（交通运输规划与管理专业论文）平原高速公路交通事故预测模型研究.pdf

摘要 摘要 近年来，尽管社会各界对交通安全越来越重视，越来越关心，投入了大量的人力和物 力提高我国道路安全水平，但交通事故的频发次数和造成的巨大经济损失仍然是人们关注 我国道路安全水平的热点问题，特别是我国的高速公路。一般来说，设计标准高的道路， 交通事故率低，设计标准低的道路，交通事故率高。但自1 9 8 8 年我国第一条高速公路通 车以来，交通事故数和死亡人数持续上升。2 0 0 4 年，高速公路交通事故死亡人数大幅攀升， 达到6 2 3 5 人，平均每万公里死亡1 8 2 3 人，远远高于二、三级公路每万公里的死亡水平，而国 外高速公路死亡事故仅为普通公路的1 3 l 2 因此正确地认识和鉴别影响高速公路交通 安全的因素有助于政府和交通工程师采取和制定出合适、经济、有效的对策减少高速公路 交通事故的发生。 本文在认为司机驾驶状态良好、驾驶经验丰富的前提下，分别分析了平原高速公路线 形几何、交通流、环境和交通事故之间的关系，研究发现平原高速公路本身线形设计指标 较高，加之地势平坦，理想的道路线形不是影响交通事故的主要因素，而交通流和环境方 面的因素( 大车比例、小时交通量、大小车速度差、出入口个数、是否雾区、是否城乡、 时间、方向) 与交通事故有很明显的关系。通过非线性回归模型的方法，建立因变量为交 通事故率( 包括财产损失事故率、伤亡事故率、总事故率) 、自变量为交通流和环境因素 之间的3 个交通事故预测模型，为交通工程师和决策者借助实时的交通流数据预防和检测 高速公路交通事故的发生、提高高速公路运营管理水平提供了理论依据。 本文研究平原高速公路的样本数据来自于京津塘高速公路，根据经验，平原高速公路 具有线形好、地势缓的共性，这以京津塘高速公路研究为契机，探索引发高速公路交通事 故的主要原因，利用动态实时的交通流数据和时间、方向、是否雾区等环境因素建立高速 公路的交通事故预测模型奠定了基础，这也是国内交通事故模型研究很少涉及的方向。 关键词：高速公路；交通安全；交通事故预测模型；交通事故率；交通流；速度差 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s 缸乏吣t hc h i n a ，似舢t l y a l t h o u g hal a r g e 舢眦to fm a n p o w 嚣a n dm 砷c r i a l 脚u k 嚣h 孙，e b 啪i n v e s t c dt oi m p m v e 鞠正音t y 咖删o n a ll l i g h w 掣s ，t h cs e v e r i t y 锄d 矗e q u 即c yo f c m s h e si s s t i u 蝣s o c i a lb i gc h a l l e n g e ，e 叩i a l l yf o rt l 蟛舭删y a y s s i n c cn 尬f i r s ti l a l i o n a l 舭e w a yw 勰 o p t o 地饷m ci n1 9 8 8 ，让屺n 哪b e r 粕d 缸a i i t i 嚣o f 蛔瓶ca c c i d c n t sk 印tr i s i i i g i n2 0 0 4 位触l i t i 锱o f t 均伍c c i d 朋t s 伽t h e 彻l i o n s 矗e e w a y sw 觞印t o6 2 3 5p c o p l e ，1 8 2 3p e o p l e d i e de v e r yt 钿t l l o u 湖dk i l o m e t e 珞趴嘲a g e ，w h k hi sf 缸h i g h e rt h 越t h el e v e lo fc o m m h i g l l 啪y s t k si sq l l i t ed i 妇 b r e m 谢t hc h 蹦l c t e r i s t i c so f 州 s t e f nc 0 瑚t r i i tw 船s a i dt l l a t n 啪b 盯o f 妇t a la 谢d 曲t so ff o 碍i 舶自，嘶诅y si so n l yl ，3 l 2o ft h a to fo l h 留h i 曲w a y s a i l a l y 五n gt 量比e 钕to ff a 曲。培o nt r a m c c i d e n tw o u l ds i g n i f i c a n u ye n h a n t b ce 肋n so f t 础i ce n 百n e e 塔t 0 出耙眦i i 伦鲥t a i b l ec o 明t c r m e 鹊u r e st o d u c em eo c c 珊瑚c ea n ds e v c r i t y o f c n l s h e s 1 1 硷s t i l d y 锄i a l y z e d 也e 坞l a t i o 璐i l i p sb 帆啪g c o m e 试cd c s i g ne l e m 伽临锄d 仃a 伍c a c c i d e i i ln 蛹cn o wf 邑a h l r e sa n d 缸湎ca c c i d e n t ，e n v i r o n n 瓢朗i t a le l e m e n t s 趾dn 施ca c c i d e n t ， w h i c h w e k 瞄e do n t i i e p s 咖叩t i o n t h a t t h ed f i v e r s o n 丘i w a y w e i l lb e 船c o n d 衔。