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基于模糊綜合評價(jià)的道路交通安全評價(jià)研究

文檔作者：王淼文檔來源：唐山市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月23日
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2012年11月第11期 城市道橋與防洪 科技研究 143
基于模糊綜合評價(jià)的道路交通安全評價(jià)研究
王 淼
(唐山市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，河北唐山063000)
摘 要：道路交通安全評價(jià)是道路交通安全工作的重要組成部分。該文將模糊數(shù)學(xué)和層析分析有機(jī)結(jié)合，建立模糊綜合評價(jià)模
型，為道路交通安全評價(jià)提供了一種新的分析方法，并通過實(shí)例加以驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：交通安全；安全評價(jià)；模糊綜合評價(jià)
中圖分類號：U491：4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009—7716(2012)11-0143—03
0 前言
道路交通是一個(gè)由人、車、路、環(huán)境所組成的
復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，道路安全問題不僅涉及交通基
礎(chǔ)設(shè)施、車輛安全等技術(shù)因素，還涉及機(jī)動化水
平、人口及其構(gòu)成、教育水平等社會因素。道路交
通安全評價(jià)是交通安全研究中一個(gè)重要的組成部
分，其核心是對于評價(jià)對象的道路交通安全狀況
及其變化趨勢進(jìn)行客觀的描述，確定影響安全的
因素，以及制約程度，為改善道路安全提供依據(jù)。
目前道路交通安全問題已經(jīng)成為制約我國交通發(fā)
展的瓶頸之一。如何采取有效措施，降低交通事故
是世界各國普遍關(guān)注和研究的重要課題。
1 道路交通安全評價(jià)概念
道路交通安全評價(jià)是對既有或待建的道路工
程或交通工程項(xiàng)目、任何與道路用戶有關(guān)的其他
項(xiàng)目的正式審查，并給出項(xiàng)目存在的或潛在的安
全問題和安全性能方面的審查報(bào)告。
國內(nèi)對交通安全的評價(jià)方法大致可分為宏觀
安全評價(jià)法和微觀安全評價(jià)法。宏觀安全評價(jià)的
目的在于分析不同區(qū)域道路安全狀況隨社會變
革、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展所產(chǎn)生的變化，研究區(qū)域經(jīng)
濟(jì)、車輛保有量、人口及其構(gòu)成與道路安全的關(guān)
系，并在此基礎(chǔ)上制定宏觀的技術(shù)政策方面的安
全性改善措施，主要包括絕對數(shù)法、事故率法、模
型法、事故強(qiáng)度法。微觀評價(jià)則注重研究道路、交
通及環(huán)境因素與交通事故的關(guān)系，從不同的角度分
析影響道路安全、引發(fā)交通事故的各種具體因素，
為改善道路交通安全狀況制訂技術(shù)與政策措施，
主要包括基于事故預(yù)測的方法和基于道路交通系
統(tǒng)非事故型指標(biāo)的方法fl-3】。
國外早期的道路安全評價(jià)方法以概率數(shù)理統(tǒng)
計(jì)法和強(qiáng)度分析法為主I¨】，大多是基于集合理論，
收稿日期：2012-04-25
作者簡介：王淼(1982一)，男，河北唐山人，碩士，工程師，從
