（交通信息工程及控制专业论文）基于贝叶斯网的道路交通事故分析.pdf

捅要 道路交通安全问题是世界上所有国家面临的难题。我国的交通安全形势与其它国 家相比更为严重。交通系统是一个人、车、路、环境构成的复杂动态系统，系统处于 平衡状态时，没有事故发生，一旦平衡被打破，事故便会发生，因此针对交通事故发 生机理进行分析，找出打破这个系统平衡点，导致事故发生的因素是解决交通安全问 题的关键途径。目前交通事故分析方法经历了单因素理论、多因素理论和系统致因理 论、仿真技术等发展过程，对事故分析由了单一的定性、定量的分析到系统观点的定 性定量相结合的方法。本文在分析总结这些研究方法的基础上，针对我国道路交通事 故数据库的特点，提出利用概率安全评估领域中运用广泛的贝叶斯网方法对交通事故 发生机理进行分析。 贝叶斯网理论能较好的处理缺少数据问题，主要用于不确定性知识表达、因果推 理和诊断推理等。我国交通事故数据库中数据多维、稀疏、不全等的不利因素，为有 效地识别和发现事故数据的新模式及其内在规律，本文提出应用贝叶斯网技术全面整 理、分析交通事故数据的思想，并结合贝叶斯网推理应用实例进行具体阐述，利用贝 叶斯网定性和定量分析相结合的特点为交通安全改善提供参考，指导交通改善工作进 行。主要研究成果包括：首先，从人、车、路、环境四个方面对影响交通安全的交通 系统各要素进行了系统分析和归纳，理清各因素与交通事故之间的关系；其次，对贝 叶斯网建模的方法进行了探讨，提出了面向交通事故推理的贝叶斯网建模流程。再次， 给出利用贝叶斯网对交通事故分析的具体建模步骤，包括：网络结构、条件概率确定 方法、概率推理算法，并针对交通系统的“共因失效”问题进行探讨，提出利用贝叶斯 网表达“共因失效”问题的方法。最后，利用前文所提出的建模方法，结合g 1 0 4 线湖 州段一处事故多发路段的3 年的交通事故数据，利用贝叶斯网进行了交通事故定性、 定量分析的实证应用。 关键词：安通安全；贝叶斯网；事故分析；共因失效；参数学习；信息融合 ab s t r a c t t h et r a 硒cs a f e t yi sad i f f i c u l tp r o b l e mt h a ti sf a c e db yt h ec o u n t r i e sa l lo v e rt h ew o r l d a n dt h et r a m cs a f e t ys i t u a t i o no fc h i n ai sm o r es e r i o u st h e no t h e rc o u m r i e s p e o p l e ， 、，e h i c l e s ，r o a d s 锄dt h ee n v i r o n m e n ta r ec 0 m p o s eo fc o m p l e xt a n s p o r t i o ns y s t e m ，t h e o c c u r r e n c eo ft r a f f i ca c c i d e n t sa r ed u et oo n eo rm o r ef a c t o r si nt h es v s t e m t r a f f i ca c c i d e n t a n a l v s i sm e t h o d si n c l u d es i n g l e f a c t o rt h e o r y m u l t i f a c t o r st h e o f y ，c a u s e sa n ds y s t e m s t h e o d ra n dt e c h n i q u eo fs i m u l a t i o n ，e t c t h ep a p e rb a s eo na n a l y s i so fv a r i o u si n f l u e n c i n g f a c t o r so f t r a m ca c c i d e n t sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t r a m ca c c i d e m sd a t a b a s ei no u rc o u n t a i ma tf i n do u tt h em e c h a n i s mo ft r a m ca c c i d e n t s i nr e c e n tv e a r s ，m a n yo fr e s o l v e m st ou n c e r t a i np r o b l e m sh a v ea p p e a r e ds u c ha s e v i d e n c et h e o 取b a y e s i a nn e t w o r k 如z z ys e ta l l dr o u 曲s e tw i t ht h ed e v e l o p m e n to f m a t h e m a t i c a lt h e o r y a n da n i 6 