馏o f s t c ：c r i ga n dh a dr i c h 能p c r i 朋c co fd r i v i n 晷1 k 丘n d i i i go f 砖缸e v 嘲，- j i i l gj i m 柚g 面p l a i n t e 眺i s t h a t t h c i d e a lg m 确cd 璐i g n i s n o ta m a i n 自咖r t o l e a d t 0 仃a 压f i ca c c i d 钮l t h m a 蛐r o n g 锄do b 、，i o u sc o r 托l a l i b 时脚心cn o w 危a t 哦s 舡i d 仃；| ca i d e n t 豇i m 衄e n t a le l e m 伽临锄d 锄ca c c i d e n t ，s u c h 嬲h e a v yv 出c l em t c ，h o w l yt r a 伍cv o l 砌e ， 印蒯d i 丘曲跚t i a lb c t w nc a 稻柚dh e 删yw 城c l c s ，n 砌b e ro fa c c e 鼹，e 饪b d “f o g ，e 彘c to f d i s t r i c 如时盯c o 帅竹) ，e 饪e c to f w a y ( u po rd o 啪) 孤de 饪b no f t i n 喊d a yo rn i g h t ) b ym 啪s o f n o m i 缸g 胬i t h et r a 伍ca c c i d 舶t 删c m o d c l sw e 娅灯眦舾d ，t b e 出：p 即d a m i s 位擅ca c c i d e t 船t ci n c l l | d i n gf h r e et y ：睥sw “c ha o n l yp p c n yd 锄g ea c c i d 蛐t 掰氓 s u a l t ya c c i d e n t 船t e 舡i dt h e 钮虹r ea c c i d e n t 馏t e t h ei n d e p 雌d 朗i 忸a r et h e 锄cn o wf e 舭 舡l de n v i 枷m 舶t a ie l 锄e n t s t h cl l l r e em o d c i sa f h e1 h e o r yf o r 嘶ce 珥曲e e 幅t o 删c t f h e c 疆埴l c e 锄ds e v e r i t yo f c 糟s h e sb a s e do nr c a l “嘧et r a f 葑cn o wd a t 乱 1 1 地端l i l t so f t h i s 托髹谳舯舭t 0 舶p i 销朗tt h ew h o l e 丘毵w a y si na i l i 辩p l a i n 把唧_ i n h o w e v e r ，t h e 丘i w a y j i n gj i n t 觚g 妇st h e 姗m o nc k 瞄曲e 蒯c so f a 血e 自w a y s i np l a i n t e 嘶n 锄e l y ，h 船誉删删c d 商弘s t 锄d a r d a n d f c w 盯掣a d 懿，i t i s a g o o d c h 柚c e t d 既p l o f ct h cm a i n 鹏鹤t l l 砒l 龆dt o 由傩i ca i d 咖瞳so n 丘c e w a y st h f o u g ht h ea 【卸叩l eo f 1 i a b s h 锨 j 协gj i n t 锄g 自w a 孓t h ep a p e ru s c d 伽i cn o w 觚da 打眦m l 酬d 越aw h e 咀仃a 伍ca c c i d c n t p f c d i c 6 m o d c lw 鹊c o m 灯眦_ t c d ，w i l i c hw e r es e l d o m 踟厦i s i d c f e dt o 群= t 1 1 盯i n s e a r c h 鼯o n n a 伍c c i d e mp d i c t i m o d d si nc h i n 扎 l ( q 唧o r d s ：f 咒e w a y ，t r a 伍cs a 向y ，t m 伍ca c c i d e mp d i 商m o d c i ，t r a 伍ca c c i d e mr a t c ， t r a 伍cf l o w s p c e dd i 侬删c i a l 一一 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 签名：勉日期：垄啤趔 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 幺导师签名：皇! 