試驗對象為某省長度約為10.6 km的全封閉式汽車專用公路，限制時速為45 km/h。

分別根據(jù)傳統(tǒng)交通安全設施可信技術保障體系以及本文提出的保障體系，對公路護欄進行規(guī)范。選取T40鋼背木護欄，T40型護欄性能的最大動態(tài)變形量為0.8 m，劇烈級別小于1.4，護欄橫梁采用兩根直徑為22 cm、長度為2 m的半圓木疊加而成，后面利用U型鋼加固，再分別設計鋼背木護欄的端頭和過渡段。使用本文設計方法對護欄設施各個一級指標進行賦權，其權重值如表3所示。

總聯(lián)系度為0.610，表明該段公路的護欄設施能夠得到保障。利用小型車輛對護欄進行碰撞試驗，車輛重量為900 kg，碰撞角度為20°，護欄兩端配有帶能量吸收器的支撐架，小型車輛正面撞擊或者側面撞擊時，T40鋼背木護欄的前組柵格就會吸收沖擊能量。共進行10次試驗，改變車輛的碰撞速度，并記錄在兩種保障體系的約束下設計護欄吸收的碰撞能量，如表4所示。

根據(jù)表4試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)計算，在本文保障體系的約束條件下，護欄吸收的碰撞能量平均為34.5 kJ，而傳統(tǒng)保障體系的約束下，其碰撞能量平均為32.3 kJ，相比傳統(tǒng)護欄增加了2.2 kJ，其防撞等級已經(jīng)達到了我國的SB級，驗證了本文保障體系的有效性。

3 結語

本文針對傳統(tǒng)保障體系對公路護欄防撞約束較差的問題，提出基于集對分析的公路交通安全設施可信技術保障體系，并通過山區(qū)公路的實際對比試驗，驗證了該保障體系的有效性，為公路交通安全設施可信技術的優(yōu)化提供依據(jù)，且該體系能夠為常見的安全隱患提出具體優(yōu)化措施。但由于時間限制，該體系的評價指標權重有待進一步精確，且高速公路道路保障設施的影響因子很多，定量計算不一定能精確反映事實，在今后的研究中，應進一步客觀反映評價指標與因素集之間的隸屬度，不斷改進方法來縮小誤差。

參考文獻：

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