毕业设计（论文）-车辆火灾聚类分析论文.docx

摘 要随着汽车保有量的不断增加，出现的汽车事故也越来越多，汽车火灾事故的数量也在随之增长，汽车起火之前，不易被察觉，起火之后，火焰蔓延迅速，火势凶猛，很难扑救。汽车火灾事故一旦发生，势必会造成或多或少的经济损失，还极可能造成人员伤亡，因此对汽车火灾事故进行聚类分析，区分汽车火灾事故类别，分析起火原因，对预防和避免汽车起火很有帮助。对于汽车火灾事故的聚类分析，要保证分析结果的准确可靠，需要获得真实的数据，因此从长安大学机动车物证司法鉴定中心进行数据调研，调研之前对调研内容和调研表格进行思考与设计，获得调研数据之后，先采取简单的统计方法对数据进行统计分析，分析结果说明了汽车火灾事故涉及各种车辆，起火原因复杂，且近几年自燃事故多发，对汽车火灾事故的聚类分析有一定帮助。为了进行汽车火灾事故的聚类分析，将所有起火原因进行细分，并将调研数据赋值变为数值变量，通过SPSS统计分析软件进行聚类分析，得到聚类的图表结果，对图表结果进行分析，结果实际情况和实际需要，将汽车火灾事故合理的分类。汽车火灾事故的相关研究较少，因此要对汽车火灾事故的聚类分析结果进行具体的分析和说明，结合调研具体事故案例，对每一种汽车火灾事故类别进行分析，对于针对性的预防此类事故发生和有效的避免此类事故具有重要意义。关键词：汽车火灾，聚类分析，自燃，统计ABSTRACTWith the increase in car ownership, the emergence of more and more car accidents, the number of car fires also increased, the car before the fire, not easy to detect, after the fire, the rapid spread of the fire, ferocious fire, it is difficult Save. Car fire accident in the event, it is bound to cause more or less economic losses, but also likely to cause casualties, so the car fire accident cluster analysis, distinguish between car fire accident category, analysis of fire causes, to prevent and avoid the car fire Very helpful.For the vehicle fire accident cluster analysis, to ensure accurate and reliable analysis of the results, the need to obtain real data, so from the Changan University Vehicle Certification Center for data research, research before the research content and research forms to think and design, After obtaining the research data, the statistical analysis method is used to analyze the data. The analysis results show that the automobile fire accident involves various vehicles, the cause of the fire is complicated, and the spontaneous combustion accident occurs in recent years. The cluster