基于层次分析法和专家打分法的交叉口交通安全评价研究

基于层次分析法和专家打分法的交叉口交通安全评价研究
平面交叉口的安全评价是对影响道路交通状况有关的人、车、路及环境在内的各种交通要素作系统综合效应评价，是对交叉口进行综合交通治理的必要前提。

鉴于目前通常所用的以交通事故统计为基础的评价方法与基于交通冲突的评价方法都具有很多缺陷，不能在较短的时间内对交叉口的交通安全作出必要的评价；因此根据交叉口交通安全水平的影响因素，综合运用层次分析法、主成分分析法、专家打分法等方法，提出了一种新的交叉口交通安全评价方法，能够准确、省时、省力地评价交叉口的交通安全状况，并提供了实例，结果证明该方法切实有效。

标签：平面交叉口；交通安全；交通安全评价
引言
自从世界上第一起道路交通死亡事故发生后，道路交通安全逐渐成为人们谈论与研究的一个课题[1]，许多国家已经在交通可持续发展中将交通安全放在首位。

道路交叉口是传递路段交通流的节点和枢纽，是路网的关键部分，虽然在空间上占整个路网的很小部分，但从发生交通事故的角度看，平面交叉口事故却占整个道路网事故的很大比例，如美国平面交叉口事故数占总事故的36%左右，我国城市的交通事故大约30%发生在平面交叉口[2]。

由此可见，平面交叉口对于整个道路交通系统的交通安全水平有着十分重要的影响。

平面交叉口的安全评价是对影响道路交通状况有关的人、车、路及环境在内的各种交通要素作系统综合效应评价，是对交叉口进行综合交通治理的必要前提。

由此得到的评价成果可用于道路平交路口的安全状况分析，为寻求交通症结点和优化路网结构提供科学依据，进而提高整条道路甚至整个区域路网的安全水平。

因此，寻求科学、实用的交叉口交通安全评价方法对于我们研究交叉口交通安全问题有着十分重要的意义。

1 问题的提出
关于交叉口的交通安全评价，目前国内外有很多种评价方法，但总体上可归纳为两大类评价方法[3]。

一类是基于交通事故的评价方法，一类是基于交通冲突技术的评价方法。

基于交通事故的评价方法是国内外常用的交通安全评价方法。

这类方法主要有专家经验法、事故绝对数法、事故率法、安全系数法、质量控制法等。

不过上述方法都存在“小样本长周期大区域低信度”等缺陷[4～5]。

交通冲突形成过程与交通事故相似，2者之间的区别在于是否存在损害后果，因此在很大程度上，交通冲突可以代替交通事故来评价交通安全。

交通冲突技术的主要评价模型有：W.D.Glouz模型[6]、冲突率模型、模糊聚类方法等。

但
基于交通冲突的安全评价方法在运用中也存在较多问题：观测数据精度低，评价结果可靠性差，而且观测会耗费大量的人力和時间。

通过以上分析，我们可知以交通事故统计为基础的评价方法与基于交通冲突的评价方法都具有很多缺陷，都不能在较短的时间内对交叉口的交通安全作出正确的评价。

因此，我们迫切需要一种新的方法来评价交叉口的交通安全状况，准确、省时、省力地评价交叉口的交通安全水平。

本文试图从道路平面交叉口本身特点出发，对影响交叉口交通安全水平的关键因素进行研究，并基于层次分析法、专家打分法、灰色聚类法等研究方法，提出一种新的实用的交叉口安全评价方法——交叉口交通安全综合评价法，为我国平面交叉口交通安全管理与改善提供技术支撑。

2 交叉口交通安全影响因素分析
从道路安全角度上讲，交叉口是道路网中最关键、最敏感的因素[7]，其影响因素主要有两类，一类是主观因素，另一类是客观因素[8]。

主观因素主要指人为因素（管理和教育），客观因素则包括车辆、道路、环境等三大方面。

通过资料的搜集和研究，将交叉口可能存在的安全因素按照这四个方面进行分类，然后再对每一大类进行细分，罗列出所有与交叉口交通安全有关的影响因素，并经过现场调查和反复论证，进而确定出我国平面交叉口交通安全问题的主要影响因素；最后，设计出平面交叉口交通安全影响因素调查表，如图1所示。

