高速公路改擴建期交通安全預警評價系統(tǒng)研究

寧樂然， 田小光， 鄔俊峰， 胡國祥

(1．湖北警官學院 治安管理系，湖北 武漢 430034；2．湖北省武黃高速公路管理處，湖北 武漢 430071；3．武漢工程大學 交通研究中心，湖北 武漢 430074)

高速公路改擴建包括車道拓寬改造、中央分隔帶改造、護欄改造、路面結構的破除與恢復等，大多采用“邊施工、邊通行”的作業(yè)方式，行車與施工作業(yè)相互干擾，人、車、路、交通環(huán)境構成新的復雜動態(tài)系統(tǒng)，使得交通安全事故發(fā)生的可能性大大增加[1,2]。交通安全預警評價系統(tǒng)是基于對交通安全影響因素穩(wěn)定狀況的判斷，采用定性和定量相結合的分析方法[3]，綜合評價交通安全發(fā)展變化趨勢，當評價指標輸出值接近警戒線時及時發(fā)出警報，以便快速采取安全措施，防患于未然或避免事故發(fā)展到嚴重程度。交通安全預警評價系統(tǒng)包括預警評價系統(tǒng)的建立、求解與輸出三方面。

與新建或正常運營階段相比，高速公路改擴建期的交通安全管理難度更大，影響交通安全的不確定因素更多。筆者將這些因素綜合歸納為人、車、路、環(huán)境、交通管理5個方面，選取改擴建施工擠占車道情況等19個指標，借鑒層次分析法的思想，建立了高速公路改擴建期交通安全預警多層次模糊綜合評價系統(tǒng)，給出了預警評價系統(tǒng)的求解方法與輸出形式，結合實例介紹了該系統(tǒng)的應用情況。

1 預警評價系統(tǒng)的建立

評價指標的選取是預警評價系統(tǒng)建立的關鍵，借鑒國內外預警研究成果和實踐[3～7]，在對高速公路改擴建期交通安全影響因素分析的基礎上，選取改擴建期駕駛人、行駛車輛、道路、交通環(huán)境及交通管理5個因素作為高速公路改擴建期交通安全預警評價的一級指標，每個一級指標又包含多個二級指標，建立具有遞階層次結構關系的預警指標體系基本框架(表1)。

表1 高速公路改擴建期交通安全預警指標體系

2 預警評價系統(tǒng)的求解與輸出

2.1 構建評價指標的評判集

評價指標集是對各層次因素狀態(tài)的直接描述和表征，高速公路改擴建期的交通安全預警評價可分為5級，構成評判集V={安全，較安全，一般，較危險，危險}。為直觀起見，將這5個級別分別以5種顏色依次地分出5個燈區(qū)，即綠燈區(qū)、藍燈區(qū)、黃燈區(qū)、橙燈區(qū)、紅燈區(qū)，分別對應于安全、較安全、一般、較危險、危險5個預警評價等級[7,8]。當預警評價值跨越預警界限時，相關人員采取相應的警備措施。

2.2 確定評價指標的權重

確定指標權重的方法較多，如專家估測法、0～4評分法、層次分析法等。筆者采用“二元對比法”確定權重，該方法在對系統(tǒng)進行分解與綜合的基礎上，充分運用人的經驗與知識，對指標的重要性、優(yōu)越性等進行二元相對比較與量化[9]。研究表明“二元對比法”是確定指標權重、定性因素隸屬度的較好方法[10]。具體方法與步驟詳見文獻[9]。

2.3 建立模糊評判矩陣 Ri

模糊評判矩陣Ri的建立由評價小組成員對各層因素的預警指標進行等級判斷，統(tǒng)計之后建立評價矩陣Ri。其中，評價指標隸屬度也采用上述“二元對比法”確定。

(1)

式中：n為指標層的指標個數。

2.4 進行多級模糊綜合評價

對于兩個不同層次的指標，先進行第一層次指標的評價，再求得總的評價。對于第一層次，Bi=Wi×Ri=(bi1，bi2，bi3，bi4，bi5)，其中Bi各項表示在對Ui進行評價時的隸屬度。

(2)

所以第二層指標的評價集為：

(3)

