基于AHP-物元分析法的河南省道路交通安全評(píng)價(jià)

程書波 張永美 張小偉

摘要：為了探索道路交通安全評(píng)價(jià)模式，改善我國道路交通安全現(xiàn)狀，本文首次建立并運(yùn)用層次分析法（AHP）和物元分析法相結(jié)合的研究方法，構(gòu)建道路交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)河南省道路交通安全進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了AHP-物元分析法評(píng)價(jià)道路交通安全的科學(xué)性和可操作性，發(fā)現(xiàn)河南省道路交通安全等級(jí)為一般等級(jí)，發(fā)現(xiàn)河南省道路周邊的社區(qū)交通環(huán)境建設(shè)較為混亂，交通事故的發(fā)生很大一部分是由于行人及乘客不遵守交通規(guī)則造成的，并提出針對(duì)性的對(duì)策建議。

關(guān)鍵詞：AHP;物元分析法;道路交通安全評(píng)價(jià);河南省

河南省作為我國人口第一大省，機(jī)動(dòng)車駕駛員人數(shù)已達(dá)到了2769.5萬人，全省公路里程達(dá)到了26.86萬公里，公路營(yíng)運(yùn)載客汽車擁有量3.88萬輛，公路營(yíng)運(yùn)載貨汽車擁有量102.14萬輛，民用汽車擁有量達(dá)到了517.11萬人，道路里程、機(jī)動(dòng)車及駕駛員數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，給人們生產(chǎn)生活帶來便捷的同時(shí)，也帶來了不容忽視的安全隱患。加強(qiáng)對(duì)道路交通安全管理研究，提高道路交通安全評(píng)價(jià)水平，對(duì)于減少道路交通事故，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。本文通過運(yùn)用系統(tǒng)工程學(xué)的層次分析法，結(jié)合我國蔡文同志創(chuàng)立的物元分析理論，對(duì)河南省的道路交通安全影響因素進(jìn)行了分析，建立了多層次、多指標(biāo)的安全評(píng)價(jià)模型，為合理評(píng)判河南省及其類似區(qū)域的道路交通安全水平提供了一種有效途徑。

一、AHP-物元分析法綜合評(píng)價(jià)

（一）建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

道路交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由眾多相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜指標(biāo)組成。評(píng)價(jià)指標(biāo)的確立，是建立整體評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)，需要對(duì)大量的道路交通安全影響因素進(jìn)行科學(xué)有效的分析，每一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)都是對(duì)道路交通安全系統(tǒng)某一特征的有效度量，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取要盡可能全面，有代表性，評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)置的數(shù)量要適中。本文建立的道路交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示：

（二）用AHP法確定各因素的權(quán)重

構(gòu)造比較矩陣，即在上一層級(jí)要素的約束下，對(duì)同層級(jí)各要素之間的重要性進(jìn)行比較。設(shè)上一層元素C為準(zhǔn)則，所支配的下一層元素為x1，x2，…，xn對(duì)于準(zhǔn)則C的相對(duì)重要性即權(quán)重。這通?？煞謨煞N情況：x1，x2，…，xn 對(duì)C的重要性可定量，則權(quán)重可以直接確定;若x1，x2，…，xn對(duì)C的重要性只能定性，則只能通過兩兩比較的方法，即通過satty提出的1-9個(gè)標(biāo)度兩兩比較來確定其權(quán)重，如表2所示：

為了更加客觀地反映各個(gè)評(píng)估要素的相對(duì)重要性程度，需要利用公式CI=（λmax-n）/（n-1）計(jì)算一致性指標(biāo)，判斷矩陣是否具有一致性，其中λmax是矩陣A的最大特征值，n為矩陣的維數(shù)。然后，通過公式計(jì)算隨機(jī)一致性指標(biāo)：

CR=CI/RI

（RI即平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，它只與矩陣階數(shù)n有關(guān)，可通過查表獲知）

當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的;

當(dāng)CR≥0.1時(shí)，應(yīng)該對(duì)判斷矩陣做適當(dāng)修正。

當(dāng)矩陣A的不一致性可接受時(shí)，求矩陣A最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量，標(biāo)準(zhǔn)化后稱為權(quán)向量。權(quán)向量即代表各要素在整體中所占的重要性的比重，通過對(duì)權(quán)向量各分量的比較，可以按重要性對(duì)各要素進(jìn)行排序，從而發(fā)現(xiàn)評(píng)估過程中對(duì)準(zhǔn)則層影響最大的要素。

按照上述步驟，分別構(gòu)造準(zhǔn)則層和方案層之間的比較矩陣，并得出最終的權(quán)向量。

（三）篩選權(quán)重

假設(shè)有m位專家評(píng)價(jià)n個(gè)指標(biāo)，得到一個(gè)m×n的權(quán)重矩陣：

其中，Wij表示第i位專家對(duì)第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予的權(quán)重值。

通過計(jì)算各個(gè)權(quán)重間的相似系數(shù)，來判斷專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予的權(quán)重值的離散程度，并將所有的相似系數(shù)組成相似系數(shù)矩陣。相似系數(shù)Rij和相似矩陣R為：

