基于层次分析法的互通立交安全评价体系研究

武 喜 （山西省公路局大同分局，山西 大同 037006）

基于层次分析法的互通立交安全评价体系研究

武 喜 （山西省公路局大同分局，山西 大同 037006）

互通立交桥是高速公路的重要组成部分，为了提高立交桥的安全性，在大量实地调查高速公路交通事故的基础上，对立交桥进行定性分析，建立了立交桥安全指标体系和安全评价层次分析模型，通过层次分析原理定量计算，确定了各立交桥安全指标的权重，从而构建了立交桥安全评价体系，为立交桥的安全评价提供了一个科学的方法。

立交桥；安全；评价

0 引 言

互通式立交是高速公路连接的枢纽和控制出入的重要交通设施，在路网中占有极其重要的地位。许多互通式立交在建成之后，虽然冲突点比平交大大减少，但并未能有效缓解交通压力，反而成为路网中的交通瓶颈，发生在互通立交上的交通阻塞现象频繁出现，交通事故频发，交通安全隐患凸现。所以对改善整个道路的交通安全状况，提高互通立交的安全性就显得十分重要。目前，国内外研究道路安全性评价的较多，但是针对互通立交安全评价的研究比较少。主要成果有：20世纪70年代英国等国家从互通式立交的交通运行特征、交通事故分布规律和驾驶员生理、心理特征入手，研究互通式立交几何构造及其要素与运行安全的内在联系[1]。2009年，王华等通过分析立交间距、主线和匝道运行速度协调性、变速车道长度和视距等评价内容，对设计阶段互通立交安全性评价提出了建议[2]。北京工业大学的高丽梅对互通立交出入口进行安全分析[3]。石家庄铁道学院的颜月霞等人针对互通式立交在构建后的交通安全进行了系统的分析，给出了一种基于模糊可信度的评价道路互通立交安全的数学模型[4]。这些研究虽然都取得了很好的成果，但比较单一，不够系统，所以开展互通立交桥安全评价体系研究对提高高速公路的安全性具有重要的意义。

1 建立评价指标体系

层次分析法 （The analytic hierarchy process，AHP）是美国著名运筹学家T.L.Saaty于1973年提出的，它把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化。根据一定客观的判断，对每一层次中每两元素相对重要性给出定量表示，从而确定出全部元素的权重[5]。层次分析法相比模糊评判法等是处理综合评价问题的有效方法，且在工程实践中得到了广泛的应用。由于互通立交安全评价准则较多，不同的指标对其安全性的影响程度不同，故依照科学性、系统性、公正性、定量与定性相结合、实用性等原则，对互通立交进行安全性评价从匝道、变速车道、景观附属设施和立交桥构造等四方面采用层次分析法进行互通式立交安全评价体系研究。由此构建如图1所示的层次分析模型和如表1所示的互通立交安全性评价指标体系。

图1 评价指标体系层次分析模型

表1 互通立交安全评价指标体系

2 层次分析法确定权重

2.1 构造判断矩阵

对准则层的4个准则以及隶属于同一准则的各指标之间的相对重要性进行比较，形成判断矩阵。判断矩阵的一般形式如表2所示。

表2 判断矩阵的一般形式

表2中aij表示指标Ai与指标Aj相比，对于指标Aj的相对重要性程度。根据两元素对目标而言，具有同样的重要性 （即标度1）到两元素比较，一个比另一个极为重要 （即标度9）的九级标度法确定此值。

2.2 计算单层次排序

根据判断矩阵，求出最大特征根所对应的特征向量。所求特征向量即为各评价因素重要性排序，也就是权数分配。可用和积法求得，具体步骤如下：

①对判断矩阵按列规范：

②再按行相加得和：

③再进行规范化，得权重系数：

④计算判断矩阵的最大特征根λmax：

式中（PW）i表示向量PW的第i个元素。

2.3 一致性检验

以上得到的特征向量即为所求权数，为保证得到的权重合理，通常要对每一个判断矩阵进行一致性检验。计算公式如下：

式中：n为判断矩阵的阶数；λmax为判断矩阵最大特征值；RI为常数，随着n的变化而变化，当CR＜0.10时，认为层次总排序结果具有满意的一致性，否则需要重新调整判断矩阵的元素取值。RI具体数据见表3：

表3 随机平均一致性指标RI取值

2.4 层次总排序

设目标层A、准则层B和指标层P构成层次模型，准则层B对目标层A的绝对权重为：

对准则层的各准则B，指标层P中n个方案的相对权重为：

则各指标对目标A的绝对权重为：

其中：n为指标层的总个数。

2.5 建立安全评价体系

根据层次分析法权重确定方法以及专家打分法对表1中各指标的打分，最后得到安全评价体系指标的权重值，如表4所示：

表4 各指标权重表

根据表4中各指标权重可知，在对立交桥安全评价体系的研究过程中，匝道上的车辆行驶速度、平曲线半径和纵坡度这几个指标最重要，它们的权重都大于0.1；其次为变速车道上的加速车道长度和立交构造上的立交间距这两个指标，它们的权重都大于0.09，所以立交桥安全评价体系如图2所示。

3 结 论

立交桥的安全性影响着整个高速公路的安全，通过对高速公路交通事故的实地调查，从匝道、变速车道、景观附属设施和立交桥构造四个方面构建了互通立交安全评价指标体系。在定性分析的基础上，采用层次分析法对互通立交各指标的权重定量分析，确定了各指标的权重，从而构建了以车辆在匝道上行驶的速度、平曲线半径和纵坡度，加速车道的长度和减速车道的长度，在景观附属设施评价指标中交通标志，在立交桥构造评价指标中立交间距作为重要权重好控制指标的立交桥安全评价体系，为高速公路的设计、建设、养护提供理论依据。

图2 互通立交桥安全评价体系

[1]Daganzo C,Sheffi Y.On stochastic models of traffic assignmen[J].Transportation Science,1997(3)：253-274.

[2]王华，孙绿松.设计阶段互通立交安全性评价中若干问题的探讨[J].公路交通科技，2009(8)：222-223.

[3]高丽梅.北京市快速路互通立交出入口安全分析研究[D].北京：北京工业大学 （硕士学位论文），2009.

[4]李俊涛,等.旅游公路景观评价体系研究及其应用[J].东北林业大学学报，2002(2)：44-48.

[5]庞明宝，魏连雨.系统工程与交通[M].天津：天津人民出版社，2004.

Study on Overpass Safety Assessment System Based on Analytic Hirtarchy Process

WU Xi(Shanxi Highway Administration Bureau,Datong 037006,China)

Overpass is an important part of highway,in order to improve the safety of the overpass,the paper conducted qualitative analysis of the overpass based on numerous field survey of highway traffic accidents,and bulit overpass security index system and safety evaluation AHP model,determined the weight of the overpass safety index through quantitative calculation of AHP,accordingly built overpass safety assessment system,which provides a scientific method for overpass safety assessment.

overpass;safety;assessment

F570

A

1002-3100(2011)09-0020-05

2011-06-17

交通部科技项目，项目编号：2008 318 223 12-5。

武 喜（1960-），男，山西大同人，山西省公路局大同分局，高级工程师，研究方向：道路管理与桥梁工程。