c i a li n t e l l i g e n c e a m o n gt h e s em e t h o d s ，b a y e s i a nn e t w o r k h a sag o o dm a n ya d v a n t a g e ss u c ha si n t u i t i o n i s t i ce x p r e s s i o na b i l i t i e sa n ds t r o n gk n o w l e d g e r e a s o n i n ge s p e c i a l l ya tu n c e r t a i nr e a s o n i n gw h i c hm a k ei tah o tt o p i ci nu n c e r t a i nt h e o r y b a v e sn e t w o r kr e a s o n i n ga r i t h m e t i cp r e f e r a b l ea b i l i t yt oh a n dt r a 硒ca c c i d e n t sd a t a i m p e r f e 甜o n i tp r 0 v i d e sag r a p h i c a lr e p r e s e n t a t i o no fk n o w l e d g e ，c a r r yo u to r i e n t e d 伊a p h d e s c r i p t i o no nc o n s e q u e n c ea n dp r o b a b m t yl i n kb e t w e e nn o d ev a r i a b l e s b a y e sn e t w o r k r e a s o n i n gm o d e l sc a ne a e c t i v e l yi d e n t i 母t h ew e a kl i n k si nt h er e l i a b i l i t yo ft r a f n cs y s t e m t h i sr e s u l tu s e do fb a y e sn e t w o r ka n a l v s i sc h a r a c t e r i s t i c so fq u a l i t a t i v ea 1 1 dq u a n t i t a t i v e c 孤b ep r o v i d e da sr e f e r e n c ef o rr o a ds a f e t yi m p r o v e m e mw o r ka i l d 昏l i d i n gt h ew o r ko f t r a m ci m p r o v e m e m t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r e 弱f o l l o w ：f i r s to fa l l ，f r o mp e o p l e ，v e h i c l e s ，r o a d sa n d t h ee n v i r o n m e n t ，s u m m a r i z i n gt h ee l e m e n t so fa 髓c tt r a m cs a f e t yi nt m n s p o r t i o ns y s t e m ， a n dc l a r i f v i n gt h em e c h a n i s mo ft h eo c c u r r e n c eo f 仃a j f f i ca c c i d e n t s s e c o n d l y ，d i s c u s s i n gt h e m e t h o d so fb a y e sn e t w o r km o d e l i n ga n dp o s eb a y e sn e t w o r km o d e l i n gp r o c e s su s e di n a i l a l y s i s 0 fp r a t i c a l p r o b l e m t h i r d l y ，g i v i n gt h eb a y e sn e t w o r ks t m c t u r e ，c o n d i t i o n a l p r o b a b i l i t ya n da l g o r i t h m so fr e a s o n i n gu s e di nt r a f n ca c c i d e n ta n a l y s i s ， a sw e l la s d i s c u s s i n gt h ei s s u eo fc o m m o nc a u s ef a i l u r ei nt r a f f i cs v s t e ma n dp u tf o n v a r dt h ee x p r e