高速公路施工区行车安全影响因素辨识方法的比较研究＊

吴 彪 许洪国 戴彤焱

(吉林大学交通学院1) 长春 130025) (黑龙江工程学院汽车与交通工程学院2) 哈尔滨 150050)

早期建成的高速公路相继进入中修和大修期,有相当一部分高速公路出现了不同程度的、各种各样的早期破损问题,而这些破损都要在养护作业中加以预防和处理,所以高速公路的养护维修工作日益重要[1].更多的高速公路养护,使得高速公路施工区的通行能力下降、交通延误加剧、车辆油耗和尾气排放量增加以及交通事故率上升等[2].在大多情况下,高速公路养护作业过程并不中断交通,施工区已成为高速公路的交通障碍和事故危险源[3].本文在确定高速公路施工区行车安全影响因素逻辑关系的基础上,应用ISM和DEMAT EL两种方法辨识高速公路施工区行车安全影响因素,并对两种方法的辨识结果进行比较分析.

1 高速公路施工区行车安全影响因素集

基于人-车-路及环境系统理论,根据系统完整、层次分明、简明科学的原则,围绕高速公路施工区行车安全这一关键问题,从驾驶员、道路、车辆、环境4方面选择施工区行车安全影响因素[4-7],建立高速公路施工区行车安全影响因素集

2 高速公路施工区行车安全影响因素辨识方法

2.1 基于DEMATEL的施工区行车安全影响因素辨识模型[8-9]

2.1.1 确定直接影响矩阵 在构建高速公路施工区行车安全影响因素集的基础上,通过Delphi法确定影响因素之间的二元逻辑关系,建立直接影响矩阵A.

2.1.2 规范化直接影响矩阵 规范化直接影响矩阵X的计算式为

式中：A(A=[aij]n×n)为直接影响矩阵.

表1 高速公路施工区行车安全影响因素

2.1.3 确定综合影响矩阵 为分析高速公路施工区行车安全影响因素之间存在的间接关系,需在规范化直接影响矩阵的基础上进一步计算综合影响矩阵.因此综合影响矩阵T的计公式为

式中：0为零矩阵;I为单位阵,表示因素对自身的影响.

2.1.4 影响因素分析 影响度 fi,表明各行对应因素对所有其他因素的综合影响值;被影响度ei,表明各列对应因素受到所有其他因素的综合影响值.计算公式如下.

中心度mi,表示该因素在影响因素体系中的位置及其所起作用大小.原因度有正负之分,如果原因度＞0,表明该元素对其他因素影响大,称为原因因素;如果原因度ni＜0,表明其他因素对该元素影响大,称为结果因素.计算公式如下.

通过上述计算,可根据影响度和被影响度判别出每个因素对施工区行车安全的影响程度,根据中心度可判断出各个因素在施工区行车安全影响因素体系中的重要程度,还可根据原因度的大小进一步分析各因素之间的相互影响关系.

2.2 基于ISM的施工区行车安全影响因素辨识模型[10]

2.2.1 确定可达矩阵 可达矩阵既反映了高速公路施工区行车安全影响因素间的直接关系,又反映出各因素间的间接关系.可达矩阵R可由式(8)～(10)推算.

式中：矩阵运算为布尔代数运算;n为矩阵阶数.

2.2.2 确定各层次因素 将可达矩阵R分解成可达集R(Si)和前因集A(Si)两个集合;计算R(Si)与A(Si)的交集,满足式(11)的要素就是高速公路施工区行车安全影响因素体系的最高层因素.去掉最高层因素,重复上述步骤,依次得出高速公路施工区行车安全影响因素体系的其他层次因素.

3 实例分析

3.1 施工区基本情况

2008年6月,黑龙江省哈阿高速公路某路段针对坑槽破损进行路面养护.养护维修作业控制区占用了整个行车道,封闭车道长度1 km左右,封闭车道宽度3.75 m,超车道开放,采用锥形交通路标进行隔离,在警告区内设有道路施工标志和限制速度标志,限制车速60 km/h.作业区内有养护施工机械1台和养护作业人员11人.该养护维修作业控制区布设情况如图1所示.

图1 哈阿高速公路某路段养护施工作业区布设示意图

3.2 施工区行车安全影响因素逻辑关系

根据高速公路施工区行车安全影响因素集、路段特征和施工区布置实际情况,采用0-1标度对施工区行车安全影响因素间的直接影响关系进行Delphi调查、咨询;以关联矩阵判别高速公路施工区行车安全影响因素之间的二元逻辑关系;在此基础上,建立直接影响矩阵A.矩阵A中元素“1”表示半数以上(含50%)的调查问卷认为因素对因素有直接影响;元素“0”表示半数以下的调查问卷认为因素对因素没有直接影响,见表2.

3.3 两种辨识方法的结果与讨论

3.3.1 基于DEMAT EL的施工区行车安全因素分析 利用DEMATEL方法计算出各因素之间的综合影响矩阵,求得各因素的影响度、被影响度以及中心度和原因度,计算结果汇总于表3.

表2 直接影响矩阵

表3 DEMATEL求解结果

以因素的中心度和原因度做笛卡尔坐标系,绘制高速公路施工区行车安全影响因素的原因-结果图,如图2所示.

