基于集對分析的公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)保障體系設(shè)計

魏亮亮

摘 要：傳統(tǒng)公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)保障體系對公路護(hù)欄防撞等級的約束較差，因此本文設(shè)計了一種基于集對分析的保障體系。其間收集具有普遍性的安全設(shè)施，建立評價指標(biāo)，針對不同評價等級，利用集對分析法計算指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)各指標(biāo)的總權(quán)重判斷安全設(shè)施可信技術(shù)是否能夠得到保障。通過對比試驗可知，設(shè)計保障體系約束下的公路護(hù)欄比傳統(tǒng)護(hù)欄的碰撞能量增加2.2 kJ。

關(guān)鍵詞：集對分析;安全設(shè)施;交通安全;可信技術(shù)

中圖分類號：U491文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0106-03

Abstract： The traditional road traffic safety facility credible technical guarantee system had poor constraints on the anti-collision level of highway guardrails， so this paper designed a guarantee system based on set pair analysis. In the meantime， universal safety facilities were collected， evaluation indexes were established， and the index weights were calculated by using the set pair analysis method for different evaluation levels， according to the total weight of each indicator， it was judged whether the trusted technology of safety facilities could be guaranteed. The comparison test showed that the impact energy of the highway guardrail under the constraint of the design guarantee system was 2.2 kJ more than the traditional guardrail.

Keywords： set pair analysis;safety facilities;traffic safety;trusted technology

公路交通事故的發(fā)生與護(hù)欄、標(biāo)志標(biāo)線、防眩設(shè)施以及隔離設(shè)施等交通安全設(shè)施密切相關(guān)，其安全性能和布置位置等對公路交通安全具有重要意義[1]。公路受復(fù)雜地形和地質(zhì)條件的限制，建立一致連貫且完整的高速公路交通標(biāo)志，選擇合適的交通標(biāo)線材料，改善道路景觀，設(shè)置隔離設(shè)施、防眩設(shè)施等以減輕事故的嚴(yán)重程度，排除駕駛過程中的縱橫向干擾，對解決公路交通安全問題有著重要的現(xiàn)實意義[2]。因此，基于集對分析，本研究設(shè)計了一種公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)保障體系。集對分析利用聯(lián)系數(shù)，在當(dāng)前公路交通安全背景下，分析各個子集合具有的特性，對安全設(shè)施中的模糊信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，得到各個子集合在公路交通安全背景下的同異反聯(lián)系數(shù)表達(dá)式，分析其對立性、差異性、同一性，從而得到兩個以上集合的組成情況[3]。因此，本文從集對分析的角度出發(fā)，評價高速公路基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)有檢測指標(biāo)，從而構(gòu)建公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)保障體系，并與傳統(tǒng)保障體系進(jìn)行對比試驗，驗證其實踐可行性。

1 基于集對分析的公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)保障體系設(shè)計

1.1 建立安全設(shè)施評價指標(biāo)

根據(jù)對保障體系的影響程度，對備選指標(biāo)集進(jìn)行篩選，不能遺漏影響公路交通安全設(shè)施的重要指標(biāo)。對指標(biāo)進(jìn)行獨立性分析，保持指標(biāo)獨立性，從而確定評價指標(biāo)，最后檢查所選取指標(biāo)是否有信息的冗余和重疊，從公路交通安全設(shè)施的整體出發(fā)，由上至下分解綜合指標(biāo)，并采用相關(guān)分析法將有信息重疊的指標(biāo)進(jìn)行合并。要考慮公路交通事故發(fā)生的主要原因、公路路側(cè)風(fēng)險以及受地形地貌限制的道路要素，減少實踐性和可比性差的指標(biāo)，從而保證評價精度和穩(wěn)定性，減少實際操作難度。然后對評價指標(biāo)進(jìn)行量化，從保障體系的實用角度出發(fā)，通過集值統(tǒng)計來確定評價等級，調(diào)查評價指標(biāo)的隸屬度向量，利用尺度集評價指標(biāo)模糊變量的隸屬度，使其成為一個標(biāo)量，并根據(jù)公路交通安全設(shè)施的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，劃分評價等級，如表1所示。