s s m e t h o di nb a v e sn e t w o r k a t1 a s t ，q u a l i t a t i v ea j l dq u a n t i t i v ea n a l y s i so f3 - y e a rt m m c a c c i d e n t sd a t ai nab l a c ks p o to fh u z h o ug 10 41 i n e sw i t ht h eb a y e sm e n h o d k e y w o r d s ：b a y e s i a nn e 铆o r l s ； t r a m cs a f e 哆；a c c i d e n ta n a l y s i s ；c o m m o nc a u s e f a i l u r e ；p a r a m e t e rl e a r n i n g ； i n f o r m a t i o nf u s i o n 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承 担。 作者签名： 日期：岁月多矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 ， 2 、不保密d 。 ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名： 新躲橱 醐叩年歹月矽日 醐：下朋舢 1 1 研究背景 第一章绪论弟一早三百t 匕 1 1 1 道路交通安全形势 自汽车问世以来，全世界死于车祸的人数已远远超过两次世界大战中丧生的 总人数。且随着汽车数量的增加，机动化程度的提高，交通事故日趋严重。在机 动化程度较高以及正在走向机动化的国家中，交通事故是导致死亡和伤残的重要 原因之一。 道路交通事故是一种世界性的公害。纵观世界发达国家所走过的机动化与交 通事故的发展历程，有一个普遍的规律，即经济增长速度、机动化进程与交通事 故的严重程度具有同步性。国际红十字会公布的数据表明，全世界每年死于道路 交通事故的人数达5 0 万余人，受伤者达到5 0 0 多万人，交通事故已成为严重的 世晃性问题【。 我国也不例外。在改革开放以前，我国经济发展缓慢，机动化水平不高，交 通事故情况不严重。但改革开放以来，尤其是进入2 0 世纪8 0 年代中期后，我国 经济进入全面快速发展时期，机动车拥有量增长迅速，伴随着经济进入全面快速 发展，交通事故也明显增加。图1 1 为2 0 0 4 2 0 0 8 年我国道路事故数据统计图， 从图中可以看出，2 0 0 8 年，全国公安交通管理部门共受理道路交通事故2 6 5 5 6 5 起，事故造成7 3 9 9 0 人死亡，直接经济损失4 0 2 7 3 4 万元，分别比上年增长2 4 1 、 3 2 6 、2 8 5 和7 6 6 ；平均每天发生交通事故7 2 7 起，死亡2 0 2 人，直接经济 损失7 1 1 万元1 2 l 。从以上数据看出，我国交通安全形势非常严峻。 图1 12 0 0 4 2 0 0 8 年我国道路交通事故统计结果 当前我国处在道路交通高速发展，而交通事故发生频繁、程度严重的历史阶 段。在交通安全问题已经得到各方高度重视，如何科学、有效开展道路交通安全 改善，预防事故发生就成为亟待解决的问题。 1 1 2 道路交通系统特点 道路交通系统是一个由人、车、路、环境有机构成的耦合系统，各个要素都 对交通安全有着重要影响。前苏联道路安全专家巴布可夫在道路条件与交通安 全一书中写道：根据统计，认为事故中应由驾驶员负责的，德国有8 2 、巴西 7 5 、匈牙利7 4 、意大利4 l 、波兰9 6 ，在道路交通的人、车、路三个方 面只要有两个方面不协调或发生冲突就有可能发生事故，其中尤以驾驶员与车辆 或驾驶员与道路发生冲突时，发生事故的可能性更大【3 1 。 道路交通系统表现出一些突出的特点，具体体现在： ( 1 ) 多态性。人、车、路、环境共同组成交通系统，交通系统的每个组成部 分都具多种不同表现形态的变量，而不是表现为失效不失效或者发生不发生的 二态变量【引。 ( 2 ) 相关性。系统致因理论的分析表明：相关失效( 共因失效) 是交通事故 事故的重要方面l 5 1 。 ( 3 ) 非确定性逻辑。交通系统复杂多变，分析人员不可能面面俱到地分析到 他们之间的关系，有可能遗漏或忽略某些重要因素【6 】。 ( 4 ) 人因交互。交通系统是一个典型的人机交互系统，人在系统中扮演着重 要的角色。 ( 5 ) 事故数据的不完整性和不确定性。交通事故历史数据等，其中大部分都 是不完整、不确定性信息【。7 1 。 交通系统具有上述突出特点决定了，解决交通安全问题必须从一个系统观入 手，通过对交通系统进行分析，掌握交通系统在安全方面的特点和影响因素，以 及因素之间的作用机理，确定各方面因素对交通安全的影响程度，从而为有针对 性、有重点地解决安全问题。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 交通安全分析相关研究 任何事故的发生，必然有其引发原因，而且不同事故的引发原因各不相同， 但是这种因果现象肯定存在一定的规律性。