事交通工程設(shè)計(jì)與研究工作。
以及事故資料，由于傳統(tǒng)集合理論存在局限性，評
價(jià)結(jié)果往往不盡合理。近年來國內(nèi)外學(xué)者引人綜
合評價(jià)法進(jìn)行評價(jià)，如層次分析法、模糊綜合評價(jià)
法、灰色理論分析法等【6】，但由于模糊理論的不徹底
性和道路安全評價(jià)的隨機(jī)性，仍存在一些問題。本
文結(jié)合道路交通系統(tǒng)中人、車、路、環(huán)境等多方面
因素，在科學(xué)性、可行性、實(shí)際性和可比性原則指
導(dǎo)下探尋出道路交通安全模糊綜合評價(jià)法，它結(jié)
合了模糊綜合評價(jià)和層次分析法，是一種新的道
路交通安全評價(jià)方法。
2 模糊綜合評價(jià)模型
模糊綜合評價(jià)基于層次分析法進(jìn)行評價(jià)，利
用模糊數(shù)學(xué)理論中的模糊運(yùn)算法則，對非線性的
評價(jià)論域進(jìn)行量化綜合，并結(jié)合改進(jìn)的3標(biāo)度層
析分析法 】，兩者相輔相成，提高了評價(jià)的可靠性
與有效性。
設(shè)因素集為 {“。， ?“ )，元素 ( 1，2，?n)
是第1層(即目標(biāo)層)中的第i個(gè)因素，由下一層中
的m個(gè)子因素決定。根據(jù)每層中各個(gè)因素的重要
程度，分別對每一因素給出相應(yīng)的權(quán)數(shù)，依次得到
各層次的因素權(quán)重集。評語集為 =f ，V：，? P】，
對于每一因素的單因素評價(jià)，可看成下一層的多
因素綜合評價(jià)，分別計(jì)算各指標(biāo)的相對隸屬度，建
立模糊評價(jià)矩陣 ，采用改進(jìn)的層次分析法確定各
個(gè)模糊評價(jià)矩陣的權(quán)重系數(shù) 。利用2級模糊評價(jià)
模型進(jìn)行綜合評價(jià)。
2級模糊評價(jià)的模型為：
B；A·R=A·
尼l
尼2
●
：
JR
A1·尺1
A 2· 2
A ·風(fēng)
144 科技研究 城市道橋與防洪 2012年11月第11期
式中，A為權(quán)重系數(shù)矩陣；R為模糊評價(jià)矩陣；
表示元素 隸屬于評語集第P個(gè)元素的隸屬
度；B為目標(biāo)層對于評語集的隸屬向量；b 為模糊
綜合評價(jià)指標(biāo)。
對于各層定性指標(biāo)，利用模糊相對比排序法來
計(jì)算各指標(biāo)的相對隸屬度[10-12】。
對給定因素集 中的一對元素 ， )具有某種
特征的等級分別為
．
(％)和
． ( )，如果 分別
為方案Ci和G在對應(yīng)指標(biāo)上的反映，稱 (魁)
( )]為方案G和cf分別在該指標(biāo)上的二元相對比
較級。定性指標(biāo)分級量化見表1所列。
表1 定性指標(biāo)分級量化表
相對優(yōu)先度：p(xi)=minj~魁I )，(i,j=l，2，?，In)
其中 麓l )
在方案比選過程中，方案在各個(gè)定性指標(biāo)上的
相對比較級． (托)可由專家組經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出，利用上
述公式計(jì)算各方案對應(yīng)于各定性指標(biāo)的相對優(yōu)先
度。
對于定性指標(biāo)而言，可令方案G對應(yīng)的第i
個(gè)目標(biāo)的第k個(gè)指標(biāo)的隸屬度為：
， 一一p^(c，)一minp (c )
一
一maxpkicj)-minpkici)
其中，i=l，2，?，n，n為子集數(shù)；k=l，2，?，n ，
為第個(gè)子集中評價(jià)指標(biāo)的數(shù)目； =1，2，?m，m為待
優(yōu)選方案數(shù)目。
采用上述方法將矩陣轉(zhuǎn)化為如下隸屬度矩陣：
R =
r l' ?
