基于AHP-物元分析法的河南省道路交通安全評價

程書波 張永美 張小偉

摘要：為了探索道路交通安全評價模式，改善我國道路交通安全現狀，本文首次建立并運用層次分析法（AHP）和物元分析法相結合的研究方法，構建道路交通安全評價指標體系，對河南省道路交通安全進行全面評價，驗證了AHP-物元分析法評價道路交通安全的科學性和可操作性，發現河南省道路交通安全等級為一般等級，發現河南省道路周邊的社區交通環境建設較為混亂，交通事故的發生很大一部分是由于行人及乘客不遵守交通規則造成的，并提出針對性的對策建議。

關鍵詞：AHP;物元分析法;道路交通安全評價;河南省

河南省作為我國人口第一大省，機動車駕駛員人數已達到了2769.5萬人，全省公路里程達到了26.86萬公里，公路營運載客汽車擁有量3.88萬輛，公路營運載貨汽車擁有量102.14萬輛，民用汽車擁有量達到了517.11萬人，道路里程、機動車及駕駛員數量的迅速增長，給人們生產生活帶來便捷的同時，也帶來了不容忽視的安全隱患。加強對道路交通安全管理研究，提高道路交通安全評價水平，對于減少道路交通事故，保障人民生命財產安全具有重要意義。本文通過運用系統工程學的層次分析法，結合我國蔡文同志創立的物元分析理論，對河南省的道路交通安全影響因素進行了分析，建立了多層次、多指標的安全評價模型，為合理評判河南省及其類似區域的道路交通安全水平提供了一種有效途徑。

一、AHP-物元分析法綜合評價

（一）建立評價指標體系

道路交通安全評價指標體系由眾多相互關聯的復雜指標組成。評價指標的確立，是建立整體評價指標體系的基礎，需要對大量的道路交通安全影響因素進行科學有效的分析，每一項評價指標都是對道路交通安全系統某一特征的有效度量，評價指標的選取要盡可能全面，有代表性，評價指標設置的數量要適中。本文建立的道路交通安全評價指標體系如表1所示：

（二）用AHP法確定各因素的權重

構造比較矩陣，即在上一層級要素的約束下，對同層級各要素之間的重要性進行比較。設上一層元素C為準則，所支配的下一層元素為x1，x2，…，xn對于準則C的相對重要性即權重。這通常可分兩種情況：x1，x2，…，xn 對C的重要性可定量，則權重可以直接確定;若x1，x2，…，xn對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個標度兩兩比較來確定其權重，如表2所示：

為了更加客觀地反映各個評估要素的相對重要性程度，需要利用公式CI=（λmax-n）/（n-1）計算一致性指標，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。然后，通過公式計算隨機一致性指標：

CR=CI/RI

（RI即平均隨機一致性指標，它只與矩陣階數n有關，可通過查表獲知）

當CR<0.1時，認為判斷矩陣的一致性是可以接受的;

當CR≥0.1時，應該對判斷矩陣做適當修正。

當矩陣A的不一致性可接受時，求矩陣A最大特征值所對應的特征向量，標準化后稱為權向量。權向量即代表各要素在整體中所占的重要性的比重，通過對權向量各分量的比較，可以按重要性對各要素進行排序，從而發現評估過程中對準則層影響最大的要素。

按照上述步驟，分別構造準則層和方案層之間的比較矩陣，并得出最終的權向量。

（三）篩選權重

假設有m位專家評價n個指標，得到一個m×n的權重矩陣：

其中，Wij表示第i位專家對第j個評價指標賦予的權重值。

通過計算各個權重間的相似系數，來判斷專家對評價指標賦予的權重值的離散程度，并將所有的相似系數組成相似系數矩陣。相似系數Rij和相似矩陣R為：

其中，Rij表示第i個專家與第j個專家對評價指標權重賦值結果的相似度，Rij值的大小與相似程度成正比，n表示評價指標的數量，m表示所有參與指標權重賦值的專家的意見總數。

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

其中，Pi表示上面得到的相似系數矩陣中的每一行之和，代表專家i對評價指標權重的賦值與所有專家評價指標權重的結果的偏離程度，Pi值的大小與專家i評價指標權重的結果與總體專家的評價結果負相關，即Pi值越大，其偏離程度越小。P表示由Pi組成的列向量。

（四）物元評價模型建立

1.確定待評價物元

物元的基本要素包含“事物、特征、量值”三個方面，通過對這三個要素組成的有序三元組的描述，來確定待評價物元，即R=（M，C，V）。當某一事物包含多個特征時，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，C1，C2，…，Cn表示事物的特征，即影響道路交通安全的不同指標因素，V1，V2，…，Vn表示相應于事物特征C1，C2，…，Cn的不同量值。

