（交通运输规划与管理专业论文）道路安全评价系统设计及重点问题的理论研究.pdf

北京交通大学硕士学位论文 摘要 城市经济的快速发展及城市化进程的加快促使交通需求日 益增长，同 时使得交通事故大幅度的增加。如何解决不断突出的交通事故问题，对于 城市交通管理部门提出了更高的要求。 无论从理论研究层次，还是从实际 运营角度人们更加认识到:运用计算机等现代技术手段来进行道路交通安 全的管理是提高工作效率的有效手段之一。 本文在分析、研究了国内外道路交通安全评价的现状及现有分析方法 的基础上，对于道路交通安全管理与g i s的联系做了详细的阐述，并对其 应用，尤其针对在电子地图上的事故路段区间的选取问 题，给出了模型算 法设计;同时对于交通冲突技术的相关内容进行了分析，在事故多发点的 分析上，作者做了深入的研究。 本文结合科研项目 一 石家庄道路交通安全评价与管理系统， 在收集了 大 量的原始数据和实际的现场分析基础上，进行了相关的深入研究，实现了 原始数据的转换与整理，同时给出了系统的详细设计。 上述的研究可以为系统的实现提供强有力的保证，同时也为交通管理 部门的决策提供科学的依据，从而对城市交通的规划与管理起到指导性的 作用。 关键词:地理信息系统、交通安全、聚类分析、城市交通 北京交通大学硕七学位论文 ab s t r a c t t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f c i t y e c o n o m y a n d th e f a s t a c c e l e r a t i o n o f c i t y m o d e rniz a ti o n h a v e s p u rr e d t h e u r b a n t r a ff i c d e m a n d t o g o u p i n c r e a s i n g l y a n d m a k e t h e t r a f f i c a c c i d e n t i n c r e a s e l a r g e l y . h o w t o r e s o l v e t h e p r o b l e m o f t r a ff i c a c c i d e n t p u t f o r w a r d m o r e s t r i c t r e q u e s t t o th e d e p a r t m e n t o f u r b a n t r a f f i c m a n a g e m e n t . w e c o n v i n c e d t h a t i t i s o n e o f t h e e ff e c t i v e m e a s u r e s t o i m p r o v e w o r k e ff i c i e n c y t h a t u s i n g i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y t o m a n a g e t h e t r a ff i c s a f e t y w h e t h e r f r o m t h e a s p e c t o f t h e o r e t ic a l r e s e a r c h o r t h e v i e w o f p r a c t i c a l o p e r a t i o n . b a s e d o n t h e a n a l y s i s a n d r e s e a r c h o f u r b a n t r a ff i c s a f e t y e v a l u a t i o n a n d s t u d y m e a s u r e , t h e a rt i c l e e x p a t i a t e s th e r e l a t i o n o f g i s a n d t r a f f i c s a f e t y , e s p e c i a l l y o ff e r t h e m o d e l a r i t h m e t i c o f o r i e n t i n g t h e a c c i d e n t s e c t i o n o n t h e e l e c t r o n m a p , a n d c o n s t r u e t h e f i l t e r m e a n s o f a c c i d e n t p l a c e b y u s i n g t h e tr a ff i c c o n fl i c t t e c h n o l o g y . t h e a rt i c l e i s f o u n d o n t h e s y s t e m o f s h i j i a z h u a n g u r b a n t r a f f i c s a f e t y e v a l u a t