基于语言聚合算子与层次分析的道路交叉口安全评价——以泸州的四个典型交叉口为例

程建梅，章　超，石臣鹏

（四川警察学院 四川泸州 646000）

基于语言聚合算子与层次分析的道路交叉口安全评价——以泸州的四个典型交叉口为例

程建梅，章超，石臣鹏

（四川警察学院 四川泸州 646000）

应用语言聚合算子与层次分析法的道路交叉口安全评价方法，对泸州市的四个典型交叉口进行安全评价，根据安全评价结果对交叉口的安全性能进行排序，用以确定所研究的交叉口进行改造、治理的顺序，为科学合理地安排工作和资金提供科学的依据。

道路交通管理交叉口安全评价；语言聚合算子；层次分析法

平面交叉口是道路交通网的重要枢纽点，也是交通事故的多发点。据资料统计，公路上约1/ 3的交通事故发生在交叉口(如法国24%、英国33%、荷兰28%、德国11%、日本41%、瑞典17%、奥地利34%)。国内的城市交通事故抽样统计表明,发生在交叉口的交通事故数约占城市公路交通事故总数的30%[1]。由此可见,道路交叉口对整个道路交通系统安全水平有着十分重要的影响。

国内外用于交叉口交通安全评价的方法很多,主要有交通事故统计法、交通冲突法、综合影响系数法等[2－4]。事故统计的直接评价方法是完全依赖事故资料为基础的评价方法，存在着统计不完善性和随机性，以及“小样本、长周期、大区域、低信度”等缺陷。交通冲突法仅单方面考虑交通冲突，忽略了基础设施和信号灯设置等因素。综合影响系数法根据交叉口的交通饱和度、非机动车比例、车辆组成、左转比例、交叉口间距、交叉口形状及进口分隔程度等因素，确定交通事故率的综合影响系数，它基于某几个因素对安全等级进行划分,但没有将各个不同的属性聚合在一块，并没有做到“综合”评价。为了提高城市道路交通安全性能，减少交通事故的发生，考虑到现实生活中影响着交叉口安全评价的因素很多且大多数具有复杂性和模糊性，决策者常常采用语言评价信息来表示他们的偏好，而不是采用抽象的、确切的数值信息，如使用“差、较差、一般、较好、好”等模糊语言。采用基于语言聚合算子与层次分析的道路交叉口安全评价方法，通过评价结果可以对交叉口安全等级进行排序，从而确定交叉口改造、治理的顺序，为合理地安排工作提供科学的依据。

一、评价指标体系

（一）交叉口安全评价指标选择。

交叉口安全评价中，并非评价指标越多越好，关键是评价指标在评价中所起的作用。指标筛选常用的方法主要有：层次分析法，专家调查法，最小均方差法，主成分分析法[5]。要想正确选择评价指标，就必须对交叉口安全进行全面系统的分析，所选择的指标能够最大限度地客观反映主要因素的影响。本文根据目前国内外城市交叉口的事故特点及发生原因，结合泸州本地交通情况，筛选出了如下五个一级指标评价和十六个二级指标，评价体系如图1所示。

图1　交叉口安全评价体系

则得判断矩阵为：

（三）语言聚合算子。

语言方法是一种近似处理技术，决策专家在根据自身经验进行定性判断时，决策者常常采用语言评价信息来表示他们的偏好，而不是采用抽象的、确切的数值信息，如使用“差、较差、一般、较好、好”等模糊语言。著名学者Yager给出了一种计算与OWA[7]相关的权重向量的方法，即有序加权向量可由一列公式确定：

本文利用了集结决策信息为模糊语言值的扩展的语言有序加权几何平均（ILOWGA）算子[8],并提出了一种基于ILOWGA算子的多属性决策方法。

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二、评价模型建立

步骤一：明确问题，建立层次结构图。

步骤二：根据实测数据及专家打分构造决策表。

步骤三：由公式(4)及(5)可计算出与ILOWGA相关联的的权重向量按文献[8]构造两两判断矩阵S ，将判断矩阵S按公式(1)归一化可得，然后根据式(2)可得列向量m，最后将m按式(3)进行正规化处理，可得属性权重向量。同理，每一组指标层权重的计算方法同准则层权重的计算方法类似，从而可求得权重向量。

