薛 鋒，胡 萍，黃 宇

(1. 西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 611756；2. 西南交通大學(xué) 綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611756；3. 西南交通大學(xué) 綜合交通運(yùn)輸智能化國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611756;4. 成都市交通發(fā)展研究院，四川 成都 610017)

0 引言

隧道是公路交通的瓶頸，具有行車(chē)環(huán)境封閉性的特點(diǎn)，因其交通環(huán)境的特殊性，公路隧道交通安全事故頻頻發(fā)生[1-2]。在隧道里，行駛中的車(chē)輛往往處于一個(gè)較為危險(xiǎn)的交通環(huán)境，車(chē)輛密度、車(chē)速、內(nèi)部光線、空間、交通安全設(shè)施等因素都有可能是引發(fā)交通事故的危險(xiǎn)源。

當(dāng)前，有關(guān)隧道安全評(píng)價(jià)的研究側(cè)重于隧道建設(shè)時(shí)期，如隧道的施工安全、施工方法等，部分的安全評(píng)價(jià)側(cè)重于隧道的照明、消防等單一方面[3-6]。歐美、日本等國(guó)家對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)安全尤為重視，如基于事故和火災(zāi)發(fā)生的概率，按照隧道長(zhǎng)度劃分公路隧道安全等級(jí)[7]。涉及公路隧道交通安全評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建主要集中在兩方面，一方面是以隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境安全視角，從駕駛員相對(duì)不可控的客觀條件方面構(gòu)建評(píng)價(jià)體系。郭延永等[8]考慮氣候和道路環(huán)境等因素，建立了從道路、交通、環(huán)境以及氣候的公路隧道交通安全評(píng)價(jià)體系；胡群芳等[9]針對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)安全，從運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)角度構(gòu)建了以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、養(yǎng)護(hù)維修等3方面組成的公路隧道安全指標(biāo)體系；錢(qián)勇等[10]認(rèn)為交通工程設(shè)施對(duì)隧道安全影響較大，著重考慮道路、交通運(yùn)營(yíng)、交通工程設(shè)施以及氣候4方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)。另一方面是從公路隧道安全全方位考慮，針對(duì)駕駛員的特性因素綜合評(píng)價(jià)。方守恩等[11]通過(guò)分析隧道群路段特征斷面車(chē)輛的速率變化和駕駛員實(shí)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出一種基于速率差和心率增長(zhǎng)的安全評(píng)價(jià)方法；胡江碧等[12]通過(guò)對(duì)駕駛員自身參數(shù)以及相關(guān)特性分析，建立了視認(rèn)距離與亮度需求的關(guān)系模型，得出夜間隧道入口段照明滿足駕駛員安全行車(chē)的需求閾值；杜志剛等[13]通過(guò)大量的隧道進(jìn)出口處視覺(jué)適應(yīng)試驗(yàn)，從駕駛員的視覺(jué)特性角度構(gòu)建公路隧道進(jìn)出口行車(chē)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。涉及公路隧道交通安全評(píng)價(jià)方法可分為定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)兩大類(lèi)。歐洲國(guó)家一般采用定性和定量相結(jié)合的安全評(píng)價(jià)方法且應(yīng)用相對(duì)成熟，如成立于2000年的Euro Test機(jī)構(gòu)的基于風(fēng)險(xiǎn)潛勢(shì)和安全潛勢(shì)的安全評(píng)價(jià)方法；我國(guó)高速公路隧道的建設(shè)起步較晚，定性安全評(píng)價(jià)方面主要集中在交通流理論、聲學(xué)理論、空氣動(dòng)力學(xué)等，形成了一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)體系[14]；定量安全評(píng)價(jià)方面主要采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，其中運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)和灰色評(píng)價(jià)的研究較為廣泛[15]，大都較為主觀。學(xué)者們就降低誤差、尊重客觀事實(shí)這一評(píng)價(jià)特性，楊健等[16]針對(duì)高速公路隧道安全提出了基于改進(jìn)DSmT的綜合評(píng)價(jià)方法；Qu等[17]提出了一種有趣的方法來(lái)開(kāi)發(fā)公路隧道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(QRA)軟件工具，并對(duì)新加坡公路隧道交通安全進(jìn)行了應(yīng)用評(píng)估；Kazaras等[18]分析了隧道基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)交通安全的風(fēng)險(xiǎn)性，引入STAMP模型對(duì)傳統(tǒng)的隧道交通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法做出了補(bǔ)充。公路隧道交通事故的發(fā)生是由多種相互關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)源耦合導(dǎo)致的，單一的因素不具備表征公路隧道整體交通安全的條件，且公路隧道交通安全評(píng)價(jià)是多要素、多層次，具有復(fù)雜隨機(jī)性的、定量與定性結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，本研究引入能夠準(zhǔn)確揭示各種因素之間相互關(guān)系的決策實(shí)驗(yàn)室法[19](Decision Making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL)，DEMATEL是通過(guò)運(yùn)用圖論與矩陣的方法分析復(fù)雜系統(tǒng)中元素的結(jié)構(gòu)關(guān)系，但并未考慮各個(gè)元素權(quán)重的影響，而層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)在計(jì)算各影響因素權(quán)重時(shí)能夠比較各因素的影響程度大小，因此，設(shè)計(jì)AHP-DEMATEL模型來(lái)優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，能夠較為全面地考慮風(fēng)險(xiǎn)因素之間的依存關(guān)系，避免單個(gè)專(zhuān)家意見(jiàn)的局限性，同時(shí)能夠克服干擾性因素引起的評(píng)價(jià)誤差。在針對(duì)某些指標(biāo)的模糊性和隨機(jī)性特性時(shí)，本研究引入云模型的概念以期得到各個(gè)指標(biāo)的隸屬度，實(shí)現(xiàn)定性與定量不確定性之間的映射與轉(zhuǎn)換[20]。