2.確定經典域物元矩陣

其中：M0j表示第j個評價等級的事物，在道路交通安全評價過程中，j=1，2，3，4，5，分別表示安全、較安全、一般、較危險及危險，C1，C2，…，Cn表示第j個評價等級的特征，V0jn表示第j個評價等級對應的特征的量值范圍，即M0j關于不同等級特征Cn的取值范圍。

3.確定節域物元矩陣

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

4.計算關聯函數及隸屬度

關聯函數K（v）的數值表示評價單元符合某標準范圍的隸屬程度。K（v）的數學表達式為：

其中：K（v）表示關聯函數，ρ（v，v0ji）表示實測值v與區間voji=[a0ji，b0ji]的距離，ρ（v，vp）表示實測值v與區間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|

然后確定待評價事物關于不同等級的綜合關聯程度Lj﹙M﹚。

其中：w﹙vi﹚表示道路交通安全影響因素的權重系數，Kj﹙vi﹚表示第i項指標關于第j等級的關聯度。

5.確定評價等級

K（v）值的大小代表事物對標準事物等級的符合程度，值越大則對標準事物等級的符合程度越高。若0≦Lj﹙M﹚≦1，則依據最大隸屬度原則，即取值最大的綜合關聯程度maxLj﹙M﹚相對應的安全等級即為0評價結果。若Lj﹙M﹚<0或1

二、河南省道路交通安全評價

（一）確定指標權重

根據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、環境因素與管理因素等二級指標，vi={v1，v2，···，v22}，vi表示三級指標的全體。通過邀請省道路交通運輸局的相關專家、大學教授、職業駕駛員和普通道路使用者等運用1-9標度法對道路交通安全影響指標進行打分，計算出各指標的權重，并剔除離異程度大的指標權重，最終得到的評價指標體系權重如表3、表4所示。

（二）物元理論應用

根據相關政策規定及收集的數據資料和實地考察，結合相關專家的意見，依據各評價指標現實情況中的安全程度，采用10分制對其進行量化。將道路交通安全等級劃分為危險（0，2]、較危險（2，4]、一般（4，6]、較安全（6，8]及安全（8，10]，各評價指標vi的量值、節域及經典域如表5所示。

根據公式（9）、（10）計算關聯度，計算結果如表6。

根據最大隸屬度原則，即取評價結果最大的指標相對應的評價因素即為最終的評價結果，可知maxLj﹙M﹚=0.2607，河南省道路的交通安全等級為一般，與統計資料和客觀事實相符。

三、結語

道路交通安全評價是針對人、車、路、環境和管理等諸多影響道路交通安全因素進行的一個綜合性、系統性評價。在評價指標較多，且多為定性指標，指標數值難以精確確定的情況下，引入AHP能夠對各評價指標的權重進行較為科學的賦值，解決了定性指標難以定量分析的難題，避免了定性分析的結果容易受到人為主觀性的影響，通過實例計算，驗證了物元分析法在道路交通安全評價方面的可行性與可操作性。

經過對評價過程和結果的分析，可以發現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道路周邊的社區交通環境建設較為混亂。道路周邊的土地開發程度、人口密集程度與道路的車流量及交通混雜度存在密切關系，車流量大、混雜程度高的路段會增加駕駛員的行車壓力，增大交通事故發生的可能性。因此，對于已建好的道路要加強管理和控制，嚴禁在窄路、彎道、車流量大的路段擺設路邊攤，嚴禁隨意穿行公路;必要時對現在的道路進行重新設計，建設無干擾、交通設施更加完善的新道路;對于還未建設的道路要結合城市建設總體規劃，避免其日后出現類似問題。②交通事故的發生很大一部分上是由于行人及乘客不遵守交通規則造成的。提高他們的交通安全意識，加大違章成本，為營運車輛配備足夠的、能夠正常使用的自救設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，加強道路交通安全文化培訓與宣傳也是降低交通事故率，提高道路服務質量的重要舉措。

總之，運用物元分析法能夠較為客觀地評價道路的交通安全水平，為日后提出具有針對性的道路交通安全整改措施提供有力幫助。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家統計局.分省年度數據[EB/OL].[2020-2-10].http：//data.stats.gov.cn/easyquery.htm？cn=C01.

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

[3]陸軍.探究道路設計對交通安全的影響[J].綠色環保建材，2020（03）：117-119.

[4]張夢歌，蔡曉禹，杜蕊.駕駛行為數據驅動的城市道路交通安全風險辨識方法探討[J]. 交通與運輸，2020，36（02）：30-34.

[5]Qian Wang，Changming Yang，Jiguang Lu，Fengwen 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，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估[J].科學技術與工程，2020，20（01）：397-405.

[8]錢勇，馬健霄，趙顗，沈玲宏.基于集對可拓物元模型的公路隧道運營環境安全評價方法[J].森林工程，2020，36（01）：87-95.

[9]田晨. 基于物元理論山區農村公路交通的安全評價[J].交通科學與工程，2014（4）：96-102.

作者簡介：

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

基金項目：

河南省教育廳科學技術研究重點項目，項目編號：13A630343。