公共安全視角下的交通網(wǎng)絡(luò)綜合應(yīng)急能力評估

相 超，張 曦，劉小勇，宋輿涵，楊文旺，董浩宇

(1.安徽理工大學(xué) 能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.清華大學(xué)合肥公共安全研究院，安徽 合肥 230601；3.安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；4.災(zāi)害環(huán)境人員安全安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601)

道路交通網(wǎng)絡(luò)作為連接人、車、公路、環(huán)境的系統(tǒng)，內(nèi)部任何影響因素的不協(xié)調(diào)都可能導(dǎo)致系統(tǒng)失去平衡，引發(fā)一系列公共安全問題。如果能夠在事故發(fā)生之前，掌握城市交通系統(tǒng)的脆弱性評價(jià)信息，就可以在交通事故發(fā)生后即刻規(guī)劃路徑，縮短救援人員趕赴現(xiàn)場的時(shí)間，有效防止人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的進(jìn)一步擴(kuò)大?；诮煌甓葦?shù)據(jù)報(bào)表，2019年我國的交通安全事件高達(dá)26.5萬起，造成37.35萬人傷亡，其中死亡人數(shù)為7.35萬人，死亡率高達(dá)27.3%，事故直接導(dǎo)致的財(cái)產(chǎn)損失總額高達(dá)10.1億元。發(fā)生突發(fā)性災(zāi)害時(shí)，如果重傷傷員能在30 min內(nèi)被救出，生存率為80%，如果救出時(shí)間為60 min和80 min時(shí)，生存率分別減少到40%和10%。因此，建立道路交通路網(wǎng)綜合評價(jià)體系，對提高城市生命線公共安全水平具有重大意義。

為應(yīng)對各類突發(fā)事件，學(xué)者們從各種角度評估道路交通網(wǎng)絡(luò)的安全性能。王軍梅[1]從脆弱性的角度研究道路交通應(yīng)急能力的度量與風(fēng)險(xiǎn)評估，但只研究了應(yīng)急管理能力方面的影響程度；諸云等[2]運(yùn)用模糊神經(jīng)評估法分析市區(qū)道路交通擁堵情況，不過卻需要以樣本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，不能直接運(yùn)用于不同城市的道路交通評價(jià)；羅強(qiáng)等[3]構(gòu)建了道路交通安全評價(jià)體系，但只是在相鄰區(qū)域進(jìn)行研究，沒有考慮到不同地理環(huán)境下的差異性。目前，國內(nèi)的交通路網(wǎng)評估偏向設(shè)施建設(shè)等方面，而國外的交通路網(wǎng)評估主要偏向路網(wǎng)中具體道路安全的研究[4]。此外，死亡人數(shù)、交通事故數(shù)量和萬車死亡率也都是常用的道路交通安全評價(jià)指標(biāo)，但都只能從一個(gè)角度進(jìn)行分析，缺乏對交通網(wǎng)絡(luò)的整體概括。較少從宏觀角度進(jìn)行分析，也不能根據(jù)不同城市的客觀情況給出相適應(yīng)的改進(jìn)方案，因此導(dǎo)致了人們對道路交通路網(wǎng)的安全現(xiàn)狀難以有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

筆者擬通過層次分析法綜合考慮多種影響因素，找到系統(tǒng)中存在的主要問題，細(xì)化可計(jì)量指標(biāo)，構(gòu)建合理有效的綜合評級(jí)指標(biāo)體系，利用模糊算法建立評價(jià)模型。通過評價(jià)結(jié)果，找出薄弱環(huán)節(jié)，增強(qiáng)災(zāi)難承受能力，中斷次級(jí)事件鏈的發(fā)生[5]，達(dá)到本質(zhì)安全化的最終目的。

1 道路交通網(wǎng)絡(luò)綜合評估

1.1 評估指標(biāo)分析

道路交通網(wǎng)絡(luò)評價(jià)系統(tǒng)主要從災(zāi)害承受能力、突發(fā)事件應(yīng)對能力、應(yīng)急管理能力和道路交通網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4個(gè)維度進(jìn)行分析，如圖1所示。若道路交通網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能與其他3個(gè)要素在時(shí)間和空間上保持彼此合理、協(xié)調(diào)的關(guān)系，則表明該體系工作時(shí)具備安全性和穩(wěn)定性。一旦這種平衡遭到破壞，則說明道路交通網(wǎng)絡(luò)存在安全隱患，相應(yīng)的交通事故數(shù)、萬車死亡率和直接經(jīng)濟(jì)損失也會(huì)出現(xiàn)一定程度的增長。

圖1 道路交通網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估三角形

(1)道路交通網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)體現(xiàn)在事故發(fā)生前，描述了現(xiàn)有道路交通網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，是對其余3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡分析的基礎(chǔ)。