= [／'kit]
(k=l，2，?，n,i； =1，2，?，，n；)
矩陣中 為第i個(gè)目標(biāo)對應(yīng)第 個(gè)待選方案
C 的第 個(gè)評價(jià)指標(biāo)隸屬度。
G (g1。， ，? ， ) (rll V r1 ? V rl ，? ，
r ·V ? V r? ) 為系統(tǒng)優(yōu)向量，B (6 ，b2i，? ，
6 )r-(r1l 八rl ? 八r1 ，? ，r 1-八 2t? ^r
。
· ) 為系
統(tǒng)劣向量，V、八分別為取大、取小運(yùn)算符號。
若待選方案以隸屬度 從屬于優(yōu)向量，
(“?！?，U2t，? ，u2) 為方案優(yōu)屬度，設(shè)系統(tǒng)優(yōu)向量與評
價(jià)因素的權(quán)向量為Wi=(W ，W2i，? ，wi) ，各方案
對應(yīng)的第i個(gè)目標(biāo)對應(yīng)的隸屬度向量為R =(R i，
R ，?，R2) ，建立如下優(yōu)化準(zhǔn)則：系統(tǒng)待優(yōu)選方案
優(yōu)屬度與劣屬度平方和最小。目標(biāo)函數(shù)為：
minF( 【D( G )z+D( B ) 】
式中，D(R ，G )、D( ，B )分別為評價(jià)方案的權(quán)
優(yōu)異度和權(quán)劣異度。
其中，D(R ，G )一“i 、ni ，G )，D(R ，B )=M (R5，
B )， 分別為方案從屬于優(yōu)向量和劣向量的隸
屬度；d( ，G )、d(尺 ，B )分別為方案與優(yōu)向量和劣
向量的距離。
優(yōu)屬度向量最優(yōu)解模型為：
( 1，2，?，m；p為廣義距離參數(shù))
利用上式計(jì)算各方案從屬于優(yōu)向量的隸屬度，
根據(jù)最大隸屬度原則求得最優(yōu)方案或方案的最優(yōu)
排序。
3 建立評價(jià)指標(biāo)體系
建立科學(xué)合理的評價(jià)指標(biāo)體系是道路安全評
價(jià)模型建立的基礎(chǔ)，本文在參考前人研究成果的基
礎(chǔ)上，結(jié)合我國道路安全的實(shí)際特征，以評價(jià)指標(biāo)
的系統(tǒng)性、科學(xué)性、層次性、完善性、適用性為準(zhǔn)繩，
建立起包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的指標(biāo)體系
(見圖1)。
4 實(shí)例
唐山市西南環(huán)線工程走向?yàn)樽袁F(xiàn)狀西環(huán)線南
端向西，經(jīng)豐南沙窩新莊東側(cè)向南，沿現(xiàn)狀西外環(huán)
高速公路東側(cè)，經(jīng)豐南趙莊子、么家泊等村莊，跨
越津唐運(yùn)河后向東經(jīng)豐南現(xiàn)狀南苑街與205國道
相連。西南環(huán)線全長l2．88 km，按照城市主干路設(shè)
計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，道路紅線寬60 m，斷面形式為中間機(jī)
動車道寬31．5 m、兩側(cè)路肩各寬2 m、外側(cè)為排水
邊溝。本文將針對該項(xiàng)目通過模糊綜合評價(jià)模型
2012年11月第11期 城市道橋與防洪 科技研究 145
圖1 評價(jià)指標(biāo)體系圖
評價(jià)其交通安全水平。
4．1 調(diào)查得出各判斷矩陣
利用3標(biāo)度層次分析法，根據(jù)專家反饋結(jié)果，
得出各判斷矩陣。目標(biāo)層A與準(zhǔn)則層B各指標(biāo)的
判斷矩陣見表2，準(zhǔn)則層B與指標(biāo)層C各指標(biāo)的
判斷矩陣分別見表3～表6所列。
表2 A—B判斷矩陣表
表5 n3-cj判斷矩陣表
經(jīng)計(jì)算，最大特征值A(chǔ)m=4．117，一致性指標(biāo)
C．，．=0．039，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R．，．=0．886 2，并
計(jì)算一致比例c．R．=C．，． ．，．=0．044<0．1，單排序具
有滿意一致性。
4．2 模糊隸屬矩陣
本文采用安全評價(jià)等級為五級，即很差、差、
一般、好、很好。準(zhǔn)則層指標(biāo)的模糊隸屬矩陣分別
如下：
R1=
R2=
R3=
R
O．3 0．3 0．5 0．7 0．9
O．3 0,3 0．5 0．7 0．7
0．1 0．3 O-3 O．7 0．9