国内外关于道路交通事故原因分析的 理论主要经历了三个阶段【7 j ：单因素理论、多因素理论和系统致因理论阶段。最 早出现也是最简单的是单因素理论，这种理论偏重于对人的分析，把事故简单归 结为由一种原因引起；随后单因素理论逐渐发展成为多因素理论，该理论广泛地 用于各种事故分析，认为在事故分析中，主要应从“人、车、路”三因素着手；国 2 外在2 0 世纪8 0 年代又提出了系统致因理论，该理论以系统的观点对引发事故 的多种因素及其关系进行了研究。归纳起来，单因素理论不能全面系统揭示事故 发生的规律，但当要寻找事故的主要原因时，单因素理论的简单直观性就非常有 用；多因素理论则使人们改变了对交通事故成因的单向性、局部性思维，开始从 社会整体的角度来考虑交通安全问题。然而多因素理论的不足之处在于对多因素 之间的关系及相互影响考虑不够，没有对因素之间的逻辑关系进行深入分析；交 通事故致因理论是从大量的典型交通事故中概括出来对交通事故发生原因的规律 性的抽象阐述，以系统的观点对引发事故的多种因素及其关系进行了研究 【1 0 j 【1 1 】，【l2 1 ，系统致因理论是当前广泛运用于交通事故分析的方法。 在交通安全问题上应用系统化分析方法的研究主要有：w i l l i a mh a d d o n 的交 通事故的哈顿矩阵模型。s a n yr z e i n 和f r a n c i sp n a v i n2 0 0 3 年在哈顿矩阵和事 件链方法的基础上，提出了基于c 3 一r 3 系统的方法【1 3 儿1 4 j 。伦敦事故分析小组 提出的基于系统思想的事件链方法，事件链法按时间顺序，将事故发生前后的一 系列事件联系起来，形成事件链【1 。丌。p k u z m i n s k i 等提出基于事故树的交通安全 分析方法和道路交通系统的宏观事故树模型，通过事故树模型分析了系统事故致 因因素【i6 1 。我国学者王武宏在对驾驶行为理论研究的基础上提出了交通安全系统 研究的模糊事变树方法，针对交通系统中存在的模糊性，将模糊理论应用于交通 事故发生原因的定性和定量分析，针对车辆偏离路面这一事故类型建立了宏观模 糊事变树l l 4 。 交通安全分析研究的另一个方面是利用仿真技术。美国联邦公路管理局、美 国加利福尼亚大学开发了仿真软件、用来模拟交通系统中入、车、路真实运行情 况。美国内布拉斯加大学建立的人、车、路仿真模型，用来研究公路两侧的交通 工程设施的安全性。熊坚等进行了面向交通问题的驾驶模拟器的研究，该模拟器 的研究对象是交通事故模拟再现、交通流特性、道路的服务水平等的仿真，利用 该模拟器，研究了基于驾驶模拟器的交通安全评价方法【l 引。陈涛采用基于 m u l t i a g e n t 理论研究了交通环境中自由行驶车辆的行为模拟对人一车一路( 环 境) 联合运行虚拟仿真的理论和实现方法进行了研究i l 9 1 。 1 2 2 贝叶斯网络在安全分析中的应用 近年来发展起来的贝叶斯网络技术，具备很强的处理不确定性问题能力，既 能用于推理，还能用于诊断，非常适合于安全性评估【2 1 】【2 1 1 。利用贝叶斯网络进 行概率安全评估的优点主要包括： ( 1 ) 具有完善的数学基础，具有描述多态性、非单调性、依赖关系和非确定 性逻辑关系的能力； ( 2 ) 网络结构图形式表现因果关系易于理解，并且容易通过专家经验获取； ( 3 ) 通过参数学习实现网络的定量化，实现定量评估分析； ( 4 ) 有丰富反而推理算法，能作诊断分析和因果分析； ( 5 ) 易于整合各种证据，可以综合专家经验和测试、运行信息： ( 6 ) 存在各种成熟软件支持； 正是基于以上优点，近年来贝叶斯网络在可靠性、安全性领域中得了广泛关 注。目前国外对核电站软件系统的安全性进行评估的方法主要采用贝叶斯网络。 b o b b i o 等对故障树和贝叶斯网进行比较分析，指出了贝叶斯网络在可靠性分析中 的强大优势，研究了故障树向贝叶斯网络的转化方法【2 2 1 。d u g a n 等对动态故障树 的转化成离散时间贝叶斯网的方法进行了研究【2 3 1 。近年来，国内学者也开始致力 于研究贝叶斯网络在可靠性、安全性分析中的应用。霍利民等给出了一种基于最 小路集的贝叶斯网络构建方法，并将其应用于电力系统可靠性评估中【2 4 1 。王广彦 等研究了贝叶斯网络中节点、连接强度与故障树中事件、逻辑门之间的映射关系， 并对两者进行了比较【2 1 1 。刘勃等研究了基于贝叶斯网络的计算机网络安全评估方 法【25 。，张超等研究了基于贝叶斯网络的故障树定量方法，给出了一种基于桶排除 法的故障树顶事件概率计算方法【2 6 1 。 近年来，国内外在对贝叶斯网在交通中的应用进行了一些研究，美国联邦道 路局主持开发的道路安全核查与安全设计软件“交互式道路安全设计模 型”i h s d m ( i n t e r a c t i v eh i g h w a ys a f e t yd e s i g nm o d e l ) ，中加入了用于事故预测的贝 叶斯网分析模块。