斛 日期：益虹：彩 第1 章绪论 1 1 课题依据 第l 章绪论 本课题来源于2 0 0 4 年西部交通建设科技项目“公路交通安全应用技术研究”中的分 课题“公路安全手册研究”中“高速公路交通安全预测方法”部分。 制定建立 道路安全手册( h i g l l w a ys 疵i ym 锄j a l ，简称h s m ) 是道路安全工作 深入发展的必然趋势。根据国外多年的道路安全研究及实践，道路交通安全不仅需要定 性的分析，而且需要一套采用科学方法建立的，在理论上和实践上都可行的定量分析评 价的参数和方法。只有定性与定量方法相结合，才能从安全的角度出发对道路的规划设 计、维修改造、路侧环境的改良提供有效的方案。这种定量分析的方法与结论的集成， 即是道路安全手册。 道路安全手册类似于已被熟知的道路通行能力手船( h i 曲w a yc 印a c 时 m 卸u a l ，简称h c m ) ，它为道路规划、设计、运营管理的专业人员提供了道路安全性能 评价、分析的工具和方法。 2 0 。 ( 2 - 5 ) 直线三与圆曲线曰衔接时见式( 2 6 ) ： 8 第2 章国内外高速公路交通事故研究综述 y _ 1 3 1 4 5 l 毗一o 1 0 0 2 8 觎+ 1 6 1 6 3 8 0 ( 2 呦 p 酬在1 9 9 1 年利用0 咀t a i i o 省4 0 4 个高速公路路段用负二项分布回归的方法建立 了如下事故预测模型【1 川 彳洫腑弘珂= o 6 2 7 8 z 0 彳d 叫l o o o ) l “ ( 2 7 ) 式中：& 丑一路段长度( 1 ) ； 觚d 弘年平均日交通量( v d 埘) 。 p c 瑚u d 并没有给出路段长度，以及路段是如何划分等信息，文章中说，模型中之所 以没有道路设计等几何变量，原因是所有的高速公路路段几乎都有同样的高的设计标准， 因此，模型中加入任何变量都不会提高模型的精度。 维吉尼亚在有关“不同种类道路的速度、流量、几何设计对事故率的影响”的一份报 告中，对限速是6 5 m p h 和5 5m p h 的高速公路进行了研究【】。利用n c s s 软件进行了多 项式的多变量比回归，以r 2 和a i c 最小为指标建立了事故率和变量之间的回归模型。 如下是限速为6 5m p h ( 1 0 5 虹l h ) 的回归模型： i ，n ( c r a s 阳ia t e ) = ( ( 2 6 2 9 6 9 7 h o 4 2 4 ) ( s d 2 ) ( 5 4 2 7 e 0 4 ) 。( s d 4 卜 ( 2 2 5 4 3 2 3 ) ( 1 “f p l 2 ) ) + ( 4 4 9 0 ) + ( s d 2 ) ( 1 ( f p l 2 ) ) 一( 5 3 9 7 e + 0 8 ) ( 1 ( f p l 2 ) r 2 一 ( 5 1 0 ，6 8 2 ) + ( s q r t ( m e a n ) ) + ( 5 1 7 l e 0 2 ) + ( s d 。) + ( s q r t ( m e a n ) ) + ( 2 2 4 5 6 5 2 ) + ( 1 ( f p l 2 ) ) ( s q r t ( m e a n ) ) + ( 2 4 6 9 ) ( s q r t ( h 必如心) ( 2 - 8 ) 式中：c 黝删您l 事故率( 事故数川、时，千米，车道) ； s 耻_ 速度标准差( k 曲) ； 阡卜- 单车道流量( v p h ) ； 纪4 m _ j f 均速度( h n ，1 1 ) 。 根据得出的公式，可以画出如下图像： 北京工业大学工学硕士学位论文 图2 1 流量为7 9 0 y p h 时，事故率、速度均值和速度标准差的关系 f i 昏鹏2 lr e l a l i o 略h i p s 锄彻gc 糟s h 髓l e ，印c e dm 啪勰ds p e c ds i 锄d a f ；dd c v i 甜o nw h e nn a w i sz k v p h 尽管模型比较复杂，参数在模型中的物理意义不够明确，但是还是能够得出一些结 论。首先是模型的自变量之间是相互作用的，因此建模时对所有对因变量有影响的因素 均应考虑；另外，从上图也可以看出，在说单个因素与事故率的关系时，必须说明其它 变量的取值情况和可能背景，否则结果可能是无意义的或者是不成立的。 l o r d 等人于2 0 0 3 年对乡村和城市高速公路事故、流量、密度和v ，c 的关系进行了 研究【嘲。