鑒于此，本研究從交通流因素、隧道因素、交通工程設(shè)施因素、其他因素4個(gè)方面，從定性和定量?jī)蓚€(gè)視角構(gòu)建公路隧道交通安全指標(biāo)體系，提出基于AHP-DEMATEL和云模型的組合評(píng)價(jià)方法。模型首先通過(guò)敏感性分析和德?tīng)柗品êY選出評(píng)價(jià)指標(biāo)；然后利用AHP-DEMATEL組合方法，考慮指標(biāo)間的相關(guān)性優(yōu)化指標(biāo)權(quán)重，并采用云模型解決指標(biāo)間的耦合性、模糊性和隨機(jī)性，突出隸屬度；最后通過(guò)模糊數(shù)學(xué)運(yùn)算聯(lián)立求解，得到隧道交通安全的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，以期為公路隧道交通安全的管理者提供決策理論依據(jù)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的初始確定

公路隧道及隧道群，一般位于大山、河流等特殊地理區(qū)段上，具有線形復(fù)雜多變、視距不良、洞內(nèi)能見(jiàn)度低等特點(diǎn)。遵循科學(xué)性、獨(dú)立性、可操作性、目的性等原則構(gòu)建公路隧道交通安全評(píng)價(jià)體系，結(jié)合《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D70/2—2014)[21]以及現(xiàn)有影響公路隧道交通安全狀態(tài)的各種因素，以交通安全評(píng)價(jià)、隧道交通環(huán)境評(píng)價(jià)等已有相關(guān)研究成果及相關(guān)技術(shù)規(guī)范為依據(jù)[22-25]，從交通流、交通工程設(shè)施、隧道條件、氣候環(huán)境4個(gè)方面構(gòu)建公路隧道交通安全評(píng)價(jià)初始指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 公路隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Highway tunnel traffic safety evaluation indicatior system

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選

公路隧道交通安全評(píng)價(jià)影響因素眾多且指標(biāo)構(gòu)成復(fù)雜，初步建立的公路隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系其信息具有重疊性，是一個(gè)復(fù)雜的綜合性評(píng)價(jià)問(wèn)題。因此，考慮將經(jīng)濟(jì)學(xué)中的敏感性分析引入德?tīng)柗品?Delphi Method)進(jìn)行指標(biāo)篩選[15]，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷的方式邀請(qǐng)從事公路隧道交通安全管理領(lǐng)域的資深專(zhuān)家，專(zhuān)家比例為20%的路橋企業(yè)高工，80%的高等院校研究公路隧道安全方面的科研人員，從“系統(tǒng)性、科學(xué)性、目的性、可持續(xù)發(fā)展性、簡(jiǎn)明性”5個(gè)維度對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)打分，最后取每位專(zhuān)家針對(duì)各維度的打分總和作為一位專(zhuān)家的打分結(jié)果。在收集群體專(zhuān)家決策意見(jiàn)后進(jìn)行敏感性因素篩選前，為有效降低專(zhuān)家對(duì)某一領(lǐng)域的偏愛(ài)而產(chǎn)生的誤差，一方面結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)高質(zhì)量文獻(xiàn)中的指標(biāo)進(jìn)行二次確定，另一方面將某一高分值指標(biāo)單獨(dú)進(jìn)行多專(zhuān)家再評(píng)估取最后均值，以此縮小評(píng)價(jià)結(jié)果誤差，使敏感性因素更符合客觀事實(shí)。通過(guò)指標(biāo)篩選，得到公路隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的總平均認(rèn)可程度和敏感性分布，如圖1所示。