e n r i q u ec a s t i l l o 等提出利用贝叶斯网进行交通流预测的方法 【2 8 l ；国内也有部分学者将贝叶斯网应用于交通事故的分析中。杨震【3 0 建立了基 于贝叶斯网交通事故持续时间预估模型【2 9 1 。秦小虎等利用贝叶斯网，建立了基于 车速交通事故预测模型【2 9 】【30 1 。林震等利用贝叶斯网对交通事故持续时间进行估计 1 3 l j ：郑恒等基于路侧交通安全评价指标体系，提出公路路侧安全评价的贝叶斯网 方法【3 1 1 。 1 3 研究意义 道路交通事故分析是一个不确定性推理过程，经历了定性分析到定量分析最 终的定性分析与定量分析相结合的方法过程。利用贝叶斯网处理不确定性问题的 优势，对道路交通事故发生机理进行定性与定量分析，相比模糊事件树、事故树 等系统化分析方法，在表现节点的多态性和推理算法的高效性等方面有明显优势， 更适合分析交通系统问题。 交通事故的发生是人的失误和其它要素的缺陷相互复杂关联、共同作用的结 果因而致，交通系统的安全改善必须在弄清系统相关因素相互关系的基础上，采 取综合的、系统化的、针对性的措施，而不能是相互孤立地、片面地对各个因素 进行改善。因此，解决交通安全问题的前提是：对交通系统进行系统化的安全分 析，了解系统各要素及其相互作用与安全的关系，掌握系统的安全机理。在国内 4 外尚不完善的道路交通系统( 特别是具体路段下的微观系统) 安全分析技术的情 况下，本文提出基于贝叶斯网方法对具体路段进行系统化微观分析，在分析掌握 交通事故的特点和影响囚素的基础上开展综合评价，为交通安全的改善明确方 向和实施重点，无疑具有很大的理论意义和实用价值。 1 4 主要研究内容 本论文以道路交通系统中人、车、路、环境作为研究对象，以系统工程理论、 概率统计方法中贝叶斯网为理论基础，首先对交通系统涉及各组成要素与交通事 故的关系进行归纳总结，并分析了贝叶斯网理论在交通事故分析应用中建模的方 法流程及推理算法；在建模方面，对贝叶斯网理论在交通事故分析应用关键技术 进行了研究，考虑了多态变量、变量间的相关性，以及如何更好地表达变量间的 不确定性关系；在分析方面，考虑到贝叶斯网既能进行前向的预测推理，又能进 行后向的诊断推理，给出了用于交通事故分析的重要度指标、后果概率等指标， 利用这些指标能够方便地找出系统的薄弱环节。最后在前述的研究基础上利用 g 1 0 4 国道湖州段一处事故多发段事故记录数据，建立了交通事故分析贝叶斯网模 型，并进行了推理分析。 1 5 论文结构及章节安排 本论文在分析交通系统和我国交通事故数据库特点的基础上，针对当前交通 事故分析方法的不足，提出利用贝叶斯网进行道路交通事故分析的方法，共分6 章。 第一章，阐述论文研究的背景，分析我国交通安全的形势和交通系统的特点。 在此基础上根据解决交通安全问题的途径，在总结分析国内外相关研究的历史与 现状的基础上，提出论文研究的主要问题，分析研究的意义，给出了论文的主要 内容和框架。 第二章，详细分析了道路交通系统组成要素：人、车、路、环境与交通事故 之间的关系。从人、车、路、环境与交通安全的关系入手，详细阐述了各项指标 对安全的影响。 第三章，对贝叶斯网的基本概念进行阐述、给出了针对实际问题的贝叶斯网 建模方法，总结了推理算法，最后用一个汽车启动诊断贝叶斯网模型介绍贝叶斯 网实际应用。 第四章，在交通系统分析中引入贝叶斯网分析方法，指出交通系统中存在“共 因失效一问题，提出交通系统共因失效概念。并对交通事故分析贝叶斯网建模方 法、交通事故分析贝叶斯网模型的结构确定、模型节点参数的确定方法进行了研 究，并给出了用于交通系统推理分析的后果概率、重要度等指标。 5 第五章，以g 1 0 4 湖州段事故记录数据为基础，构建其贝叶斯网模型，并利 用所建模型对交通安全问题进行定性定量分析。 最后，对论文的主要研究结论和创新点进行归纳和总结，对论文进一步深化 研究工作进行展望。 1 6 小结 本章分析了我国道路交通安全的现状和发展趋势，分析了道路交通系统的特 点。在总结分析国内外相关研究基础上，根据解决道路交通安全问题的途径提出 了论文研究的主要问题，分析了其研究的意义，确定了论文的主要内容和框架。 6 第二章道路交通安全影响因素分析 道路交通系统是一个由人、车、路、环境构成的耦合系统，各个要素都对交 通安全有重要影响。本章归纳总结交通系统各要素与交通事故关系基础上，进一 步理清交通系统各组成要素之间的相互作用关系，为后续的研究做好铺垫。 2 1 交通事故与道路交通系统特点 道路交通系统是一个由人、车、路、环境有机构成的耦合系统，各个要素都 对交通安全有着重要影响。我国道路交通事故原因的统计结果显示大多数道路交 通事故是由于驾驶人、车辆、道路和交通环境等之间协调性失衡造成的3 2 】 【3 3 1 。 道 车辆 人 图2 12 0 0 7 年我国道路交通事故原因统计结果图 图2 1 为2 0 0 8 年我国道路交通事故原因的统计结果，其中由于驾驶人单方面 原因造成的交通事故次数占总数的5 7 。然而在由于驾驶人原因和道路、车辆两 者或三者共同作用造成的交通事故占3 6 ，这说明有相当一部分交通事故的深层 次原因属于不良的道路因素和车辆因素所致。 