得出的结论是：城市的高速公路和农村的高速公路模型是不同的；单车事故与 多车事故与自变量的关系变化趋势不同，主要因为事故发生的机理不同，交通量大易发 生多车事故：追尾、刮蹭等；而在小交通量情况下，车速快，容易发生单车事故；用、r ，c 和密度与事故建模的结果要优于用交通量与事故建立的模型；另外就是把单车事故和多 车事故分开来建模，然后加起来所得的模型要优于用总的事故数建立起来的模型，如图 2 - 2 所示 o1 0 2 0 0 03 0 4 0 f l w ( v e h h r ) 图2 2 城市高速公路路段事故与流量关系 f i g i 聪2 2r e l a n 伽s l l i pb e 咐嘲们俩ca c i d c n ta l l dn o w 咖s c l 印e n 扭o f 丘e e 啪岬i l lc i i y 1 d i ( 1 ki n s t i t u t eo f l 船n s p 毗e c o m i 璐) 总结了1 9 6 6 年2 0 0 4 年期间4 6 0 个有关速 ci)i鼍暑oo 第2 章国内外高速公路交通事故研究综述 度与事故关系研究，结论表明速度与交通事故数或者交通事故伤亡人数的关系可用乘幂 口o w e rm o d e d 【1 3 l 。模型见式( 2 9 ) ，此模型表明事故数或事故伤亡人数随着平均速度的 增大而增加，降低而减少。并且从物理、人的生理心理方面说明速度是影响事故发生和 严重程度众多因素的重要风险因素之一。 望堕塞全亘：f 平均速度后1 ( 2 - 9 ) 道路安全前i ；磊i ；磊j 表2 1 交通事故乘幂模型a 值 t a b l e2 1v a l u 鄂o f ai np o w 盯m o d c l 公路安全 a 死亡人数 4 5 死亡事故数3 6 严重受伤人数3 0 严重受伤事故数2 4 轻微受伤人数 2 5 轻微受伤事故数 1 2 受伤人数 2 7 受伤事故数2 o 财产事故数1 o 2 2 影响交通安全的因素 2 2 1 交通条件与交通安全关系 ( 1 ) 交通量 国内外对事故与交通量之间的关系进行了大量的研究。一般人们都会认为事故率随 交通量的增加而增加。有研究表明事故率与小时交通量之间的关系图呈“u ”形状，也 就是说在一天早、晚交通量较小的时段里发生的事故率比交通量较大的时段里高。b r d s b 和h a k k e n 研究的结论与上述不一致，他们对一级公路和二级公路的回归分析发现伤人 事故率和交通量正相关，但关系不是很强，相关系数为o 5 或更低【l l 】。州级高速公路伤 人事故率不随交通量变化而变化。死亡事故与交通量负相关，主要因为交通量变化，速 度也随之变化，事故严重程度跟着变化。 ( 2 ) 速度 1 9 6 4 年，s o l 锄o n 在一项研究中对6 0 0 英里( 9 7 0 公里) 美国乡村公路上发生的交 1 1 北京工业大学工学硕士学位论文 通事故进行了分析。在分析了总共涉及1 0 0 0 0 名驾驶人的交通事故后发现：在乡村公路 上，行车速度与交通事故发生几率之间的关系可以用u 型曲线来表达行车速度接近于 行车速度平均值的车辆被卷入交通事故的几率最低。而随着行车速度与行车速度平均值 的正负偏差值的增大，车辆被卷入交通事故的几率也逐步增加。比较交通事故报告中的 行车速度估计值与研究路段采样点调查，所得的行车速度这两个数值后发现，被卷入交 通事故的驾驶人中，高速驾驶和低速驾驶这两种情形有驾驶入比例较高。1 9 6 8 年，c i r i l l o 对一条州际高速公路上的涉及2 0 0 0 辆车的白天交通事故进行了类似分析，证实了 s o l o m 的研究结论，从而将u 型曲线扩展到了州际高速公路i ，见图2 - 3 。但是，上 述结论是在分析仅包括同向行驶车辆的交通事故时得到的 图2 - 3 速度偏差和百万英里事故次数关系 f i g 咐2 - 3v t 蚵c kc 扭s h m v o i v e 蜘tr a l e s 鹤a 如耐i o f 曲“撕彻舫m 栅啪萨缸a 硒cs p e c d s ( s o l 伽l o n1 9 6 4 ；c 矾l l o1 9 6 8 ) 1 9 9 1 年，f i i d c s 、r l 删b o l d 和k i l i n g 等澳大利亚的研究人在研究中分析了由那些 曾在不被注意的情况下被测量过行车速度的驾驶人自我报告的交通事故数据。结果发现： 对于乡村公路，随着行车速度偏差值的增加，车辆被卷入交通事故的几率也相应增大， 图2 4 由f i l d e s 等人研究得到的两条乡村公路和两市道路的行车速度与交通事故的关系 曲线，与早期研究得到的u 型曲线保持一致【1 4 】。 第2 章国内外高速公路交通事故研究综述 图2 - 4 速度偏差和百万英里事故次数关系 f i 刖憾2 - 4v e l l i c l e 啪s hi l l v o l v e 眦mf a t e s 嚣af i 硎o f d c “a t i 舫m 州嗽辞蛔伍cs p c e d s ( s o l o n l o n1 9 “；c 矾l l o1 9 6 8 ；f i l d 髂1 9 9 7 ) 综合分析早期所取得的成果，值得关注的重要一点是：研究人员强调认为，行车速 度的偏差值是导致交通事故发生的决定因素，而不是行车速度的绝对值。