基于模糊層次分析法的城市道路安全評(píng)價(jià)

基于模糊層次分析法的城市道路安全評(píng)價(jià)

近年來，我國(guó)汽車產(chǎn)量持續(xù)增加，道路交通事故數(shù)量、事故數(shù)量和經(jīng)濟(jì)損失難以確定。我們需要建立一套完整的評(píng)估體系和評(píng)估方法，對(duì)道路進(jìn)行全面、全面的評(píng)估。在評(píng)估方面，層次分析法、灰色評(píng)價(jià)法、模糊評(píng)價(jià)法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法有一定的局限性。道路安全評(píng)估中存在許多影響因素，包括可量化描述因素、定性描述因素和不可預(yù)測(cè)因素。其推理和評(píng)價(jià)大多是模糊推理和模糊評(píng)價(jià)。因此，基于多因素、多目標(biāo)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)包括對(duì)多因素、多目標(biāo)的多因素的多因素。在這項(xiàng)工作中，我們提取了城市安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，使用層次分析法建立評(píng)價(jià)矩陣，確定了城市評(píng)價(jià)體系中每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，然后應(yīng)用模型理論建立了綜合評(píng)價(jià)模型。城市安全水平的確定和定量不是城市的實(shí)際情況。1評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定正確選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)是構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型的關(guān)鍵,為了保證模型的準(zhǔn)確性和客觀性,指標(biāo)需要具有以下特點(diǎn):(1)可比性.由于各個(gè)地區(qū)的面積、人口、道路交通狀況以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在很大差異,直接采用絕對(duì)值進(jìn)行比較是非常不合理的,應(yīng)該采用結(jié)合“參照指標(biāo)”的相對(duì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià);(2)代表性.在道路交通安全評(píng)價(jià)中,考慮到道路交通系統(tǒng)的3部分為人、車、路.首先,選擇人口、機(jī)動(dòng)車保有量和路網(wǎng)長(zhǎng)度等3個(gè)方面指標(biāo).此外,區(qū)域的交通安全與當(dāng)?shù)氐目拓涍\(yùn)輸有著密切的關(guān)系,因此,引入每100萬t貨運(yùn)事故率和每百萬人客運(yùn)量死亡率作為代表;(3)可測(cè)性.可測(cè)性是指所選擇的指標(biāo)必須是可以統(tǒng)計(jì)出來的或可以間接計(jì)算出來的.綜合上述分析,考慮人口、道路里程、車輛數(shù)、客貨運(yùn)輸?shù)确矫娴囊蛩?選取萬車死亡率、交通事故死亡率、10萬人口死亡率、100萬人客運(yùn)量死亡率、100km事故率、100萬t貨運(yùn)量事故率等6個(gè)指標(biāo)構(gòu)建城市道路安全綜合評(píng)價(jià)體系,見圖1.2模型的構(gòu)建2.1判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)層次分析法是將決策有關(guān)元素分解為目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析決策.利用較少的定量信息,將決策的思維過程數(shù)學(xué)化,其建模思想為:1)確定目標(biāo)層和指標(biāo)層.如圖1所示,目標(biāo)層為:道路安全綜合體系評(píng)價(jià)值L;指標(biāo)層:U1為萬車死亡率、U2為交通事故死亡率、U3為10萬人口死亡率、U4為100萬人客運(yùn)量死亡率、U5為100km事故率、U6為100萬t貨運(yùn)量事故率.2)構(gòu)造判斷矩陣及一致性檢驗(yàn).根據(jù)層次模型中各層之間的關(guān)系,構(gòu)造出各層之間權(quán)重關(guān)系的判斷矩陣.采用比率標(biāo)度法對(duì)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造判斷矩陣.最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn),由于比較矩陣是人為確定的,不一定能具有完全一致性.