高速公路交通安全评价体系研究

孙牧晨， 宋子骁

(中国人民公安大学，北京 100038)

虽然近年来高速公路交通事故总量、较大以上事故数量等主要指标呈明显下降趋势，但高速公路交通安全状况仍不容乐观，仅2020年，我国高速公路交通事故达到7 923起，死亡人数4 392人。现阶段，我国11个沿海省份高速公路里程仅占到全国的34.78%，车流量却占到全国的61.17%。亿车公里条件下沿海省份高速公路事故起数、死亡人数、受伤人数、直接财产损失均是非沿海省份的2倍左右，具有事故高发、事故严重程度大等特点，沿海省份已经成为改善我国高速公路交通安全水平的重点区域。同时因我国沿海省份的公路条件、交通状况、管理水平、管理体制有较大的差异性，导致这些省份高速公路交通安全水平迥异。因此，以沿海省份高速公路交通状况为数据来源进行安全评价体系研究，具有典型性和代表性。

国内外研究和实践表明，对区域道路交通安全水平建立科学评价指标体系，评价区域道路交通安全水平是提高道路安全性能的重要途径之一。国内外对区域道路交通安全评价的研究上取得了一定的进展[1-4]，但是省级交通安全评价研究对象大都集中在宏观评价，细化到具体某一技术等级公路上的研究较少。研究方法上，主要采用回归分析法、灰色评价法、数据包络分析法(DEA)、层次分析法、综合评价法、主成分分析法、相对事故率法等，且大多采用一种方法进行评价，具有一定的偶然性；且采用多指标评价，但大多只涉及交通危险性这一个维度，指标不够全面，无法对实际的高速公路交通安全状况进行精确刻画。

基于此，本文拟采用主成分分析与熵值法两种方法，从沿海高速公路运行安全性、运行舒适性、交通管理水平、交通危险性这四个维度来构建指标体系，对沿海11个省份的高速公路交通安全状况进行评价，为提高沿海高速公路交通安全水平提供参考。

1 评价指标体系的构建

指标应具有代表性、可比性、可测性、独立性和实用性[5]。参考先前区域道路交通安全的研究经验，本文不仅考虑了反映高速公路交通流运行结果的交通危险性维度的死亡率、事故率[6-8]，而且引入了运行过程中的运行安全性、舒适性、交通管理水平三个维度。这使得指标体系可全面涵盖交通安全评价中人、车、路、环境、管理五个方面，不仅可以更加准确地得到交通安全评价结果，也有助于准确地找到提升的重点。本文构建的多维度区域高速公路交通安全水平的评价指标体系共包括18个具体指标，其中指标属性表示各指标对高速公路交通安全水平的影响方向，具体分类情况如表1所示。

表1 沿海地区高速公路交通安全评价指标体系

1.1 高速公路运行安全性维度

A1中的高速公路服务区指为乘客与司机提供短暂休息、放松的场所。

A2中的非现场执法设备具有现场不需要人值守和能提供执法依据的两大特征，节省了大量警力。

A3中的可变信息标志可对当前公路、交通和气候提供及时准确的信息显示。

A4中的高速公路运行监测设备是指利用路面、路旁的数据采集、检测设备对道路交通状况、路面、天气状况等交通数据进行实时观察和测量，以反映和预测高速公路交通流运行状况。本文中主要包括：交通量调查设备；车辆检测器；单、多要素气象监测站；路段、收费广场、桥隧摄像机等。

1.2 高速公路运行舒适性维度

运行舒适性维度衡量该地区交通流的运行状况，路况越好，说明交通安全水平越高。良好的交通流运行状况不仅可以有效减少交通冲突与堵塞，更是公路交通安全的重要保障。故本文在运行舒适性维度上选取了高速公路车流量、货车行驶量占比、ETC一次性通过率、高速公路路面技术状况指数四个指标分别对高速公路路段以及出入口运行舒适性加以衡量。其中，车流量的增大会增加高速公路行车安全风险，因此高速公路车流量为负向指标。货车因具有质量大，危险系数高、造成的交通事故多、严重程度大的特点，这一点在高速公路上尤其明显，本文选用货车行驶量占比来衡量；同时货车与小客车间的车速速度差较大，会造成交通流的不稳定状态，因此该指标为负向指标。ETC一次性通过率对交通流运行状态的影响则在取消省界收费站的大背景下，显得更加重要，因此该指标为正向指标。路面状况用路面损坏状况指数、路面行驶质量指数加以衡量，为正向指标。

