随着地方经济与区域交通的快速发展，现阶段高速公路呈现出服务能力不足的现象，由于骨架路网建设的完整性，高速公路改扩建成为了一种行之有效的改善措施。由于道路改扩建施工期间不间断日常交通流，施工期间的交通流转移将会造成高速公路通行效率低以及交通安全等难题，为保障交通安全并顾及通行效率，综合的评价指标体系以及合理的交通组织方案将非常重要^[1-4]。

高速公路交通运行的重点是安全，而高速公路改扩建期间的交通组织则是安全性保障中的重要一环。影响高速公路改扩建期间交通运行安全的因素有很多，除了引导长度、线形以及交通标志标线的设置等客观因素，还包括驾驶人员的现状运行环境的适应性等主观因素^[5-7]。如何科学合理地构建高速公路改扩建期间交通组织安全性综合评价指标体系以及综合分析进行合理化的交通组织将成为保障交通安全的重点^[8-11]。

高速公路改扩建交通组织的难点有原有交通量大、道路施工与运营并行、节点衔接不顺畅以及受不利气候条件影响较大等特点，本研究结合以上交通组织难点进行综合分析，并提出适应性方案。

本研究利用道路检测设备检测道路各项指标，并根据模型优化以及疏导控制等提出一个高速公路改扩建期间安全交通组织体系，如图 1所示，其中虚线框内有内部联系线条，虚线框外有外部联系线条。

图 1 安全交通组织体系图 Fig. 1 Safety traffic organization system

模型结构主要分为3层，上为指标层获取道路上各项参数信息，并进行分析判别；中为模型层根据分析判别指标优化现有模型，得到更有效安全的交通组织方案；下为综合层发布疏导信息以及安全运行系数等。

高速公路安全运行各项指标体系如图 2所示。

图 2 高速公路交通安全评价指标体系 Fig. 2 Expressway traffic safety evaluation index system

高速公路改扩建期间各段的交通运行均存在差异，根据道路某一段的交通负荷度、环境综合指数以及线型坡度等指标可以确定其安全水平。本研究利用模糊分析法可以判断道路的安全水平，根据评价得到的安全系数对模型进行优化，得到安全有效的交通组织方案体系。

目前，综合评价模型的种类很多，一般分为两种类型：一是直接给出评价结论值，二是根据评价指标的属性给出综合评价水平。高速公路交通安全评价有自身的衡量标准，不可直接给出评价值，最终由评价指标的属性值来确定结果，所以评定结果必须有自身的所属等级。然而，在指标体系中，除了一些定量指标，还存在许多模糊性指标，为了确定指标的评价等级，利用数学理论中的模糊信息对指标进行评价，较好地解决了评价指标的问题^[12-13]。

指标值的隶属度是模糊数学理论的核心，即建立各指标科学合理的隶属函数。模糊理论需先评价指标的隶属度，即标准化指标。根据不同的指标特征，对不同的隶属度函数进行综合评价。根据指标类型，有成本型、效益型隶属函数等；根据形式，将其分为三角形、梯形、矩形、指数以及曲线型分布函数等。

根据现有研究结果，三角和曲线函数可以离散化评价结果隶属度向量，比梯形等函数模糊度小。高速公路交通安全评价指标体系本着科学简单的原则，选择三角形隶属函数来确定评价指标的属性值。

高速公路交通安全评价模型建立：

第一，确定评价指标集，根据高速公路交通安全评价指标体系，本研究采用模糊综合分析法，目标层矩阵：

U={U₁, U₂, U₃, U₄}={道路交通特性，驾驶员特性，交通设施，其他影响因素}。

第二，定义各准则层的指标因素为U_ij，例如U₂={U₂₁, U₂₂, U₂₃}={视觉特性，心理特性，行车视距}。

第三，分析高速公路行车安全，确定各评价指标的权重，本研究利用专家打分得出综合权重矩阵W。

最终确定5个等级的评语集{好，良好，中等，较差，差}，通过三角形函数给出评价矩阵R_i。建立总评价矩阵R及综合权重矩阵W，得出综合模糊评价向量S=W·R，确定结论的等级。

高速公路改扩建施工期间存在道路的合流点等交通隐患，车辆通过道路合流段是一个减速到匀速的过程，即交通引导点到合流点的最小距离应当满足车辆的减速。整个减速过程曲线如图 3所示，其中j_max为减速至匀速；a点为发现事故；b点为开始踩踏板；c点为开始减速；d点为减速至匀速；e点为保持匀速状态。