根據以上方法得到高速公路改擴建期交通安全預警的評價結果b=max(b1，b2，b3，b4，b5)，根據最大隸屬度原則確定預警等級，進而確定處于何種燈區(qū)。

3 實證分析

武黃高速于1991年建成通車，是湖北省首條全封閉的高速公路，全長70.3 km，設計車速為110 km/h，雙向四車道，中央分隔帶寬1.5 m。武黃高速公路設計日通行量為2.5萬輛，自2010年下半年以來，實際日均車流量近5萬輛，高峰時期近10萬輛，交通負荷極大。該公路原護欄為柔性纜索護欄，由于使用年限已久，部分路段的纜索老化銹蝕，難以適應現(xiàn)有的交通負荷。因此，擬對k9+500～k15+825、k847+938～k844+388、k842+438～k832+423等路段共計19.89 km的中央分隔帶護欄實施改建，將原纜索護欄改建為波形護欄。但武黃高速公路路基寬度僅24 m，護欄改建施工需擠占部分車道，這樣勢必加劇本已十分繁忙的交通負荷，影響通行能力與行車安全，而車輛通行又會影響護欄改建施工進度，危及施工人員的生命安全。

為了實現(xiàn)“通行順利、施工安全”的雙重目標，利用上述高速公路改擴建期交通安全預警評價系統(tǒng)，由相關技術人員對本次護欄改建期交通安全情況進行預警評價。

3.1 確定評價指標的權重

根據“二元對比法”確定指標權重，如對U1～U5，其權重確定如表2所示。對權重需作“歸一化”處理。

表2 指標 U1～U5 的權重

為盡量減少主觀因素的影響，可采取專家賦權值再取平均的辦法。

同理，可得U11～U13、U21～U24、U31～U35、U41～U43、U51～U54的權重分別為(0.663, 0.220, 0.117)、(0.558, 0.240, 0.140, 0.062)、(0.373, 0.249, 0.160, 0.124, 0.093)、(0.701, 0.175, 0.123)、(0.412, 0.275, 0.177, 0.137)。

3.2 建立模糊評判矩陣 Ri

根據“二元對比法”確定指標隸屬度，如駕駛員行車誤操作率(U11)、改擴建施工人員違章上路次數(U12)、交通法規(guī)與交通安全的普及率(U13)的隸屬度分別為：

同理，可得其他指標的隸屬度。

3.3 進行多級模糊綜合評價

先進行一層模糊評價：

(0.089,0.175,1,0.451,0.141)

同理得到其他指標的一層模糊評價結果。

再進行二層模糊評價：

B2=W2×R2=(0.488,0.209,0.163,0.086,0.054)×

(0.074,0.246,0.982,0.515,0.154)

據此得到交通安全預警的評價結果b=max(b1，b2，b3，b4，b5)=max(0.074，0.246，0.982，0.515，0.154)。根據最大隸屬度原則得出本次護欄改建期交通安全狀況處于“黃燈區(qū)”，表明可以“邊通行、邊施工”，但需要高度戒備。為此，武黃高速公路管理處及承建單位高度重視，制定了專門的安全文明施工組織方案，包括施工安全保障體系、安全專項方案、應急保暢方案等。

經過精心組織與管理，本次護欄改建于2012年11月5日開工，2012年12月31日完工，歷時56天，沒有發(fā)生一起施工人員的傷亡事故，也沒有發(fā)生由于改建施工導致的交通擁堵或滯留現(xiàn)象，行車順利通行，施工安全進行，實現(xiàn)了預定目標。護欄改建施工場景如圖1、圖2所示。圖1表示為盡量減少干擾交通，對拆除的鋼纜索及時盤成圓盤狀，并盡快運離施工現(xiàn)場；圖2表示運至施工現(xiàn)場的波形護欄放置規(guī)范有序。

圖1 拆除的鋼纜索盤成圓盤狀

圖2 施工現(xiàn)場的波形護欄放置規(guī)范有序

4 結 語

影響高速公路改擴建期交通安全預警評價的因素較多，合理歸納為5個方面、19個指標，建立了交通安全預警多層次模糊綜合評價系統(tǒng)，根據“二元對比法”確定了指標權重與隸屬度，考慮因素全面，既充分發(fā)揮評價技術人員的豐富經驗，又有效減少主觀因素的影響，評價結果合理、輸出直觀，具有較強的指導性。此外，在交通負荷極大、路基寬度狹窄的嚴峻條件下進行改擴建施工，經過正確預警，合理組織，科學管理，認真落實，是可以實現(xiàn)“通行順利、施工安全”的雙重目標的。

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