定性、定量相結(jié)合是評價指標(biāo)要遵循的原則，大部分情況下應(yīng)利用定量指標(biāo)查出指標(biāo)值，難以量化的指標(biāo)則可以進(jìn)行定性描述，使其在公路安全設(shè)施評價中具有普遍性，能夠客觀地反映高速公路安全設(shè)施的現(xiàn)實情況。對難以量化的評價指標(biāo)進(jìn)行無量綱化，從指標(biāo)效益、成本、區(qū)間以及適中性4個方面出發(fā)，將其作為每個評價指標(biāo)的評價子集，即無量綱化標(biāo)準(zhǔn)，這主要取決于指標(biāo)建設(shè)費用、能夠減少的交通事故起數(shù)、指標(biāo)過渡護(hù)欄率以及最佳穩(wěn)定區(qū)域。然后對指標(biāo)進(jìn)行一致性調(diào)整，將指標(biāo)分為正指標(biāo)、逆指標(biāo)以及適度指標(biāo)，其中，正指標(biāo)數(shù)值越大，則表明安全設(shè)施可信技術(shù)的保障程度越高，逆指標(biāo)相反，而適度指標(biāo)則有一個適度點，逆指標(biāo)和適度指標(biāo)的調(diào)整方向應(yīng)與正向指標(biāo)的發(fā)展趨勢相同，倒數(shù)變換法是逆向指標(biāo)的調(diào)整方法，適度指標(biāo)為基準(zhǔn)變換法。至此，完成安全設(shè)施評價指標(biāo)的建立。

1.2 集對分析法計算指標(biāo)權(quán)重

因為由多個指標(biāo)確定公路交通安全設(shè)施綜合評價結(jié)果，因此采用集對分析法確定指標(biāo)權(quán)重，得到各個安全設(shè)施的聯(lián)系度。根據(jù)指標(biāo)的系數(shù)，分析評價指標(biāo)的動態(tài)過程發(fā)展態(tài)勢，通過熵值反映指標(biāo)信息效用價值，控制各指標(biāo)間的聯(lián)系度，將評價指標(biāo)構(gòu)成一個層次結(jié)構(gòu)，利用指標(biāo)的特征向量，把評判結(jié)果轉(zhuǎn)化為三參數(shù)區(qū)間數(shù)組成的集合形式，以此得到各因素的指標(biāo)權(quán)重。設(shè)[j]為高速公路安全設(shè)施的評價指標(biāo)，[b]為指標(biāo)對應(yīng)評價等級的聯(lián)系數(shù)，[r]為指標(biāo)對應(yīng)評價級別的限值，[m]為權(quán)重取值邊界，則各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)[B]的計算過程為：

不同指標(biāo)對公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)綜合評級的貢獻(xiàn)不同，因此確定不同指標(biāo)的權(quán)重后，對聯(lián)系度進(jìn)行加權(quán)。若評價指標(biāo)位于同一評價等級范圍內(nèi)，則指標(biāo)值的評價標(biāo)準(zhǔn)水平相同，不同標(biāo)準(zhǔn)等級的隸屬程度存在差異，此時要避免同時考慮指標(biāo)信息的不確定性，都將其聯(lián)系度作為1，若不在一個范圍，則作為-1。設(shè)[i]為評價指標(biāo)對應(yīng)的風(fēng)險評估要素，各評價指標(biāo)與評價級別的聯(lián)系度為[u]，則各指標(biāo)權(quán)重[Aj]的計算公式為：

其中，風(fēng)險評估要素[i]主要取決于交通環(huán)境、道路以及交通流，由于3個因素之間存在較大相關(guān)性，因此對影響因素進(jìn)行細(xì)化，使交通道路細(xì)化為平曲線半徑、路基寬度、縱坡坡度、直線長度，交通流細(xì)化為貨車比例、日均交通量、速度差，交通環(huán)境細(xì)化為路側(cè)障礙物和路側(cè)危險程度，通過[1，-1]聯(lián)系度對各個評價指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)，使每個加權(quán)指標(biāo)具有非共有又非對立的差異特征。至此，實現(xiàn)集對分析法對指標(biāo)權(quán)重的計算。

