高速公路交通安全評價體系研究

孫牧晨， 宋子驍

(中國人民公安大學(xué)，北京 100038)

雖然近年來高速公路交通事故總量、較大以上事故數(shù)量等主要指標呈明顯下降趨勢，但高速公路交通安全狀況仍不容樂觀，僅2020年，我國高速公路交通事故達到7 923起，死亡人數(shù)4 392人?，F(xiàn)階段，我國11個沿海省份高速公路里程僅占到全國的34.78%，車流量卻占到全國的61.17%。億車公里條件下沿海省份高速公路事故起數(shù)、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、直接財產(chǎn)損失均是非沿海省份的2倍左右，具有事故高發(fā)、事故嚴重程度大等特點，沿海省份已經(jīng)成為改善我國高速公路交通安全水平的重點區(qū)域。同時因我國沿海省份的公路條件、交通狀況、管理水平、管理體制有較大的差異性，導(dǎo)致這些省份高速公路交通安全水平迥異。因此，以沿海省份高速公路交通狀況為數(shù)據(jù)來源進行安全評價體系研究，具有典型性和代表性。

國內(nèi)外研究和實踐表明，對區(qū)域道路交通安全水平建立科學(xué)評價指標體系，評價區(qū)域道路交通安全水平是提高道路安全性能的重要途徑之一。國內(nèi)外對區(qū)域道路交通安全評價的研究上取得了一定的進展[1-4]，但是省級交通安全評價研究對象大都集中在宏觀評價，細化到具體某一技術(shù)等級公路上的研究較少。研究方法上，主要采用回歸分析法、灰色評價法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)、層次分析法、綜合評價法、主成分分析法、相對事故率法等，且大多采用一種方法進行評價，具有一定的偶然性；且采用多指標評價，但大多只涉及交通危險性這一個維度，指標不夠全面，無法對實際的高速公路交通安全狀況進行精確刻畫。

基于此，本文擬采用主成分分析與熵值法兩種方法，從沿海高速公路運行安全性、運行舒適性、交通管理水平、交通危險性這四個維度來構(gòu)建指標體系，對沿海11個省份的高速公路交通安全狀況進行評價，為提高沿海高速公路交通安全水平提供參考。

1 評價指標體系的構(gòu)建

指標應(yīng)具有代表性、可比性、可測性、獨立性和實用性[5]。參考先前區(qū)域道路交通安全的研究經(jīng)驗，本文不僅考慮了反映高速公路交通流運行結(jié)果的交通危險性維度的死亡率、事故率[6-8]，而且引入了運行過程中的運行安全性、舒適性、交通管理水平三個維度。這使得指標體系可全面涵蓋交通安全評價中人、車、路、環(huán)境、管理五個方面，不僅可以更加準確地得到交通安全評價結(jié)果，也有助于準確地找到提升的重點。本文構(gòu)建的多維度區(qū)域高速公路交通安全水平的評價指標體系共包括18個具體指標，其中指標屬性表示各指標對高速公路交通安全水平的影響方向，具體分類情況如表1所示。

表1 沿海地區(qū)高速公路交通安全評價指標體系

1.1 高速公路運行安全性維度

A1中的高速公路服務(wù)區(qū)指為乘客與司機提供短暫休息、放松的場所。

A2中的非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)備具有現(xiàn)場不需要人值守和能提供執(zhí)法依據(jù)的兩大特征，節(jié)省了大量警力。

A3中的可變信息標志可對當(dāng)前公路、交通和氣候提供及時準確的信息顯示。

A4中的高速公路運行監(jiān)測設(shè)備是指利用路面、路旁的數(shù)據(jù)采集、檢測設(shè)備對道路交通狀況、路面、天氣狀況等交通數(shù)據(jù)進行實時觀察和測量，以反映和預(yù)測高速公路交通流運行狀況。本文中主要包括：交通量調(diào)查設(shè)備；車輛檢測器；單、多要素氣象監(jiān)測站；路段、收費廣場、橋隧攝像機等。

1.2 高速公路運行舒適性維度

運行舒適性維度衡量該地區(qū)交通流的運行狀況，路況越好，說明交通安全水平越高。良好的交通流運行狀況不僅可以有效減少交通沖突與堵塞，更是公路交通安全的重要保障。故本文在運行舒適性維度上選取了高速公路車流量、貨車行駛量占比、ETC一次性通過率、高速公路路面技術(shù)狀況指數(shù)四個指標分別對高速公路路段以及出入口運行舒適性加以衡量。其中，車流量的增大會增加高速公路行車安全風(fēng)險，因此高速公路車流量為負向指標。貨車因具有質(zhì)量大，危險系數(shù)高、造成的交通事故多、嚴重程度大的特點，這一點在高速公路上尤其明顯，本文選用貨車行駛量占比來衡量；同時貨車與小客車間的車速速度差較大，會造成交通流的不穩(wěn)定狀態(tài)，因此該指標為負向指標。ETC一次性通過率對交通流運行狀態(tài)的影響則在取消省界收費站的大背景下，顯得更加重要，因此該指標為正向指標。路面狀況用路面損壞狀況指數(shù)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)加以衡量，為正向指標。