analysis of the automobile fire accident has Must help.In order to analyze the cause of automobile fire accident, all the causes of fire were subdivided and the value of the survey data was changed into numerical variables. Cluster analysis was carried out by SPSS statistical analysis software to obtain the clustering chart results, and the results of the chart were analyzed , The actual situation and the actual needs of the results, the car fire accident reasonable classification.Automobile fire accident related research less, so the car fire accident cluster analysis results of the specific analysis and description, combined with the investigation of specific accident cases, for each type of car fire accident category analysis, for the prevention of targeted Class accidents and effective avoidance of such accidents are of great importance.KEY WORDS：Automobile fire, cluster analysis, spontaneous combustion, statisticsII目 录第一章 绪论1.1研究背景与意义1.2汽车火灾事故研究现状1.2.1国外研究现状1.2.2国内研究现状1.3本文主要研究内容第二章 数据调研与统计2.1调研方案制定2.1.1汽车火灾事故调研思路2.1.2调研表格设计2.2调研过程2.3调研成果2.4调研数据统计第三章 汽车火灾事故的聚类分析3.1聚类分析的基本概念3.2聚类分析的定义3.3聚类准则的确定3.4数据预处理3.5聚类方法的选择3.5.1按研究对象差异聚类方法的选择3.5.2分析方法选择3.5.3定距变量的距离选择3.6聚类分析第四章 汽车火灾事故聚类结果分析4.1电气系统导致汽车起火4.1.1汽车电气系统4.1.2电气系统导致汽车起火因素4.2汽车油路导致汽车起火4.2.1汽车用油4.2.2汽车油路导致汽车起火因素4.3发动机及附件导致汽车起火4.3.1汽车发动机及其附件4.3.2发动机及附件导致起火因素4.4排气系统导致汽车起火4.4.1排气系统4.4.1排气系统导致汽车起火因素4.5制动系统导致汽车起火4.5.1汽车制动系统4.5.2制动系统导致汽车起火的因素4.6其他因素导致汽车起火总结与展望参考文献IV第一章 绪论第一章 绪论1.1研究背景与意义随着我国经济快速增长，人民生活水平不断提高，汽车保有量也不断增加，而且现在的汽车安全性也不断提高，但由于汽车数量增长迅速，加之道路上各种复杂因素，汽车事故依然频发，而汽车火灾事故随汽车保有量的增加也逐年上升，尤其近年来，汽车电气快速发展，汽车内部线路复杂，使得汽车自燃事故增多。汽车作为一种生活消费品，价格不菲，一旦汽车起火，往往造成较大经济损失，有时也会危害到车内乘员。而且汽车起火燃烧迅速，一般人很难进行扑救，即使消防队员及时赶到，也往往错过最佳扑救时机。根据公安部交管局统计数据，截止2017年我国机动车保有量突破3亿辆1，机动车驾驶人3.64亿人。