基于德菲尔法-灰色关联分析的高速公路防眩设施优选

李海峰，刘宇辰，孙吉书，张涵实

(1.天津高速公路集团有限公司，天津 300384；2.河北工业大学土木与交通学院，天津 300401)

1 防眩设施的评价指标体系

高速公路防眩设施的设置主要是为了优化高速公路行车环境，尤其是夜间的行车环境，避免对象车辆灯光照射而引起的眩光现象。因而，影响高速公路防眩设施选择的最主要因素是防眩光效果；高速公路的建设需要占用大量的耕地，我国的土地资源异常宝贵，节约用地也是需要控制的一个指标；另外，防眩设施的建设和养护方案，也需要考虑经济效益问题。总之，结合多方面的因素综合考虑，选定高速公路防眩设施的评价指标如下。

2 防眩设施各评价指标权重的计算

2.1 构建成对比较矩阵

德菲尔法又名专家意见法，是公路工程方案选择中常用的评价指标权重确定方法，其中成对比较法的应用最为广泛。本文邀请15位专家独立对高速公路防眩设施评价指标进行相对重要度评判(如果“甲指标”比“乙指标”绝对重要，则两指标分别赋值“1”和“0”；同等重要则均记为“0.5”；如果“甲指标”比“乙指标”重要4倍，则两指标分别赋值“0.8”和“0.2”，两者之和必须等于1)，以其中1位专家的评判结果为例，构建成对比较矩阵如表1所示。

表1 成对比较矩阵(专家一)

2.2 各评价指标的权重

与如表1所述示例相同，将15位专家独立评判得出的不同指标“比较得分”进行汇总，计算得出平均值，得出各评价指标的权重，如表2所示。

根据表2的计算结果，得出德菲尔法计算的各评价指标权重矩阵为

表2 各指标权重的计算

W=[0.266 7 0.104 8 0.142 9 0.147 6 0.133 3 0.095 2 0.109 5]T

(1)

3 基于灰色关联分析的高速公路防眩设施优选

3.1 确定备选集

进行高速公路防眩设施的优化选择，首先需要确定备选集，即：要选择的备选方案。我国高速公路常用的防眩设施基本为三种，因而备选集为：U={防眩板，防眩网，植物防眩}。

3.2 评价指标集

根据图1中选定的高速公路防眩设施评价指标体系，确定评价指标集为：

图1 高速公路防眩设施评价指标

x(j)={A,B,C,D,E,F,G}

(2)

这些评价指标中的可定量指标以实际数值表示，如：占地面积C以最小中央分割带宽度计(单位：米)、工程造价D以每公里初始建设费用计、养护费用E以防眩设施每公里每年的养护费用计(单位：元)。无法定量的指标定性描述定，如：防眩光效果、景观环境效果等。不同防眩设施的各项指标描述如表3所示。

表3 不同防眩设施的评价指标

3.3 定性指标的量化

邀请15名业内专家，对表3中的定性指标进行独立量化打分(“10”为最优，“0”为不可行，其余介于0～10之间)，求得平均值作为该方案该项指标的最终得分。得到量化后的各指标，如表4所示。

表4 量化处理后的评价指标

3.4 确定最优参考数列

由表4中的数据可知，各指标数据之间的数值差距巨大，无法体现各个指标之间的相关关系，因而，对表4中的数据需要进一步处理才能使用。本文以定性指标的最大值为10、最小值为0，按照式(3)的白化函数对防眩设施的各项指标进行处理。对占地面积、工程造价和养护费用，以最大值为1，其余值除之，得出技术经济指标的修正值如表5所示。

表5 评价指标的白化处理结果

y=αx+b

(3)

式中：y—各指标的白化值；x—技术经济指标值；a、b—白化函数参数。

选出表5中的最优指标参数，得出最优参考数列如下：

x0(j)={0.750 0,0.791 7,0.571 4,0.516 1,0.361 8,0.892 9,0.800 0}

(4)

3.5 关联度计算

根据灰色理论原理，按式(5)计算测出各关联系数ξ0i，按式(6)计算得到各备选方案的关联度r0i，计算结果如表6所示。

表6 关联系数和关联度

ξ0i(j)=

(5)

式中：ξ0i(j)—第i方案j个指标的关联系数；xi(j)—第i方案j个指标的白化处理结果值；ρ—分辨系数，一般取0.5。

(6)

式中：r0i—第i方案的关联度；w(j)—第j个指标的权重值。

3.6 防眩设施优选结构果

从表6的关联度计算结果可知，防眩板、防眩网和植物防眩3个备选方案中，关联度r01>r02>r03，根据灰色关联分析原理，可知防眩板的设计方案为最优方案。

4 结 论

(1)本文结合高速公路防眩设施的技术特点，选定了评价指标体系，并以德尔菲法中的成对比较法，确定了高速公路防眩设施的优化选择中各个评价指标的权重。

(2)应用灰色关联分析法原理，结合专家评估打分，对高速公路防眩设施的各项指标进行了白化处理，避免了定性指标无法科学量化的不足，有利于避免高速公路防眩设施优化选择中的主观性与片面性，有利于提高夜间行车的交通安全和高速公路的综合效益。

(3)应用德尔菲法-灰色关联分析，对高速公路防眩设施进行了优化选择，实践验证了本方法应用的可行性与科学性，有利于丰富和扩展工程方案优化选择的方法，获得最优方案。