在調(diào)控中心層設(shè)置五防系統(tǒng)服務(wù)器，對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、查詢管理，可進行操作票出票、倒閘操作預(yù)演、操作權(quán)管理、遙控操作閉鎖等功能；控端層配置有五防主站、電腦鑰匙及附件，完成新增變電站的圖形編制、數(shù)據(jù)編制、維護調(diào)試等工作；在各受控〗站配置相對獨立的五防規(guī)則、虛擬遙信等可根據(jù)規(guī)則實時自動更新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?？稍诟骷壩宸拦ぷ髡九渲孟到y(tǒng)的維護權(quán)，完成權(quán)限允許的服務(wù)器維護工作。隨著受控站數(shù)量的增加或減少，新入網(wǎng)的工作站可通過權(quán)限調(diào)整設(shè)置，實現(xiàn)各層級合理的管理權(quán)限。

1.3 高速公路交通管理水平維度

交通管理維度衡量高速公路交通安全管理水平能力與成效，交通管理工作可有效減少交通事故的發(fā)生，提升道路交通安全水平。故該維度從高速公路交警設(shè)置情況、工作成效、工作量三個角度分別選取百公里平均總警力配置數(shù)、交警執(zhí)法站設(shè)置比例、高速公路交通安全違法現(xiàn)場執(zhí)法查處率、億車公里重點交通安全違法行為查處率、交警單兵執(zhí)法量五個指標加以衡量。其中：

C1中的交通警察與輔警是目前我國維護各級道路交通安全、秩序的主力軍，充足的警力可保證高速公路交通安全水平。

C2中的停車區(qū)、收費站口、服務(wù)區(qū)等地點交警執(zhí)法站的設(shè)置可有效縮短高速交警的出警時間，可有效降低事故現(xiàn)場勘驗的難度以及穩(wěn)定事故雙方的情緒。

C3中的交警的現(xiàn)場執(zhí)法可以第一時間阻止違法行為，減少二次事故的發(fā)生。

C4中的高速公路上超載行駛、超速行駛、超員行駛、疲勞駕駛、涉牌涉證違法行為是我國交管部門確定的五類重點交通安全違法行為，它們具有危害性大、波及面廣的特點。過大的工作量對于交警辦案的效率與質(zhì)量有明顯的影響，本文選用交警單兵執(zhí)法量來衡量。

1.4 高速公路交通危險性維度

危險性維度衡量道路方面的危險程度以及交通事故發(fā)生的頻率及嚴重程度。高速公路修建的本質(zhì)就是滿足人的需求，因此高速公路使用者的危險度也是其中的一個重要方面。故該維度從事故率、財產(chǎn)損失、死亡率三個角度上分別選取億車公里交通事故率、億車公里死亡3人以上較大事故率、億車公里直接財產(chǎn)損失、億車公里死亡率、億車公里重點交通安全違法導(dǎo)致的死亡率五個指標加以衡量。其中，重點交通安全違法為兩客一危一貨一面造成的事故，具體指負責(zé)旅客運輸?shù)拈L途客運汽車和公共汽車的公路客運，為瀏覽觀光旅客服務(wù)的旅游客運；貨廂頂部不封閉，排氣管前置并裝有防火花裝置，運送石油化工品、炸藥、鞭炮等危險品的?；愤\輸車；載運貨物的貨運車輛。上述車輛危險性極大，造成的交通事故嚴重程度也較大，本文選用億車公里重點交通安全違法導(dǎo)致的死亡率來衡量。

2 建立評價模型

2.1 熵值法

熵值法是用來判斷某個指標的離散程度的數(shù)學(xué)方法。指標的離散程度與該指標對綜合評價的影響成正比，與熵值成反比。該方法能夠消除主觀因素帶來的影響，不會造成原始數(shù)據(jù)信息的丟失，使評價結(jié)果更加客觀[9]。該法主要包括如下5個步驟：

(1)定義標準化。

正向指標：

(1)

逆向指標：

(2)

式中：Xij代表第i個地區(qū)的第j個指標的數(shù)值。

(2)無量綱化處理。

(3)

(3)熵值的計算。

(4)

(4)確定評價指標的權(quán)重。

(5)

式中：gj=1-ej,代表信息熵冗余度。

(5)計算各地區(qū)綜合得分。

(6)

2.2 主成分分析法

主成分分析(PCA)的主要功能是當(dāng)存在多個評價指標時，找出評價指標間的相關(guān)性，將其簡化為較少的綜合指標的一種重要統(tǒng)計方法，它能將高維空間的問題轉(zhuǎn)化到低維空間去處理，使問題變得比較簡單、直觀，而且這些較少的綜合指標之間互不相關(guān)，又能提供原有指標的絕大部分信息[10]。該法主要包括如下4個步驟：

(1)構(gòu)造樣本矩陣及矩陣標準化。將Xki定義為Xi對第k個被評價地區(qū)的評價值，并采用Z-score標準法對數(shù)據(jù)進行標準化處理。

(2)計算相關(guān)系數(shù)矩陣及特征值與特征向量。

(7)