在如此庞大汽车数量的基础上，我国汽车火灾事故也出现激增Error! Reference source not found.（见图1.1和1.2）。2005年之前，我国汽车火灾事故据统计每年不到一千起，而2007年以后汽车火灾事故则大幅增加，每年都有一万多起，人员伤害不是很严重，但是造成了重大经济损失，2011年汽车火灾事故共造成经济损失214174万元3。图1.1 2000年-2005年我国机动车火灾事故车辆数及伤亡人数图1.2 2007年-2011年我国机动车火灾事故起数与伤亡人数汽车火灾事故所涉及车型也非常多，尤其是最近几年，从普通汽车到豪华汽车，从小轿车、客车到货车，都有可能发生汽车火灾。以下是几起汽车火灾事故案例。图2016年6月24日，一辆燃气半挂车在210国道榆林米脂境内行驶中发生自燃，火势凶猛，随时有爆炸可能，消防官兵经过半个多小时将大火扑灭，消除险情。起火原因可能是车辆内部线路短路，驾驶员由于害怕未及时扑救。2016年6月26日，一辆荷载56人实载56人的旅游大巴车，由衡阳开往广东方向，途径宜凤高速长村东溪大桥附近碰撞隔离带和护栏起火，火势迅速蔓延，造成35人死亡，虽然消防员短短十几分钟就扑灭大火，车辆依然被烧的只剩车架子。图1.5 昌宁县一轿车自燃现场图图1.4 宜凤高速一大巴车起火救援现场图2016年9月2日，一辆停于昌宁县人民政府门口的轿车发生自燃，车头火势凶猛，消防员用6分钟将大火扑灭，造成经济损失几十万元，所幸无人员受伤。起火原因是车辆线路短路。图1.6 长春市一轿车自燃现场图2016年12月6日，长春市南关区卫星隧道内由东向西方向一辆轿车行驶中突然起火，所幸没有造成人员伤亡，但是造成了南部快速路单侧车辆长时间拥堵。以上案例仅对汽车火灾事故进行了举例，类似的汽车火灾事故频繁发生，可以看到汽车火灾的发生非常突然，随时随地可能发生，一旦发生，肯定会造成一定经济损失，对交通造成影响，还可能有人员伤亡。因此，有必要对汽车火灾事故进行分析，充分了解起火原因，并采取措施减少和避免汽车火灾的发生。1.2汽车火灾事故研究现状1.2.1国外研究现状20世纪40年代中后期，美国开始系统的研究汽车火灾事故，美国国家防火协会（NFPA）发布美国汽车火灾发展趋势报告（U.S. VEHICLE FIRE TRENDS AND PATTERNS），这份报告对发生汽车火灾的起火部位、起火原因、起火物、引燃因素、伤亡损失等进行了分析，对汽车火灾事故的研究与发展起到了重要的指导作用4。美国车辆火灾研究所（MVFIR）则专门研究汽车火灾事故，进行了许多汽车燃烧试验，选取汽车火灾防护材料，并研究汽车火灾对周围环境的影响，在汽车火灾方面卓有成效，对遏制汽车火灾的发生做出许多贡献。2014年，Andy对汽车火灾原因进行分析，认为美国汽车火灾事故的主要原因是线路老化和缺少保养，应该定期检查汽车线路和保养汽车。2015年，Joes的研究表明汽车火灾原因本身是由于人们对汽车的过度使用，指出在对汽车火灾进行防范应首先注重对汽车的保养。日本对于汽车火灾的研究稍晚于美国，重点在于预防，几十年间日本汽车保有率不断上升，汽车火灾事故率却并没有随之上升，主要由于日本对于汽车火灾的重视，使得汽车技术的不断改进，相关汽车法规标准的不断完善以及消防管理措施的不断加强5。1951年起，日本陆续颁布15部汽车消防安全规范标准，标准包括汽车燃料装置、电气装置等所有包含可燃因素的装置，还有关于汽车内部装饰，材料的防热等标准，十分具体详细，从根源上遏制了汽车火灾事故的发生6。1.2.2国内研究现状2008年，西南交通大学王清远等基于能量平衡方程建立了热烟气层轰燃模型，通过控制变量的方法，对客车火灾与工况条件的关系进行了系统的研究。2010年清华大学公共安全研究中心联合中国建筑科学研究院建筑防火研究所和北京市公安局消防局防火监督部，对一辆三厢奥迪汽车进行了全尺寸火灾试验研究，分为引燃实验和阴燃实验，实验得到车内环境对火焰的抑制，火焰蔓延顺序及火灾时间与温度的变化等成果7。