高速公路安全评价.docx
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高速公路安全评价
一、绪论
1.1研究背景与研究意义
随着当前我国交通运输建设事业的发展速度越来越快，高速公路在交通运输中所起到的作用越来越大。
也正因如此，我国高速公路的发展在我国交通运输方面具有着不可替代的重要性。
1988年，我国的第一条高速公路“沪嘉高速公路。
”在上海市建成通车，一直到2018年底，我国已经建成通车的高速公路总里程已经超过了12万公里，这一总里程数在世界上仅仅次于美国，我国当前高速公路里程已达世界第二的水平。
可以看出，从1988年到2018年，我国高速公路发展仅仅用了30年的时间，我国在高速公路发展方面已经取得了非常不俗的成就，可以说，我国高速公路的发展，不仅提高了我国经济发展和社会进步、地域之间加强交流的步伐，同时对于人口密集程度极高的我国的公民在日常交通运输中提供了疏通和引导的积极作用。
但是需要看到的是，我国高速公路如此之高的发展速度，并不代表着高速公路的安全方面的发展也一帆风顺。
我国在高速公路上发生的安全事故，一直呈现逐年上升的趋势。
表1.1是2013年至2018年的六年时间内，我国在高速公路上发生的交通事故相关数据的统计分析表。
表1.1我国2013-2018年交通事故相关数据统计情况表
年份
当年事故发生次数
当年事故死亡人数
当年事故受伤人数
事故导致直接财产损失（亿元）
当年事故致人死亡率（百分比）
当年高速公路每百公里出现事故次数
当年高速公路每百公里出现事故致死人数
2013
32145
3314
15607
2.015
26
122
22
2014
29176
2621
14537
1.976
19
119
19
2015
24680
2478
12004
1.997
22
105
17
2016
23467
2231
9912
1.865
21
93
13
2017
30012
2796
10054
2.101
26
105
19
2018
33119
3221
12367
2.304
27
127
23
从表中我们可以看出，2013年至2016年之间，我国的高速公路上出现的交通事故已经得到了有效的控制，正在不断减少，但在2016年之后，一直至2018年，这个数字又在逐渐增加。
同时，每年因交通事故致死的死亡率已经达到了非常高的标准。
也就是说，大多数在交通公路上发生的交通事故状况非常惨烈，事故程度非常严重。
根据调查了解，2013年至2016年前，我国交通监管部门对高速公路交通方面的安全进行了大力的整治与监管，因此能够确保这段时间内高速公路上发生的事件频率和致死率要远远小于往年，呈现逐渐下滑的趋势；但随着近两年人均汽车保有量的不断大幅上升，汽车在高速公路上行驶的频率越来越高，这也象征着在高速公路上发生交通事故的几率也越来越大。
因此，依靠传统诊治手段与监管方式已经不能足以保证在高速公路上行车安全，保障高速公路上交通事故发生率的下降需要更加科学，更加合理的方式。
因此，本文选择了基于可变模糊集为高速公路安全进行评价的方式，来段高速公路当权的安全情况进行更加合理的分析与研究。
我国与其他国家相比，尤其是西方国家，我国的高速公路交通事故发生率远远大于这些西方国家。
近几年来事故的发生率更是高居世界的首位。
为了保障人们在高速公路上行车的人身安全，同时也能够有效防止不必要的财产损失，为我国高速公路的安全评价与研究是十分具有实际意义的。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
20世纪80年代末，英国率先开展了道路安全评价工作，并诞生了最早的道路安全评价制度。
英国运输部IHT于1991年在全国范围内开展了道路安全评价，并制定《公路安全评价指南》作为安全评价的指导文件，同时规定了对新建的高速公路都要进行安全评价。
