物元可拓法在道路安全评价中的应用_史桂芳

我国是世界上道路交通事故最多的国家之 一 。尽管近年事故总数有所下降 ,但事故的严重 程度和事故中的死亡风险仍然呈明显的增长趋 势 ,2007 年 , 我 国 每 百 起 事 故 的 死 亡 人 数 高 达 24. 97人 ,远高于其他发达国家 ,为防止和减少事 故的发生及损失 ,对道路的安全性进行分析和评 价 ,查找安全隐患 ,采取各种安全措施 ,可以有效 提高公路交通的安全水平 。
道路安全评价方法简介
可拓评价方法
考虑评价目的 ,道路安全评价可分为宏观安 全评价和微观安全评价 。宏观安全评价的目的在 于研究交通安全水平与经济发展 、机动车保有量 、 人口及其构成的相关因素的关系 ,对被评价的交
数学模型能够处理大量精确性的问题 ,但无 法处理目标和条件不相容的问题 。原因在于 : ① 解决矛盾问题时 ,除了要考虑数量关系以外 ,还要 考虑事物本身和事物的特征 ; ②解决矛盾问题的
V ij
, vi
∈V ij
Kj (V i)
=
ρ( vi , V ij ) ρ( vi , V ip ) 2ρ( vi , V ij )
, vi |
V ij
(6) 式中 :
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通安全状况进行客观的评判 ,并在此基础上制定 宏观的技术和政策方面的道路安全改善性对策 。 微观评价则着重研究道路 、交通及环境因素与交 通事故的关系 ,从不同的角度分析影响道路安全 、 引发交通事故的各种具体因素 ,为改善道路交通 安全状况制订技术与政策措施 。
考虑评价阶段 ,道路安全评价方法分为事后 型和事前型 ,事后型主要针对建成通车的道路进 行安全考察 ,累积统计一定时段内发生的事故数 据 ,鉴定事故多发点 ,挖掘事故发生的原因 ,采取 相应的改善和整治措施 。事前型是从道路的规 划 、设计和建设时期开始对道路的交通安全特性 进行研究 ,防患于未然 ,从深层次的安全机理方面 找原因 ,是 1 种切实可行的 、有效的研究方法 。
rij max ( vi , V ij ) = ma x j { rij ( v , V ij ) } 。
如果指标 Ci 的数据落入的类别越大 ,该指标
赋予越大的权重 ,则取 :
jmax ×(1 + rij max ( vi , V ij ) ) ,
ri = rij max ( vi , V ij ) ≥- 0 . 5
价指标可拓权重数值 。
rij ( vi , V ij ) =
2 ( vi bij -
aij ) aij
,
vi
<
aij
+ bij 2
2 ( bij bij -
vi) aij
,
vi
≥ aij
+ bij 2
(3)
式中 : i = 1 , 2 , …, n; j = 1 , 2 , …, m , 且 vi ∈V ip , 则
n
∑ Kj ( q) =
ai K j ( vi )
(9)
i =1
6) 等级评定 。若 Kj0 ( q) =
ma x j ∈{ 1 ,2 , …, m} Kj ( q) , 则评定 q 属于等级 j 0 。令
Kj ( q)
=
Kj ( q) max j K j ( q)
min j k j ( q) - min j k j ( q)
2) 交通安全设施破损率 。指因道路交通事 故造成交通安全设施损坏产生的费用占整个交通 安全设施价值的比值 。交通安全设施可以对驾驶 员操作不当或来不及反应造成的安全隐患进行修 正 ,可以有效降低交通事故后果 。
3) 100 km 黑点率 。指交通事故多发点的个 数占项目总里程的比值 。事故多发点的存在说明 前期道路设计存在问题 ,如线形不合理引起驾驶
(4)
jmax ×0. 5 , rijmax ( vi , V ij ) < - 0. 5
而如果 Ci 的数据落入的类别越大 ,该指标赋
予越小的权重 ,则取
( m - jmax + 1) ×(1 + rijmax ( vi , V ij ) ) ,
ri =