io n a n d m a n a g e m e n t . c o l l e c t i n g p l e n t y o f l o c a l e d a t a a n d p r o c e s s in g l o c a le i n v e s t i g a t e , w e d e s i g n t h e s y s t e m a n d c o n v e r s e t h e f o r m a t o f lo c a l e d a t a t h o s e s t u d y c a n a b s o l u t e l y o ff e r f u l l a n d p r e c i s e d a t a i n f o r m a t i o n t o s y s t e m r e a l i z a t i o n a n d d e c i s i o n - m a k in g o f t r a f f i c m a n a g e m e n t d e p a rt m e n t , a n d t h e r e b y c o n d u c e t h e p l a n n i n g o f r e a s o n a b l e t r a ff i c n e t w o r k . k e y w o r d : g e o g r a p h y i n f o r m a t i o n s y s t e m t r a ff i c s a f e t y c l u s t e r i n g a n a l y s i s ur b a n t r a f f i c 北京交通大学硕士学位论文 1 绪论 1 .1 问题的提出 随着道路交通运输事业的发展，交通事故的数量也随之增多。如何有 效地解决交通安全问题己是一个迫切的课题。交通安全是个复杂的问题， 它牵涉到道路条件、设施配置、交通状况、交通管理水平等因素;同时还 牵涉到政治、经济、文化、地理环境、教育和人的行为方式等方方面面。 在交通安全工程中，这些因素的表征反映是交通事故的数量、道路状况数 据和交通状况数据， 通过这些数据便可以对交通安全进行宏观和微观分析。 随着计算机的普及应用，利用计算机对交通安全进行定量分析及制定决策 已 成为现实。国内 外很多交通安全管理机构都建立了 信息及决策系统，用 于满足各自 特定的需求。但这些交通安全信息系统还不具有地图显示的功 能，从而还不能进行大面积范围的交通安全分析。而地图作为自然世界的 一种信息表达方式，用概括和简化的可视形式表达客体的分布、状况和联 系，管理人员通过理解地图符号，结合具体地点的事故数据，就能够进行 直观的空间思维，寻找交通事故发生的原因及规律。地理信息系统 g i s ) 是一组具有图形图像数字化，空间数据管理、查询检索、模型运算和多种 输出功能的软件， 它比较适于与地理位置密切相关的交通安全问题的研究。 传统 上直 观的 事 故 分 布 情况是 用 地图 进 行人工 标 识， 一 而 此 方 法不易 复 制 和 处理事故类型，所能表述的信息量较少。道路交通安全g i s则能以丰富的 色 彩 和 图 形 对 事 故 进 行 明 了 的 标 识 ， 并 能 方 便 地 查 询 事 故 的 详 细 记 录。 这 将极大地方便事故分析和决策过程。 在交通事故宏观分析方面， 从研究成果来看，国外对交通事故发生模 北京交通大学硕士学位论文 型的研究多采用统计回归形式。这些模型缺乏对交通事故安全系统结构和 事故发生机理的描述，不同自 变量的回归模型掩盖了交通系统与社会经济 发展等社会环境的关系。统计回归方式用于交通安全分析，存在的不足主 要 表 现在 1 1 2 1 3 , 要 求大 样 本 量; 要 求 样 本有 很 好的 分 布 规 律; 统 计 的工作量大;可能出现量化结果与分析结果不符的情况。而我国开展交 通安全管理的时间不长，安全类数据及管理数据比较缺乏，且将交通事故 量作为交通管理及执法部门的一个重要考核指标，因此，关于交通安全的 统计数据不够准确，统计回归方法在实际工作中 难以操作。交通安全的分 析方法很多，在分析交通事故时，应根据具体情况，选用合适的方法，才 可能得到符合实情的结果。 因此，本文针对存在的上述两种问题，分别进行了详细的研究。应用 数学建模的实现方法与手段进行快速、准确的预测及结合实际给出现行的 解决方案，从而丰富了基于 g i s的道路交通安全系统的功能，使之方便地 进行事故分析和决策过程。 1 .1 .1 论文研究的意义 目 前， 虽然众多学者在道路交通安全评价的理论和方法上做了大量的研 究， 但是还没有形成规范的、 成熟的安全评价理论体系和高效的实现手段。 在理论上还有诸多问题需要进行进一步探讨和研究，在实际应用中也需要 进一步利用当今先进的科技技术， 建立通用、 方便的计算机辅助实现系统。 本文研究的意义在于: 1 、增强了g i s 在交通安全领域中的应用，丰富了g i s的功能。 2 、将模糊数学方法应用到交通事故多发点分析中去，从理论上提供了 解决方案，从而为系统的安全评价提供了一个合理的理论方法。 