基于模糊层次分析法的城市道路安全评价

基于模糊层次分析法的城市道路安全评价

近年来，我国汽车产量持续增加，道路交通事故数量、事故数量和经济损失难以确定。我们需要建立一套完整的评估体系和评估方法，对道路进行全面、全面的评估。在评估方面，层次分析法、灰色评价法、模糊评价法和神经网络分析法有一定的局限性。道路安全评估中存在许多影响因素，包括可量化描述因素、定性描述因素和不可预测因素。其推理和评价大多是模糊推理和模糊评价。因此，基于多因素、多目标的系统评价包括对多因素、多目标的多因素的多因素。在这项工作中，我们提取了城市安全评价指标，使用层次分析法建立评价矩阵，确定了城市评价体系中每个指标的权重，然后应用模型理论建立了综合评价模型。城市安全水平的确定和定量不是城市的实际情况。1评价指标的确定正确选择评价指标是构建综合评价模型的关键,为了保证模型的准确性和客观性,指标需要具有以下特点:(1)可比性.由于各个地区的面积、人口、道路交通状况以及经济发展水平存在很大差异,直接采用绝对值进行比较是非常不合理的,应该采用结合“参照指标”的相对指标进行评价;(2)代表性.在道路交通安全评价中,考虑到道路交通系统的3部分为人、车、路.首先,选择人口、机动车保有量和路网长度等3个方面指标.此外,区域的交通安全与当地的客货运输有着密切的关系,因此,引入每100万t货运事故率和每百万人客运量死亡率作为代表;(3)可测性.可测性是指所选择的指标必须是可以统计出来的或可以间接计算出来的.综合上述分析,考虑人口、道路里程、车辆数、客货运输等方面的因素,选取万车死亡率、交通事故死亡率、10万人口死亡率、100万人客运量死亡率、100km事故率、100万t货运量事故率等6个指标构建城市道路安全综合评价体系,见图1.2模型的构建2.1判断矩阵及一致性检验层次分析法是将决策有关元素分解为目标、准则、方案等层次,在此基础上进行定性和定量分析决策.利用较少的定量信息,将决策的思维过程数学化,其建模思想为:1)确定目标层和指标层.如图1所示,目标层为:道路安全综合体系评价值L;指标层:U1为万车死亡率、U2为交通事故死亡率、U3为10万人口死亡率、U4为100万人客运量死亡率、U5为100km事故率、U6为100万t货运量事故率.2)构造判断矩阵及一致性检验.根据层次模型中各层之间的关系,构造出各层之间权重关系的判断矩阵.采用比率标度法对安全评价指标进行两两比较,构造判断矩阵.最后进行一致性检验,由于比较矩阵是人为确定的,不一定能具有完全一致性.因此,当矩阵不具备完全一致性的时候,必须重新调整矩阵中的相对比值,重新计算最大特征向量等,直至比较矩阵具有满意的一致性.最终得到各个指标相对U的权重系数为:W=(w1,w2,…,w6).式中:wi≥0,且∑wi=1.判断矩阵赋值采用德尔菲矩阵构造方法,调查业内1位专家的意见过于片面,邀请过多的专家又不切实际.所以,从课题的实际出发,参考3位交通安全专家的意见得到判断矩阵.将3位专家的意见平均考虑,为了便于计算,A专家取0.4,B专家取0.3,C专家取0.3.CR表示一致性检验结果.权重的计算A=[1425361/411/231/251/2214261/51/31/411/321/321/23141/61/51/61/21/41]一致性检验:CR=0.032<0.1.计算得权重:WA=[0.376,0.130,0.236,0.061,0.158,0.039].权重的计算B=[1237481/211/24261/3215361/71/41/511/221/41/21/32131/81/61/61/21/31]一致性检验:CR=0.024<0.1.计算得权重:WB=[0.396,0.183,0.239,0.053,0.094,0.035].指标权重的确定C=[1243651/2132541/41/311/2531/31/221541/61/51/51/511/21/51/41/31/421]一致性检验:CR=0.078<0.1.计算得权重:WC=[0.367,0.239,0.121,0.170,0.045,0.058].综合A,B,C3位专家的意见,得到最后的6个指标的权重系数为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安全评价矩阵的建立及相关预测模糊评价的思想是基于模糊理论,即利用隶属函数、模糊算子和语言变量进行安全评价.由于道路交通安全的模糊性和多种评价者思维方式的不同,模糊理论恰是解决此类问题的有力工具.