其中，行车速 度的偏差值是指车辆行车速度与自由交通流时车辆行车速度平均值的差值。 一般来说，车辆速度事故前后速度改变越大，后果越严重。o d a y 和f 1 0 r e ( 1 9 8 2 ) 、 j o k s c h ( 1 9 9 3 ) 研究都表明车辆在碰撞前后速度越大，发生死亡事故的概率就越大，j o k s c h 用乘幂关系表示了死亡事故与速度改变的关系。由图2 5 可知，当汽车速度改变值超过 6 0 英里，j 、时( 4 8 公里小时) 后，汽车驾驶人死亡的几率开始急剧上升【1 4 1 。 图2 - 5 汽车速度改变和死亡事故风险机率 f i g m 2 5c h a n g c0 f v e h i c i s p c e da l l dd e a l l lr i s k ( 缸b c r 和g a d i r a i u 研究发现对于美国乡村高速公路设计速度值与限速值的差影响司 机的速度选择，速度方差随平均速度增加而降低，设计速度决定了平均速度和速度方差 1 3 北京工业大学工学硕士学位论文 的变化。当限速值低于设计速度值lo l i i p h ，速度方差达到最小值。同时他们发现在线形好 的道路上，司机总会不顾限速标志而选择高速行驶，并得出结论高速度不一定导致高的 事故率，然而高的速度方差导致高的事故率。法国的i 舢s a n 通过研究也发现速度相对 于平均速度的变化，对安全仅有较小的影响。日o c d 等人，他们利用澳大利旺a d e l a i d e 市限速是8 0 k n 恤和8 0l 【n l l i 以上的乡村道路数据进行研究，结果表明是降低平均速度比 降低速度梯度更有助于降低事故危险。g 0 1 0 b c t a l 利用1 9 9 8 年加州o r 缸g e6 条高速公路 发生的交通事故，利用发生交通事故地点附近的交通流检测器得到的交通流数据研究发 现，在较拥挤的车流下，对应着较低的平均速度、较低的速度方差、较小的交通流和较 小的交通流方差，此时早高峰的交通事故率达到最高，相反，当早高峰的交通达到通行 能力时，特征为高速度，低速度方差，对应着最小的交通事故率【l 别。 综上可以发现以往研究速度与事故间的关系并不完全一致但是绝大部分研究都表 明事故率与平均速度、速度偏差、速度方差存在着一定的相关关系，车辆速度改变越大， 伤亡几率越高 同济大学的杜博英在对国外高速公路的事故率与运行车速进行综合分析的基础上， 阐述了高速公路上基于运行车速的交通事故预测方法，该方法将平均运行速度和速度梯 度两个自变量同时加以考虑，量化了事故率与车速间的关系1 1 6 j ，见式( 2 一l o ) ： = 陟( 2 m 垆一( 1 缈) 】 矧4 协 式中：巩硼 交通事故死亡率，次，1 0 6 v c h k m ： 矿平均运行速度，k m 触 弘- 速度梯度，即断面的运行车速与平均运行车速的差值，虹m ； 弘运行速度，净矿+ a 儿 哈尔滨工业大学的裴玉龙教授曾对中国7 条高速公路的车速标准差和亿车公里事故 率的数据进行过回归分析，建立了二者的关系模型，模型表明车速分布越离散，事故率 越耐切。模型如下： 刎= 9 5 8 3 p “嘲4 ( 2 1 1 ) 式中：a r 为亿车公里事故率；盯为车速的标准差( k m h ) 第2 章国内外高速公路交通事故研究综述 口，l 口l ，z o2 ，j p】， 事逮标准膏麓，k m 一 图2 _ 6 车速标准差与亿车公里事故率关系曲线 f i g u i e2 - 6r c l a 土i o 雎h i pb e 加，e e ns p d 砒缸i 洲d e v i m i 觚dc r 罄h 珊e ( 3 ) v 肥比 国内外很多学者对、r ，c 比与事故率的之间的关系进行过研究，得出的结论并不完全 一致，但有相似的地方。1 9 6 7 年，g 哪恤利用新泽西州的一条公路5 年的事故数据，研 究了小时事故率和交通量之间的关系，该公路长约5 1 9 k m 、双向四车道。该研究得出的 结论是在交通量很低的时候事故率非常高，回归结果表明交通量与事故率的关系可以用 一条u 形曲线来表示。c c r d e r 和l i b c i l h 在1 9 8 2 年通过研究事故和车头时距分布的关系， 也得出了类似的曲线。1 9 9 7 年，美国密歇根州立大学的m i n 和s i s o p i l c i l 对一条1 6 英里 长的公路进行了两年的观测，分工作日和周末、按事故类型的不同对v 肥比与事故率的 关系进行了研究，同样得出了u 形曲线模型；j a e 咖c h 卸g 通过对韩国s h i n g a l a n 鞠n 高速公路1 9 9 2 年至1 9 9 7 年事故数据的统计分析，把高速公路分为收费口、隧道、高速 公路基本路段3 种形式分别研究，得出了3 种形式的、r ，c 比与事故率的u 形关系模型曲 线，并且通过对比得出，在v c 相同的条件下，收费口的事故率比基本路段和隧道都要 高。