图 3 车辆减速过程图 Fig. 3 Vehicle deceleration process

t_r为驾驶员反应阶段; t_a为制动协调阶段; t_s为减速至匀速阶段; t_v为匀速阶段; v₁为车辆初速度; v₂为减速至匀速; φ₁为路面摩擦系数；d₀为车辆行驶安全距离。根据公式整理可得^[14]减速距离：

(1)

公式改进增加安全评价等级，定义道路运行安全等级矩阵A={好0.9，良好0.7，中等0.5，较差0.3，差0.1}，当综合评价安全等级较好时，驾驶员受影响程度较小，反应时间t_z较短，反之则更大。

定义安全反应时间t_z=(1-A_i)·2 s；其中2 s是根据车辆具体速度及减速确定的。

安全减速距离：

(2)

根据隧道事故后的车辆行驶轨迹路线，确定车辆变道行驶的条件，具体如图 4所示。

图 4 车辆行驶类型图 Fig. 4 Vehicle running types

(1) 指标属性值

高速公路改扩建期间交通安全指标评语值获取，主要依靠数据调取、实际调查以及有经验的专家打分获得，具体如表 1所示。

(2) 指标权重

为了确定各指标的权重，采用专家问询打分体系对各指标重要性打分，然后构造判断矩阵，计算各指标的权重，并进行一致性检验，即CR < 0.1。最后指标加权平均，得到理想的权重值，如图 5所示。

图 5 指标权重体系图 Fig. 5 Index weight system

(3) 构建模糊矩阵进行评价

根据表 1的数据，构建准则层4个指标交通特性、驾驶员特性、交通设施、其他因素的模糊判断矩阵分别为R₁，R₂，R₃，R₄。

根据图 5可知，准则层以及二级指标层所对应的权值矩阵:

利用软件公式对各项指标进行计算，并将结果构建成模糊综合矩阵R=[S₁，S₂，S₃，S₄]。

其中，S₁=W₁×R₁，S₂=W₂·R₂，以此类推。

最后，高速公路改扩建期间交通安全评价结果向量S=W·R。即S=[0.085，0.309，0.368，0.153，0.029]。

利用最大隶属度法评价矩阵的各个指标，首先通过测评各指标对应的评价参数，形成一个模糊关系矩阵；再利用各指标权重系数对模糊关系矩阵进行计算，得到综合指标的评价等级隶属度矩阵；最后在隶属度矩阵中，隶属度更高的评价等级，将作为评价目标的等级。

根据最大隶属度法可知，高速公路改扩建期间安全评价等级为中等>良好>较差>好>差，其中中等为0.368，良好为0.309，由此可知高速公路改扩建期间道路交通安全等级为中等。

安全减速距离，式中，车辆初速度v₁为76.8 km/h(高速85%车速)和减速到匀速v₂为30 km/h；道路运行安全系数为中等，定义安全反应时间t_z=(1-0.5)·2 s=1 s；驾驶员反应时间t_r为1.2 s；制动器协调时间t_a为0.1 s；减速至匀速时间t_s为0.2 s；路面附着系数φ为0.4及安全距离d₀为10 m。故安全减速距离为110 m。

利用VISSIM软件对路网进行搭建^[15-16]，并输入交通量(3 156 pcu/h)以及大车比例(1:4)，对不同引导节点进行模拟仿真，输出延误时间数据，见表 2。

由于车辆组成中有大货车，为了保证车辆的安全并结合车辆延误，道路应在200 m处设置疏导点。

利用VISSIM仿真模型结合SSAM软件，进一步输出车辆冲突点数据^[17-18]，具体流程见图 6，数据见表 3。

图 6 软件操作流程图 Fig. 6 Software operation flow chart

根据道路疏导节点冲突数据可知，车辆在200 m处趋于稳定，综合车辆延误时间，建议交通组织合流点200 m处开始设置疏导设施，提高车辆的通行效率。

从评价结果看出，高速公路改扩建期间行车安全状态中等，在以上交通运行条件下，交通安全不能得到很好保障，这导致道路改扩建期间交通组织比较混乱，容易引发交通事故，不利于高速公路的整体施工。

通过引入道路运行安全系数对交通组织进行优化分析，并对高速公路改扩建交通组织节点进行仿真，利用VISSIM结合SSAM软件对数据进行综合分析，得到全新的交通组织结构，可以良好地实现车辆减速阶段的转向合流，保障道路交通组织的安全，保障道路施工期间的顺畅通行。该模型评价体系对高速公路改扩建施工期间交通组织有一定的实际意义，并且也具有一定的经济效益性。