图2 2 交通系统各要素关系图 图2 2 为交通系统各要素关系图，从汽车、驾驶员和道路这三者之间的信息 传递过程看，驾驶员是道路交通系统的中介环节，在直接感知外界道路环境信息 7 和汽车本身的状态信息同时，利用这些信息再加上其他一些考虑因素如：驾驶员 驾驶经验的多少、心理和生理的限制以及疲劳程度等及有关道路交通法规等，从 中决策出操纵汽车运动的有关指令信息。一切交通活动都是发生在人、车、道路( 含 交通环境) 这个系统之中的，这个系统中任何一个组成部分的正常机能受到破坏， 都有可能引发道路交通事故。 由于道路交通的系统性，其交通安全问题必然要用系统的观点去认识和解决。 下面较为全面地阐述系统各要素对交通安全的影响。 2 2 驾驶员因素与交通事故影响分析 2 2 1 驾驶员信息处理过程和行为 驾驶员驾驶车辆在道路上行驶的过程是一个不断对交通环境信息的动态处理 过程。信息处理过程包括3 个阶段【3 4 1 。驾驶员操作行为如图2 3 所示： 图2 3 驾驶员操作行为示意图 2 2 2 驾驶员因素与交通事故相关性 影响驾驶行为的因素有很多，除车况、路况等交通系统组成因素外，驾驶员 自身的经验、情绪、心理和生理特性对行为也有影响。驾驶员驾驶行为形成的主 要影响因素对驾驶行为各阶段的制约程度不同，而且各因素对同一阶段驾驶行为 和各阶段驾驶行为的影响程度也是不同，因而驾驶失误的致因是极其复杂的。总 结归纳与交通事故相关的驾驶员素如图2 4 所示【3 7 1 ，【3 8 1 ： 图2 4 与交通事故相关的驾驶员因素 ( 1 )驾驶员的生理状态 驾驶员的生理状态主要是指与驾驶有关的生理状况：如饮酒、疲劳、患病等。 饮酒之后，酒精会降低大脑的抑制功能，对驾驶操作的各个方面都会产生不利影 响，易产生一些激烈驾驶行为。疲劳会使驾驶员动态视觉机能难以正常发挥。疾 病会使驾驶员身体不适，动态视觉难以持续保持良好状态，对驾驶员的感知和观 察等产生不良的影响。所以，饮酒、疲劳时应禁止驾驶车辆。 ( 2 )驾驶员的年龄、驾龄 年龄因素对动态视觉的影响是非常明显的。罗德维夫等提出，年龄因素对驾 驶员动态视觉特征的影响表现为负效应。即动态视觉特征衰退得比较早，而且衰 退速度比较快，l 删。日本人曾对2 6 9 7 名1 8 7 0 岁的职业驾驶员进行动视力检测， 结果也得出了同样的结论。他们认为，随着年龄的增长视觉机能下降。基于上 述理由，对于年龄较大的驾驶员在驾车时必须要做出合理的限制。 通过驾驶员作进一步分析可知，机动车驾驶员随着驾龄的不同，肇事的几率 也不同，2 0 0 8 年宁波市各驾龄段发生的道路交通事故比例分布如图25 所示。一 般而言，驾驶员随着驾驶经验的增加，发生事故的可能性将减少。对刚刚获取驾 驶资格的人员( 即驾龄1 年以内) 驾车往往比较小心发生事故的几率很低。随 着驾龄的增加，驾龄达到l - 3 年时，驾驶员技术提高过分自信加之此时，驾 驶员车瘾最大。出车机会多，导致了发生交通事故的可能性增加，这个阶段一般 是事故的高发期，但随着驾驶时间的进一步增加，技术日益熟练，发生事故的可 能性又会逐渐降低，或许其间有所反弹，但最终还是降低的趋势。因此为了降低 驾龄较短的驾驶员发生事故的几率，应该加大力度对其实施安全教育和技能培养。 图25 不同驾龄与事救攻数和致死事故次数之间的关系 ( 3 )驾驶习惯 o 驾驶习惯可分为正常驾驶和攻击性驾驶。近几年来，在交通量较大的路段， 道路交通环境日益拥挤，作为这种空间竞争的结果，驾驶紧张和驾驶问题越来越 突出。国外调查发现攻击性驾驶习惯与酒后驾驶、过度疲劳驾驶一样，己成为危 害交通安全的一种重要因素。因此，结合特定的情景因素，研究驾驶行为的心理、 生理影响因素以及干预对策日渐必要。美国、英国、加拿大等国的学者对驾驶紧 张、攻击性驾驶行为进行了大量的研究。在我国，这方面四川大学李凤芝对攻击 性驾驶进行相关研究【3 7 】。攻击性行为( 包括攻击性驾驶和武断驾驶行为) 反映驾驶 者心理特征的驾驶愤怒、驾驶紧张的心理特征与报复、攻击行为，如：有意追尾、 堵截、骂人、鸣笛等。攻击性驾驶是具有一定心理原因的复杂的社会现象，国外 调查发现，不同的性别、年龄、文化程度和社会阶层，攻击性驾驶的发生不同， 攻击性驾驶行为与个性心理和社会因素关系密切。由于个人的行为受社会风俗、 习惯、价值观和社会期望值的影响，因此，需要在一定的社会意识形态中认识攻 击性驾驶行为及其影响因素。研究评价攻击性驾驶，对攻击性驾驶行为及其心理 影响因素进行调查和分析，为今后驾驶环境的管理，减少车祸事故，保护人民心 身健康提供参考。 2 3 车辆因素与交通事故影响分析 车辆方面导致交通事故的因素较多，几乎所有与车辆运行相关的子系统及其 部件的性能都与事故相关。汽车在规定的条件和时间内，不能完成规定功能的现 象称为故障，任何类型的故障都可能直接或间接的导致事故发生。故障一般按发 展过程分为突发性故障和渐发性故障【4 。突发性故障是突然发生的，在发生之前 没有任何迹象表明要发生故障。渐发性故障是指汽车由正常使用状况转化为故障 状况是逐渐进行的。现将与交通事故相关的车辆因素作如下归纳： 图2 6 影响机动车安全的主要因素 表2 1 是我国2 0 0 8 年发生的与车辆故障相关的事故情况，这些事故合计占 当年事故总数的9 以上，造成的死亡人数合计占总数的1 0 以上。