2010年公安部沈阳消防研究所和火灾现场勘查与物证鉴定公安部重点实验室对汽车电气线路火灾进行了研究，通过金相分析的方法，得出汽车线路的短路，过电流和漏电等故障可迅速引起汽车火灾，并对事故的鉴定提供技术支持。2012年华侨大学对汽车火灾探测报警装置进行了研究，结果表明汽车火灾发生前可以预测，异常电流，异常高温，特征气体浓度和油气浓度的变化均可检测，为汽车火灾的发生提供预警。2014年，中国消防年鉴对2008年至2012年间的典型汽车火灾案例进行分析研究，对我国汽车火灾事故的调查技术的进步有重要帮助。目前国内关于汽车火灾事故的原因说法不一，分类比较混乱，普遍观点认为起火原因分为燃油系统，电气系统，排气系统，机械故障和其他原因。总体来说，我国有关汽车火灾事故的研究开始较晚，近几年受到关注，相关研究才逐渐增多，但是缺乏专业机构，需要更多的专业机构来进行更科学的研究。1.3本文主要研究内容汽车火灾事故在我国越来越多，国内相关研究很少，我们有必要对汽车火灾事故的发生原因进行分析，加深对汽车火灾的了解，从而减少和避免汽车火灾事故的发生。本文主要从以下内容进行汽车火灾事故的聚类分析。1、 绪论部分。通过相关统计数据和简单案例介绍汽车火灾事故聚类分析的研究背景与意义，对当前国内外相关研究进行了陈述，最后说明了本文主要研究内容。2、 数据调研部分。描述了调研方案的制定过程，通过对调研思路的介绍和调研表格的设计两方面来进行。然后大致说明了调研的过程，调研的数据来源具有权威性，所得数据也是真实准确的，最后展示了调研的成果。3、 聚类分析部分。首先对聚类分析做了详细解释，包括聚类分析的基本概念，聚类分析的定义和聚类准则的确定。之后是聚类分析的过程，先说明了做聚类分析应用的软件，然后对数据进行预处理以达到可以分析的要求，对具体聚类方法的选择，包括研究对象不同聚类方法的选择，分析方法的选择和按定距变量的距离公式选择。最后是聚类分析的成果展示，和对聚类分析所得图表的分析，得出对汽车火灾事故的分类。4、 聚类结果的分析。通过第三章得出的聚类结果，结合调研数据进行详细的分析和说明，证明聚类结果的可行性。6第二章 数据调研与统计第二章 数据调研与统计2.1调研方案制定2.1.1汽车火灾事故调研思路汽车由车身、底盘、发动机和电气系统构成8，所以针对汽车内部起火（内部指汽车自身因素导致的起火）的事故，离不开这四大部分，对于车身和底盘来说，有许多可燃物，遇高温或火花便可引燃，例如汽车内饰，座椅等等，还有许多金属材料，金属的特性之一就是导电，一旦有导线触碰就可能产生电流，引燃周围可燃物，尤其底盘有许多汽车线路的布置，还有油箱的安全隐患，更易出现危险。发动机则是汽车的心脏，构成精密复杂，一旦损坏十分危险，发动机有高温的汽缸，有各种燃油、机油管路，发生泄漏都会迅速燃烧，而且不容易扑救，发动机周围其他附件也是一样，发生故障很有可能起火，例如起动机的蓄电池，线路故障极易起火。电气系统则与前三者都有关系，随着汽车技术的发展，车上越来越复杂的就是电气系统，所有设备与功能都需要电子设备的参与，都离不开电气系统，而汽车的空间有限，导线与周围物品摩擦很容易损坏并搭铁，导线自身的短路也容易引燃周围可燃物。因此对汽车火灾事故的调研，要准确找到汽车的起火部位，才能对原因进行分析9。汽车火灾事故的调研，主要是调研导致汽车发生火灾的原因，以及其他导致火灾发生的因素，例如道路状况、车龄等，用于最后对数据进行有效的分析，调研之前应对可能导致起火的原因进行尽可能多的合理猜想。首先对汽车火灾事故原因进行大致的区分（见图2.1）。停止行驶自燃碰撞具体事故原因具体事故原因图2.1 汽车火灾事故原因简单区分停止的汽车一般是自燃起火，自燃起火可能的原因则需要具体分析，停止的汽车被外物引燃起火与汽车本身关系不大，不进行单独分析。行驶中的汽车则可能存在自燃起火和碰撞起火，行驶自燃起火与停止自燃起火区别不大，碰撞起火需要考虑不同碰撞部位，进一步分析导致起火原因。2.1.2调研表格设计根据事故调研的思路，对调研表格进行设计，充分考虑与汽车火灾事故相关的因素，准备从以下几方面进行调研：（1） 汽车类型与汽车品牌。