(2)災(zāi)害承受能力通常表現(xiàn)在事故發(fā)生之前，如2008年雨雪冰凍災(zāi)害發(fā)生時(shí)，道路雖然并未遭受損壞，但是卻難以發(fā)揮其交通作用，導(dǎo)致電網(wǎng)、交通等系統(tǒng)遭受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

(3)突發(fā)事件應(yīng)對能力體現(xiàn)在事故發(fā)生后，目前城市應(yīng)急救援主要存在資源調(diào)配不均、應(yīng)急救援不及時(shí)、應(yīng)急資源浪費(fèi)、應(yīng)急車輛延誤風(fēng)險(xiǎn)增加等問題。

(4)應(yīng)急管理能力綜合體現(xiàn)了事故發(fā)生后，有關(guān)部門的事故處理能力和善后工作狀態(tài)。

1.2 評估體系分析

“以人為本”是公共安全的核心理念，保障公眾生命安全無疑是公共安全的首要使命[6]。以公共安全三角形模型為基礎(chǔ)進(jìn)行深入研究，把評估系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)分為4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、18個(gè)二級(jí)指標(biāo)。參考2008年雨雪冰凍災(zāi)害、汶川大地震等最具代表性的事件，研究突發(fā)事件對道路交通的制約作用。同時(shí)，根據(jù)我國出臺(tái)的《中華人民共和國突發(fā)事件應(yīng)對法》等相關(guān)政策方針，設(shè)立道路交通綜合評估體系三級(jí)指標(biāo)，具體如表1所示。

為方便交通網(wǎng)絡(luò)的綜合評估，對道路交通網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)進(jìn)行等級(jí)劃分和單位統(tǒng)一[7]。 道路交通網(wǎng)絡(luò)連通性處理如式(1)所示：

(1)

式中:Dc為道路交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的暢通性；L為區(qū)域公路總里程；ξ為道路交通網(wǎng)絡(luò)的變形參數(shù)；A為區(qū)域面積；Nc為地區(qū)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

(2)

道路交通網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性處理如式(3)和式(4)所示：

(3)

(4)

式中:C(i)為該范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)i的匯集參數(shù)；k為結(jié)點(diǎn)i的度數(shù)；Ds為路網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性；e(i)為與第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的周圍節(jié)點(diǎn)相連銜接的邊數(shù);Ns為該地區(qū)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

(5)

2 層次分析法在風(fēng)險(xiǎn)評估中的應(yīng)用

2.1 指標(biāo)權(quán)重確定流程

(1)建立層次結(jié)構(gòu)。目標(biāo)層是交通網(wǎng)絡(luò)綜合應(yīng)急能力，根據(jù)綜合應(yīng)急能力評價(jià)體系分別建立相應(yīng)指標(biāo)層。

(2)確定判斷矩陣。邀請相關(guān)專家來剖析所選取的評估指標(biāo)，同時(shí)確定其權(quán)數(shù)大小，進(jìn)而構(gòu)建判斷矩陣[8]。

(3)層次單排序及一致性檢驗(yàn)。相關(guān)檢驗(yàn)指標(biāo)如式(6)和式(7)所示：

(6)

(7)

式中：CI為一致性指標(biāo)；λmax為最大特征數(shù)值；n為該矩陣階數(shù)；CR為一致性比率；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

(4)層次總排序及其一致性檢驗(yàn)。根據(jù)對指標(biāo)Ujj′的層次單排序權(quán)重bj1,bj2，…,bjj′，可得出第j個(gè)指標(biāo)Uj的權(quán)重bj，如式(8)所示:

bj=bjj′aj

(8)

式中:bjj′為指標(biāo)Ujj′相對于上一層指標(biāo)Uj的權(quán)值,j=1,2,…,m,j′=1,2,…,nj;aj為第j個(gè)指標(biāo)相對于目標(biāo)的權(quán)值。

層層積累的不一致程度可能導(dǎo)致錯(cuò)誤。因此，需要計(jì)算一致性比率，如式(9)所示。

(9)

2.2 道路交通路網(wǎng)評估實(shí)例

針對上海市的道路交通路網(wǎng)開展專家打分，例如某位專家對上海市一級(jí)指標(biāo)的打分如表2所示。

表2 上海市路網(wǎng)綜合評價(jià)某專家打分表

結(jié)合專家打分，進(jìn)一步計(jì)算指標(biāo)權(quán)重和開展一致性檢驗(yàn)，再結(jié)合相應(yīng)的隸屬度和評語等級(jí)，即可算出上海市道路交通路網(wǎng)的最終實(shí)際得分。采用同樣的方法，分別計(jì)算出北京、重慶、深圳、天津4個(gè)對比城市的最終得分。上海市打分權(quán)重值結(jié)果如表3所示。

表3 上海市專家打分權(quán)重值表

3 模糊綜合評價(jià)在風(fēng)險(xiǎn)評估中的應(yīng)用

3.1 模糊綜合評價(jià)法評估流程

(1)構(gòu)建多級(jí)評價(jià)指標(biāo)體系。一級(jí)評價(jià)指標(biāo)為：U={U1,U2,…,Um}，二級(jí)評價(jià)指標(biāo)為：Uj={Uj1,Uj2,…,Ujj′}。