北京交通人学硕 l 学位论文 3 、 通过本系统的设计开发， 有助于提高交通安全管理部门的安全管理 水平。 ( 1 )变事后处理为事前预测预防，使交通安全工作更加科学化。 ( 2 )变纵向单一管理为全面系统管理，使部门安全管理工作更加系统。 ( 3 )变被动管理为目 标管理，使部门安全管理工作逐步标准化。 总之，道路交通安全评价是城市道路交通管理中的重要组成部分，并 且对城市建设与发展具有重要的影响。 1 . 1 . 2 论文研究的目的 随着现代科学技术的不断进步，道路交通安全评价的实现方法和手段 得到了 深入研究和开发。尤其计算机技术的发展及各种高水平开发工具的 出现，为研究道路交通安全理论的实现技术和平台提供了机会和可能。 通过本文的系统详细分析及模型算法的设计，为最终建立计算机辅助 系统提供理论与方法的支持; 充分利用数学方法和现代计算机技术， 真实、 快速、准确地分析相关路段发生的事故，为使用者提供强有力的辅助分析 与决策工具。 1 . 2 论文的主要内容和技术路线 本文将围绕石家庄道路交通管理与评价系统的科研课题的实例，从路 网结构上区段的安全评价进行深入细致的研究，提出比较具有实用价值的 事故区段划分方法和事故点的划分方法，所做的研究性的工作如下: 1 、 基于地理信息系统技术与大型关系数据库理论， 来实现道路交通管 理与评价系统的分析设计，这部分内容将在第二章中详细阐述。 2 、由 于系统使用的数据库是s q l s e r v e r ， 而原始数据的格式为e x c e l 北京交通大学硕 l 学位论文 和t x t ，因此将使用s q l s e r v e r自 带的功能，同时将应用开发语言d e l p h i 编写了 一个软件， 将原始的数据， 从e x c e l 和t x t 格式转换成s q l s e r v e r 数据库支持的格式，实现了数据的转换，这部分内 容将在第二章中详细阐 述。 3 、 提出事故点划分的原则和方法，并将其应用到实际课题中去。论文 将详细的研究和分析路口、路段的划分方法及区段的选取方法，通过选取 路口、路段，明确了事故统计区间。这部分内容将在第三章详细说明。 4 、应用基于f u z z y( 模糊) 等价关系的f u z z y 聚类分析，对国道3 0 7 石家庄段上的事故观测点进行聚类分析，确定事故多发点，为下一步的区 段安全评价打下了基础，同时应用此方法还可进行事故成因分析。这部分 内容将在第四章详细说明。 在石家庄道路交通安全评价与管理系统的开发过程中，作者主要负责 系统的详细设计、数据的处理及模型算法的设计与实现，其他工作由 课题 组相关成员完成。希望通过作者的研究和探讨能够进一步完善现有的道路 交通事故评价的理论和方法体系，并在一定 水平上提高道路交通事故评价 管理的技术实现手段。 北京交通大学硕士学位论文 2 系统的需求分析与设计 2 . 1 地理信息系统与交通安全管理分析 1 、地理信息系统及其应用 地理信息系统 ( g e o g r a p h ic i n f o r m a t io n s y s t e m简称g i s ) 技术及其 应用开发在许多领域引起了广泛的重视，许多交通规划和工程己经涉及到 g i s . g i s 对交通安全的作用是显而易见的， 但真正运用它要比预期的困 难 得多，在涉及硬件、软件和数字化信息的使用等方面的新技术时会出现意 想不到的阻力。尽管如此， 交通安全 g i s的开发仍是一个极好的挑战和机 遇。这里也涉及到软件、 硬件和数据处理的关键问 题4 1 在当今世界里，交通安全己成为全球性问题， 撞车事故仍然是死伤和 经济损失的主要原因。 在美国， 每年约有 4 5 , 0 0 0 人在撞车事故中死亡， 交通事故的 损失每年超过7 2 0 亿美元 。 交通安全和g i s的关系是显而易 见的。 但是近来从交通安全和g i s关系的分析结果中， 你会惊奇地发现很 多g i s 系统并没有真正起作用， 交通安全问 题仍然普遍存在。 通过对现有成果的分析表明，在事故记录统计中，人为失误占事故原 因的7 0 % 9 0 % 4 1 。 因 而， 许多分析、 研究和建立交通安全模型的焦点都集 中在受运输工具、道路状况和环境因素影响的驾驶员的性格、能力、思维 反应及行动上，甚至还要涉及到探求交通事故与个别驾驶员在个性、判断 力和他采取的行动等方面的细节之间的关系， 进而综合分析事故在何时何 地何原因发生及如何避免等问题。虽说 g i s是交通安全研究的有力工具， 但是典型事故的重现和概述及其更进一步的综合分析和研究仍然是一个有 待解决的难题。 北京交通大学硕士学位论文 当发生事故时，在警察记录报告上，事故地点的描述通常是不精确的， 这些地点一般是用与某个交叉路口、公共标牌或其它参照物的距离来描述 的，这些没有明显地理坐标的事故记录的定位如同把不同的比例、详细程 序、投影和属性的地图和数据合在一起一样。除了地理学者和一些规划人 员善于从时空角度分析处理问题之外，许多人并没有习惯于空间分析。除 制作地图， g i s 还可以被用来进行事故多发地点的判别， 这里需要更复杂的 统计学的算法来判定事故多发地点的影响因素。 