公路隧道交通事故特征分析及熵权安全评价法

【摘要】通过对国内外大量公路隧道在运营期发生的交通事故特点的归纳分析，得到公路隧道隧道交通事故的主要特点为多发性、时段性、与长度正相关性、区段性、连锁性及救援复杂性。基于熵权法构建公路隧道安全评价体系，并以某隧道为例证实了该法的有效性。

【关键词】公路隧道； 运营安全； 交通事故特征； 熵权法； 安全评价

1 引言

高速公路安全性是交通管理的重心，我国的公路隧道交通起步晚但是发展较快，但公路隧道运营期安全评价工作还没有展开。目前公路隧道安全主要集中于在修建期的安全评估与安全管理，而对建成后及营运阶段的安全管理研究尤为不足，建立适合我国的公路隧道运营安全评价方法，是我国交通安全管理的迫在眉睫的课题。

2 公路隧道交通事故特点分析

（1）多发性。由于公路隧道内独特的结构形式与行车环境，隧道路段事故明显高于其他路段。以西北某高速公路为例，按照高速公路上发生交通事故地点统计来看，在公路隧道内发生的事故占全线事故总数的26%，高于隧道里程与高速公路里程的比值。（2）时段性。根据高速公路隧道发生交通事故的时间统计来看，在白天发生交通事故的比例占76.41%，雨天发生事故的比例为57.65%，表明公路隧道内白天发生事故的概率更大。（3）长度性。高速公路隧道交通事故主要发生在长隧道及特长隧道内，发生交通事故的次数与公路隧道的长度呈正相关的关系。（4）区段性。将隧道路段分为四个区段，区段1为隧道口前50m，区段2为隧道内前50m，区段3为区段2的接下来100m，区段4为隧道的剩下区域。隧道事故率呈区段分布，其中前3个区段的的事故率为83.7%，为事故多发区段，是隧道事故的一大特点。（5）连锁反应性。在公路隧道内发生交通一起交通事故后，因多米诺骨牌效应会在短时间内产生一系列影响，从而衍生出其他事故。比如在公路隧道内发生油罐车泄露燃烧，因隧道属于单向行驶，后面驶入的车辆若没有获取前方发生交通事故的警告，会继续驶入隧道内，在隧道内发生交通事故，容易造成人员恐慌及现场混乱，从而造成更大的事故。（6）事故的复杂性。隧道内封闭、空间狭小、车人相对比较密集、在发生火灾产生烟雾时会降低隧道内的可视度、与外界联通比较困难，使事故的应急救援产生较大的局限性有。同时隧道内发生交通事故后涉及多个行业管理部门，其应急救援体系不明朗，各管理部门各自为政，缺乏互通，容易导致群龙无首或多头指挥，造成应急救援的失效。

3 熵权安全评价方法

信息熵表示系统的紊乱程度及无序状态，定义为信息量的概率加权统计平均值，即：

（1）

式中：pi为事件的概率，E是事件的函数，为不确定性的表征式。

熵值法是突出局部差异性的权重计算方法，是根据某一指标的差异程度而反映其重要程度。熵值法引用了信息熵评价所获系统的有序度与效用，尽量避免了各因子权重的主观性，因而评价结果更能反映实际情况。在公路隧道安全运营评价体系中，通过对熵的计算确定权重，即根据各项观测指标值的差异程度确定各指标的权重。当各评价对象的某项指标值相差较大时，熵值较小，说明该指标提供的有效信息量较大，其权重也相应较大。熵值法确定权重的步骤为：建立评价体系、归一化处理、熵值计算与熵权定义。

3.1 建立评价矩阵

一级指标中下若设4个二级指标{u1，u2，u3，u4}，包含{安全，基本安全，不安全，非常危险}的评语集合，评价小组对这4个二级指标给出的评价值构成矩阵式：

（2）

式中R为一级指标的评价矩阵，矩阵元rij=dij/N为评价小组中对i个二级指标评定为第j个等级的人数，N为评价小组的总人数。

3.2 归一化处理

首先对直接获取的评价矩阵R做进一步处理，令

（3）

式中：m，n为对应评价矩阵R的行数与列数，处理后得到评估矩阵RV。

再令 为第k行元素之和， 为第k种结果中第j个元素出现的概率，以综合评价矩阵R作为研究系统，则有

（4）

3.3 计算熵值

在含m个指标、n个被评价对象的评估问题中，定义第i个指标的熵为EI：

（5）

式中：

3.4 定义熵权

定义第i个指标的熵值后，第i个指标的熵权可表示为：

（6）

式中：m为指标数，从而求得其余一级指标的模糊评价矩阵与矩阵熵值，评价指标权重向量为：

（7）

4 工程应用研究

以在役某公路隧道为例，采用专家评议法对评价指标重要性比较得到评语集，公路隧道运营安全评价指标体系是对公路隧道运营中的安全管理、隧道结构、交通环境、机电设施系统4个一级指标和19个二级评价指标进行评价。从而可根据评语集合数据建立安全管理、隧道结构、交通环境及机电设施的单因素评价矩阵：

图1 公路隧道运营安全评价体系

由式（3）～式（6）计算可知安全管理因素中的交通管理设置、员工培训、应急预案、防范措施与安全标志及宣传的单因子权重集为{0.147，0.116，0.314，0.056，0.441，0.136}，且安全管理、隧道结构、交通环境及机电设施的熵权评价结果为2.732、2.967、3.631、3.267。所有评价数据属于2.732～3.631之间，表明该公路隧道各级评价指标均满足安全运营要求，同时安全管理与隧道结构评价结果小于3，说明具有一定的欠缺，应该在安全管理及隧道结构方面补强。

5 结论

（1）公路隧道交通事故主要特点为多发性、时段性、与隧道长度正相关性、隧道区段性、连锁反应性及应急救援的复杂性。（2）熵值法是突出局部差异性的权重计算方法，是根据某一指标的差异程度而反映其重要程度。熵值法引用了信息熵评价所获系统的有序度与效用，其评价结果能更反映实际情况。（3）基于熵权及层次分析法对某公路隧道运营状态进行安全评价，该公路隧道各级评价指标均满足安全运营要求，同时安全管理与隧道结构评价结果小于3，说明具有一定的欠缺，应该在此两方面补强。

参考文献

[1]周正兵，孙璐， 李易峰等.基于AHP和模糊熵的高速公路隧道重要度评价[J]. 交通运输工程与信息学报， 2012， （4）：36-43.

[2] 陈红， 周继彪， 王建军等. 公路隧道运行环境安全评价指标与方法[J].长安大学学报：自然科学版， 2013， 33（4）：54-61.

[3] 郭延永， 刘攀， 吴瑶等. 山区高速公路隧道交通运行环境安全评价[J].武汉理工大学学报， 2013， 35（7）：53-58.

作者简介：赵顺良，（1975.11-），青海化隆人，硕士研究生，主要从事道路与桥梁工程方面的研究。