rijmax ( vi , V ij ) ≥- 0 . 5 ( m - jmax + 1) ×0. 5 , rijmax
标所取的数据范围 ,称为经典域 。
物元节域由同征物元体经典域各参评因素量
值取值范围组成 。
c1 V 1 P
c1 ( a1 p , b1 p )
c2 V 2 P
c2 ( a2 p , b2 p )
R
n ×2
p
=
⁝ ⁝ =
⁝ ⁝
(2)
cn V np
cn ( anp , bnp )
式中 :V iP 为关于 Ci 所取量值的范围 ,即节域 。
1) 亿车 ·km 事故率 、亿车 ·km 死亡率 。国 外进行道路交通安全研究经常使用的安全效果评 价指标有以下几种 :万车交通事故死亡率 、万人交 通事故死亡率 、交通事故致死率 、亿车 ·km 事故 率指标 、综合事故率 、交通事故预测指标等 。笔者 推荐采用亿车 ·km 事故率 、亿车 ·km 死亡率 2 个指标 。这 2 个指标可以综合反映道路状况 、交 通工具的先进性和交通管理水平 ,能够体现出道 路安全评价在项目全过程中所发挥的作用 。
道路安全的评价方法多种多样 ,诸如模糊评 价法 、事故率法 、速度中介法等 ,但是各类评价方 法 ,都存在对定性指标的定量转化处理不够理想 的问题 ,部分评价方法主要靠专家打分进行 ,主观 性较强 ,无法客观的将指标进一步量化 。可拓评 价方法对定量指标的计算大量采用原始数据 ,减 少了其他评价方法数值量化产生的精度损失 ,较 好处理了定性指标和定量指标中质与量的转化 。
收稿日期 :2008212220 修回日期 :2009203210 作者简介 :史桂芳 (1982) ,博士研究生. 研究方向 :交通安全. E2mail : shigf05100504 @163. co m
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cn ( anl , bnl ) … ( anm , bnm )
是同征物元 R1 , R2 , …, Rm 的同征物元体 。
式中 : N j 为所划分的第 j 个评价等级 ; Ci 为第 i
个评价指标 ;V ij = ( aij , bij ) 分别为 N j 关于指标 Ci 所规定的量值范围 , 即各类别关于对应的评价指
量有机结合起来 ,以事物 、特征及事物关于该特征
的量值三者组成三元组 ,记作 R = (事物 , 特征 , 量
值) ,反映了质与量之间的关系 ,可以更贴切地描
述客观事物变化的过程 。不同的物体可以具有相
同的特征元 ,用同征物元表示 。事物的变化以物
元的变换来描述 ,物元理论的核心就是研究物元
的可拓性和物元的变换以及物元变换的性质 。可
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交通信息与安全 2009 年第 4 期 第 27 卷 总 150 期
ρ( vi , V ij ) =
vi -
( aij + bij ) 2
-
( bij - aij ) 2
(7)
ρ( vi , V ip ) =
vi -
( aip + bip ) 2
-
( bip - aip ) 2
(8)
5) 确定待评事物 q 关于等级 j 的关联度 。
可拓学是用形式化的模型从定性和定量 2 个 角度去研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律 与方法 ,并用于解决矛盾问题 。它通过建立多指 标参数的评定模型来完整地反映综合水平 。从 1983 年提出可拓集合以来[122 ] ,由物元分析到可 拓学 ,可拓学已经初步形成了它的理论框架 ,并开 始向应用领域发展 。目前 ,可拓工程方法的应用 主要集中在管理 、控制 、检测 、信息科学 、人工智 能 、新产品构思和机械设计 、医学等领域 ,而在交 通工程领域的应用几乎还是空白 。笔者将以物元 模型和可拓数学为理论基础的多指标非线性可拓 数学综合评价方法[324] 用于道路安全评价 ,以期在 交通工程安全评价中提出新的理论方法 ,同时为 可拓工程方法的工程应用拓展新的领域 。