在上个世纪90年代初期，新西兰和澳大利亚都开始建立并推出道路安全评价制度。
1994年，澳大利亚国家公路交通协会AUSTROAD出版《公路安全评价》，使得澳大利亚成为第一个正式建立道路安全评价方法的国家。
该指南给出了道路安全评价的定义，即道路安全评价是一个独立的、合格的检查者（机构）对道路建设相关工作的审查，以保证提供高水平的道路安全。
1.2.2国内研究现状
目前我国交通安全的评价方法大致分为概率数理统计法和强度分析法两类。
概率数理统计法在统计上简单易行但没有考虑到不同道路交通条件的差别,使得评价结果缺乏科学性和说服力。
强度分析法加入了相对参照数据使得不同道路指标间的比较更趋科学合理,但事故本身是由多种因素造成的,以一个单一的指标值作为评价依据可信度不够高。
2004年,杨天军、张晓春等人建立了城市交通安全可持续发展的评价指标体系,该体系包含基础数据、交通安全管理、公众安全评价3个方面总共13项指标。
与此同时构建了基于BP神经网络的评价模型,并结合算例详细分析了其计算方法。
2005年,朱顺应、王红、严新平用因子分析法和层次分析法组合起来对道路交通安全进行评价（F-AHP）。
用因子分析法来构造评价指标间的层次关系,用其分析值度量同层指标的重要性采用层次分析法计算各层次指标对目标权重。
2005年,潘艳荣、翟长旭、朱顺应在深入研究了道路交通安全的评价指标确定的基础上,提出了一种基于灰色聚类理论和神经网络技术的综合评价方法,并对神经网络输入、输出指标属性值的量化方法进行了讨论,建立了道路交通安全的BP神经网络评价模型。
2005年,彭军龙等采用德尔菲法,层次分析法、灰色聚类法模糊评判、矩阵方法的综合应用对道路交通安全进行较为客观的定量评价。
2006年,王俊人、王凤英从交通事故本身着手,将数理统计中主成分分析法引入城市交通事故安全综合评价中。
2007年,山东理工大学宇仁德等针对不同区域之间道路交通即不同地区之间的道路进行研究,通过运用层次分析法建立了指标体系,研究区域分类、权重确定、指标量化,以及指标评价结果的合成等方法,研究出合适的区域道路交通安全总体评价方法和评价过程,建立了基于DEA（数据包络）理论的交通安全评价模型。
1.3我国高速公路交通事故的发生因素
1.3.1人为因素
主因是人导致的交通事故，直接原因表现为驾车人的违章或其他过失。
纵观国内外资料可知，在众多交通事故中，由人因导致的交通事故占很大比例，见表1.3.1。
表1.3.1国内外交通事故成因对比（单位:
%）
驾驶员
车辆
道路
行人
国外
80-90
<0.5
10-20
/
国内
70-80
<5
<1
15
由上表描述情况可见，驾驶员责任是主要影响因素，其次是车辆、道路责任。
机动车驾车人的违章行为仍是造成事故的主要原因。
机动车驾车人的违章行为造成事故的占78%（见图1.3.1）。
在机动车违章中，酒后驾车、无照驾车、超速行驶、逆向行车、违章超车、违章装载、违章操作是造成事故的主要原因（见图1.3.2）。
图1.3.1各种事故原因造成死亡人员构成
图1.3.2事故违章原因造成死亡人员构成
1.3.2道路因素
道路是汽车交通的基础、支撑物，它必须符合其服务对象的交通特性，满足它们的交通需求。
道路服务性能的好坏体现在量、质、形三个方面，即道路建设数量是否充实，道路结构和质量能否保证安全快速行车，路网布局、道路线形是否合理，另外，还有附属设施、管理水平是否配套等。
以上任一环节出现问题，都有可能造成交通事故，影响道路安全的道路条件如图1.3.3。
图1.3.3影响道路安全的道路条件
1.3.3汽车因素
由于城市交通事故中所涉及的“车辆”绝大多数为汽车、货车等，车辆的特性和性能在交通安全中起着重要的作用。
车辆尺寸、质量决定道路桥梁的几何设计、结构设计以及停车场地等交通设施的设计;车辆的各种运行性能与使用这些性能的驾驶员相结合，决定了交通流的特性和安全。