因此,當(dāng)矩陣不具備完全一致性的時(shí)候,必須重新調(diào)整矩陣中的相對(duì)比值,重新計(jì)算最大特征向量等,直至比較矩陣具有滿意的一致性.最終得到各個(gè)指標(biāo)相對(duì)U的權(quán)重系數(shù)為:W=(w1,w2,…,w6).式中:wi≥0,且∑wi=1.判斷矩陣賦值采用德爾菲矩陣構(gòu)造方法,調(diào)查業(yè)內(nèi)1位專家的意見過于片面,邀請(qǐng)過多的專家又不切實(shí)際.所以,從課題的實(shí)際出發(fā),參考3位交通安全專家的意見得到判斷矩陣.將3位專家的意見平均考慮,為了便于計(jì)算,A專家取0.4,B專家取0.3,C專家取0.3.CR表示一致性檢驗(yàn)結(jié)果.權(quán)重的計(jì)算A=[1425361/411/231/251/2214261/51/31/411/321/321/23141/61/51/61/21/41]一致性檢驗(yàn):CR=0.032<0.1.計(jì)算得權(quán)重:WA=[0.376,0.130,0.236,0.061,0.158,0.039].權(quán)重的計(jì)算B=[1237481/211/24261/3215361/71/41/511/221/41/21/32131/81/61/61/21/31]一致性檢驗(yàn):CR=0.024<0.1.計(jì)算得權(quán)重:WB=[0.396,0.183,0.239,0.053,0.094,0.035].指標(biāo)權(quán)重的確定C=[1243651/2132541/41/311/2531/31/221541/61/51/51/511/21/51/41/31/421]一致性檢驗(yàn):CR=0.078<0.1.計(jì)算得權(quán)重:WC=[0.367,0.239,0.121,0.170,0.045,0.058].綜合A,B,C3位專家的意見,得到最后的6個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)為W=(w1,w2,w3,w4,w5,w6)=0.4*WA+0.3*WB+0.3*WC=(0.38,0.179,0.202.0.091,0.105,0.043)2.2安全評(píng)價(jià)矩陣的建立及相關(guān)預(yù)測(cè)模糊評(píng)價(jià)的思想是基于模糊理論,即利用隸屬函數(shù)、模糊算子和語言變量進(jìn)行安全評(píng)價(jià).由于道路交通安全的模糊性和多種評(píng)價(jià)者思維方式的不同,模糊理論恰是解決此類問題的有力工具.隸屬函數(shù)反映選取的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于評(píng)語集合中各個(gè)等級(jí)的隸屬度,指標(biāo)集合為U={U1,U2,U3,U4,U5,U6},評(píng)語集合V將安全標(biāo)準(zhǔn)定為五級(jí),第一級(jí)表示安全狀況最佳,第五級(jí)表示安全狀況最差,評(píng)語集合為V={V1,V2,V3,V4,V5}={優(yōu),良,中,次,差},各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)臨界值可根據(jù)道路安全的總體水平累計(jì)頻率曲線法確定.第i個(gè)指標(biāo)的因素評(píng)價(jià)為Ri={ri1,ri2,ri3,ri4,ri5},將它看為V上模糊子集,rij表示第i個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)對(duì)第j個(gè)等級(jí)的隸屬度.于是,指標(biāo)論域和評(píng)語論域之間的模糊關(guān)系可以用評(píng)價(jià)矩陣R=[Γij]n×m來表示.評(píng)價(jià)矩陣R中隸屬度的求法很多,典型隸屬函數(shù)分布形式包括線性差值分布、正態(tài)分布、柯西分布、嶺形分布或立方函數(shù)形式等.選擇隸屬度函數(shù)是任意的,惟一的約束是最大值為1,最小值為0.研究中采用隨機(jī)選擇余弦函數(shù)隸屬函數(shù)分布,交通事故死亡率隸屬度如圖2,隸屬度函數(shù)見表1.式中:a,b,c,d,e分別為各個(gè)指標(biāo)安全評(píng)價(jià)等級(jí)的臨界點(diǎn)值.c值選取全國(guó)各指標(biāo)均值作為參考,對(duì)U1,U2,U3,U4,U5,U6全國(guó)2001～2008年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),預(yù)測(cè)計(jì)算各指標(biāo)2008～2011年全國(guó)算術(shù)平均值及確定等級(jí)為中的標(biāo)準(zhǔn)臨界值c,算術(shù)平均值如式(1).ˉYi=1nn∑i=1yik(1)式中:ˉYi為i指標(biāo)的平均值;n為統(tǒng)計(jì)年數(shù)量;yij為指標(biāo)i對(duì)應(yīng)的k年份的數(shù)值;i為1,2,3,4,5,6.