1.3 確定總聯(lián)系度保障安全設(shè)施

評價指標(biāo)與權(quán)重相乘，并將各個指標(biāo)相加，從而得到總目標(biāo)層的聯(lián)系度。由于其綜合評價結(jié)果由多個指標(biāo)組合而成，其聯(lián)系度在表達(dá)形式上大多不一樣，因此還要將計算結(jié)果進(jìn)一步挖掘，確定其限制因素。層次分析各個指標(biāo)，根據(jù)集對分析最大聯(lián)系度的判別標(biāo)準(zhǔn)，可以得到交通標(biāo)志的限制因素，即信息過載率較為突出，交通標(biāo)線的限制因素為抗滑性，設(shè)施高度為隔離設(shè)施、防眩設(shè)施的限制因素，反光膜附著性是視線誘導(dǎo)設(shè)施的限制因素。找到各個限制因素中的薄弱環(huán)節(jié)，綜合判斷高速公路交通安全設(shè)施的總聯(lián)系度，如表2所示。

根據(jù)總聯(lián)系度，進(jìn)一步優(yōu)化交通安全設(shè)施，主要從簡化標(biāo)志信息、使用新型標(biāo)線材料、按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制設(shè)施高度、使用新型反光膜等方面出發(fā)。將總聯(lián)系度作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，對改造后的公路交通安全設(shè)施進(jìn)行評估，當(dāng)各一級指標(biāo)的總聯(lián)系度都為正時，公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)能夠得到保障。至此，完成基于集對分析的公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)保障體系設(shè)計。

2 試驗論證分析

為驗證本文設(shè)計保障體系的有效性，本研究將其與傳統(tǒng)體系置于相同測試環(huán)境進(jìn)行對比試驗。試驗對象為某省長度約為10.6 km的全封閉式汽車專用公路，限制時速為45 km/h。

分別根據(jù)傳統(tǒng)交通安全設(shè)施可信技術(shù)保障體系以及本文提出的保障體系，對公路護(hù)欄進(jìn)行規(guī)范。選取T40鋼背木護(hù)欄，T40型護(hù)欄性能的最大動態(tài)變形量為0.8 m，劇烈級別小于1.4，護(hù)欄橫梁采用兩根直徑為22 cm、長度為2 m的半圓木疊加而成，后面利用U型鋼加固，再分別設(shè)計鋼背木護(hù)欄的端頭和過渡段。使用本文設(shè)計方法對護(hù)欄設(shè)施各個一級指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，其權(quán)重值如表3所示。

總聯(lián)系度為0.610，表明該段公路的護(hù)欄設(shè)施能夠得到保障。利用小型車輛對護(hù)欄進(jìn)行碰撞試驗，車輛重量為900 kg，碰撞角度為20°，護(hù)欄兩端配有帶能量吸收器的支撐架，小型車輛正面撞擊或者側(cè)面撞擊時，T40鋼背木護(hù)欄的前組柵格就會吸收沖擊能量。共進(jìn)行10次試驗，改變車輛的碰撞速度，并記錄在兩種保障體系的約束下設(shè)計護(hù)欄吸收的碰撞能量，如表4所示。

根據(jù)表4試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)計算，在本文保障體系的約束條件下，護(hù)欄吸收的碰撞能量平均為34.5 kJ，而傳統(tǒng)保障體系的約束下，其碰撞能量平均為32.3 kJ，相比傳統(tǒng)護(hù)欄增加了2.2 kJ，其防撞等級已經(jīng)達(dá)到了我國的SB級，驗證了本文保障體系的有效性。

3 結(jié)語

本文針對傳統(tǒng)保障體系對公路護(hù)欄防撞約束較差的問題，提出基于集對分析的公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)保障體系，并通過山區(qū)公路的實際對比試驗，驗證了該保障體系的有效性，為公路交通安全設(shè)施可信技術(shù)的優(yōu)化提供依據(jù)，且該體系能夠為常見的安全隱患提出具體優(yōu)化措施。但由于時間限制，該體系的評價指標(biāo)權(quán)重有待進(jìn)一步精確，且高速公路道路保障設(shè)施的影響因子很多，定量計算不一定能精確反映事實，在今后的研究中，應(yīng)進(jìn)一步客觀反映評價指標(biāo)與因素集之間的隸屬度，不斷改進(jìn)方法來縮小誤差。

參考文獻(xiàn)：

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