除了上述的三类主要因素之外，还有包括诸如交通标志不明显、路灯灰暗、天气变化、季节变化等影响因素，但是这些影响因素对造成高速公路交通事故的影响程度并不大。
引发高速公路上交通事故的人为因素、道路因素以及汽车自身因素肇事比例图见图1.3.4所示。
图1.3.4交通事故人—车—路因素肇事比
由图中可见，引发高速公路上交通事故的肇事因素中人为因素是占比例最大的因素。
如何抵消人为因素为高速公路上交通事故带来的安全隐患，你当时我国当前在高速公路安全研究方面的主要方向。
1.4我国高速公路发生安全事故的特点概述
在我国当前高速公路上发生的安全事故，一般情况下都具有一些事故特点。
对这些特点进行梳理和整合，有助于对高速公路的安全评价的研究。
以下对高速公路上发生安全事故的特点进行描述。
第一，在我国高速公路上发生安全事故的情况，一般都具有随机性。
在我国的道路交通系统中，整个交通系统的构建是由人为因素、汽车因素、道路因素以及环境因素等等多方面的因素进行综合整合之后构成的交通系统。
也就是说人为因素、汽车因素、道路因素以及环境因素方面的细微变化都有可能导致交通事故的产生。
这些因素的细微变化，可能会产生一方面的失误。
而失误产生之后，很可能会影响到其他因素，引起一系列的失误反应，从而造成严重的交通事故。
这些失误出现的情况，大多数都是随机的、是不可预知的，因此在高速公路上发生交通事故，一般都具有随机性。
第二，这些在高速公路上发生的交通事故都具有突发性。
这种感觉可以从事故中幸存的驾驶员、乘客等车上人员事后的反应能够看出。
在交通事故发生的一瞬间，任何车上人员都很难给出足够的反应，而交通事故却已经发生。
这说明整个高速公路上的交通事故的发生所经历的时间是非常短暂的，具有突发性的交通事故，往往很难给车上人员足够的时间来对事故进行应对。
第三，这些交通事故都具有频发性。
随着我国汽车人均保有量的不断上升，每日交通运输流量的不断增加，对于高速公路的使用频率大大增加。
但是人们却不能将对高速公路的安全意识提升到与当前的交通运输水平相等的级别，而相应的高速公路交通安全保护措施也没有跟上，交通管理的发展速度滞后，一方面其车队高速公路的使用量的正面增长，另一方面大众对于高速公路上交通安全的意识、管理等方面没有出现正面增长的情况，从而导致了交通事故在高速公路上的频发性。
第四，这些事故都具有着一定的社会性。
这里的社会性并不是说某一个单一的在高速公路上发生的交通事故具有社会性，而是在高速公路上发生交通事故，这一整体事件具有着非常强烈的社会意义。
因为当今社会与机动车辆是密不可分的，高速公路对于人们的日常生活也是必要的，频繁发生的高速公路交通事故就会逐渐上升，成为社会问题。
最后这些发生在高速公路上的交通事故都有着不可复制性。
因为前文所提及的这些交通事故都有着突发性，随机性的特点，因此每一个事故都是无法复制的。
这就导致我们对交通事故的分析难度加大，对高速公路交通安全的监管就更加依赖于对随机事件和突发状况的合理分析体系的建设。
二、高速公路安全评价指标体系的建立
2.1高速公路安全评价指标体系的建立原则概述
为了能够对高速公路的交通安全进行有效的评价，建立一个合理的交通安全评价指标体系是进行评价工作的基础条件。
当着手建立一个交通安全评价体系时，首先要为安全评价指标体系选取评价指标。
能够对高速公路的交通安全造成正面影响和负面影响的因素非常之多，这些因素在上文有过简要分析。
任何一种可能出现的影响因素，都可以成为高速公路交通安全评价体系的评价指标，而评价体系中选取的指标的不同也会造成评价结果的不同。
显然，如果在建立一个高速公路交通安全评价体系中将所有的可能出现的影响因素都列为评价指标，不仅会为评价工作带来非常高的操作难度，而且过多的评价指标会使得评价体系整体的结构非常的杂乱，从而影响到评价结果。
