高速公路事故預(yù)測(cè)模型研究.pdf

1、高速公路具有通行能力高、舒適、運(yùn)輸成本低、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn),現(xiàn)已成為我國(guó)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分。然而,高速公路運(yùn)輸在帶來(lái)高效、快捷、方便的同時(shí),隨著道路通車?yán)锍毯徒煌ㄟ\(yùn)輸?shù)脑鲩L(zhǎng),也帶來(lái)了諸如交通事故增加等負(fù)面影響。建立高速公路事故預(yù)測(cè)模型可以填補(bǔ)道路事故預(yù)測(cè)體系中高速公路部分的空白,揭示高速公路事故發(fā)生的機(jī)理,掌握交通事故的發(fā)展趨勢(shì),為我國(guó)高速公路交通事故的預(yù)測(cè)和預(yù)防提供理論依據(jù)。 論文的研究依托2004年西部交通建設(shè)科

2、技項(xiàng)目“公路交通安全應(yīng)用技術(shù)研究”中的分課題“公路安全手冊(cè)研究”中“高速公路交通安全分析及事故預(yù)測(cè)方法”部分,研究工作以收集得到的大量的高速公路事故、道路環(huán)境、交通流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以符合高速公路特點(diǎn)與規(guī)律的建模及統(tǒng)計(jì)分析方法等關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)。研究?jī)?nèi)容包括高速公路交通安全影響因素的確定,路段劃分新方法,事故頻數(shù)預(yù)測(cè)模型的建立,事故類型預(yù)測(cè)模型研究,立交橋區(qū)事故修正系數(shù)研究,以及高速公路安全服務(wù)水平等級(jí)劃分方法等關(guān)鍵技術(shù)。 從理論上講,

3、建立事故頻數(shù)預(yù)測(cè)模型考慮的影響因素越多越好,考慮的因素越多,模型的預(yù)測(cè)結(jié)果就越精確,但實(shí)際上任何預(yù)測(cè)模型都不可能涵蓋所有的影響因素,并且考慮的因素越多,用來(lái)建模的樣本量就越少,建立的模型精度也大大降低；另一方面,如果考慮的因素過(guò)多,就會(huì)出現(xiàn)模型可移植性差、不利于實(shí)際應(yīng)用等問(wèn)題。論文從一般性、簡(jiǎn)單性、實(shí)用性的原則出發(fā),在文獻(xiàn)閱讀、對(duì)數(shù)據(jù)整理分析和前述高速公路事故特點(diǎn)和規(guī)律研究的基礎(chǔ)上確定了可能影響事故發(fā)生的最為基本和最為重要的包括環(huán)境、道

4、路線形、交通屬性在內(nèi)的自變量。 路段長(zhǎng)度的劃分是建立高速公路事故頻數(shù)預(yù)測(cè)模型的第一步,路段劃分的好壞直接影響到模型擬合的精度以及模型的應(yīng)用效能。本論文考慮定長(zhǎng)和不定長(zhǎng)方法的不足,并針對(duì)高速公路的特點(diǎn),提出了基于Fisher有序聚類分析的高速公路路段長(zhǎng)度劃分方法,以事故沿道路每公里的空間分布頻數(shù)為聚類指標(biāo)進(jìn)行路段長(zhǎng)度劃分,通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證,一方面發(fā)現(xiàn)按照Fisher有序聚類分析方法劃分路段的結(jié)果能夠使得分段后的事故頻數(shù)很好地服從一定的

5、概率分布,有益于模型的構(gòu)建；另一面,應(yīng)用該方法分段能夠很好地考慮事故的發(fā)生水平,把事故水平相近的鄰近路段劃分到同一研究樣本內(nèi),有助于準(zhǔn)確的量化影響因素的作用,在樣本量不是特別大的情況下,能夠突出兩者之間的關(guān)系。 高速公路事故頻數(shù)預(yù)測(cè)模型研究是論文研究的核心內(nèi)容。論文在文獻(xiàn)綜述、影響因素確定和路段劃分等基礎(chǔ)之上,根據(jù)高速公路事故規(guī)律及其影響因素的范圍、作用模式和相關(guān)機(jī)理,以統(tǒng)計(jì)學(xué)符合度與模型應(yīng)用性兩項(xiàng)指標(biāo)為參照,選取了最優(yōu)的建模方

6、法和技術(shù),在采集和分析充足的道路、交通、事故等特征數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,建立了高速公路交通事故頻數(shù)預(yù)測(cè)模型。論文分別采用Poisson、Negative binomial、ZIP和ZINB的分布形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸,通過(guò)比較4種分布模型的回歸結(jié)果,最終選擇了Negative binomial分布形式的模型,并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證和有效性分析。除了對(duì)事故頻數(shù)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行研究外,論文還用多分變量的邏輯回歸方法建立了事故類型預(yù)測(cè)模型。事故類型預(yù)測(cè)模型就是

7、要建立事故類型與自變量之間的相關(guān)關(guān)系,從而可以預(yù)測(cè)在有事故發(fā)生時(shí),它可能屬于哪種事故類型。同樣可以為事故的預(yù)測(cè)和預(yù)防以及交通管理提供理論依據(jù)。模型的最后結(jié)果表明事故發(fā)生的類型與大小車速度差、大車比例和城市-鄉(xiāng)村變量有強(qiáng)相關(guān)關(guān)系,而與其他變量的相關(guān)性較弱。 為了更進(jìn)一步增強(qiáng)理論研究成果的實(shí)用性,本論文進(jìn)一步探討了具有較高實(shí)用價(jià)值的事故修正系數(shù)(AMF)。論文以立交橋區(qū)為突破口,對(duì)高速公路立交橋區(qū)的事故修正系數(shù)進(jìn)行了研究。論文明確了

8、高速公路“立交安全影響區(qū)”這一概念,分別以500m和100m為統(tǒng)計(jì)單元,研究“立交橋”兩側(cè)共5km范圍內(nèi)的事故發(fā)生水平,確定了立交安全影響區(qū)的范圍,并繪制了立交區(qū)的事故水平分布圖。 作為理論上的拓展研究,更為了進(jìn)一步提升理論研究成果的實(shí)用性,論文探討了在工程實(shí)踐中亟需確立的高速公路安全服務(wù)水平的概念、量化方法及其分級(jí)策略。論文以路段事故的觀測(cè)值與模型估算的均值之間的相互關(guān)系為主線,以“事故均值度量方程”為依托,以事故率為分級(jí)指標(biāo)

9、,借用概率論理論中“置信區(qū)間”的概念把我國(guó)高速公路的安全服務(wù)水平分成了4級(jí),并給定了各級(jí)的量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。這一結(jié)果直接而簡(jiǎn)捷地標(biāo)定了高速公路不同路段所能提供的安全服務(wù)程度,指導(dǎo)工程人員發(fā)現(xiàn)潛在的事故隱患路段,從而進(jìn)行有針對(duì)性的改造和改進(jìn)。 目前國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有成熟的高速公路事故預(yù)測(cè)模型,論文在對(duì)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)高速公路事故建模相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究,得出了一系列有價(jià)值的結(jié)論。本文的研究方法和思路將對(duì)其他道路設(shè)施