考虑到汽车的多样性，发生汽车火灾事故的汽车类型和品牌也有很大差别，因此要对发生汽车火灾的汽车类型和品牌进行调研，来分析哪种汽车更爱起火，哪一类的汽车更易起火。汽车类型参照机动车运行安全技术条件（GB7258-2012）10和汽车和挂车类型的术语和定义（GB/T 3730.1-2001）11，分为乘用车、客车、货车。汽车品牌则根据鉴定报告调研。用于分析各种类型汽车火灾事故率。（2） 汽车发生事故时间。考虑到汽车出现发在事故的时间不同，可能会对起火的原因有所影响，比如说在夏季，汽车起火可能由于高温导致；如果半夜起火，可能是出现起火隐患没人发现而酿成火灾，所以对汽车发生火灾事故的时间进行调研，有助于对汽车火灾事故原因的分析。汽车发生火灾时间的调研具体到某年某月某时。（3） 事故路况。汽车的起火发生在行驶中时，就有可能与事发的路面状况有关，比如夏季正午干燥的沥青路，路面温度会很高，高温导致汽车轮胎起火，与路面就有很大关系，或者一段道路非常颠簸，行驶的剧烈震动致使汽车内部出现损坏而引起火灾，路面也是间接导致起火的原因，因此要对发生汽车火灾事故的路况进行调研。对路况的调研，主要从路面状态和路面材料两方面进行，比如干燥沥青路面、潮湿水泥路面等等。（4） 汽车状态。考虑到汽车起火的原因会与汽车当时的状态有很大关系，因此要对这一项进行调研。汽车状态主要分为行驶中自燃，停止时自燃，碰撞导致起火或其他状态下起火。（5） 汽车起火部位与受损程度。汽车的起火部位对起火原因的分析很重要，可以简单判断是汽车哪个部分的零部件出现问题，起火是很突然很迅速还是提前会有征兆，对汽车受损程度的调研可以判断起火后有没有被及时扑救，扑救是否成功，造成怎么样的损失等。汽车起火部位简单划分为前、中、后，与受损程度一起用于对事故原因的分析。（6） 车龄。有些汽车的起火原因，与汽车使用的时间太长有关，导致汽车内部出现松动、老化、腐蚀等等，所以要对汽车车龄进行调研。（7） 型号。有的时候同一批次生产的汽车存在同样的问题，会被召回，调研汽车VIN码，则可以发现是否有生产就存在安全隐患的汽车出事故。表2.1 可能导致汽车起火原因（8） 着火具体原因。对汽车火灾事故的分析，重点就在于汽车着火的原因，通过文献查阅可平时的积累，现大致推测出可能导致汽车起火的原因12，见（表2.1）。着 火 点具 体 原 因油路因素包括燃油、机油、变速箱油、转向油、刹车油、冷却液等管路泄漏电气系统车灯线路，仪表盘线路，发动机及附件线路，空调系统等排气系统催化转换器故障，过热发动机损坏，摩擦等引起高温燃料泄漏轮胎刹车片摩擦过热，轮胎过热，轮胎粉尘引燃新能源电动车电池故障，天然气车燃料泄漏等综合以上分析，制定调研表格如下（表2.2）。表2.2 汽车火灾事故调研表车型品牌型号着火时间路况停驶状态着火起因着火状态着火部位原因分析2.2调研过程汽车火灾事故数量庞大，但是可用于分析的数据不多，网上事故数量虽多，但是缺乏准确性，事故前因后果不详细，不利于数据的有效分析，应该找寻的是有详细记录的事故数据，保证数据的准确与严谨，最终确定数据来源为长安大学机动车物证司法鉴定中心2005年至2016年间鉴定并出具报告的汽车火灾事故。通过文案调查法，对长安大学机动车物证司法鉴定中心2005年至2016年的所有事故鉴定报告进行查阅，将所有汽车火灾类事故进行记录整理。本文所依据主要数据均来源于此。数据采集期间，发现事先拟定调研表格存在问题，汽车vin码、发动机型号和车架号仅有极少出现，因此取消对这项数据的采集，车龄较少出现，影响数据分析的准确性，不进行单独分析，而汽车起火原因复杂多变，远不止之前思考的种类，例如对于汽车自身引燃车外物品导致起火事故较多，所以对这一类事故也进行分析，具体原因需要进一步整理。2.3调研成果2017年4月通过对长安大学机动车物证司法鉴定中心2005年至2016年鉴定报告进行为期2个礼拜的查阅，最终共获得230起有效汽车火灾事故数据。具体数据见附录。2.4调研数据描述性统计分析调研数据获得之后，用excel对数据进行一个初步的统计。