各個(gè)指標(biāo)的預(yù)測(cè)值以及平均值為c,計(jì)算結(jié)果見表2.選取2006年全國(guó)31個(gè)省市的6項(xiàng)指標(biāo),找到累計(jì)曲線上10%,30%,45%,60%,80%對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值作為優(yōu)、良、中、次、差5個(gè)等級(jí)的臨界值,分別記成λi1,λi2,λi3,λi4,λi5見表3.各個(gè)指標(biāo)的中值為基準(zhǔn)值,設(shè)λij為第i個(gè)指標(biāo)的第j個(gè)等級(jí)的臨界值與全國(guó)中值(百分比為45%處)的比值,得到各個(gè)指標(biāo)相對(duì)于基數(shù)的比值.其中,萬車死亡率的臨界比值由其他五個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)平均得到,計(jì)算結(jié)果如表4所列.將λij與平均值ci相乘得到評(píng)價(jià)指標(biāo)各等級(jí)的臨界值點(diǎn)見表5.模糊綜合評(píng)價(jià)B是V上的模糊子集,B=Wue0c9R=(b1,b2,b3,b4,b5).為了更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)道路安全水平,引入道路安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)IRS,所表示的含義是綜合評(píng)價(jià)等級(jí)系數(shù),具體計(jì)算方法如式(2).ΙRS=s∑j=1δjkjδj=b2j5∑j=1b2j(2)式中:IRS為道路安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù),考慮道路安全水平在各等級(jí)上分布情況的綜合值;kj為道路安全服務(wù)水平的賦值:(k1,k2,k3,k4,k5)=(10,7,5,2.5,0).δj為bj的修正值.當(dāng)IRS∈[10.00,8.75]時(shí),V=V1,安全水平等級(jí)為優(yōu);當(dāng)IRS∈[8.75,6.25]時(shí),V=V2,安全水平等級(jí)為良;當(dāng)IRS∈[6.25,3.75]時(shí),V=V3,安全水平等級(jí)為中;當(dāng)IRS∈[3.75,1.25]時(shí),V=V4,安全水平等級(jí)為次;當(dāng)IRS∈[1.25,0]時(shí),V=V5,安全水平等級(jí)為差.3隸屬度的評(píng)價(jià)計(jì)算為了提升張家口市的交通安全狀況和交通安全管理水平,在2010年10月開展了張家口市區(qū)交通安全規(guī)劃,使用模糊層次分析對(duì)張家口目前的道路綜合安全水平進(jìn)行評(píng)價(jià),為后續(xù)的改善措施制定提供依據(jù).項(xiàng)目收集張家口市2010年的交通事故、道路數(shù)據(jù)、貨運(yùn)以及客運(yùn)數(shù)據(jù),見表6.根據(jù)余弦隸屬度函數(shù),參照表5中的各等級(jí)臨界值,計(jì)算張家口市的等級(jí)指標(biāo)的隸屬度概率,得到評(píng)價(jià)矩陣R.R=[000.320.68000.00150.985000000.320.68100000.670.3300010000]W=(0.380,0.179,0.202,0.091,0.105,0.043)B=W。R=(0.204472,0.034803,0.301782,0.32174,0.137202)賦值評(píng)語集合{優(yōu),良,中,次,差},K=(10,7.5,5,2.5,0),根據(jù)式(2)計(jì)算2010年張家口市IRS指標(biāo)的數(shù)值.ΙRS=5∑j=1kjb2j5∑j=1b2jΙRS=1.63040068+0.035426746+1.775747977+1.00619606+0=4.452010年張家口的IRS=4.45,交通安全綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為中,處在全國(guó)交通安全水平均值以下,存在諸多安全隱患,道路交通安全需要提升.在對(duì)張家口市交通安全規(guī)劃制定目標(biāo)的時(shí)候,需要根據(jù)實(shí)際的道路情況和整體規(guī)劃,制定未來張家口的交通事故指標(biāo),爭(zhēng)取達(dá)到良級(jí)水平.4模糊層次分析法應(yīng)用于道路交通安全評(píng)價(jià)的效果1)根據(jù)可比性、代表性、可測(cè)性原則.選取萬車死亡率、交通事故死亡率、十萬人口死亡率、百萬人客運(yùn)量死亡率、百公里事故率、百萬噸貨運(yùn)量事故率等6個(gè)指標(biāo)構(gòu)建城市道路安全綜合評(píng)價(jià)體系.2)