事故发生地点受路面状况、 天气、驾驶员的社会经济特性和其它关系到事故密度的因素控制，因而更 细致的空间分析将有助于设计、 完成及评价旨在加强交通安全的应用系统。 g i s 程序中使用的数据可按其结构分为矢量结构和栅格结构， 因为空间 事物是连续而多变的，所以 栅格数据结构更易于使用。栅格结构以设置像 素颜色或灰度值为基本指令。 由于栅格结构的输出不是立即驱动设备运行， 而是先将指令的操作结果存入缓冲区，待所有指令结束后一次性地将结果 由设备按顺序输出。栅格结构要比矢量结构更易于进行层间操作，因为这 种操作只涉及单个象元。但是由于地理属性信息必须保存在每个层中，使 得栅格结构的数据量很大。矢量结构则不同，矢量结构以点、线为基本指 令， 在矢量绘图 设备中 通 过绘图 笔在四 个 方向( + x , + y ; - x , - y ) 上的 移动形 成 阶梯状折线组成。一个地理数据文件可以同多个变量相关联，每个数据层 包含不同的地理特征和属性。这类系统对存储器和运行速度的要求是很高 的。以栅格数据结构为主的g i s程序需要采用工作站和总线计算机技术， 如 e r d a s , g r a s s , v i c a r 等。 对交通安全g i s 来说， 矢量结构也许会更适 于应用部门、撞车事故数据很容易应用到矢量系统中，事故地点用点来表 示，街道用线来表示，相邻区域可用多边形区来表示。经常被称为桌面制 图 系 统的m a p i n f o 使 用“ 全 域 结 构” ( w h o le p o l y g o n s tr u c t u r e ) 的 概 念。 运 用这种数据结构，每个地理目 标 ( 点、线、区域)都可定位或被其它目 标 北京交通人学硕士学位论文 所操作。 几乎所有的大型系统， 都使用“ 一个等级数据结构( h i e r a r c h i c a l d a t a s t r u c t u r e ) ” 在这种结构中，多 边形由 一些线段来描述，而这些线段由 一系 列的点来描述。对一个目 标的每次改动都需要对相关文件进行重新索引， 以保持数据的完整性，这就需要更多的数操作步骤、更大的内存和更多的 运行时间。 2 、获取事故数据的手段 首先，尽可能使用现存的数据库，以便最大限度地减少数字化的工作 量; 其次， g i s 应作为交通安 全分析人员、 规划设计人员和其他涉及交通安 全研究的各类人员使用的工具; 第三， g i s 要尽可能地从不同的来源接受数 据。 3 、定位事故地点 定位工作主要包括选择基础底图，提取定位信息，将事故地点在基础 底图上定位，从地图中读取定位后的事故地点的经纬度坐标记入数据库。 据分析，大约有 4 3 %的事故发生在交叉路口，其误差不超过1 尺，其 余 5 7 %的事故虽然不发生在交叉路口，但绝大多数可用距它最近的交叉路 口来定位，其误差不超过半个街段，发生在高速公路上的事故用与其最近 的 进出口 定 位， 误差一般 在1 / 8 - 1 / 4 里 之间 1 8 1 。 少数发生 在山 区 和郊区 路段上的事故用最近的交叉路口定位，其误差最大可达半里左右，但这些 地点的数量是很少的。 4 、交通事故的空间分析 目前的g i s软件包的缺陷之一是，虽然g i s是处理空间数据、显示空 间现象、查询空间数据库、进行各种计算 ( 距离、长度、面积)等工作的 有用工具， 但到目前为止， g i s在统计分析、 模型建立和决策支持等方面的 功能仍然较差，没有一个 g i s软件包能包含已成熟的统计软件包的所有功 能。尽管许多公司开发出相应的软件，但是从当前的发展过程中可以清楚 北京交通大学硕士学位论文 地看到，在统计功能与 g i s的结合方面还有一定的差距。有一种研究框架 已逐渐发展成为空间统计和 g i s功能研究的理论基础，它主要包括对三个 不同的但又是相互关联的空间属性的结构分析:点、线段和区域。下面将 阐述在交通事故空间分析研究中的基本思路。 ( 1 )点的分析 事故总是发生在空间的某一点上。尽管事故的确切地点可能无法准确 定位，但是我们可以把它们看成是发生在一个短距离内的事件。除了一些 测量和数据采集的困难之外， 有些事故是有确切地点的，如多车相撞、两 车相撞、 或者一辆车与一个固定物体相撞 ( 如电线杆、 护栏、 路边物体等) 。 但是， 绝大部分事故是发生在路面或至少从路面开始发生的。 它们可用“ 路 段”表示。因为许多事故是发生在交叉路口 或是道路相交的部分，所以用 一个点可以描述多个事故。或许在将来，所有的车辆都配备了g p s 定位设 备和事故记录仪，就能记录事故最初发生的准确地点，并提供更精确的相 关数据。然而在目 前，我们必须认识到有关事故地点的统计资料或多或少 都有一定的误差。事实上，描述事故的地理参照物毫无疑问是较精确的， 因为对大多数事故来说这些参照物主要集中 在一定的路段和区域上，我们 把事故描述成发生在空间某一给定点的事件。不同类型的事故可用不同的 地图描述出来。其中，点状地图是最有效的。因为同其它类型地图相比， 点状地图可以更清楚地表示位置信息的分布特点，它们易于理解和改变布 局。