圖1 篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)Fig.1 Screening evaluation indicators

經(jīng)濟(jì)學(xué)中，把不確定性因素以及對(duì)目標(biāo)函數(shù)影響程度較大的因素稱(chēng)為敏感性因素。引用文獻(xiàn)[15]的參數(shù)設(shè)置方式，本研究中指標(biāo)敏感性分布值大于或等于4即為敏感性因素。因此，以公路隧道交通安全為頂層目標(biāo)，結(jié)合圖1結(jié)果，篩選出14個(gè)敏感性因素，最終建立公路隧道交通安全評(píng)價(jià)體系，如圖2所示。

圖2 公路隧道交通安全評(píng)價(jià)體系Fig.2 Highway tunnel traffic safety evaluation system

根據(jù)公路隧道交通安全評(píng)價(jià)體系，同時(shí)參考相關(guān)研究成果[7-14]，建立公路隧道交通安全綜合評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在因素層中，車(chē)輛密度、行駛車(chē)速、大型車(chē)占比、最小平曲線半徑、曲線段長(zhǎng)度占比、最大縱坡值、連續(xù)坡長(zhǎng)、隧道內(nèi)外側(cè)風(fēng)速這8個(gè)指標(biāo)為定量指標(biāo)，其余6個(gè)指標(biāo)為定性指標(biāo)。將公路隧道交通安全綜合評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為評(píng)分制，并構(gòu)建各指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

2 公路隧道交通安全組合評(píng)價(jià)方法

考慮公路隧道交通安全評(píng)價(jià)具有模糊性、綜合性的特性，而傳統(tǒng)的AHP法未能排除同級(jí)指標(biāo)間的信息干擾，只討論了下層指標(biāo)對(duì)上層指標(biāo)的影響；DEMATEL方法只僅考慮一種指標(biāo)對(duì)剩余所有指標(biāo)的影響。將兩種方法結(jié)合則形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，既考慮單個(gè)因素對(duì)其他指標(biāo)的影響，又可討論下層指標(biāo)對(duì)上層指標(biāo)的影響，使得到的指標(biāo)權(quán)重更準(zhǔn)確[26]。根據(jù)表2等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)并獲取具有科學(xué)性、可靠性的隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的效應(yīng)量。

表2 公路隧道交通安全綜合評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Comprehensive evaluation criterion for highway tunnel traffic safety

Step 1：利用AHP-DEMATEL法獲取指標(biāo)綜合影響度；

Step 2：根據(jù)正態(tài)云模型獲得指標(biāo)隸屬度；

Step 3：應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)運(yùn)算，得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，識(shí)別隧道交通安全狀態(tài)。具體方法和步驟如圖3所示。

圖3 公路隧道交通安全組合評(píng)價(jià)方法Fig.3 Combined evaluation method for highway tunnel traffic safety

2.1 確定初始權(quán)重Wi

層次分析法(AHP)常應(yīng)用于多指標(biāo)評(píng)價(jià)問(wèn)題，將復(fù)雜問(wèn)題的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂羞f階層次的模型，其主要計(jì)算公式步驟如下：

(1)構(gòu)建影響因素判斷矩陣。采用1-9標(biāo)度法對(duì)同一層次中的影響因素進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建元素重要度的判斷矩陣Aij=[aij]，見(jiàn)式(1)(其中，aij為元素i與元素j相對(duì)于上一層次目標(biāo)的比較結(jié)果，aii=1)。

(1)

(2)運(yùn)用求和法計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax和相應(yīng)的特征向量，見(jiàn)式(2)。

(2)

2.2 指標(biāo)影響權(quán)重的修正

DEMATEL法即決策與試驗(yàn)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室法，其目的在于提煉復(fù)雜系統(tǒng)中的主因素，簡(jiǎn)化其層次結(jié)構(gòu)間所產(chǎn)生的方法論。引入DEMATEL法可優(yōu)化AHP方法得出的基礎(chǔ)權(quán)重：通過(guò)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中各因素之間的邏輯關(guān)系，構(gòu)建直接影響矩陣，從而得到各因素的影響度(fi)、被影響度(ei)和中心度(hi)[19]。