3 交叉口交通安全综合评价模型的构建
3.1 模型的建立
3.1.1 评价指标体系的构建
通过信息搜集分析和专家咨询，建立平面交叉口交通安全的层次指标体系。

包括目标层A，准则层C，指标层R，即评价对象的因素集合A=C{C1，C2，…，Cn}，C=R{R1，R2，…，Rm}，A为目标层，即交叉口交通安全评价，C为影响A的准则层，R为影响C的指标层。

层次结构图如表1所示（如是无信号交叉口，则没有信号灯准则层）。

3.1.2 因子分析
每一指标对交叉口交通安全水平的影响程度都可以通过专家调查获得，尽管不同专家对某一具体指标的影响程度的看法并非完全一致，但是众多专家的意见能够反映出影响指标的客观规律。

本文选择的专家是具有较深厚的道路交通安全知识或具有较丰富的交通安全实践经验的学者或工程师，并请他们结合自己的知识和经验对所提供的影响指标进行判断和选择。

为使影响指标的分析结果具有较好的差异性，我们把指标对交叉口安全的重要程度采用10级差异表度，选用SPSS 统计软件对影响指标数据进行主成分分析，以几何特征影响指标分析为例：
对几何特征主要包括的9个具体影响指标，利用SPSS软件对其原始样本矩阵进行分析，可得到相关矩阵与参数，如表2、表3所示。

从表2、表3可知，因子载荷矩阵能对变量进行很好的解释。

第1因子的路肩宽度有优势的载荷，可作为1个影响因素。

第2因子中的纵坡度有优势的载荷，也可作为1个影响因素。

第3因子的进口道车道数有优势的载荷，可作为1个影响因素。

第4因子的视距具有明显的优势载荷，可作为1个影响因素。

第5因子的交通岛具有明显的载荷，故可作为1个影响因素。

由于前5个因子的累积方差贡献率已经达到要求，出于精简影响因素的考虑，其他的影响因素不再考虑。

因此，原来几何特征所包含的9个影响因素就压缩为现在的5个，即路肩宽度、纵坡度、进口道车道数、视距、交通岛。

通过对各指标进行主成分分析，信号交叉口交通安全的层次结构图如图2所示（如是无信号交叉口，则没有信号灯准则层）。

3.1.3 确定组合权重
采用层次分析法，分别对准则层和指标层中的各指标之间的相对重要性进行判断，构造比较判断权重矩阵，得到各指标层和准则层因素的相对权重，最后通过组和得到组合权重W，W=？棕1，…，？棕，…，？棕■，其中？棕j反映的是指标层中任意指标Rj对于目标层A的权值，且满足■？棕■=1，00.1，故判断矩阵不具有满意的一致性，需调整。

R6=1 1/5 1/35 1 23 1/2 1WR6=（R61，R62，R63）=（0.1095，0.5813，0.3092）T
AW=[0.3288，1.7472，0.9284]T，？姿max=3.0036
CI=0.0036/2=0.0018，CR= 0.0018/0.58=0.0031<0.10
歸一化处理后层次总排序为：
WR（C11，C12，C13，C14，C15，C21，C22，C31，C32，C41，C42，C51，C52，C61，C62，C63）=（0.0271，0.0279，0.0574，0.1009，0.0189，0.0348，0.1043，0.0512，0.1534，0.0177，0.0532，0.0283，0.0851，0.0263，0.1394，0.0741）
WR可作为无信号交叉口交通安全评价指标的权重。