(2)構(gòu)建評語集。評語集中評語數(shù)量越多，評估結(jié)論則愈精確，然而卻會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算量的倍數(shù)提升。所以將評估結(jié)論劃分為5級(jí)，即：V={V1,V2,V3,V4,V5}={好，較好，一般，較差，差}。

(3)構(gòu)建模糊關(guān)聯(lián)矩陣R=(rjl)m×n，rjl為因素j關(guān)于評語集l的歸屬程度。

(4)通過加權(quán)平均式模糊算子來完成運(yùn)算過程，從而獲得整體性評估向量B，如式(10)所示：

(10)

式中:W為指標(biāo)的權(quán)重集；R為模糊關(guān)系矩陣。

(5)對交通路網(wǎng)進(jìn)行量化評估。對5級(jí)評語進(jìn)行賦值，可得賦值矩陣P=(100 80 60 40 20)。通過量化法來獲得相應(yīng)評估數(shù)值，并將其記作L，如式(11)所示，道路交通路網(wǎng)綜合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

近期，受多方面因素綜合疊加影響，我國汽車產(chǎn)銷增速下降。但從總體上看，目前我國汽車保有量2.35億輛，居世界第二位；我國汽車年產(chǎn)銷規(guī)模已近3000萬輛，比美國多出近1倍，也遠(yuǎn)高于歐盟，居世界首位。如果僅靠臨時(shí)性的政策刺激，恐難在如此高基數(shù)上持續(xù)增長。

L=B·PT (11)

3.2 交通路網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)例

將各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重與專家的隸屬度相結(jié)合，計(jì)算出綜合評價(jià)向量和定量評價(jià)值[9-10]。以二級(jí)指標(biāo)為例，上海市道路交通網(wǎng)絡(luò)綜合評價(jià)專家評分如表5所示。

表5 上海市道路交通網(wǎng)絡(luò)綜合風(fēng)險(xiǎn)評估專家打分隸屬度表

基于每個(gè)指標(biāo)的隸屬度以及權(quán)數(shù)，由式(10)可得一級(jí)指標(biāo)整體性評估矩陣。

B1=(0.165 10.381 40.249 20.169 70.034 2)

B2=(0.113 20.314 60.324 50.207 20.050 1)

B3=(0.051 50.390 30.384 20.158 80.015 2)

B4=(0.263 30.373 10.227 50.137 80.001 7)

因此，二級(jí)指標(biāo)的隸屬度矩陣為：

R=(B1B2B3B4)T=

4 對比分析

2019年各城市公布的交通事故數(shù)、萬車死亡率和直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)據(jù)如圖2～圖4所示，各城市綜合評估得分如圖5所示。綜合圖2～圖5可知，雖然5所城市的交通事故數(shù)、萬車死亡率和直接經(jīng)濟(jì)損失3項(xiàng)指標(biāo)起降幅度各有差異，但總體趨勢都是一樣的，即深圳<上海<重慶<北京<天津，而各城市綜合評估得分為深圳(72.482)>上海(69.624)>重慶(67.325)>北京(65.785)>天津(61.124)，與客觀數(shù)據(jù)顯示的結(jié)果基本一致。

圖2 各城市交通事故數(shù)

圖3 各城市萬車死亡率

圖4 各城市交通事故直接經(jīng)濟(jì)損失

圖5 各城市綜合評估得分

5 結(jié)論

筆者構(gòu)建了基于公共安全視角下的城市道路交通網(wǎng)絡(luò)綜合分析評價(jià)方法。以公共安全三角形模型為基礎(chǔ)從4個(gè)維度出發(fā)，綜合專家評分、應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)等方法對5所城市的道路交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評價(jià)，并結(jié)合各城市交通事故數(shù)、萬車死亡率和直接經(jīng)濟(jì)損失驗(yàn)證了評價(jià)體系的有效性。

(1)結(jié)合5個(gè)城市的實(shí)際情況進(jìn)行交通路網(wǎng)的綜合評價(jià)，評價(jià)得分分別為深圳(72.482)>上海(69.624)>重慶(67.325)>北京(65.785)>天津(61.124)，均屬于較好級(jí)別。

(2)以城市交通安全事件發(fā)生量為基礎(chǔ)，利用各城市交通事故數(shù)、萬車死亡率和直接經(jīng)濟(jì)損失3個(gè)參數(shù)來驗(yàn)證評估結(jié)論的有效性與客觀性，結(jié)果顯示該評估系統(tǒng)可有效地對城市道路交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評估。但因?yàn)楦鞒鞘薪煌〝?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)范圍有所差異，所以只驗(yàn)證了部分一線城市的交通路網(wǎng)評價(jià)結(jié)果，后續(xù)仍需對體系的普遍性進(jìn)行研究和改良。