因此，在建立高速公路交通安全评价体系的过程中，选取评价指标必须要有的放矢，剔除一些不必要的、或是对评价结果影响不大的因素，从而构建出一套简单易懂、同时科学合理的高速公路交通安全评价体系。
在高速公路交通安全评价体系的构筑当中，必须要遵循一定的体系原则，这些原则不仅能够帮助高速公路交通安全评价体系全面、有效地选取评价指标，同时能够指导高速公路交通安全评价体系对高速公路的安全评价工作更具有客观性、综合性和时效性。
这些基本原则具体包括以下几点：
第一，目的性原则。
在构建高速公路交通安全评价体系之前，首先需要明确构建该体系的主要目的是为了能够确保高速公路的交通安全情况得到客观评价，并且为高速公路的交通安全整改工作提供数据和理论的支持。
因此，要求该体系的建设能够实现多角度的综合反映高速公路安全情况。
第二，系统性原则。
高速公路交通系统，其本身是一个呈现动态性的系统，极具复杂性和变化性。
这种要求在建设高速公路交通安全评价体系的过程中，要系统的考虑到每一个因素可能带来的影响情况，尽可能的在不影响高速公路安全评价结果的情况下精简评价指标的数量，用最少的评价指标来构筑综合全面评价能力较强的安全评价体系。
第三，实用性原则。
因为高速公路交通安全评价体系需要被广泛应用在实际运用当中，你只必须确保该体系的建设有着分明的层次和明确的目标，评价指标的相关数据易于收集、采集，计算的方法也要尽可能简便易懂。
第四，科学性原则。
要求高速公路交通安全评价体系的建设是具有科学合理性的，体系结构科学合理、选取的评价指标科学合理。
第五，可比性原则。
由于在高速公路交通安全评价体系中属于同层次的评价指标之间是需要进行比较的，因此，这些评价指标之间必须存在可比性。
就通过安全指标之间互相的比较，才能评判出当前安全情况的好坏。
第六，定性与定量相结合的原则。
为了使得该体系的安全评价结果更具有科学性和合理性，对评价指标进行量化是非常有必要的。
如果需要进行安全评价的内容难以进行量化，那么就选用定性化的评价指标。
2.2评价指标的具体筛选方法
能够对高速公路的交通安全评价造成影响的评价指标数量非常多，因此，需要对评价指标进行有效的筛选。
筛选评价指标与构建安全评价体系一样，都有相关的原则可以遵循。
对评价指标的具体筛选，是要分析某个评价指标是否包括重要性必要性及完备性等安全评价特性。
其中重要性是指某个评价指标对于整个高速公路交通安全评价结果是否非常重要，从而决定对该安全指标的取舍处理；而必要性则是指某个安全评价指标在整个高速公路交通安全评价指标体系中是否是必要的，对某个安全评价指标其必要性的分析，需要从全局范围来比较，如果该评价指标的内容与其他评价指标的内容重复程度过高，那么该评价指标就可以说是没有必要参与到整个评价指标的建设中来，也就是说具有必要性的评价指标其一定是其他评价指标不可或缺且不可替代的；完备性则是指筛选过后的所有评价指标是否能够建立起完善的评价指标体系。
只有符合上述三类特性的评价指标才满足被筛选加入安全评价指标体系的条件。
2.3评价指标的选取及分级标准
根据前文对高速公路安全影响因素的分析，高速公路交通安全评价指标选取主要可以分为驾驶员特性、车辆特性、道路状况以及交通环境等四大类指标。
以下对选取的评价指标和各个评价指标的分级标准进行详细描述。
第一类评价指标为驾驶员特性指标。
在本次高速公路交通安全评价体系构筑中，根据上述评价指标选取特性选取的驾驶员特性指标包括驾驶员的疲劳驾驶率、超速行驶率以及交通安全知识水平。
通过对相关文献和相关指标的参考，将这三类驾驶员特性指标进行具体分级。
分级的具体情况如下表所示：
评价指标
级别1
级别2
级别3
级别4
级别5
疲劳驾驶率
0-10
10-20
20-30
30-40
40-100
超速行驶率
0-10
10-20
20-30
30-40
40-100
交通安全知识水平