在调控中心层设置五防系统服务器，对所有数据进行统计、查询管理，可进行操作票出票、倒闸操作预演、操作权管理、遥控操作闭锁等功能；控端层配置有五防主站、电脑钥匙及附件，完成新增变电站的图形编制、数据编制、维护调试等工作；在各受控〗站配置相对独立的五防规则、虚拟遥信等可根据规则实时自动更新的基础数据。可在各级五防工作站配置系统的维护权，完成权限允许的服务器维护工作。随着受控站数量的增加或减少，新入网的工作站可通过权限调整设置，实现各层级合理的管理权限。

1.3 高速公路交通管理水平维度

交通管理维度衡量高速公路交通安全管理水平能力与成效，交通管理工作可有效减少交通事故的发生，提升道路交通安全水平。故该维度从高速公路交警设置情况、工作成效、工作量三个角度分别选取百公里平均总警力配置数、交警执法站设置比例、高速公路交通安全违法现场执法查处率、亿车公里重点交通安全违法行为查处率、交警单兵执法量五个指标加以衡量。其中：

C1中的交通警察与辅警是目前我国维护各级道路交通安全、秩序的主力军，充足的警力可保证高速公路交通安全水平。

C2中的停车区、收费站口、服务区等地点交警执法站的设置可有效缩短高速交警的出警时间，可有效降低事故现场勘验的难度以及稳定事故双方的情绪。

C3中的交警的现场执法可以第一时间阻止违法行为，减少二次事故的发生。

C4中的高速公路上超载行驶、超速行驶、超员行驶、疲劳驾驶、涉牌涉证违法行为是我国交管部门确定的五类重点交通安全违法行为，它们具有危害性大、波及面广的特点。过大的工作量对于交警办案的效率与质量有明显的影响，本文选用交警单兵执法量来衡量。

1.4 高速公路交通危险性维度

危险性维度衡量道路方面的危险程度以及交通事故发生的频率及严重程度。高速公路修建的本质就是满足人的需求，因此高速公路使用者的危险度也是其中的一个重要方面。故该维度从事故率、财产损失、死亡率三个角度上分别选取亿车公里交通事故率、亿车公里死亡3人以上较大事故率、亿车公里直接财产损失、亿车公里死亡率、亿车公里重点交通安全违法导致的死亡率五个指标加以衡量。其中，重点交通安全违法为两客一危一货一面造成的事故，具体指负责旅客运输的长途客运汽车和公共汽车的公路客运，为浏览观光旅客服务的旅游客运；货厢顶部不封闭，排气管前置并装有防火花装置，运送石油化工品、炸药、鞭炮等危险品的危化品运输车；载运货物的货运车辆。上述车辆危险性极大，造成的交通事故严重程度也较大，本文选用亿车公里重点交通安全违法导致的死亡率来衡量。

2 建立评价模型

2.1 熵值法

熵值法是用来判断某个指标的离散程度的数学方法。指标的离散程度与该指标对综合评价的影响成正比，与熵值成反比。该方法能够消除主观因素带来的影响，不会造成原始数据信息的丢失，使评价结果更加客观[9]。该法主要包括如下5个步骤：

(1)定义标准化。

正向指标：

(1)

逆向指标：

(2)

式中：Xij代表第i个地区的第j个指标的数值。

(2)无量纲化处理。

(3)

(3)熵值的计算。

(4)

(4)确定评价指标的权重。

(5)

式中：gj=1-ej,代表信息熵冗余度。

(5)计算各地区综合得分。

(6)

2.2 主成分分析法

主成分分析(PCA)的主要功能是当存在多个评价指标时，找出评价指标间的相关性，将其简化为较少的综合指标的一种重要统计方法，它能将高维空间的问题转化到低维空间去处理，使问题变得比较简单、直观，而且这些较少的综合指标之间互不相关，又能提供原有指标的绝大部分信息[10]。该法主要包括如下4个步骤：

(1)构造样本矩阵及矩阵标准化。将Xki定义为Xi对第k个被评价地区的评价值，并采用Z-score标准法对数据进行标准化处理。

(2)计算相关系数矩阵及特征值与特征向量。

(7)

式中：rij是第i个指标与第j个指标的相关系数；Zki为指标值Xki的标准化。

(3)确定主成分数量。

(8)