(1)構(gòu)建各因素之間具有影響程度等級(jí)的有向圖。系統(tǒng)因素間的相互影響程度等級(jí)用0～4表示。0分為沒(méi)有影響，1分為影響弱，2分為影響較強(qiáng)，3分為影響強(qiáng)，4分為影響很強(qiáng)，具體表現(xiàn)形式如圖4所示。

圖4 指標(biāo)影響程度有向圖Fig.4 Directed graph of indicator influence degree

(2)建立直接影響矩陣N=[Nij](其中Nij為第i個(gè)元素對(duì)第j個(gè)元素的直接影響程度)。經(jīng)規(guī)范化處理得到規(guī)范化直接影響矩陣B，隨后求得綜合影響矩陣T，見(jiàn)式(3)(其中I為單位矩陣)。

(3)

(3)計(jì)算各指標(biāo)的fi，ei，hi，見(jiàn)式(4)。

(4)

(4)聯(lián)合AHP-DEMATEL法。由AHP法求得的公路隧道交通安全各指標(biāo)初始權(quán)重wi和DEMATEL法求得的隧道交通安全中心度hi，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合影響度αi，并將綜合影響度αi大于0.05的影響因素劃分為關(guān)鍵因素，見(jiàn)式(5)。

(5)

2.3 確定指標(biāo)隸屬度

云模型在描述指標(biāo)的隨機(jī)性、模糊性以及兩者間的耦合作用可起到較優(yōu)的效果，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)評(píng)價(jià)狀態(tài)集與評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的不確定性映射，其最為核心的兩個(gè)內(nèi)容是云發(fā)生器和云的3個(gè)數(shù)字特征Ex(期望值)、En(熵值)、He(超熵值)，其符號(hào)含義與特征如表3所示。模型首先通過(guò)3個(gè)數(shù)字特征Ex，En，He整體產(chǎn)生1個(gè)云粒度，以實(shí)現(xiàn)定性概念到定量數(shù)值的轉(zhuǎn)換，即正向云發(fā)生器；之后通過(guò)已得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成云的3個(gè)數(shù)字特征Ex，En，He實(shí)現(xiàn)定性概念，如圖5所示。

圖5 云發(fā)生器Fig.5 Cloud generator

表3 符號(hào)說(shuō)明Tab.3 Symbol description

設(shè)定量論域U由有限個(gè)具體數(shù)值所組成，C表示定量論域U上的定性概念。若存在定量值x∈U為定性概念C的一次隨機(jī)實(shí)現(xiàn)，滿足：x～N(Ex,En2)，且En～N(En,He2)[14]，且x對(duì)C的確定度滿足：

(6)

則x在論域U上的分布稱(chēng)為正態(tài)云。

(7)

(2)根據(jù)公路隧道交通安全評(píng)價(jià)等級(jí)的區(qū)間邊界值存在模糊性以及相鄰兩個(gè)安全等級(jí)有一半歸屬度的特性，其熵值求解見(jiàn)式(8)。

(8)

(3)生成各評(píng)價(jià)等級(jí)的云圖。計(jì)算得到公路隧道交通各安全等級(jí)正態(tài)云模型的3個(gè)數(shù)字特征Ex，En，He后，通過(guò)Matlab編程生成對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度云圖。

(4)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度矩陣。根據(jù)公路隧道交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)所生成對(duì)應(yīng)的隸屬度云圖，可以得到具體的某一指標(biāo)在對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)下的隸屬度，即可以構(gòu)建各指標(biāo)在不同安全等級(jí)下的隸屬度矩陣B。

2.4 確定綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)矩陣Z。將各指標(biāo)綜合影響權(quán)重矩陣α和隸屬度矩陣B進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)運(yùn)算，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)矩陣Z，見(jiàn)式(9)。根據(jù)正態(tài)云模型隸屬度最大原則，即得公路隧道交通安全等級(jí)評(píng)級(jí)結(jié)果。

Z=α·B=[α1,α2,…,αn][B1,B2,…，Bn]T。

(9)

3 實(shí)例分析

二峨山隧道位于四川省內(nèi)，地處龍泉山脈。二峨山山頂海拔高度784.5 m，隧道全長(zhǎng)2 302 m，日均斷面車(chē)流量約為8 000輛，隧道進(jìn)口設(shè)計(jì)標(biāo)高537.18 m，出口設(shè)計(jì)標(biāo)高514.92 m，雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)時(shí)速40 km/h。