三、信号灯交叉口安全评价实例分析

根据上述安全评价模型，考虑到代表性、可比性、典型性、可观测性等原则，本文对泸州市四个典型平面信号灯交叉口（江阳区大山坪岗亭交叉口、刺园路交叉口、大梯步X弯道、龙透关与丹霞路交叉口）交通安全进行了评价。四个路口的平面图如图2、图3、图4、图5所示。

图2　大山坪岗亭交叉口　

图3　刺园路交叉口

图4　大梯步X弯道　

图5　龙透关与丹霞路交叉口

对于该多属性决策问题，记X={江阳区大山坪岗亭交叉口，刺园路交叉口，大梯步X弯道，龙透关与丹霞路交叉口}={X1，X2，X3，X4}为方案集，U={速度，交叉口基础设施，交通冲突指数，信号灯，交叉口几何设计}={A，B，C，D，E}为准则层的属性集，其中A={直行速度，左转速度，右转速度}={A1，A2，A3}、B={标志，标线，路面}={B1，B2，B3}、C={机、机之间冲突，机、人之间冲突}= {C1，C2}、D={相位设置，黄灯时间，可视性}={D1，D2，D3}和E={纵坡度，交叉角，视距，车道设置，渠化}={E1，E2，E3，E4，E5}为子准则层（指标层）的属性集。对于方案Xi按各组指标层的属性进行测度构成决策信息表，本文通过交通调查数据和交通管理者的经验，用“合理、较合理、一般、较不合理、不合理”五个等级的模糊表述方式来打出交叉口各指标的等级，对应的语言项集，从而建立决策信息表，见表1。

表1　指标层决策信息表

然后根据步骤三计算出一级指标（准则层）权重，及二级指标（指标层）权重，见表2。

表2　评价指标权重

表3　准则层决策信息表

在实际交通情况下，大梯步X弯道安全性能确实很差，如标志、标线设置不合理，距交叉口82.5m处有一公交站台，站台边6.4m为人行横道，人流量较大，且此人行横道无信控，早高峰8:00－9:00交叉口总流量达到了4355辆/小时，造成的车辆延误也比较严重，交通秩序混乱，容易发生交通事故。本文的排序情况符合实际的交通状况，说明本文建立的评价模型可以很好的用于交叉口的安全评价。

结论：平面交叉口是路网的重要节点，本文通过对交叉口安全影响因素进行分析,建立了三层指标体系。在此基础上结合语言聚合算子和层次分析法，建立适合交叉口的交通安全评价模型,该模型应用层次分析法得出指标体系的权重,用ILOWGA算子求得每个交叉口的总体综合属性值，并对其安全等级进行排序，得到基于语言值的综合评价结果。

[1]张兰芳,方守恩,郭靖宇.公路平面交叉口交通安全改善设计研究[J].交通标准化,2006,(7):74-78.

[2]刘小明,段海林.平面交叉口交通安全评价方法[J].人类工程学,1997,(1):49-53.

[3]张春平,景天然.城市道路交叉口交通安全评价研究[J].同济大学学报,1994,(3):47-52.

[4]管晓伟.基于交通冲突技术的平面交叉口安全评价研究[D].北京交通大学硕士学位论文,2006.

[5]虞晓芬，傅玳.多指标综合评价方法综述[J].统计与决策,2004,(11).

[6]宋毅，等.现代系统工程学基础[D].北京：中国科学技术出版社.

[7]R.R.Yager.On Ordered Weighted Averaging Aggregation Operators in Multi-criteria Decision Making[J].IEEE Transactions System,Man,Cybernetics A,1988,18:183-190.

[8]韦纯福.多属性决策方法及其应用研究[D].西华大学硕士学位论文,2009.

Safety Evaluation on the Road Intersection Basing on the Language Aggregation Operator and Level Analysis——Taking Four Typical Road Intersections in Luzhou City as Example

CHEN Jian-mei,ZHANG Chao,SHI Chen-peng

We have made four typical safety evaluations on road intersection of Luzhou City in the methods of the language aggregation operator and level analysis.According to the results,we have sorted of the safety performance which determines the studies of the intersection transformation,the order of the governance,provide the scientific basis for the reasonable arrangement of work and money.

Road Intersection Safety Evaluation;Language Aggregation Operator;Level Analysis

D035.37

A

1674-5612（2013）04-0068-07

2013-05-15

程建梅，（1984— ），女，四川南充人，理学硕士，四川警察学院道路交通管理系助教，研究方向：交通控制。

（责任编辑：赖方中）