100-90
90-80
80-70
70-60
60-0
第二类评价指标为车辆特性指标的选取。
因为车辆自身的因素能够对高速公路交通安全造成实际影响的主要在于车辆自身的故障、车辆超载超限这两种情况，因此，本次安全评价体系中选用的车辆特性指标包括车辆的故障率以及超载超限率两类指标。
同样参考相关文献和研究资料，对车辆特性指标进行分级。
分级情况如下表所示：
评价指标
级别1
级别2
级别3
级别4
级别5
车辆故障率
0-10
10-20
20-30
30-40
40-100
车辆超限超载率
0-10
10-20
20-30
30-40
40-100
第三类评价标准则为道路状况指标，道路的几何线形、具体的路面状况和道路上设置的相应安全设施都有可能对高速公路的交通安全造成一定的影响。
从这些因素进行具体考虑选取高速公路道路状况指标共有六个：
高速公路的一般值以下圆曲线半径的比例、因为高速公路与高速公路之间的平纵组合而造成的不良路段的比例、高速公路具体的路面平整度、高速公路上安全标识的完备程度、高速公路上标线的完好程度以及高速公路内部与周围的相应安全防护设施。
上述道路状况指标分级情况见下表：
评价指标
级别1
级别2
级别3
级别4
级别5
一般值以下的圆曲线半径比例
＜0.5
0.5-1
1-1.5
1.5-2
＞2
平纵组合不良路段比例
＜0.5
0.5-1
1-1.5
1.5-2
＞2
路面平整度
100-90
90-80
80-70
70-60
60-0
标识完备率
100
100-99
99-98
98-97
97-0
标线完好率
100
100-99
99-98
98-97
97-0
防护设施
100-90
90-80
80-70
70-60
60-0
第四类评价指标为交通环境评价指标。
一般情况下道路的交通安全受交通环境中的恶劣天气、交通流量、道路内大型车的比例以及大型车与小型车之间的速度差等方面的影响程度最大。
考虑到高速公路的特殊性，无须考虑交通流量的情况，因此舍去掉这一评价指标，只保留恶劣天气、高速公路内大型车的比例以及大型车与小型车之间的速度差这三类交通环境评价指标。
交通环境指标具体分级情况见下表所示：
评价指标
级别1
级别2
级别3
级别4
级别5
每年恶劣天气数
0-10
10-20
20-30
30-50
＞50
大型车比例
0-25
25-40
40-50
50-70
＞70
大小车速差
0-5
5-10
10-15
15-20
＞20
2.4高速公路安全评价指标体系的建立
在我国，对于高速公路交通安全评价指标体系并没有统一制式化的体系模式。
每一次建立高速公路安全评价指标体系，都是在参考了该体系中选用的安全评价指标之后得出的结果。
在本文的研究过程中所选用的四类评价目标将成为本次评价指标体系建立的基础，监利的高速公路交通安全评价指标体系，具体情况如下所示：
指标体系名称：
xx公路交通安全评价指标体系（a）
一级指标：
驾驶员特性（b1）、车辆特性（b2）、高速公路状况（b3）、高速公路交通环境（b4）
b1二级指标：
疲劳驾驶率（c11）、超速行驶率（c12）、交通安全知识水平（c13）
b2二级指标：
车辆故障率（c21）、车辆超限超载率（c22）
b3二级指标：
高速公路的一般值以下圆曲线半径的比例（c31）、因为高速公路与高速公路之间的平纵组合而造成的不良路段的比例（c32）、高速公路具体的路面平整度（c33）、高速公路上安全标识的完备程度（c34）、高速公路上标线的完好程度（c35）高速公路内部与周围的相应安全防护设施（c36）
b4二级指标：
每年恶劣天气数量（c41）、高速公路内大型车的比例（c42）、大型车与小型车之间的速度差（c43）
评价指标的确定方法情况：