3.1 計(jì)算綜合權(quán)重及確定關(guān)鍵因素

因公路隧道交通安全評(píng)價(jià)體系的各層次因素計(jì)算初始權(quán)重的方法一致，故本研究?jī)H構(gòu)建準(zhǔn)則層的各因素判斷矩陣及求解過(guò)程，因素層各指標(biāo)權(quán)重可依據(jù)準(zhǔn)則層計(jì)算方法求得。

(1)根據(jù)德?tīng)柗品ú⒔Y(jié)合式(1)，得到準(zhǔn)則層判斷矩陣A：

(10)

(2)通過(guò)公式(2)計(jì)算得到其特征向量W=(0.450,0.171,0.260,0.119)T，特征值λ=4.072。

(3)根據(jù)構(gòu)建的準(zhǔn)則層判斷矩陣階數(shù)為4，CI=0.024，CR=0.027，且CR的值小于0.1，符合一致性檢驗(yàn)。

(4)根據(jù)準(zhǔn)則層計(jì)算步驟，也可求出因素層指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 各指標(biāo)初始權(quán)重Tab.4 Initial weight of each indicator

(5)借鑒文獻(xiàn)[25]提出的權(quán)重計(jì)算方法，以V11，V12，V13者為例，利用Matlab編程計(jì)算直接影響矩陣N、規(guī)范矩陣B、綜合影響矩陣T；對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行相似計(jì)算，再應(yīng)用式(3)～(4)計(jì)算各指標(biāo)的影響度、被影響度、中心度，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 各指標(biāo)影響度Tab.5 Influence degree of each indicator

(11)

(12)

根據(jù)得到的各指標(biāo)初始權(quán)重以及中心度，應(yīng)用公式(5)計(jì)算可得各指標(biāo)綜合影響權(quán)重：

α=(0.171, 0.246, 0.082, 0.043, 0.018, 0.038, 0.042,

0.074, 0.052, 0.049, 0.076, 0.038, 0.034, 0.036)T。

(13)

其中綜合影響權(quán)重αi大于0.05的評(píng)價(jià)指標(biāo)有車(chē)輛密度(V11)、行駛車(chē)速(V12)、大型車(chē)占比(V13)、曲線段長(zhǎng)度占比(V32)、最大縱坡值(V33)、路面抗滑性(V35)，是影響隧道交通安全的關(guān)鍵性指標(biāo)。

3.2 構(gòu)建隸屬度矩陣

正態(tài)云模型最關(guān)鍵一步就是確定公路隧道交通安全評(píng)價(jià)正態(tài)云標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)公式(7)、公式(8)計(jì)算得到14個(gè)指標(biāo)在5種評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)下的3個(gè)具體的數(shù)字特征Ex，En，He，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 公路隧道交通安全評(píng)價(jià)正態(tài)云標(biāo)準(zhǔn)Tab.6 Normal cloud criterion for highway tunnel traffic safety evaluation

根據(jù)表6得到的各指標(biāo)在對(duì)應(yīng)安全等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)字特征，依據(jù)各指標(biāo)綜合影響度大于0.05，將其視為關(guān)鍵因素的條件。得到關(guān)鍵因素為：車(chē)輛密度、行駛車(chē)速、大型車(chē)占比、曲線段長(zhǎng)度占比、最大縱坡值、路面抗滑性。通過(guò)編程生成列舉的6個(gè)關(guān)鍵因素在對(duì)應(yīng)等級(jí)下的正態(tài)云圖，進(jìn)而計(jì)算不同等級(jí)對(duì)應(yīng)的隸屬度，結(jié)果如圖6所示。

圖6 6個(gè)關(guān)鍵因素正態(tài)云圖Fig.6 Normal cloud diagram of 6 key factors

根據(jù)圖6關(guān)鍵指標(biāo)因素的云圖顯示，可以較為直觀的得到 6個(gè)關(guān)鍵因素在不同等級(jí)下云圖的期望值對(duì)應(yīng)云模型分布中心，云滴的離散程度(熵值)較小且云滴的厚度(超熵值)也較小，說(shuō)明生成的模型模糊性和不確性較小，即模型生成的隸屬度穩(wěn)定。隨后，根據(jù)生成的云模型隧道交通安全評(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)的正態(tài)云圖，采用隸屬度公式(6)進(jìn)行計(jì)算。由于云模型通常具有一定程度的隨機(jī)性，為了保證隸屬度計(jì)算結(jié)果的可靠性，在編程計(jì)算時(shí)，利用500次加權(quán)平均的方式生成各指標(biāo)綜合隸屬度，結(jié)果見(jiàn)表7。