0．3 0-3 0．5 0．7 0．7
0，3 0-3 O．3 O．5 0．5
0．1 0．3 0,3 0．7 0．7
0．5 O．5 0．5 0．7 0．7
0．1 0．1 O．5 O．5 O．7
0．3 0-3 0．5 0．5 0．7
0．1 O．3 0．5 0．5 0．7
0．3 0．3 0．5 0．5 0．7
0．5 0．5 0．5 0．7 0．7
0．1 O．1 0．3 0．5 0．7
0．5 0．5 0．7 0．7 0．7
0．3 0．3 0．5 0．5 0．7
0．5 O．5 O．7 O．7 0．9
4．3 綜合評價(jià)
Bt=W Ri=(0．187 0．3 0．387 0．7 0．8654)，
B~=Wzj"R~(0．1456 0．198 1 0．4241 0．5635 0．6765)，
B3=W3j"R3=(0．3414 0．3524 0．5 0．5524 0 7)，
= ·R4=(0．34 0．34 0．54 0．5635 0．7635)，
A=W1·R=(O．2311 0．3040 0．4294 0．6377 0．7942)。
經(jīng)計(jì)算，該項(xiàng)目在評語集V=f很差，差，=_般
(下轉(zhuǎn)第160頁)
160 科技研究 城市道橋與防洪 2012年11月第11期
N0DAL SOLUT10N
STEP=1
SUB=100
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DMX=．009 122
Sm =一166 792
S姒： 304E+07
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圖8 第一主應(yīng)力云圖
使工程的造價(jià)較合理，可以采取局部提高混凝土的
等級或配置鋼筋等措施的辦法。
限于篇幅，本文不再對采取相應(yīng)處理措施后的
壩體進(jìn)行分析計(jì)算。具體處理方法為：改變有限元
模擬計(jì)算的相應(yīng)材料參數(shù)，進(jìn)行重新分析計(jì)算，得
出應(yīng)力結(jié)果再與規(guī)范中的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值進(jìn)行比較，直
到滿足設(shè)計(jì)要求為止。
4 結(jié)語與建議
本文以ANSYS在壩體工程中的應(yīng)用為例，介
紹了如何將土木工程問題進(jìn)行力學(xué)簡化，并采用大
型通用有限元程序ANSYS進(jìn)行模擬分析。結(jié)果包
括：結(jié)構(gòu)的變形、反力和應(yīng)力并根據(jù)規(guī)范進(jìn)行變形
和強(qiáng)度驗(yàn)算，以及在驗(yàn)算結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)
的處理措施來完成重力壩的設(shè)計(jì)。
此外，具體分析中本文采用映射法劃分單元的
方法，該方法劃分的單元對于計(jì)算是比較理想的，
不容易出現(xiàn)奇異點(diǎn)，能夠進(jìn)行正常的求解。而自由
法劃分的單元對于計(jì)算是不利的，容易出現(xiàn)奇異
點(diǎn)，將導(dǎo)致求解不能正常進(jìn)行。因此，在進(jìn)行重力壩
設(shè)計(jì)的分析計(jì)算時(shí)，建議采用映射法劃分單元。
上述分析表明，應(yīng)用ANSYS程序分析重力壩
的方法能夠迅速、直觀的表現(xiàn)大壩的應(yīng)力、變形及
反力等，對于重力壩的設(shè)計(jì)與計(jì)算具有明顯的優(yōu)越
性及良好的應(yīng)用前景。
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(上接第145頁)
好，很好l上的隸屬度分別為0．23l1、0．3040、
0．4294、0．6377、0．7942，根據(jù)最大隸屬度原則，道路
交通安全水平為很好。
5 結(jié)語
道路交通安全評價(jià)不僅是安全狀況的客觀反
映，而且可以解析評價(jià)對象的交通安全癥結(jié)，為分
析、改善道路安全提供客觀科學(xué)的依據(jù)。本文所采
用的方法是基于道路安全評價(jià)體系，并結(jié)合AHP
與模糊數(shù)學(xué)的理論建立起來的一種新的安全評價(jià)
方法，希望可以為以后評價(jià)交通安全提供參考。
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