其中，Rij表示第i個(gè)專家與第j個(gè)專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重賦值結(jié)果的相似度，Rij值的大小與相似程度成正比，n表示評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量，m表示所有參與指標(biāo)權(quán)重賦值的專家的意見總數(shù)。

通過利用聚類分析原理，剔除離異程度較大的指標(biāo)權(quán)重，即公式（4）、（5），以提高評(píng)估的精確性。

其中，Pi表示上面得到的相似系數(shù)矩陣中的每一行之和，代表專家i對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的賦值與所有專家評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的結(jié)果的偏離程度，Pi值的大小與專家i評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的結(jié)果與總體專家的評(píng)價(jià)結(jié)果負(fù)相關(guān)，即Pi值越大，其偏離程度越小。P表示由Pi組成的列向量。

（四）物元評(píng)價(jià)模型建立

1.確定待評(píng)價(jià)物元

物元的基本要素包含“事物、特征、量值”三個(gè)方面，通過對(duì)這三個(gè)要素組成的有序三元組的描述，來確定待評(píng)價(jià)物元，即R=（M，C，V）。當(dāng)某一事物包含多個(gè)特征時(shí)，R可表示為n維物元：

其中：M表示事物，即道路交通安全等級(jí)，C1，C2，…，Cn表示事物的特征，即影響道路交通安全的不同指標(biāo)因素，V1，V2，…，Vn表示相應(yīng)于事物特征C1，C2，…，Cn的不同量值。

2.確定經(jīng)典域物元矩陣

其中：M0j表示第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的事物，在道路交通安全評(píng)價(jià)過程中，j=1，2，3，4，5，分別表示安全、較安全、一般、較危險(xiǎn)及危險(xiǎn)，C1，C2，…，Cn表示第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的特征，V0jn表示第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的特征的量值范圍，即M0j關(guān)于不同等級(jí)特征Cn的取值范圍。

3.確定節(jié)域物元矩陣

其中：Mp表示不同安全等級(jí)事物的全體，C1，C2，…，Cn表示關(guān)于Mp的不同特征，Vpn應(yīng)包括不同等級(jí)Cn的所有取值范圍，即apn表示特征Cn所取量值范圍內(nèi)的最小值，apn=mina0jn，bpn表示特征Cn所取量值范圍內(nèi)的最大值，bpn=maxb0jn。

4.計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)及隸屬度

關(guān)聯(lián)函數(shù)K（v）的數(shù)值表示評(píng)價(jià)單元符合某標(biāo)準(zhǔn)范圍的隸屬程度。K（v）的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中：K（v）表示關(guān)聯(lián)函數(shù)，ρ（v，v0ji）表示實(shí)測(cè)值v與區(qū)間voji=[a0ji，b0ji]的距離，ρ（v，vp）表示實(shí)測(cè)值v與區(qū)間vp=[api，bpi]的距離。式中：

ρ（v，v0ji）=|v-﹙a0ji﹢b0ji﹚/2|-﹙b0ji-a0ji﹚/2

ρ（v，vp）=|v-﹙api﹢bpi﹚/2|-﹙bpi-api﹚/2

|v0j|=|b0ji-a0ji|

然后確定待評(píng)價(jià)事物關(guān)于不同等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)程度Lj﹙M﹚。

其中：w﹙vi﹚表示道路交通安全影響因素的權(quán)重系數(shù)，Kj﹙vi﹚表示第i項(xiàng)指標(biāo)關(guān)于第j等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。

5.確定評(píng)價(jià)等級(jí)

K（v）值的大小代表事物對(duì)標(biāo)準(zhǔn)事物等級(jí)的符合程度，值越大則對(duì)標(biāo)準(zhǔn)事物等級(jí)的符合程度越高。若0≦Lj﹙M﹚≦1，則依據(jù)最大隸屬度原則，即取值最大的綜合關(guān)聯(lián)程度maxLj﹙M﹚相對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)即為0評(píng)價(jià)結(jié)果。若Lj﹙M﹚<0或1

二、河南省道路交通安全評(píng)價(jià)

（一）確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)層次分析法的基本原理，將影響道路交通安全的因素記做V={V1，V2，V3，V4，V5}，V1，V2，V3，V4，V5分別表示人的因素、車的因素、路的因素、環(huán)境因素與管理因素等二級(jí)指標(biāo)，vi={v1，v2，···，v22}，vi表示三級(jí)指標(biāo)的全體。通過邀請(qǐng)省道路交通運(yùn)輸局的相關(guān)專家、大學(xué)教授、職業(yè)駕駛員和普通道路使用者等運(yùn)用1-9標(biāo)度法對(duì)道路交通安全影響指標(biāo)進(jìn)行打分，計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重，并剔除離異程度大的指標(biāo)權(quán)重，最終得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重如表3、表4所示。