由图2可看出,高速公路施工区行车安全影响因素中,原因因素14个和结果因素9个.影响高速公路施工区行车安全的因素按原因大小排序依次为：车道宽度(S14)、车辆类型(S8)、作业区位置()、天气状况()、驾驶员年龄()、作业时间(S22)、驾驶员性别(S3)、路面类型(S11)、驾驶员驾龄()、货车比例()、能见度()、封闭长度(S13)、封闭车道数(S12)和酒后驾驶(S6).要想降低施工区行车风险等级,必须把握原因因素.影响高速公路施工区行车安全的结果因素按作用大小排序依次为：超速行驶()、驾驶员动态判断能力()、作业区交通量()、疲劳驾驶(S5)、速度限制(S17)、安全设施布置(S20)、作业区布置形式、超载/超限()和车辆技术性能().结果因素受其他因素的影响而间接影响高速公路施工区行车安全,可以从根源上找出最原始的影响因素来加以控制,进而提高高速公路施工区行车安全水平.根据各因素的中心度分析,影响高速公路施工区行车安全的中心问题主要在于作业区交通量()、作业区布置形式()、货车比例(S18)、超速行驶(S7)、速度限制(S17)、驾驶员动态判断能力()和封闭车道数().其中作业区交通量()和货车比例()属于环境因素子系统,作业区布置形式(S16)、速度限制(S17)和封闭车道数()属于道路因素子系统,超速行驶(S7)、驾驶员动态判断能力(S4)属于驾驶员因素子系统,因此应从驾驶员、车辆、道路及环境等方面找出诱发高速公路施工区交通事故的关键因素,提出改善施工区行车安全的保障措施,降低事故的发生频率和严重程度.

将驾驶员、车辆、道路和环境子系统所含因素对施工区行车安全的综合影响、原因度和中心度求和,计算结果列于表4.

表4 驾驶员、车辆、道路和环境对施工区行车安全的综合影响、原因度和中心度

图2 高速公路施工区行车安全影响因素的原因-结果图

由表4可知,影响施工区行车安全的因素按综合影响度大小依次是道路、环境、驾驶员和车辆,而且道路因素的中心度也最大,因此影响高速公路施工区行车安全的关键在于道路因素子系统;同时道路因素的原因度最大,是决定施工区行车安全系统其他因素的首要因素.

3.3.2 基于ISM的施工区行车安全影响因素分析 利用ISM方法计算出各因素之间的可达矩阵R,根据可达矩阵构造系统的各级可达集R(Si)与前因集A(),利用式(11)寻找高速公路施工区行车安全影响因素体系各层次的要素集,计算结果列于表5.

表5 各层次要素集

将原可达矩阵转换为按级划分的可达矩阵后,进而建立高速公路施工区行车安全影响因素的多级递阶结构模型,如图3所示.

图3 高速公路施工区行车安全影响因素的解释结构模型

由表5和图3可知,高速公路施工区行车安全影响因素可分成5个层次.其中,最高层的因素包括驾驶员动态判断能力()、疲劳驾驶()、超速行驶(S7)3个要素,是影响高速公路作业区交通安全的最直接因素,并且这3个因素两两之间相互影响、相互制约.第二层要素包括酒后驾驶(S6)、车辆技术条件(S9)、超载/超限(S10)3个要素,这3个因素对第一层要素有直接影响,是高速公路施工区行车安全影响的浅层因素.第三层要素包括驾驶员驾龄()、驾驶员性别()、车辆类型()、封闭车道数()、封闭长度()、作业区布置形式(S16)、速度限制(S17)、货车比例()、作业区交通量()和安全设施布置(),第三层要素属于中间层因素,起着承上启下的作用,如第三层要素直接影响第二层因素,并通过第二层因素对第一层要素产生影响.第四层要素包括驾驶员年龄(S1)、路面类型(S11)、车道宽度()、作业区位置()、作业时间()和光线条件().这六个要素为影响影响高速公路施工区行车安全的关键因素.这些因素逐级影响着前三层因素,最终影响施工区交通安全.最底层的要素是天气状况是影响施工区行车安全的最深层次因素.它通过不同方式对其他因素产生直接或间接的影响.

3.3.3 两种辨识方法的对比分析 现将DEMATEL方法中按因素中心度大小排序结果(前六位要素)和ISM方法辨识结果(前两层要素)进行对比,见表6.

表6 两种方法辨识结果比较

尽管两种方法不同,但所得结果具有一定的相似度.在高速公路施工区行车安全关键影响因素中,驶员动态判断能力()、超速行驶()是两种方法共有的结果.

但从两种方法辨识结果来看,DEMATEL方法比ISM方法更加具体.按中心度大小,基于DEMAT EL的高速公路施工区行车安全影响因素辨识方法所得出的结果具有严格的顺序关系;而基于ISM的高速公路施工区行车安全影响因素辨识方法所得结果可能会出现多个因素处于同一等级中,其主次关系较为模糊.

4 结束语

高速公路施工区是交通事故的多发路段,其行车安全受到多方面因素的影响与制约.从驾驶员、车辆、道路及交通环境四方面考虑,建立了高速公路施工区行车安全影响因素集.分别采用DEMATEL和ISM方法对高速公路施工区行车安全影响进行了辨识和比较.实例分析结果表明, DEMATEL和ISM方法均能对高速公路施工区行车安全影响因素进行定量分析,而基于 DEMATEL的方法分析效果更优.研究成果在一定程度上反映了人、车、路及环境等诸因素对高速公路施工区交通安全的影响,同时为高速公路施工区的交通安全评价、交通组织与管理奠定了基础.

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