首先，我们把事故地点标注在底图上，驾驶员的特性 ( 年龄段、性别、 是否使用安全带、是否饮酒等) 、车辆类型 ( 小汽车、大运货车、大卡车、 小货车、公共汽车、 摩托车、 机动脚踏两用车、自 行车等) 、事故类型 ( 单 车事故、多车事故、正面相撞、翻车、侧面相撞、前后相撞等)以及其它 各种环境特征 ( 日期、时间、天气状况、道路类型、路面状况等)则用其 它地图表示。 北京交通火学硕士学位论文 ( 2 )路段分析 第二类分析是路段分析，这是在三类分析中进行得最少的一种研究。 目 前这一种分析的内容主要包括估计每一里内事故发生的数量，对事故按 不同的类型进行描述 ( 如伤亡程度、 酒精含量、各种机动车类型或其事故 特征)等方面。进一步的分析还包括距离、速度、拥挤程度和事故之间的 关系，道路方面的其他特征 ( 如道路弯曲度、倾斜度、车道宽度和其他影 响事故状况和频率的特征)的研究等。 ( 3 )区域分析 区域分析对设计人员来说可能是最熟悉的。人口 普查地理提供了人口 普查地段、街区、街块等许多区域特征的明确含义，这就可以 把人口 普查 中获得的社会经济方面的数据同这些限定的区域结合起来，进而可以解释 人口与给定区域的居住特点和事故类型之间的关系。 结合点、路段和区域的分析，将更加有助于我们了解交通安全问题的 本质，而系统也正是围绕这三个方面进行分析设计的。 2 . 2 道路安全管理与评价系统的需求分析 2 . 2 . 1 道路安全信息的构成 道路安全信息包括与安全密切相关的道路信息和与道路相关的安全信 息。前者包括道路的等级、横断面宽度、横断面形式、道路的路面结构、 表面平整度、 道路的线性( 包括平曲 线组合、 平纵组合等) 、 交通标志标线、 道路所处的周边环境 ( 包括视野、 视物、 景观等) 、 道路所在地的地质状况、 道路所在地区的气候条件及其特点等，后者包括发生交通事故的位置 ( 桩 号或结构物处) 、该位置的事故形式和原因、发生事故较多的位置 事故黑 点) 、不同的事故类型在空间上分布、事故发生量在空间上随时间、星期、 北京交通大学硕士学位论文 月份等的分布、交通量在道路上的分布等。这两方面既相互联系又有所侧 重，前者描述发生事故的道路或路网的固有特性，后者描述事故在空间上 的分布特性。目前国内分别有道路设计、管理人员和交警来从事这两方面 的工作，鉴于专业和考虑问题的角度限制，道路信息和安全信息不能很好 地结合，大量的资源不能利用和共享造成人力、物力和财力极大的浪费， 因此，有必要建立起两方面密切联系、资源共享的完整的道路安全评价信 息系统。道路安全评价信息系统是建立在道路信息和安全信息基础上的通 过引入安全评价规范、专家决策支持系统等评价手段对研究的道路或路网 具备信息采集、分析和安全评价功能的信息系统。 2 . 2 . 2 道路安全评价层次及信息系统的功能分析 道路交通安全分析可分为三个层次。第一层次是对某一地区或区域的 交通事故现状和趋势进行分析。这一分析可利用数学方法进行统计预测， 并分析与该区域经济发展，道路设施交通流量等因素之间的关系，从而从 宏观上了解和控制交通事故的发生。 第二层次为交通事故的区域分布分析，对某一区域的交通事故发生的 特征和频数进行分析，同时对道路交通事故的相关因素进行分析。道路交 通事故的相关因素很多，目前对交通事故的分析途径是利用数学手段对交 通事故的数据进行处理，比较成熟的有多因素相关分析法和灰色系统分析 法等。由于区域分布分析中的交通事故数据具有很强的区域地理因素，这 就需要有地理数据的文件管理系统。 第三层次为微观分析。对某一路段或某一交叉口 交通事故发生规律和 发生机理进行研究，以便制定安全对策。这一层次的分析则需要更多的地 理因素信息和环境因素信息，简单的 数据文件形式己 不再满足要求，借助 直观形象的地图进行安全分析尤显必要。 1 0 北京交通大学硕 卜 学位论文 道路安全评价信息系统的功能应包括: 1 、各种数据 ( 包括空间位置数据、属性数据、事故数据、各种图表照 片等)的录入和预处理。 2 、数据库和数据仓库的管理和维护。 3 、 具备与道路相关的空间位置查询功能，能进行透视图的生成和动态 浏览。 4 、交通事故的统计、分析和报表的生成。 5 、 通过对系统中已 有的 道路条件和事故分布数据的分析， 得出修正后 的适合于评价该地区道路安全性的定量性指标，并能对该地区的新建或改 建道路的安全度做出定量的评判。 2 . 2 . 3 道路安全管理与评价系统的构成 道路安全管理与评价信息系统的应用需要硬件、软件、数据库及系统 开发和管理人员的共同协作。 ， 、硬件。包括计算机主机 ( 单机或计算机网络系统) 、数据输入设备 ( 如数字化仪、扫描仪、解析测图仪、数字摄影测量仪、计算机制图系统 等) 、数据存储设备、数据输出设备、数据通信传输设备。 2 、软件。包括计算机系统软件、地理信息系统软件和道路安全评价系 统软件 ( 用于道路条件、交通事故数据的采集管理、分析和评价) 。 3 、 地理空间数据库、 道路条件数据库和交通事故数据库。 道路安全评 价信息系统必须建立在准确使用地理数据、 道路条件和事故数据的基础上， 数据来源包括室内数字化和外部采集，以及与其他政府部门的专用数据库 的直接存取和访问。 4 、系统使用和管理人员。 