式中：rij是第i個指標與第j個指標的相關(guān)系數(shù)；Zki為指標值Xki的標準化。

(3)確定主成分數(shù)量。

(8)

式中：G(m)是主成分y1，y2，……ym的累計貢獻率；λi為相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值。

(4)計算綜合評價值。

(9)

3 實例分析

為避免新冠疫情影響評價結(jié)果的準確性，本文選用2019年沿海省份高速公路統(tǒng)計數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分別來源于公安部交通管理局《道路交通事故統(tǒng)計年報》、《全國高速公路交通管理工作畫像綜合報告》與交通運輸部公路局《中國公路網(wǎng)運行藍皮書》。

3.1 熵值法評價結(jié)果

根據(jù)式(1)～式(6)計算指標權(quán)重(見表2所示)，得到2019年沿海省份高速公路交通安全評價指標權(quán)重排在前4位的指標分別是C4、A2、C2、C1。除非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)備密度外，均屬于高速公路交通管理水平維度，說明了公安交通管理工作對于高速公路交通安全水平的重要性。從四個維度上來看，也是高速公路交通管理水平維度權(quán)重最大，分別是運行安全性維度的1.45倍，運行舒適性維度的2.81倍，交通危險性維度的1.87倍。可見高速公路交通管理水平是提升高速公路交通安全水平的總抓手。

3.2 主成分分析評價結(jié)果

根據(jù)式(7)～式(9)，提取出6大主成分，每一載荷量表示主成分與對應(yīng)變量的相關(guān)系數(shù)。在載荷矩陣中(見表2所示)，公共因子1在D1、D4、D5上有較大的載荷量，該因子高載荷量指標均來自交通危險性維度；公共因子2在C5、A2、C4上有較大的載荷量；公共因子3在A3、A4、A1上有較大的載荷量，該因子高載荷量指標均來自運行安全性維度；公共因子4在C2、A1、A4上有較大的載荷量,該因子與公共因子2高載荷量指標均來自運行安全性與交通管理兩個維度，表明運行安全性與交通管理存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系；公共因子5在C1、C3、B3上有較大的載荷量，該因子高載荷量指標來自運行舒適性與交通管理兩個維度，表明運行舒適性與交通管理存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系；公共因子6在B1、B3、B4上有較大的載荷量，該因子高載荷量指標均來自運行舒適性維度。

表2 因子載荷矩陣與熵值法指標權(quán)重

3.3 評價結(jié)果比較分析

根據(jù)熵值法與主成分分析法分別計算得到的得分與排名如表3所示，可見沿海11省份排名較為一致。除廣東外，誤差均在3名以內(nèi)，具有一定的可信度。海南、江蘇、浙江在兩種方法下均名列前茅，是沿海地區(qū)高速公路交通安全水平較高的三個省份，上述三地的高速公路交通管理體制均是塊管，省級交管部門僅作為業(yè)務(wù)指導(dǎo)單位。此外，天津、河北、廣西三地的高速公路交通安全水平在兩種方法下均排名靠后，三個省份的高速公路交通管理體制分別為條管、條塊結(jié)合、塊管。綜合該排名及原始數(shù)據(jù)分析可知，沿海各省提升本省高速公路交通安全水平除交通管理水平維度外，還需分別重點關(guān)注以下幾方面：福建需重點提升非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)備密度；廣東需降低高速公路車流量；廣西需提升可變信息標志密度、億車公里重點交通安全違法行為查處率；海南需提升運行監(jiān)測設(shè)施密度、高速公路交通安全違法現(xiàn)場執(zhí)法查處率；河北需降低貨車行駛量占比；江蘇需重點提升高速公路服務(wù)區(qū)密度；遼寧需重點提升高速公路路面技術(shù)狀況指數(shù)；山東需降低交警單兵執(zhí)法量；上海需重點提升億車公里平均總警力配置數(shù)；天津需重點提升ETC一次性通過率；浙江需重點提升交警執(zhí)法站設(shè)置比例。

表3 沿海地區(qū)高速公路交通安全綜合得分和排名

4 結(jié)束語

從運行安全性、運行舒適性、交通管理水平、交通危險性四個維度構(gòu)建的交通安全評價體系較為客觀、全面地對沿海高速公路交通安全狀況進行了評價；熵值法與主成分分析法能客觀地對沿海高速公路交通安全進行評價，可幫助有關(guān)部門有的放矢地提升高速公路交通安全狀況。評價結(jié)果表明沿海地區(qū)高速公路交通安全情況受交通管理維度的影響最大，是各省提高高速公路交通安全水平的抓手；塊管地區(qū)的高速公路交通安全水平普遍較高，但天津、上海這樣地域較小的直轄市應(yīng)單獨討論。本文的評價結(jié)果可強化我國沿海地區(qū)高速公路研判水平，及時發(fā)現(xiàn)各地管理短板，推動高速公路交通安全管理工作從粗放型向精準化轉(zhuǎn)變。但本文只考慮了1 a的情況，數(shù)據(jù)較少，缺少橫向上的比較，評價指標體系也存在完善的空間，這些都需要進一步的研究。