2 0 0 3 年，吉小进利用东北一条高速公路1 9 9 4 年到1 9 9 9 年的交通量数据和事故数据 进行分析，通过数值回归，也得出了高速公路基本路段v 坨比与事故率的u 形关系曲线， 如下图2 7 。然而，并不是所有的研究都认为两者之间的关系是u 形的，h a l l 和阳l d l e 自 在1 9 8 9 年、f 瑚乜鹭s k a 虹s 和i o r d 孤i s 在1 9 8 7 年的研究得出的结论都表示事故率是随着 、r ，c 的增加而增加的。f r 孤t z c s k a k i s 和i o r d a n i s ，以及p e m u d 和n g u y e n 在2 0 0 0 年还研 究过服务水平对交通安全的影响，他们得出的结论是一致的，即随着服务水平的下降( 服 务水平从a 到f ) ，无论事故数和是事故率都是上升的l 堋。 甜 柏如”m o k-莹日墨蛞、 鼍辐一粕扑攀 北京工业大学工学硕士学位论文 2 ， 2 0 纂1 5 i o 5 o ，啦7 1 1 ， 2 3 1 瓣1 6 5 6 1 。1 ” 5 二：! ? j ， r 二j 呐：! ：气j ：j - ? j 二 ，彳w o o 2o _ 4o 五o 1 l m 聊c 图2 - 7 高速公路基本路段v ，c 比与事故率关系曲线 f i g 峨2 7r e l a l i 蹦pb e t w o 胁v 圮卸d 啪s h 哪e s e g 脚吣o f 曲e w a y s 总的来说，国外关于v c 比与事故率之间的关系研究较多，大多数结果表明v c 比 与事故率的关系呈现u 形，相同的地方是所有的结论都表明当v c 比较大时，事故率较 大。由于各国高速公路的行车环境、驾驶员的驾驶习惯、事故统计方法以及通行能力的 计算等方面均有较大不同，所以有必要通过对我国的高速公路事故数据进行分析得出适 用于我国的高速公路v 坨比与事故率的关系模型曲线。 2 2 2 道路条件与交通安全关系 ( 1 ) 横断面( 车道数) 下图表明美国的道路种类与交通量及事故件数关系的统计结果嘲从图中可以看出 交通事故数与车道数有关系，车道数越多则道路事故比例越小。 平均日文疆量肛旷，x i 蚴辅 图2 - 8 车道数对交通事故的影响 f - g 眦2 - 8 e 脏c t o f n 啪b e r o f l 锄髂t r a m c 峨i d c m ( 2 ) 曲线半径 哈尔滨工业大学的裴玉龙教授曾以沈大高速公路为对象，系统地研究过道路线形中 1 6 柚 m 如 罄 捧 吣 5 o 盎格吲掣器kg一掌 第2 章国内外高速公路交通事故研究综述 平曲线、纵断面、横断面等各项参数对交通事故的影响，并对影响关系进行了规律性的 分析刚对沈大高速公路1 9 9 4 年1 月至1 9 9 5 年6 月不同路段平曲线半径与对应的平均 亿车事故率进行统计分析。分析平曲线半径与平均亿车事故率的散点图，发现二者呈幂 指数关系，通过统计分析可得下述关系模型 a 足= 1 8 9 1 9 4 置一1 m ” ( 二1 2 ) 式中：且为事故率( 次，1 乙车) ；盖为平曲线半径( k m ) 。 k 6 譬4 0 0 蛞 蟊2 疆 o ol2)45 6 7 8 9l o 平曲线半径，k m 图2 - 9 沈大高速公路亿车事故率与平曲线半径的关系 f i g u m2 _ 9r i a l i o 璐l l i pb e “v 嘲船d i 憾o f h 耐z o n t a ic u r v ea n dc 删岫s h 朝d a 缸e w a y 由图中可见，沈大高速公路的曲线半径拐点( 特征点) 约为l o o o m 。中国高速公路事 故率与平曲线半径的关系和国外的统计分析结果基本一致，美国公路的曲线半径拐点为 4 0 0 m ，它是综合所有等级公路的事故与曲线半径的调查结果得到的，比较具有代表性。 程文、郭忠印利用类前，后分析法，对太旧、沪宁、济青、成渝4 条高速公路历年交 通事故统计资料进行分析研究，得出各种不同的主要线形特征关于安全特性的一些相关 规律。就平曲线而言。研究认为当平曲线半径大于5 5 0 0 m 时，发生事故的概率较小；当半 径为2 5 0 0 q o o o m 时，发生事故的概率较大。从平曲线的组合来看，单独曲线上发生事 故的概率最小，事故率由低到高依次为：单独曲线 反向曲线同向复曲线2 。 ( 3 ) 曲线转角 曲线转角也是道路交通安全的影响因素。沈大高速公路1 9 9 4 年1 月至1 9 9 5 年6 月 间不同曲线转角对应的亿车事故率散点图见图2 1 0 。 北京工业大学工学硕士学位论文 图2 一l o 事故率与曲线转角的关系 f 醣峨2 - 1 0r e l a l i o 峭h i pb e “w 肌锄g l eo f c u r a n d 蹦塔l l m 把 由拟合结果可见，当曲线转角在o o 4 5 0 之间变化时，亿车事故率与转角的关系近 似成抛物线形，即随着转角的增大事故率在逐渐降低，当转角增大到某一数值时事故率 降到最低值( 抛物线的极值点) ，此时随着转角的继续增大事故率又开始上升，变化规律 明显。 