3.3 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

將所求得到的隧道交通安全指標(biāo)綜合權(quán)重矩陣α與隸屬度矩陣B進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)運(yùn)算，得到最終公路隧道交通安全評(píng)價(jià)結(jié)果，如表8所示。

表8數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，該公路隧道安全狀態(tài)處于非常安全等級(jí)的數(shù)據(jù)值為0.324，處于安全等級(jí)的數(shù)據(jù)值為0.595，處于輕度危險(xiǎn)等級(jí)的數(shù)據(jù)值為0.096，處于危險(xiǎn)等級(jí)的數(shù)據(jù)值為0.002，處于重度危險(xiǎn)等級(jí)的數(shù)據(jù)值為0.001。根據(jù)云模型最大隸屬度歸屬原則，結(jié)果表明二峨山隧道交通安全評(píng)價(jià)等級(jí)為II級(jí)。依據(jù)隧道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，二峨山隧道各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)規(guī)范，隧道內(nèi)各設(shè)施正常運(yùn)行，日常養(yǎng)護(hù)及運(yùn)作情況比較良好，隧道內(nèi)的細(xì)小問(wèn)題能及時(shí)有效解決，隧道整體交通安全狀態(tài)比較良好，調(diào)研結(jié)果與論文綜合評(píng)價(jià)結(jié)果相吻合，檢驗(yàn)了評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。

表8 公路隧道交通安全評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.8 Evaluation result of highway tunnel traffic safety

4 結(jié)論

我國(guó)隧道建設(shè)和使用越來(lái)越多，其主被動(dòng)安全也引起人們的廣泛關(guān)注和研究，隧道交通安全在多個(gè)方面都存在不確定性，所以隧道交通安全評(píng)價(jià)不單單只是不確定性中的隨機(jī)性或模糊性的某一方面，更是復(fù)合型的不確定性評(píng)價(jià)問(wèn)題。論文基于組合模型上科學(xué)性及可行性的考量，從權(quán)重、隸屬度、敏感因素云模型圖、模糊度運(yùn)算、綜合評(píng)價(jià)結(jié)果層層遞進(jìn)，得到隧道交通安全評(píng)價(jià)結(jié)果，并且本研究采用的AHP-DEMATEL和云模型對(duì)公路隧道交通安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，考慮了指標(biāo)間的耦合性和模糊性，評(píng)價(jià)結(jié)果和隧道現(xiàn)實(shí)情況一致，顯示評(píng)價(jià)方法是合理、可行的。該方法具有一定優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在：

(1)將敏感性分析引入德?tīng)柗品ㄟM(jìn)行指標(biāo)篩選。以德?tīng)柗品橹饕碚撘罁?jù)，引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中“敏感性”的概念，以總平均認(rèn)可程度對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行敏感性分析，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)一步篩選，最終定量地確立公路隧道運(yùn)行環(huán)境安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該評(píng)價(jià)方式簡(jiǎn)捷且具有較強(qiáng)的實(shí)用性，評(píng)價(jià)指標(biāo)意義清晰且評(píng)價(jià)值獲取較為容易。

(2)克服了指標(biāo)間的模糊性。采用AHP-DEMATEL結(jié)合的方法來(lái)確定隧道交通安全各評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合影響度，既避免了傳統(tǒng)AHP方法因素之間的相互影響，又克服了DEMATEL方法在等值權(quán)重上計(jì)算的不足，所得的指標(biāo)權(quán)重更優(yōu)。

(3)評(píng)價(jià)結(jié)果更為直觀。對(duì)比文獻(xiàn)[14]，[22]，[24]，[27]評(píng)價(jià)方法所得結(jié)果可知，利用AHP-DEMATEL和云模型組合評(píng)價(jià)的結(jié)果更直觀且更具可靠性，因?yàn)樵颇Ｐ筒粌H得到了各指標(biāo)的3個(gè)數(shù)字特征Ex，En，He，還將指標(biāo)的云圖在不同等級(jí)下的離散程度(熵)和厚度(超熵)直接展現(xiàn)出來(lái)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具說(shuō)服力。