汽车故障的 发生不但与运行工况和汽车本身的原因有关，同时也与使用者能否正确地使用汽 车有关。在表2 1 中，除了机件故障和爆胎两项，其它的故障类型都与驾驶员有 直接和间接的联系，驾驶员没能及时的察觉故障带来的隐患也是这些事故发生的 1 0 重要原因。 表2 1 我国事故统计资料中与车辆故障有关的事故情况( 2 0 0 8 年) 次数死亡 类型 数量百分比数量百分比 机件故障 2 0 0 90 4 5 6 3 9o 6 5 爆胎 l l3l0 2 5 3 2 7 0 3 3 驾驶制动失效 8 7 50 2 0 4 5 1o 4 6 机动车制动不良 2 4 4 l0 5 4 9 4 00 9 5 转向失效 1 6 30 0 4 7 00 0 7 灯光失效4 9 5o 1 l 1 7 70 18 其它机械隐患 8 0 50 1 8 2 3 lo 2 3 其他机动车原因 3 2 9 7 67 3 2 7 3 0 07 3 8 合计 4 0 8 9 59 0 9 1 0 1 3 5l o 2 5 汽车作为一种机器设备，其故障的发生是有一定规律的。对于汽车总成故障， 其规律可用如图2 7 所示的浴盆曲线表示【4 1 1 。其中k l ) 为故障率，l 为使用时长。 坂l ) l 期 图2 7 浴盆曲线 掌握了汽车故障发生的规律就可以根据车辆的使用情况及时地进行保养和 检修，预防故障的发生，减少因车辆故障带来的事故隐患。 2 4 道路因素对交通事故影响分析 从2 0 0 8 年事故统计资料来看，主要原因被记录为各种道路因素的事故占事 故总数的比例不足3 ，如此低的比例与事故处理和统计过程中，着重于驾驶员 责任的认定而忽视分析道路等其它因素有关。但并不能因为统计资料中的比例就 认为道路因素在事故中的作用很小。前苏联学者通过对1 3 0 0 0 起交通事故和事发 地点道路特征的分析，得出结论：不良道路条件的影响是7 0 交通事故的直接或 间接原因，这一结果得到了欧盟相似研究成果的印证1 4 2 。 影响交通安全的道路因素主要包括：线形、交叉口类型、视距、路面条件等。 随着对道路交通安全问题重视程度的不断提高，美国等发达国家对道路线形、速 度与安全的关系进行了广泛深入的研究，如美国学者建立了关于运行车速与道路 线形影响因素关系的研究并建立了相应模型【4 3 1 ，p a r k 等透视图进行线形连续性的 分析，s m i t h 等提出了利用透视的方法评价道路三维空间，提出了一系列确保连 续性设计的推荐值。美国联邦道路局的“交互式道路安全设计模型”i h s d m ，是目 前国际上发布的唯一的道路安全设计计算机应用系统【4 2 1 。国内学者对研究道路条 件对交通安全的影响以任福田提出“道路线形设计新理论”该新理论为代表，提出 现行以汽车行驶理论为基础的道路设计理论不足，要求道路线形设计新理论以用 路者的交通需求和生理、心理反应特征作为道路线形设计的理论基础，用动的观 点设计路线的各个元素力求协调。 本节从道路平面、纵断面、横断面几何要素与交通安全的关系入手，详细阐 述了线形设计中各项指标对安全的影响，下图是影响交通安全的道路因素总结图。 图2 8 道路线形要素对交通安全影响 2 4 1 道路几何条件与交通安全的关系 2 4 1 1 道路平面线形要素与交通安全的关系 道路平面线形主要包括直线、平曲线，我们将对直线、平曲线半径、平曲线 转角这三个方面分别讨论对交通安全的影响。 ( 1 )直线段长度对交通安全的影响 直线是道路平面线形的基本要素之一，在线形设计中使用频率最高。统计发 现，直线段过长或过短都会使事故率偏高。过长直线段由于线形过分单调，容易 引起驾驶员疲劳，反应迟钝，判断出错，遇到突发情况，来不及反应而造成车祸。 直线段长度过短又会使驾驶员转弯操作频繁，工作强度大，同时也会导致线形的 过快变化，容易诱发事故。德国的一项研究成果表明，驾驶员在直线段上正常行 驶超过7 0 秒钟后就会感到单调。如果不需要超车，4 8 k m 长的直线段就会使驾 驶员感到烦躁，甚至打磕睡，带来灾难性的后果【4 4 1 。过长的直线段还容易使驾驶 员产生想尽快驶出直线段的心理，不知不觉中造成超速行驶。因此直线不宜过长， 否则会带来不利影响。 ( 2 ) 平曲线半径对交通安全的影响 1 2 车辆行驶在直线和曲线组成的道路之中，由直线段进入曲线，车辆在曲线上 行驶时速度会降低，速度降低得越大，发生错误操作和事故的可能性就越大。目 前许多双车道道路，在设计时就存在一些小半径平曲线，导致曲线上发生的平均 事故率比较高。统计结果显示：在美国的乡村道路上，有3 0 4 0 的事故是在 平曲线上发生的，在二级道路上的比例达到5 5 6 0 【4 5 1 。英国学者格兰维尔 通过实验调查研究了道路平曲线的曲率和道路交通事故率的关系，得到平曲线的 曲率和道路交通事故率的关系图如2 9 所示。 露 攀 亳 纂 珏 签 l 。- - l f ，l !