交通部公路科学研究院李长城等人在研究高速公路线形与事故的关系时，主要提取 了平面线形的圆曲线、缓和曲线和超高等指标，重点分析了平面线形与安全的关系，利 用贵黄、贵新两条高速公路的事故、线形、交通量数据建立了回归模型，发现缓和曲线 长度、圆曲线长度越长道路的安全性越高，其主要原因圆曲线长一般对应着较大的曲线 半径，从单因素角度来讲，符合半径越大越安全的一般规律，也意味着曲线的安全性优 于直线段圈。另外，较长的缓和曲线相对安全，可能源于长的缓和曲线是直线与圆曲线 的衔接更为顺畅，超高得以平稳的过渡 2 3 本章小结 ( 1 ) 以往研究存在问题 目前，国内在分析各种因素对高速公路安全的影响时，通常将单一的线形元素如坡 度、平曲线半径或转角等作为考察对象，分析静态的、单一的几何指标与事故的关系， 或者将单一的交通流元素如速度标准差、速度梯度等作为交通事故预测模型的唯一变量。 而驾驶员操纵车辆身处一个动态的、三维的空间，通过感知周围人、车、路、环境反馈 的各种信息进行判断决策，最终对汽车进行具体的实施控制，是一个连续不断反复的过 程，驾驶员在这一过程中对哪一因素或几个因素反应失误，都有可能导致引起交通事故， 因此交通事故的发生是人、车、路、环境等多种因素综合作用的结果，这些作用具有随 第2 章国内外高速公路交通事故研究综述 机性和不确定性。因此在分析交通事故发生主要原因或者建立交通事故预测模型时，前 期应该考虑各种影响交通事故发生的可能因素，特别对于车辆，每时每刻运行状态都在 发生变化，有必要考虑实时的交通流变化对交通事故的影响，通过合适的分析方法，找 出引发交通事故的主导原因，进行重点、针对性治理和防患。 ( 2 ) 研究空白点 与一般公路和山区高速公路相比，平原高速公路普遍具有线形标准高、路面状况好、 交通工程设施齐备等特点。这在本质上决定了高速公路交通安全的影响因素，以及这些 因素的作用模式与一般公路，甚至和山区高速公路都是不同的。 既有的大部分成果以及前期的项目研究都表明，高速公路交通事故发生频率与线形 的相关性相对较弱，而与交通流要素的相关性较为密切，我国关于交通流各要素与交通 事故问关系，人、车、路、环境各自对高速公路交通事故的影响，到底哪些因素才是影 响高速公路的主要原因，主要争对哪些因素对高速公路进行交通安全管理和治理，以及 各因素间的相互作用如何，这些议题在我国都还没有系统研究过，因此非常值得去探索 和深入开展研究。 我国大车在高速公路上的运行速度远低于小车的速度，再加上大车的超载，司机的 疲劳驾驶等现象加重了我国高速公路交通安全的形势。所以有必要结合我国高速公路国 情通过分析我国高速公路的事故数据，得出反映我国高速公路车辆速度与事故率关系的 模型。关于高速公路上大、小车速度差与交通安全之间的关系目前在我国也未见相关研 究。 基于上面研究成果的空白点和不足，本文拟结合“道路安全手册研究”的项目、以 京津塘高速公路为基础，以科学的理论为指导，用数理统计方法为工具，系统的、定量 的、深入的研究平原高速公路安全，从人、车、路和环境等多方面来考虑建立平原高速 公路的事故预测模型，从而为具体的高速公路安全对策的制定和我们国家道路安全形势 的改善提供良好的理论借鉴。 北京工业大学工学硕士学位论文 第3 章研究数据选择 3 1 样本道路选择 本文研究前提基于驾驶员状态良好( 即驾驶员技术熟练、遵守交通法规，在所研究 的高速公路上行驶经验丰富，健康和心理状况良好) ，研究平原高速公路交通事故与道路、 环境、交通流之间的关系，找出引发平原高速公路事故发生的主要原因，同时建立事故 与影响因素之阃的预测模型 鉴于以上研究思路，样本道路必须同时拥有道路线性几何数据、交通流数据、环境 数据以及交通事故记录数据。关于交通流，主要变量考虑的是大小车速度差、小时交通 量、饱和度( 即v 坨) 和大车比例，其数据具体到全天的每1 个小时，仅凭这一点，就 增加了选择样本道路的难度。因为对于我国高速公路，道路线性几何数据很容易获得， 但对于每小时的交通流数据，由于我国高速公路安装交通流检测器才在近一，二年兴起， 且数量不多，有些高速公路安装了却没有开通使用，加之用到的事故数据是历史数据， 所以与之相对应拥有小时交通流数据的高速公路屈指可数。在收集条件的约束下，最后 以京津塘高速公路作为样本道路，收集到的数据包括以上4 个数据，比较全面。 3 2 样本道路介绍 ( 1 ) 京津塘高速公路位于华北平原的东北部，连接京、津、冀两市一省，起于北京 市四环路朝阳区十八里店，途经北京市大兴区、通州区，河北廊坊市，天津市武清区、 北辰区、东丽区、塘沽区，止于塘沽区河北路。全线长1 4 2 6 9 k m ，其中北京市境内3 5 0 0 k m ， 河北境内6 8 4 k m ，天津市境内1 0 0 8 5 k m 。 ( 2 ) 京津塘高速公路是我国建设最早的高速公路之一，在它的建设周期内，中国的 公路路线设计规范以及公路工程技术标准中均没有涉及高速公路，反而是在京津塘高速 公路建设过程中获得的成果与累积的经验催生了1 9 8 8 年版的 公路工程技术标准中有 关高速公路的条款 ( 3 ) 京津塘高速公路是在世界银行国的直接参与下，历经十余载精心设计、周密组 织、严格施工而完成的，它的平面、纵面线形顺适流畅，工程整体质量精良，即使是在 运营十五年后，其路面质量仍属上乘 ( 4 ) 京津塘高速公路现阶段是国内交通量最大的高速公路之一它的监控系统在国 2 0 第3 章研究数据选择 内高速公路监控系统中处于领先地位，沿线设置2 3 套了车辆检测器、布设单向4 3 个 车辆检测断面，另外还有可变情报板、可变限速标志、气象检测设备、能见度检测设备、 整套闭路电视系统等组成的监控系统，在智能交通控制、系统设备性能、自动信息采集和 互联网交通动态信息发布等方面居于国内领先水平 3 3 样本道路研究参考作用 文章的研究对象仅限于京津塘高速公路，最大的原因是数据收据完整的困难，很多高 速公路都缺少小时交通流数据但另一方面，京津塘高速公路却对平原高速公路交通事故 研究及建模具有重要的参考价值，有以下两点主要原因： ( 1 ) 京津塘高速公路的建成改善了我国公路路网结构，对京津冀地区社会经济联系， 改善投资环境，以及对该三省市和华北、东北地区的经济发展、旅游开发及扩大开放均具 有十分重要的意义，它往往成为社会舆论的焦点，交通事故情况备受关注。以它的数据建 立交通事故预测模型，就如同因为它的建设催生了1 9 8 8 年版的公路工程技术标准中 有关高速公路的条款作用一样，为高速公路交通事故分析打开新局面，也就是以实时动态 的交通流数据研究高速公路交通事故发生的机理。 ( 2 ) 以京津塘高速公路交通事故为契机，探索引发我国高速公路引发的主要原因， 为高速公路预测交通事故发生、制定合适的交通预防对策提供理论参考。 3 4 样本道路数据收集 1 ) 交通事故数据 京津塘高速公路2 0 0 2 、2 0 0 3 和2 0 0 4 年三年全线的交通事故，包括财产损失事故、伤 人事故和死亡事故。 2 ) 道路几何线形数据 从京律塘高速公路设计资料收集到的平纵横线形指标。 3 ) 交通流数据 从京津塘高速公路2 3 个检测断面上获取的每一分钟速度、流量数据，时间从2 0 0 4 年 5 月到2 0 0 4 年1 2 月。 4 ) 环境属性数据 包括京津塘高速公路雾区段、城乡段、出入口、立交区、收费站和服务区等相关信 北京工业大学工学硕士学位论文 息资料。 3 5 本章小结 本章详细交待了本文研究所用数据的需求、样本道路选择的条件，以及对样本道路 收集数据情况的说明。符合研究所需的数据( 准确、可信、一定数量) 不仅是保证研究 顺利进行的基础条件，而且对结论的科学性、可靠性具有重要的决定作用，没有数据支 持研究，就好似盲人摸象。本文研究的样本道路京津塘高速公路，其交通事故、流量、 环境数据来源可靠，信息准确，为交通事故预测模型提供了数据支持 一2 2 第4 章高速公路交通事故特性分析 第4 章高速公路交通事故特性分析 4 1 数据采集概况 本文数据来源于京津塘高速公路，事故研究范围确定为2 0 0 2 、2 0 0 3 和2 0 0 4 年，全 线事故数据样本共计2 8 2 9 起，财产损失事故1 2 5 0 件，占全部事故的4 4 2 ；伤人事故 1 4 3 5 起，占全部事故的5 0 7 ；死人事故1 4 4 起( 含特大事故4 起) 占全部事故的5 1 ： 这些事故造成7 7 9 人受伤，1 9 3 人死亡；事故按进出京方向划分为：出京方向( 出北京) 1 2 5 5 起，进京方向( 进入北京) 1 5 0 7 起。 京津塘高速公路北京段事故信息主要来自于高速公路交通大队整理的交通事故统计 台账和部分交通事故的卷宗信息。北京境内路段长3 5 公里，三年共计采集了1 9 8 5 起事 故( 其中包括了6 3 4 起简易处理事故) 。这些事故造成6 6 人死亡，4 0 1 人受伤。除去简 易事故外，三年平均每公里发生事故3 8 6 起。 京津塘高速公路河北廊坊段事故信息主要来自于道路交通事故信息采集系统的信 息。廊坊境内路段长7 公里，三年共计采集了9 6 起事故。这些事故造成5 人死亡，1 8 人受伤。三年平均每公里发生事故1 3 7 起。 天津段事故信息主要来自于道路交通信息系统和事故记录台账。天津境内路段长 1 0 0 公里，三年共计采集了7 4 8 起事故( 不包含简易处理事故) 。这些事故造成1 1 9 人死 亡，3 6 3 人受伤。三年平均每公里发生事故7 4 8 起。 从上面分析可以看出，北京段的事故发生频率及严重程度远远高于廊坊段和天津段 的情况，廊坊段次之，但高于天津段。 本项目事故数据所包含的信息包括以下内容： 事故类型：财产损失事故、伤人事故、死亡事故； 事故时间：事故发生的具体时间； 事故地点：事故发生里程、方向特性( 出京、进京) ； 事故天气状况：晴、阴、雨、雾、多云； 事故严重程度；伤亡人数、直接经济损失； 事故形态： 2 3 北京工业大学工学硕士学位论文 尾随相撞、侧面相撞、翻车、翻入路侧边沟、驶入路侧边沟、撞固定物( 撞护栏、 撞路侧护栏、撞中央护栏) 、撞静止车辆、撞行人、撞自行车、单车事故、其他； 事故原因： 操作不当、未保持安全距离、超速驾驶、疲劳驾驶、酒后驾驶、违章变更车道、违 章倒车、违章停车、违章掉头、逆向行驶、违章行车、机械故障、注意力不集中、物品 散落、行人横穿高速、超载、溜车