（二）物元理論應(yīng)用

根據(jù)相關(guān)政策規(guī)定及收集的數(shù)據(jù)資料和實(shí)地考察，結(jié)合相關(guān)專家的意見，依據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)現(xiàn)實(shí)情況中的安全程度，采用10分制對(duì)其進(jìn)行量化。將道路交通安全等級(jí)劃分為危險(xiǎn)（0，2]、較危險(xiǎn)（2，4]、一般（4，6]、較安全（6，8]及安全（8，10]，各評(píng)價(jià)指標(biāo)vi的量值、節(jié)域及經(jīng)典域如表5所示。

根據(jù)公式（9）、（10）計(jì)算關(guān)聯(lián)度，計(jì)算結(jié)果如表6。

根據(jù)最大隸屬度原則，即取評(píng)價(jià)結(jié)果最大的指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)因素即為最終的評(píng)價(jià)結(jié)果，可知maxLj﹙M﹚=0.2607，河南省道路的交通安全等級(jí)為一般，與統(tǒng)計(jì)資料和客觀事實(shí)相符。

三、結(jié)語

道路交通安全評(píng)價(jià)是針對(duì)人、車、路、環(huán)境和管理等諸多影響道路交通安全因素進(jìn)行的一個(gè)綜合性、系統(tǒng)性評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，且多為定性指標(biāo)，指標(biāo)數(shù)值難以精確確定的情況下，引入AHP能夠?qū)Ω髟u(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行較為科學(xué)的賦值，解決了定性指標(biāo)難以定量分析的難題，避免了定性分析的結(jié)果容易受到人為主觀性的影響，通過實(shí)例計(jì)算，驗(yàn)證了物元分析法在道路交通安全評(píng)價(jià)方面的可行性與可操作性。

經(jīng)過對(duì)評(píng)價(jià)過程和結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)河南省在道路交通安全管理方面還需要注意的問題主要有：①道路周邊的社區(qū)交通環(huán)境建設(shè)較為混亂。道路周邊的土地開發(fā)程度、人口密集程度與道路的車流量及交通混雜度存在密切關(guān)系，車流量大、混雜程度高的路段會(huì)增加駕駛員的行車壓力，增大交通事故發(fā)生的可能性。因此，對(duì)于已建好的道路要加強(qiáng)管理和控制，嚴(yán)禁在窄路、彎道、車流量大的路段擺設(shè)路邊攤，嚴(yán)禁隨意穿行公路;必要時(shí)對(duì)現(xiàn)在的道路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，建設(shè)無干擾、交通設(shè)施更加完善的新道路;對(duì)于還未建設(shè)的道路要結(jié)合城市建設(shè)總體規(guī)劃，避免其日后出現(xiàn)類似問題。②交通事故的發(fā)生很大一部分上是由于行人及乘客不遵守交通規(guī)則造成的。提高他們的交通安全意識(shí)，加大違章成本，為營(yíng)運(yùn)車輛配備足夠的、能夠正常使用的自救設(shè)備能夠有效地避免或減少交通事故帶來的損失。除此之外，健全管理體制，完善政策法律，提高交通安全意識(shí)，加強(qiáng)道路交通安全文化培訓(xùn)與宣傳也是降低交通事故率，提高道路服務(wù)質(zhì)量的重要舉措。

總之，運(yùn)用物元分析法能夠較為客觀地評(píng)價(jià)道路的交通安全水平，為日后提出具有針對(duì)性的道路交通安全整改措施提供有力幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局.分省年度數(shù)據(jù)[EB/OL].[2020-2-10].http：//data.stats.gov.cn/easyquery.htm？cn=C01.

[2]張荀.道路交通安全態(tài)勢(shì)感知的診斷模型[J].人民交通，2020（04）：69-70.

[3]陸軍.探究道路設(shè)計(jì)對(duì)交通安全的影響[J].綠色環(huán)保建材，2020（03）：117-119.

[4]張夢(mèng)歌，蔡曉禹，杜蕊.駕駛行為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市道路交通安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法探討[J]. 交通與運(yùn)輸，2020，36（02）：30-34.

[5]Qian Wang，Changming Yang，Jiguang Lu，F(xiàn)engwen Wu，Rong Xu. Analysis of preservation priority of historic buildings along the subway based on matter-element model[J]. Elsevier Masson SAS，2020.

[6]Zhichao Wang，Yan Ran，Yifan Chen，Hui Yu，Genbao Zhang. Failure mode and effects analysis using extended matter-element model and AHP[J].Elsevier Ltd，2019.

[7]李丁，王濟(jì)，宣斌，蔡雄飛，趙士杰.基于物元分析法的貴陽近郊菜地土壤重金屬污染評(píng)估[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020，20（01）：397-405.

[8]錢勇，馬健霄，趙顗，沈玲宏.基于集對(duì)可拓物元模型的公路隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境安全評(píng)價(jià)方法[J].森林工程，2020，36（01）：87-95.

[9]田晨. 基于物元理論山區(qū)農(nóng)村公路交通的安全評(píng)價(jià)[J].交通科學(xué)與工程，2014（4）：96-102.

作者簡(jiǎn)介：

程書波（1979—），男，河南原陽人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，從事公共安全管理與應(yīng)急管理等研究工作。

基金項(xiàng)目：

河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：13A630343。