这是道路安全评价信息系统应用的关键。这 北京交通大学硕士学位论文 里既包括从事系统开发的专业人员，也包括采用系统完成日 常工作最终用 户。 2 . 2 . 4 系统功能结构的分析和定义 ， 、系统的功能结构设计 系统将采用v c 6 . 0和g i s开发完成，考虑到用户的实际，操作系统平 台 将采用通用、 普及的中 文win d o w s 2 0 0 0 操作系统， 同时兼容win d o w s 9 8 操作系统。这样，可使系统整体相对精练，在实现地理要素可视分析的同 时，尽可能摆脱对传统 g i s平台的依赖，降低成本，利于推广使用。系统 的总体结构设计如图所示。 扮级 试点区地图 交通情况数据事故数据 事故登记表 一图形数据文件 属性数据库 事故分析与评价 改进措施因素分析 多发点分析试点区安全评价统计报表 图 2 -1系统功能结构图 2 、系统的详细功能分析 ( 1 ) 事故登记表: 用于描述一起交通事故的若干代码和简练文字。 在 北京交通大学硕= 匕学位论文 里既包括从事系统开发的专业人员，也包括采用系统完成日常工作最终用 户。 2 2 4 系统功能结构的分析和定义 1 、系统的功能结构设计 系统将采用v c 6 0 和g i s 开发完成，考虑到用户的实际，操作系统平 台将采用通用、普及的中文w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统，同时兼容w i n d o w s 9 8 操作系统。这样，可使系统整体相对精练，在实现地理要素可视分析的同 时，尽可能摆脱对传统g i s 平台的依赖，降低成本，利于推广使用。系统 的总体结构设计如图所示。 图2 1系统功能结构图 2 、系统的详细功能分析 ( 1 ) 事故登记表：用于描述一起交通事故的若干代码和简练文字。在 北京交通大学硕士学位论文 已知事故发生地点的桩号，用户可以填写事故登记表。否则，用户面对电 子地图，可以直接用鼠标点击事故地点，系统便能自动算出该点归属的统 计区间，加以确认，之后弹出事故登记表，供用户填写。 ( 2 ) 交通环境资料：指交通流情况、道路几何尺寸、交通管理设施的 分布及维修情况等与事故有关的各种信息，同时，也包括用于事故分析目 的的各个统计区间的空间位置。这些资料是以文字形式，作为地点的属性 数据加以保存和利用的。在事故分析时，可以方便地查询、显示这些信息。 ( 3 ) 统计报表：包括事故月( 季、年) 报表、伤亡分析表、各项指标 统计表等。事故的统计方法应严格依照公安部的统计规范，并应具有事故 预测预报功能。报表功能应包括依据多种条件的组合进行查询，从而便于 用户进行统计分析。 ( 4 ) 多发点分析：主要用于查找事故多发点，确定其危险水平，并且 从多角度分析事故成因。其中可供选择的方法有事故次数法、地点分类法、 时间序列法和质量控制法等。事故多发地点将直接显示在地图上，不同地 点的安全水平则通过不同的符号、线条式样、颜色等来表示。事故多发点 识别功能系统应设计成可以统计各个点、交叉1 ：3 、路段和整个区域的事故 总数，并可按照一定数学模型方法，自动筛选出事故多发点，并自动标识 于地图上。 ( 5 ) 区域安全评价：用户可以采用灰色系统评价法或模糊系统评价 法。参与评价的区域可直接从图上拾取，评价结果可通过区域着色的方式 显示，从而体现该区段的安全水平。 ( 6 ) 相关因素分析：即事故的成因分析，用户可以选择多元回归模型 或模糊数学模型，利用往年的数据和管理背景资料，由计算机自动建立和 调整模型，得到事故与相关因素之间的作用关系，例如特大事故、重大事 故等的成因分析，并能预测未来年份的事故发生量。 北京交通大学硕士学位论文 最后，系统要具有扩展功能，考虑到不同试点区域、用户的具体要求， 结合每个地区道路条件交通状况，考虑到扩展事故控制对策知识库和其它 功能的需要，系统应预留充足的接口。 2 。3 系统数据采集、管理及结构设计 原始数据的采集过程是系统正常运行的基础。通过数据的采集，可以 真实、准确的反映道路交通事故的情况，从而缩短系统的开发时间。 2 3 1 原始数据的转换 1 、数据转换的必要性 原始数据的格式位t x t 和e x c e l 格式，而在g i s 系统的开发过程中，采 用的m a p i n f o 工具不支持这两种格式，只能将其转换成其识别的s q ls e r v e r 数据格式。 2 、实现过程 对于t x t 类型的文件，由于原始数据的格式比较混乱，不能采用s q ls e r v e r 自带的导入导出工具，因此作者用d e l p h i 语言开发了一个小程序，可以将 t x t 格式的数据导入，界面见下图( 源码见附录) 。 1 4 北京交通大学硕士学位论文 图2 2数据导入程序图 对于e x c e l 类型的文件，我们采用s q ls e r v e r 自带的导入导出工具，可 以将e x c e l 数据进行转换，步骤如下： ( 1 ) 在s q ls e r v e r 企业管理器里面选择“数据库”，点击右键，选择“所以任务- 导入数据”，点击下一步。 