通过数据的采集、统计和计算确定的二级指标包括c11、c12、c13、c21、c22、c31、c32、c41、c42、c43；通过对高速公路具体情况的调查确定的二级指标包括c33、c34、c35；通过相关专业人士进行评价而确定的二级指标包括c36。
2.5评价流程
对高速公路的交通安全情况进行评价，必须要建立在多方位、多角度的综合评价研究的基础上。
本次对高速公路交通安全评价研究具体流程规划步骤为：
（1）首先要对高速公路交通安全评价的目的和具体评价内容清晰、明确；
（2）对各种可能影响到高速公路交通安全的影响因素进行整合分析；
（3）整合各类影响因素之后，以必要性、重要性和完备性作为筛选标准，筛选出评价指标；
（4）筛选出评价指标之后，根据评价指标具体情况建立安全评价指标体系。
在体系建立完成之后，对安全评价指标体系进行核查，判断是否要对安全评价指标体系内的评价指标进行增加或删去，如有变动，则要重新建立安全评价指标体系，直至安全评价指标体系建立完成；
（5）选择具体的安全评价方法，构建出高速公路交通安全评价模型；
（6）整合上述安全评价指标体系与安全评价模型等评价结果，对高速公路的安全情况进行综合评价。
三、高速公路交通安全评价模型的建立和研究
3.1高速公路交通安全评价方法的选择
考虑到本次安全评价过程中很多因素是不确定的，可变性过强，因此选用的评价方法为模糊综合评价法。
模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法。
该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。
它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。
3.2判断矩阵的构建
建立判断矩阵，首先需要明确判断矩阵中1-9的标度含义。
本次高速公路交通安全的评价研究依靠判断矩阵之中指标两两相比，比较出相对的重要性。
具体的标注含义如下：
评判标度1：
比较两个指标，判定两个指标同等重要；
评判标度2：
比较两个指标，判定指标o比指标t的重要程度处于同等重要与稍微重要之间；
评判标度3：
比较两个指标，判定指标o比指标t的重要程度为稍微重要；
评判标度4：
比较两个指标，判定指标o比指标t的重要程度处于稍微重要与明显重要之间；
评判标度5：
比较两个指标，判定指标o比指标t的重要程度为明显重要；
评判标度6：
比较两个指标，判定指标o比指标t的重要程度处于明显重要与强烈重要之间；
评判标度7：
比较两个指标，判定指标o比指标t的重要程度为强烈重要；
评判标度8：
比较两个指标，判定指标o比指标t的重要程度处于强烈重要与绝对重要之间；
评判标度9：
比较两个指标，判定指标o比指标t的重要程度为绝对重要。
接下来构建判断矩阵，判断矩阵A＝[aot]n＊n，矩阵的具体形式如下表所示：
A
B1
B2
...
Bn
B1
B2
...
Bn
a11
a21
…
an1
a12
a22
…
an2
…
…
…
…
a1n
a2n
…
ann
3.3指标权重向量的计算
权重向量是对指标重要性进行有效理论计算的数学工具。
以上述矩阵为例，对该矩阵的指标权重向量进行计算。
可得
对该矩阵所存在的最大特征值λmax和其最大特征值w相对应的特征向量的计算，采用的是和积法。
首先将该矩阵的每一列用同样的数学语言进行正规表示
可得
再按行相加，可以得到行之间的和向量的计算方式为
向量
对向量进行归一化处理
在对向量进行归一化处理后可以发现，向量w为所求的特征向量。
该矩阵的最大特征根的计算方式为
3.3高速公路安全评价模糊评价模型的建立
建立安全评价模糊评价模型的第一步，是建立因素集。
通过参考前文的评价指标体系，建立的评价因素集具体如下所示：
一级指标（准则层）：
U＝｛b1，b2，b3，
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