物元可拓法在道路安全评价中的应用 ———史桂芳 袁 浩 程建川 ,等
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变换 ,有定量的部分 ,也有定性的部分 ; ③经典数
学研究的是确定性的事物 ,而解决矛盾问题却要
考虑事物的转化 (包括量变和质变) 。因此 ,数学
模型难以描述解决矛盾问题的过程 。
可拓方法的理论支柱是基元理论 、可拓集合
(10)
m
∑j K j ( q)
j3
=
j =1 m
(11)
∑Kj ( q)
j =1
式中 : j 3 为 q 的级别变量特征量 。例如 , j0 = 2 ,
j 3 = 2. 8表示 q 属于第二类偏向第三类 , 从 j 3 中
可以看出偏向另一类的程度 。
道路安全评价指标的确定
道路安全评价可以通过运营期实际交通运行 安全效果来进行 ,采用的评价指标 有 4 个[527 ] : ① 亿车 ·km 事故率 ; ②亿车 ·km 死亡率 ; ③交通 安全设施破损率 ; ④100 km 黑点率 。通过这 4 个 指标的确定 ,可以较科学地评价出道路的安全情 况。
( vi , V ij ) < - 0. 5
(5)
n
∑ 则参评指标 Ci 可拓权重值为 : ai = ri / ri , i =1
n
∑ 且 ai = 1 。 i =1 4) 各等级的关联度 。通过待评事物各评价
指标的等级关联度计算相应的等级关联值 ,并确
定待评事物的评定等级 。
2ρ( vi , V ij )
由 R0 、Rp 、R 构成参与评价事物分类 、因素量
值范围和待评事物指标量值 ,列出全部原始数据 。
2) 确定待评物元 。对待评事物 q , 把所检测
得到的数据或分析结果用物元矩阵表示 , 称为事
物 q 的待评物元 。
3) 确定可拓权值 。由待评事物指标量值与经
典域内各等级量值间的简单关联函数确定相应评
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物元可拓法在道路安全评价中的应用
史桂芳 袁 浩 程建川 黄晓明
(东南大学交通学院 南京 210096)
摘 要 简述了各类道路安全评价方法 ,对比分析了可拓评价方法的优点 ,为了提高道路安全评价的 准确性 ,以可拓学的理论和评价分析方法为基础 ,利用道路工程项目定性等级和影响因子构建经典域 物元和节域物元 ,采用物元理论 、可拓集合论和关联函数完成相应的物元模型计算 。结合某高速公路 工程实例进行分析和计算 ,结果与实际情况符合良好 ,适用于道路工程项目安全性评价 。 关键词 道路工程 ;安全评价 ;可拓方法 ;物元模型 ;指标体系 中图分类号 :U491. 31 文献标志码 :A DOI :10. 3963/ j. ISSN 167424861. 2009. 04. 019
拓评价方法的基本思路是 :首先根据待评价事物
的数据资料将事物质量分成若干等级 ,并确定各
等级的数据范围 ,然后将待评事物的指标代入各
等级集合中进行多指标评定 ,评定结果按它与各
等级集合的关联度大小进行比较 ,关联度越大 ,表
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明它与某等级集合的符合程度就越佳 。具体步骤
如下 :
1) 确定经典域与节域 。
R0 =
( m+1) ( n+1)
N N 1 N 2 … N m C V 1 V 2 … V m =
N N 1 … N m
c1 v11 … vlm ⁝ ⁝ ⁝ =
cn vnl … vnm
N
N1
…
Nm
c1 ( a11 , b11 ) … ( alm , blm )
⁝⁝
⁝
(1)
理论和可拓逻辑 。为了用形式化方法处理客观世
界中的各种矛盾问题 ,首先必须研究如何描述客
观世界中的种种事物 。为此 ,可拓论建立了物元
R = ( N , c , v) 、事元 I = ( d , c , v) 和关系元 Q = ( a ,
c , v) (统称为基元) ,作为描述物 、事和关系的基本
元 ,它们是可拓学的逻辑细胞 。其中物元把质与