图2 - - 3数据导入向导图1 ( 2 ) 在数据源项上，选择“m i c r o s o f te x c e l5 0 ”，在文件名选项上选择 所要导入的文件名一车道x l s ，点击下一步。 北京交通大学硕仁学位论文 图2 4数据导入向导图2 ( 3 ) 在目的选项上，选择默认的选项( 默认为s q ls e r v e r ) ，数据库选择 为t r a f f i c ( 本系统将用到的数据库) ，点击下一步。 图2 5数据导入向导图3 ( 4 ) 选择从源数据库复制表和视图，点击下一步。 图2 6数据导入向导图4 ( 5 ) 在目的选项上，选择表名一a c r o s s ，点击下一步。 北京交通大学硕士学位论文 ( 6 ) 点击下一步。 ( 7 ) 点击完成。 图2 7数据导入向导图5 图2 8数据导入向导图6 1 7 北京交通大学硕士学位论文 图2 9数据导入向导图7 2 3 2 系统数据结构设计 1 、 数据表设计 系统表的设计，除了考虑事故、人员伤亡的信息外还有考虑道路的 性质信息。因此，设计的表共有十个，分列如下：( 详细的表结构设计见附 录) ( 1 ) 交叉口( a c r o s s ) ：包含交叉口名称、桩号、类型等信息。 ( 2 ) 桥梁( b r i d g e ) = 包含桥粱名称、中心桩号、类型等信息。 ( 3 ) 平曲线( f l a t c u r v e ) ：转角、路线代码、缓和曲线长度等信息。 ( 4 ) 左路肩( l e f t r o a d s h o u l d e r ) ：路线代码、起点桩号、止点桩号、 左侧路肩类型等信息。 ( 5 ) 右路肩( r i g h t r o a d s h o u l d e r ) ：路线代码、起点桩号、止点桩号、 右侧路肩类型等信息。 ( 6 ) 车道( r o a d w a y ) ：包含开始桩号、结束桩号、类型等信息。 ( 7 ) 横断面( t r a n s e c t ) ：路线名称、起点桩号、止点桩号等信息。 北京交通大学硕士学位论文 ( 8 ) 占地( u s e g r o u n d ) ：路线名称、起点桩号、止点桩号等信息。 ( 9 ) 事故数主表( , a c c i d e n t i t e m s ) ：事故发生的时间、地点、线路、 桩号，道路的详细信息。 ( 1 0 ) 事故数子表( a c c i d e n t i t e m s p a r t 2 ) , 事故伤亡人员的详细情况。 2 、数据表间逻辑联系 系统的设计过程中，事故数主表记载着事故发生的时间、地点、线路、 桩号，道路的详细信息。事故数子表记载着发生事故伤亡人员的详细情况a 其和主表的连接靠区域号和事故号。其他表都是道路的性质信息，其和主 表的连接靠桩号。见下图。 图2 一l o 数据表闻逻辑图 1 9 北京交通大学硕_ ：学位论文 3 事故路段区间定位的设计及实现 在进行道路交通安全评价的时候，需要选取事故区间。因此，系统中 应提供事故区间选取的功能。本章提出事故区间划分的原则和方法，将详 细的研究和分析路口、路段的划分方法及区段的选取方法，通过选取路口、 路段，明确了事故统计区间。 3 1 点、线模式设计 在进行交通安全评价的时候，按实际工作的需要，用户将要在电子地 图的街道、路口、路网上，划分用于事故分段统计的区间范围。基于这种 统计手段，分段在一定程度上越细密，越能反映不同地点安全水平的分布 情况，因而具有较高的准确度，但这种细化会使统计趋于烦琐；反之，分 段越少，统计区间所反映的越是整条道路的平均安全水平，不利于发现个 别事故多发地点，也就不便与进行事故分析处理。我们借鉴美国的标准， 在美国，路口半径一百英尺范围内的事故，通常归入路口档案。而城市道 路一般以1 0 0 3 0 0 英尺长度来划分统计区间，这种做法可以作为参考【4 】。 在将开发的系统中，用户可以利用提供的点模式和线模式在电子地图上沿 街道路网任意划定事故的统计区间。有关这两种模式的具体含义如下图所 示。 2 0 北京交通大学颂l 学位论文 图3 1 标识设置不葸幽 路口的标识工作可用点模式来处理，例如图中的x 和z ：而线模式用 于标识路段。 在电子地图上，用户选择点模式后，在电子地图上选定路口，单击鼠 标后，箭头所在点坐标由三维数组x z ( x ，y ，z ) 保存，其中z 代表路口 编号，x z ( 1 , 0 ，z ) 代表该点的横坐标，x z ( o ，1 ，z ) 代表该点的纵坐标。 系统中将提供了事故区间的划分方法，我们称之为线模式。要提供鼠 标选择点的功能，在地图上，沿着某条道路走向，依次选取几点，称之为 标识点，点与点之间的距离可大可小，如图中a 、b 、c 、d 所示，计算 机将会自动将其连成一线，可以给与指定的宽度和颜色。选择完之后，可 以认为这4 个点连成的线段代表着一个统计区间。当然，如果两个路口之 间的路段很长，就可以分成多个统计区间。4 个点的坐标则用三维数组x d ( x ，y ，z ) 保存，其中z 是路段的编号。例如，x d ( 4 ，0 ，5 ) 表示第5 号 路段的第4 个标识点的横坐标，x d ( o ，4 ，5 ) 则表示该点的纵坐标。 