式中：G(m)是主成分y1，y2，……ym的累计贡献率；λi为相关系数矩阵的特征值。

(4)计算综合评价值。

(9)

3 实例分析

为避免新冠疫情影响评价结果的准确性，本文选用2019年沿海省份高速公路统计数据。数据分别来源于公安部交通管理局《道路交通事故统计年报》、《全国高速公路交通管理工作画像综合报告》与交通运输部公路局《中国公路网运行蓝皮书》。

3.1 熵值法评价结果

根据式(1)～式(6)计算指标权重(见表2所示)，得到2019年沿海省份高速公路交通安全评价指标权重排在前4位的指标分别是C4、A2、C2、C1。除非现场执法设备密度外，均属于高速公路交通管理水平维度，说明了公安交通管理工作对于高速公路交通安全水平的重要性。从四个维度上来看，也是高速公路交通管理水平维度权重最大，分别是运行安全性维度的1.45倍，运行舒适性维度的2.81倍，交通危险性维度的1.87倍。可见高速公路交通管理水平是提升高速公路交通安全水平的总抓手。

3.2 主成分分析评价结果

根据式(7)～式(9)，提取出6大主成分，每一载荷量表示主成分与对应变量的相关系数。在载荷矩阵中(见表2所示)，公共因子1在D1、D4、D5上有较大的载荷量，该因子高载荷量指标均来自交通危险性维度；公共因子2在C5、A2、C4上有较大的载荷量；公共因子3在A3、A4、A1上有较大的载荷量，该因子高载荷量指标均来自运行安全性维度；公共因子4在C2、A1、A4上有较大的载荷量,该因子与公共因子2高载荷量指标均来自运行安全性与交通管理两个维度，表明运行安全性与交通管理存在一定的关联关系；公共因子5在C1、C3、B3上有较大的载荷量，该因子高载荷量指标来自运行舒适性与交通管理两个维度，表明运行舒适性与交通管理存在一定的关联关系；公共因子6在B1、B3、B4上有较大的载荷量，该因子高载荷量指标均来自运行舒适性维度。

表2 因子载荷矩阵与熵值法指标权重

3.3 评价结果比较分析

根据熵值法与主成分分析法分别计算得到的得分与排名如表3所示，可见沿海11省份排名较为一致。除广东外，误差均在3名以内，具有一定的可信度。海南、江苏、浙江在两种方法下均名列前茅，是沿海地区高速公路交通安全水平较高的三个省份，上述三地的高速公路交通管理体制均是块管，省级交管部门仅作为业务指导单位。此外，天津、河北、广西三地的高速公路交通安全水平在两种方法下均排名靠后，三个省份的高速公路交通管理体制分别为条管、条块结合、块管。综合该排名及原始数据分析可知，沿海各省提升本省高速公路交通安全水平除交通管理水平维度外，还需分别重点关注以下几方面：福建需重点提升非现场执法设备密度；广东需降低高速公路车流量；广西需提升可变信息标志密度、亿车公里重点交通安全违法行为查处率；海南需提升运行监测设施密度、高速公路交通安全违法现场执法查处率；河北需降低货车行驶量占比；江苏需重点提升高速公路服务区密度；辽宁需重点提升高速公路路面技术状况指数；山东需降低交警单兵执法量；上海需重点提升亿车公里平均总警力配置数；天津需重点提升ETC一次性通过率；浙江需重点提升交警执法站设置比例。

表3 沿海地区高速公路交通安全综合得分和排名

4 结束语

从运行安全性、运行舒适性、交通管理水平、交通危险性四个维度构建的交通安全评价体系较为客观、全面地对沿海高速公路交通安全状况进行了评价；熵值法与主成分分析法能客观地对沿海高速公路交通安全进行评价，可帮助有关部门有的放矢地提升高速公路交通安全状况。评价结果表明沿海地区高速公路交通安全情况受交通管理维度的影响最大，是各省提高高速公路交通安全水平的抓手；块管地区的高速公路交通安全水平普遍较高，但天津、上海这样地域较小的直辖市应单独讨论。本文的评价结果可强化我国沿海地区高速公路研判水平，及时发现各地管理短板，推动高速公路交通安全管理工作从粗放型向精准化转变。但本文只考虑了1 a的情况，数据较少，缺少横向上的比较，评价指标体系也存在完善的空间，这些都需要进一步的研究。