层次分析法在山区低等级道路行车安全评价的应用

范瑛，刘和亮，宁乐然，胡国祥

(1．湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430068;2．湖北警官学院治安管理系，湖北武汉430034;3．武汉工程大学交通研究中心，湖北武汉430074)

道路交通因具有覆盖面广、机动性强等特点，在社会交通运输方式中有着及其重要作用，对社会产生广泛的经济效益。但同时，我国已成为世界上因道路交通死亡人数最多的国家，对道路的安全性尤其值得重视。目前我国道路行车安全性评价主要针对高速公路、一级公路、二级公路等高等级道路，对山区低等级道路的研究比较少。层次分析法(AHP)是系统工程中用于多准则的综合性评价方法，适合山区低等级道路行车安全性的多准则综合评价。

一、山区低等级道路行车安全评价体系的指标

1．运行速度

运行速度是安全评价中的重要指标，“十次事故九次快”说的就是这个道理。道路交通事故的发生是由于人、车、路、环境组成的动态系统失衡的结果，国内外的道路工作者进行了大量的研究，认为运行速度大小及其变化与事故之间存在着密切关系。车的运行速度受很多因素的影响，其中有道路几何线形、道路环境、汽车性能以及驾驶员心理行为等因素，而汽车的运行速度与行车安全有着密切关系。

2．行车安全评价指标的选取

在选取山区道路行车安全评价指标时，要考虑以下原则:可靠性、定量指标与定性指标相结合的原则及指标间的独立性、可操作性、可比性。最终确定的评价指标应定义明确、数量适中，与山区道路行车安全状况的相关性显著，指标间的独立性较强，评价指标的采集、量化方法简便;评价指标体系结构合理，层次分明，综合评价的通用性和可操作性较强，结合山区低等级道路特点，选取影响山区低等级道路行车安全的评价指标:a)路况，b)标志标线，c)附属设施，d)自然、地质条件，f)气候条件。

二、层次分析法的基本原理

层次分析法(AHP)是由美国运筹学家Satty提出的决策方法。其基本思路:先将复杂问题分解成递阶层结构，然后将下一层次的各因素相对于上一层次的各因素进行两两比较判断，构造判断矩阵，通过对判断矩阵的计算，进行层次的排序和一致性检验，最后进行层次总排序，得到各因素的组合权重，并通过排序结果分析和解决问题。

1．构造递阶层次结构

首先把问题清晰化、条理化、结构化，建立一个层次分明的结构模型。同一层的元素在受到上一层元素支配的同时也支配着下一层的元素。明确各个层次的因素及其位置，并将它们之间的关系用连线连接起来，就构成了递阶层次结构。

图1层次结构图

2．构造判断矩阵

对递阶层次结构中各层的元素可以依次与之相对有关的上一层元素进行两两比较，建立判断矩阵。判断矩阵表示如下:

其中δij=1/δji

δij(1，2，…，n;j=1，2，…，n)表示因素 Bi与 Bj相对于其上一层元素重要性的比例标度。形成判断矩阵后，必须引入合适的标度值对各相对重要性的关系进行度量，Satty引用了如图2所示的1～9标度方法使定性评价转化为定量的评价。

图2判断矩阵标度及其含义

3．层次单排序与检验

通过计算判断矩阵的最大特征值根及其对应的特征向量，得到每一层的各个因素相对于上一层某因素的相对重要性系数。

由于判断矩阵中的赋值是由决策者直接提供或由决策者同分析者对话来确定。受到多种因素的影响，现实的判断矩阵往往很难满足一致性条件，为保证准确性和可靠性，一致性检验是有必要的。

设判断矩阵的最大特征根为λmax，对应的特征向量为W，将W归一化后即为同一层次元素对于上一层次元素相对重要性的权重，一致性检验指标CI为:

若随机一致性比率，则判断矩阵具有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵的元素取值。随机一致性指标RI取值如下表所示。

表1平均随机一致性指标RI取值

4．层次总排序与检验

先计算指标层相对于总目标层的相对权重，然后计算方案层相对于指标层的相对权重，最后计算方案层相对于最高层的相对重要性系数，这一过程是从最高层次到最低层次逐层进行的。同样，对总排序结果也需要进行一致性检验。

5．做出决策

通过对排序结果的分析，得出最后的决策方案。

三、实例分析

现对重庆市巫山县某条道路的设计车速30km/h，平曲线最小半径10m。从基本的技术指标可知该道路项目为低等级道路，对影响行车安全的因素进行分析如图3所示。

确定各因素对行车速度影响的权重系数

分别设附属设置、路况、标志标线、气候条件、自然地质条件为 x1，x2，x3，x4，x5。它们组成的比较矩阵为:

图3对行车安全影响因素关系树

用和法计算权向量W:

A按列规范化

进行一致性检验:

即求得的参数可用。各项指标权重标注如图4所示

图4量化了的对行车安全影响因素关系树

由上图可知，在准则层中，对行车安全的影响道路因素层面比环境因素层面重要。道路因素中，路况对行车安全的影响相对于标志标线、附属设施对行车安全的影响程度大。道路因素是影响山区低等级行车安全的重要因素，环境因素不可忽视，说明山区低等级道路行车安全性评价时主要重视道路因素，还应考虑环境因素的影响。

四、结语

运用的基于层次分析法的山区低等级道路行车安全评价方法，可以定量评价山区低等级道路的安全状况，符合实际情况，对已建和在建山区低等级道路的安全状况都能提供定量指标，供建设投资方提供决策指导。

［1］郑丽娜．层次分析法在公路路线线形评价中应用［J］．低温建筑技术，2006，17(4):20 ～21．

［2］陈照章，成立．我国道路交通安全的现状及其对策［J］．中国安全科学学报，2002，18(5):15 ～17．

［3］宋涛．山区低等级公路运行速度安全性评价方法研究［D］．成都:西南交通大学，2008．

［4］徐玖平，吴魏．多属性决策的理论与方法［M］．北京:清华大学出版社，2006.135～140．

［5］SattyTL．TheAnalyticHierarchyProcess［J］．McGraw －Hill，1980，1(7):35 ～37．

［6］陈涛，魏朗．道路行车安全性虚拟评价方法研究［J］．安全与环境学报，2006，12(8):33 ～34．

［7］王恒，方守恩．考虑加速度运行车速的计算［J］．山东交通科技，2004，3(5):10 ～12．

［8］忽文婷，谭泽飞，杨军．基于层次分析法的道路交通安全综合评价研究［J］．交通标准化，2010，6(222):255～257．