隶属函数反映选取的各个评价指标相对于评语集合中各个等级的隶属度,指标集合为U={U1,U2,U3,U4,U5,U6},评语集合V将安全标准定为五级,第一级表示安全状况最佳,第五级表示安全状况最差,评语集合为V={V1,V2,V3,V4,V5}={优,良,中,次,差},各指标对应的评价等级临界值可根据道路安全的总体水平累计频率曲线法确定.第i个指标的因素评价为Ri={ri1,ri2,ri3,ri4,ri5},将它看为V上模糊子集,rij表示第i个指标的评价对第j个等级的隶属度.于是,指标论域和评语论域之间的模糊关系可以用评价矩阵R=[Γij]n×m来表示.评价矩阵R中隶属度的求法很多,典型隶属函数分布形式包括线性差值分布、正态分布、柯西分布、岭形分布或立方函数形式等.选择隶属度函数是任意的,惟一的约束是最大值为1,最小值为0.研究中采用随机选择余弦函数隶属函数分布,交通事故死亡率隶属度如图2,隶属度函数见表1.式中:a,b,c,d,e分别为各个指标安全评价等级的临界点值.c值选取全国各指标均值作为参考,对U1,U2,U3,U4,U5,U6全国2001～2008年的数据统计,预测计算各指标2008～2011年全国算术平均值及确定等级为中的标准临界值c,算术平均值如式(1).ˉYi=1nn∑i=1yik(1)式中:ˉYi为i指标的平均值;n为统计年数量;yij为指标i对应的k年份的数值;i为1,2,3,4,5,6.各个指标的预测值以及平均值为c,计算结果见表2.选取2006年全国31个省市的6项指标,找到累计曲线上10%,30%,45%,60%,80%对应的指标值作为优、良、中、次、差5个等级的临界值,分别记成λi1,λi2,λi3,λi4,λi5见表3.各个指标的中值为基准值,设λij为第i个指标的第j个等级的临界值与全国中值(百分比为45%处)的比值,得到各个指标相对于基数的比值.其中,万车死亡率的临界比值由其他五个指标的评价平均得到,计算结果如表4所列.将λij与平均值ci相乘得到评价指标各等级的临界值点见表5.模糊综合评价B是V上的模糊子集,B=Wue0c9R=(b1,b2,b3,b4,b5).为了更准确地评价道路安全水平,引入道路安全综合评价指数IRS,所表示的含义是综合评价等级系数,具体计算方法如式(2).ΙRS=s∑j=1δjkjδj=b2j5∑j=1b2j(2)式中:IRS为道路安全综合评价指数,考虑道路安全水平在各等级上分布情况的综合值;kj为道路安全服务水平的赋值:(k1,k2,k3,k4,k5)=(10,7,5,2.5,0).δj为bj的修正值.当IRS∈[10.00,8.75]时,V=V1,安全水平等级为优;当IRS∈[8.75,6.25]时,V=V2,安全水平等级为良;当IRS∈[6.25,3.75]时,V=V3,安全水平等级为中;当IRS∈[3.75,1.25]时,V=V4,安全水平等级为次;当IRS∈[1.25,0]时,V=V5,安全水平等级为差.3隶属度的评价计算为了提升张家口市的交通安全状况和交通安全管理水平,在2010年10月开展了张家口市区交通安全规划,使用模糊层次分析对张家口目前的道路综合安全水平进行评价,为后续的改善措施制定提供依据.项目收集张家口市2010年的交通事故、道路数据、货运以及客运数据,见表6.根据余弦隶属度函数,参照表5中的各等级临界值,计算张家口市的等级指标的隶属度概率,得到评价矩阵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)赋值评语集合{优,良,中,次,差},K=(10,7.5,5,2.5,0),根据式(2)计算2010年张家口市IRS指标的数值.ΙRS=5∑j=1kjb2j5∑j=1b2jΙRS=1.63040068+0.035426746+1.775747977+1.00619606+0=4.452010年张家口的IRS=4.45,交通安全综合评价等级为中,处在全国交通安全水平均值以下,存在诸多安全隐患,道路交通安全需要提升.在对张家口市交通安全规划制定目标的时候,需要根据实际的道路情况和整体规划,制定未来张家口的交通事故指标,争取达到良级水平.4模糊层次分析法应用于道路交通安全评价的效果1)根据可比性、代表性、可测性原则.选取万车死亡率、交通事故死亡率、十万人口死亡率、百万人客运量死亡率、百公里事故率、百万吨货运量事故率等6个指标构建城市道路安全综合评价体系.2)