3.2.2 信号交叉口
C=1 3 1 5 2 1/2 1/31/3 1 1/2 3 1■ 2 11 2 1 2 2 3 11/5 1/3 1/2 1 1/2 1/2 1/21/2 1 1/2 2 1 1 1/23 1 1 2 2 2 1
R1=1 2 1/3 1/5 11/2 1 1/2 1/3 23 2 1 1/2 35 3 2 1 51 1/2 1/3 1/5 1R2=1 1/33 1R3=1 1/33 1R4=1 1/33 1
R5=1 1/33 1R6=1 3 1/31/3 1 1/53 5 1R7=1 1/5 1/35 1 23 1/2 1
WC=（C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7）
=（0.1850，0.1353，0.1990，0.0615，0.10070.1144，0.2041）T
AW=（1.4240，1.0146，1.5263，0.4527，0.7674，0.9441，1.6466）T
？姿max=7.7383，CI=0.1230，CR=0.0932<0.10
同理可得：
WR1=（R11，R12，R13，R14，R15）=（0.1167，0.1202，0.2470，0.4347，0.0814）T
CR=0.05186/1.12=0.0463<0.10
WR2=（R21，R22）=（0.25，0.75）T，CR=0<0.10
WR3=（R31，R32）=（0.25，0.75）T，CR=0<0.10
WR4=（R41，R42）=（0.25，0.75）T，CR=0<0.10
WR5=（R51，R52）=（0.25，0.75）T，CR=0<0.10
WR6=（R61，R62，R63）=（0.2605，0.1061，0.6334）T，CR=0.0333<0.10 WR7=（R71，R72，R73）=（0.1095，0.5813，0.3092）T，CR=0.0031<0.10 归一化处理后层次总排序为：
WR=（C11，C12，C13，C14，C15，C21，C22，C31，C32，C41，C42，C51，C52，C61，C62，C63，C71，C72，C73）（0.0211，0.0222，0.0457，0.0804，0.0156，0.0338，0.1015，0.0498，0.1492，0.0154，0.0461，0.0252，0.0755，0.0298，0.0121，0.0725，0.0223，0.1186，0.0632）
WR可作为信号交叉口交通安全评价指标的权重。

4 实例分析
4.1 基本情况
金港大道交叉口位于镇江市境内，是省道241与镇大公路相交的交叉口。

交
叉口范围内的道路条件为：南北进口为省道241，东西进口为镇大公路；有专用左、右转车道及人行横道线，设置有慢车道，慢车道宽度约3.5m。

4.2 交通安全评价
我们对金港大道交叉口进行交通安全综合评价，5位交通工程人员对交叉口交通安全的指标评分如表6所示。

根据评价等级及白化权函数构造模糊权重矩阵，有：
R=0.3533 0.3474 0.2993 0 00.1502 0.1931 0.2704 0.3863 00.2555 0.3285 0.3613 0.0547 00.3032 0.3898 0.3070 0 00.2951 0.3794 0.3255 0 00.2408 0.3096 0.3693 0.0803 00.1643 0.2113 0.2958 0.3286 00.1496 0.1923 0.2692 0.3889 00.1265 0.1627 0.2277 0.3796 0.10350.3598 0.4126 0.2276 0 00.3020 0.3640 0.3057 0.0283 00.2000 0.2572 0.3601 0.1827 00.2065 0.2655 0.3394 0.1886 00.2555 0.3285 0.3613 0.0547 00.2202 0.2831 0.3646 0.1321 00.3032 0.3898 0.3070 0 00.2894 0.2392 0.4093 0.0620 00.3100 0.3744 0.2874 0.0282 00.3032 0.3898 0.3070 0 0
则可得出评判矩阵及评价结果：
B=W*R=[0.2373 0.2952 0.3008 0.1512 0.0154]
Z=B*V=[0.2373 0.2952 0.3008 0.1512 0.0154]×[9 7 5 3 1]T=6.1751
参照评价等级可知，此信号交叉口安全水平较一般。

5 结语
本文首先对交叉口存在的安全问题进行分析研究，运用查阅相关文献、实地调查等手段，得出影响交叉口交通安全的诸多因素；然后基于所确定的影响因素建立平面交叉口交通安全的综合评价模型，并通过层次分析法、模糊判断法、专家调查法等手段确定交叉口综合评价模型中的相关参数，并以镇江市的一个信号交叉口路为例，对评价方法进行了运用，结果证明该方法切实有效。

参考文献
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[2]刘小明，段海林.平面交叉口交通安全评价方法[J].人类功效学，1997，3（1）：49～53.
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