至此，我们使用三维数组x z 和xd 将形成数据文件，其不仅将把地图 北京交通大学硕士学位论文 上的重要的路口、路段的空间位置描述出来，而且代表着事故分段统计的 各个区间范围。 我们应该注意到，在以往他人开发公路领域基于 g i s的管理信息系统 中，常常出现图形的变形，这是因为电子地图移动和缩放造成图形失真。 所以路口数组和路段数组在读入后，必须要有偏移量、偏移方向和缩放倍 数的调整，才能保证正确的图形样式和尺寸。这些细小的问题如果不好好 解决，将影响到系统的使用效果， 在以后的实际开发过程中必须加以注意。 3 . 2 定位统计区间功能的分析设计 以上介绍了系统设计的统计区间的划分方法， 统计区间确定下来以后， 当用户需定位统计区间时，系统提供鼠标选取的功能，从点击地图上的坐 标点开始的。这样， 就要求系统能快速准确地找出该地点所处的统计区间， 并将其显示出来，以响应用户的鼠标点击。实现这一功能的思路如下:系 统确认用户的鼠标单击是为了定位统计区间后，便获取鼠标当前位置，之 后与当前这页地图上的所有标识点比较距离，距离最短且落在合理范围以 内的那个标识点所在的统计区间入选。例如，在图3 -1 中，待录入的事故 发生在a点附近，用户鼠标单击在y点，则系统调出本页地图的x z和x d 数组，逐个计算y a, y b , y c, y d等线段的长度。在发现y a最小， 且 y a小于合理范围的临界值时，那么a点所在的统计区间就会显示在地 图上，供用户进行区段交通安全评价。 3 . 3 最佳区间定位的方案橄型的建立 根据上述分析，最佳区间选取方案的目标函数确定为选取点与标识点 的距离最小，同时应该满足一定的约束条件:路口地段限制 ( 我们在这里 北京交通大学硕士学位论文 将路口 地段的半径限制在1 0 0 米以内; ) 。 算法的模型建立如下: m in 1 . . = m in时 (x ， 。 、 一 x r s : .) z + ( y jl ik 、 一 y v a ;rai ) z ( 式3 一 、一2 ，11卫 式 中 : 1 41 a一 选 取 点 与 标 识 点 的 距 离 ; x ;t 取 点 一 选 取点 的 横 坐 标; x 标 识 点 一 第i 个 标识 点的 横坐 标; y i y e p 识 点 一 第i 个 标 识 点的 纵 坐 标 2 , 模型算法实现原则 ( 1 ) 路段区间的划分是根据用户的需求自 身设定的。 ( 2 )各约束条件有主次、优先级之分。路口 地段的优先级高，路段地 段的优先级低。 3 、模型算法设计 1 ) 定位选取点; ( 2 )将选取点的坐标与所有路口 标识点的 距离作比 较， 如含有距离小 于路口 地段的 包含范围的 标识点， 则取距离最小的 选取点，即属于该标识 点的路口 选中:否则，转到第三步: ( 3 )将选取点的坐标与所有路段标识点的距离作比较， 如含有距离小 于路段地段的包含范围的标识点，则包含此标识点的路段选中; 在实际工作中，由于各地的情况不同，对于在多路口、多路段情况下， 出现的距离相等情况下的路口、 路段的选择问题，此时系统将其简化处理 随机选取一条线路。 北京交通人学硕 l 学位论文 4 事故多发点分析方法 交 通冲突的 调查是 应用t c t ( t r a ffi c c o n fl i c t t e c h n i q u e ， 交 通冲突技 术)进行交通安全诊断、评价分析的最基础、最重要的步骤之一。本文将 详细说明路段交通冲突技术的一些事项，着重对冲突观测地点的选择从两 种情况进行探讨， 并结合建立了 事故记录档案的3 0 7国道石家庄段的安全 改善工作中进行试点研究，实现交通冲突技术在安全评价中的应用尝试。 4 . 1 传统的交通安全事故分析与评价 4 . 1 .1 典型的交通分析模型和公式 在交通事故宏观分析方面，从研究成果来看，国外有许多对交通事故 发生模型和公式的研究，下面将简单介绍一下。 1 、典型的交通分析模型 表4 一1 常用交通事故分析方法 序号分析方法特点 1 统计分析 法 能够直观、全面反映交通事故原始状态，据此做出 科 学推理、 判断，从而揭示交通事故总体的内 在规律。 2分类法 经过分类，把性质不同的数据、资料及错中复杂的交 通事故原因弄清楚，理出头绪，给人一种明确直观、 规律性的观念。 3 统计表格 法 将统计分析的结果编列成各种表格，直观性好。 4直方图法形象直观，用直方图进行交通事故统计分析，不仅可 北京交通大学硕士学位论文 以反映出交通事故的变化和趋势还可以比较出各种因 素对交通事故的影响程度。 5坐标图法 有很强的直观性， 一般用来表示交通事故中 某一特征 指标的发展变化过程和趋势。 6圆图法可以 直观地看出各个分析项目 所占比 例的大小。 7 事故分析 图 用来分析交通事故在道路上的分布情况和事故多发地 点。 8 因果分析 图 对分析交通事故的原因是使用的， 它直观、 逻辑性强， 因果关系明确，因此，便于采取措施，它既可以对总 的方面进行分析，也可以对单向原因进行分析，还可 以对具体案例进行分析。 9排列图法是找出影响交通事故主要原因的一种有效方法。 1 0 交通冲突 技术 非事故统计方法。以大样本生成、快速、定量评价小 区域地点交通安全的现状与改善措施的效果为