， 1 7 ”“瞄l u x ，l 寥苏馒降区i 、 译 仝 jo i 、 、j l 囊星墓是蠡萎蔫善晷景墓墓毫星塞塞墓誊基耋 平酋竣半径“) 图2 9 平曲线的曲率和道路交通事故率 ( 3 )平曲线半径和邻接直线长度对交通安全的影响 由于适应性的影响，车辆在长直线道路上等速行驶一段时间后，驾驶员的速 度感减弱，会无意识的超速，从而造成速度判断错觉。这种错觉会给行车安全带 来极大的隐患，尤其对于汽车在弯道行驶时更加不利。汽车在直线和连接直线的 曲线过渡过程中，如果速度变化过大，则容易发生事故。因此直线不要设置过长， 直线段的长度应和适当的曲率半径曲线配合。美国联邦道路管理局( f h w a ) 的道路 安全信息系统( h s i s ) 对两车道乡村道路上平曲线和直线长度的安全性关系数据进 行研究，分析发生在平曲线上的事故率是否随邻接直线长度的增加而增加以及其 影响随平曲线半径的不同而变化的情况。在分析研究过程中，对研究数据按平曲 线半径值和邻接直线长度进行分类，见表2 2 所示。 表2 2 平曲线半径和何接直线长度分类 平曲线半径分类 范围( m ) 直线长度分类 取值( m ) r l o r s 2 0 0 t l o t s l 5 0 r 2 2 0 0 r s 3 4 0t 21 5 0 t s 3 0 0 r 3 3 4 0 r s 5 0 0 t 3 3 0 0 t 5 0 0 r 45 0 0 r s 8 8 0t 45 0 0 8 8 0 - t 5 1 2 0 0 2 4 0 0 啪渤薹；伽枷鼬湘触猫燃瑚o 道路交通事故率用每百万车每年事故次数来表示，并对应于半径和直线长度 分类。图2 1 0 表示了在各个半径分类下不同直线长度对应的百万车每年事故率。 图2 1 0 按直线长度分类的每百万车每年事故发生率 ( 4 ) 平曲线设置频率对安全的影响分析 弯道是线形的重要组成部分，没有弯道的过长直线在设计中是不可取的，但 太多的弯道个数会造成环境复杂，强迫驾驶员过多过快地接受信息，有时采取措 施不及时或稍有疏忽便会发生交通事故。 2 4 1 2 道路纵断面线形要素与交通事故的关系 道路纵断面线形要素主要包括：坡度、坡长、竖曲线半径等。纵断面线形对 交通安全的影响也十分显著，往往是导致事故的直接原因。道路纵断面会对汽车 的爬直坡能力是限定。由于各种汽车构造、性能、功率不同，它们的爬坡能力也 不一样，纵坡大小对载重汽车的影响比小汽车显著得多。汽车在陡坡上行时，必 然导致车速降低。若陡坡太长，爬坡时，机件磨损增大，驾驶条件恶化，易出现 汽车轮胎与道路表面摩擦力不够会引起车轮空转打滑，甚至有向后滑溜的危险， 发生交通事故。沿长陡坡下行时，长时间减速、制动，也会造成制动器发热失效 或烧坏，从而导致交通事故。因此，有必要对纵坡的大小和坡长与交通安全的关 系进行分析。 ( 1 )坡度、坡长对交通安全的影响 国内外的研究一致认为，道路纵坡对交通安全的影响非常大，尤其当坡度比 较大时，事故率明显增大。莫斯科道路学院研究表明，发生在道路坡度路段的交 通事故在平原地区占7 ，在丘陵地区占l8 ，在山区占2 5 ，而且坡度越大， 交通事故率越高【4 引。前苏联、德国、日本、奥地利等国家的道路交通安全研究人 员通过对已有的道路交通事故率与纵坡坡度关系的分析，提出了纵坡对于行车安 1 4 o 5 o 5 o 5 o 3 2 2 ， ， o o 一摹一静塔僻 全的影响系数值，见图2 1 l 所示。 缨缓攀譬教馥“再凳移j 。f ej蜀 | t x - ，一 o _ 一 、hl l 一 _ 甓 母_ 。 _ _ 一 s 6 4 2246g 彩 敬缓蟊 串g 图2 1 l 事故率与纵坡度的关系 ( 2 ) 竖曲线对交通安全的影响 竖曲线主要是为了实现变坡点坡度变化的过渡曲线，包括凸曲线和凹曲线两 种。竖曲线半径的大小，将直接影响过渡效果的好坏，对道路交通安全有着一定 的影响。竖曲线半径值对交通安全的影响主要体现在4 7 】，f 4 8 l ： ( 1 ) 对行车视距的影响。半径越大，提供的行车视距就越大，小半径竖曲线 往往不能满足视距要求。在任何道路上，可获得的视距应大于等于停车视距，小 半径竖曲线易造成平、纵组合不合理而使视线不连续。当为凸曲线时，会使驾驶 员产生悬空的感觉失去行驶方向：在凹曲线上夜晚易造成视距不足。 ( 2 ) 汽车在小半径竖曲线上行驶时，竖向离心力作用使驾驶员产生超重或失 重感过大，同时会造成车辆与路面间的摩擦系数减小，易造成驾驶失控，影响交 通安全。 ( 3 ) 小半径凹曲线底部可能会出现积水等问题。 2 4 1 3 道路横断面线形要素与交通事故的关系 道路横断面线形要素主要包括：横坡度、路面宽度、路肩宽度和结构等。 ( 1 ) 断面选择对安全的影响 不同类型的道路，由于车道数、车道宽度、道路等级情况等不同，对交通安 全的影响也不同。图2 1 2 是事故率与断面形式关系统计图。一般情况下，三车道 比两车道交通事故率高，四车道与三车道近似，以后随着车道数的增加交通事故 率反而减少i 伯1 。 ( 1 ) 一块板路段事故频率分布曲线( 2 ) 二块板路段事故频率分布曲线 ( 3 ) 三块板路段事故频率分布曲线( 4 ) 四块板路段事故频率分布曲线 图2 1 2 事故率与断面形式的关系 ( 2 ) 路面宽度对安全的影响 一般