从汽车类型来看（图2.2），乘用车发生火灾事故最多，有148起，货车次之，有58起，客车发生火灾事故最少，有26起，但客车发生火灾事故，由于车内人多，车内空间狭小，乘客很难逃生，导致客车起火的伤亡人数很高。从汽车品牌来看（图2.3），主要是指乘用车，国产车有34起火灾事故，占比23%；日韩车40起图2.3火灾事故，占比28%；美系车21起火灾事故，占比14%；欧系车51起火灾事故，占比35%。汽车火灾事故大多发生在进口车与合资车，国产车发生火灾事故较少。图2.2 汽车火灾事故汽车类型区分饼状图1462658图2.3 汽车火灾事故汽车品牌区分饼状图对事故发生时间进行统计（图2.4），可以发现18时-23时和0时-4时，事故数量明显高于其他时段，说明汽车火灾多发生于晚间和半夜，且从22时至次日2时，货车的火灾事故较多，因为高速夜间货车较多，所以发生事故也相对较多。调研数据中，汽车碰撞起火的事故有53起，汽车自燃的事故有177起，自燃事故多发生在2012年之后，2005年至2011年仅有18起汽车自燃事故，可以发现汽车火灾事故中，自燃事故占很大比重，而自燃事故从2012年至今发生率很高，应该引起人们的重视。汽车发生火灾事故，普通人很难进行扑救，都要依靠消防队的帮助，但是汽车起火，往往燃烧剧烈，蔓延迅速，火势很快就让人难以靠近，并伴随大量烟气，消防员赶到进行扑救，车辆损失也很大。230起事故统计中，仅有10起消防员及时扑灭了大火，车辆损失不大，其他大多数火灾事图2.4 汽车火灾事故发生时间统计图故车辆都受到了严重损坏，给车主造成不小的经济损失。36第三章 汽车火灾事故的聚类分析第三章 汽车火灾事故的聚类分析3.1聚类分析的基本概念聚类分析是根据“物以类聚”的原理，按照事物或抽象概念的自身属性，将样本数据聚集成不同的组，并对每一组的相似度以及不同组之间的差异性进行描述的过程。聚类分析最终的目的是使聚类到同一个组中的样本数据具有较高的相似度，而分到不同组的样本数据之间具有足够的差异性，然后发现数据集的内部结构13。对样本数据进行聚类之前，不知道到底该有哪几类，且每个类没有明确的定义，而是以某种度量为标准，将相似特征接近的样本数据对象划分到同一个类之中。聚类分析需要考察所有的个体才能决定类别的划分，将样本数据划分为多少类，每个类是什么样的性质和特征这些由算法自动判定，在得到类之后，分析和描述个各类别的相似度和差异性，最后给每个类别给予一个名称。具体技术流程见（图3.1）数据聚类特征选择/特征抽取数据表示相似度表示分组图3.1 聚类分析技术流程3.2聚类分析的定义聚类分析又称群分析，是分类的一种基本方法。“类”指具有相似性的元素构成的集合。聚类分析是根据研究对象的特征按照一定标准对研究对象进行分类，再进行分析的一种方法，它的组内数据具有高度的相似度，而组间具有较大的差异性。聚类分析可以在没有先验分类的情况下通过观察对数据进行分类14。聚类分析的数学描述：给定一个对象合集X=，假设每个对象，i=1n含有m个特征，在此用向量的方式表示对象的特征，（，），聚类分析的过程就是根据对象的特征来分析对象之间的相似程度，并根据某种聚类决策准则来获得聚类结果，聚类的结果用C=，表示，则聚类结果满足以下条件：，i=1，k；=X；=，ij，i、j=1，k。通常聚类分析方法包含四个步骤：（1）特征获取与选择；（2）计算相似度；（3）分组；（4）聚类结果展示。3.3聚类准则的确定在基于距离的样本数据相似度的基础上，聚类分析还需要一定的准则函数才能真正把属于同一类的样本数据分类聚合成一个类型的子集，并且把不同类的样本数据分在不同的类。如果聚类准则选得好，聚类质量的结果就会高。与此同时，聚类准则还可以用于评价一种聚类分析结果的质量好坏，如果聚类质量不满足所需要求，就要重复执行聚类过程，不断优化聚类结果，直到最终结果达到所需要求。可以说，聚类准则是聚类分析算法的关键，通常有两种确定方式：1）.试探方式：凭借主观经验，针对实际出现的问题来定义一种相似度测量的阀值，然后按照最相近的规则指定某些样本数据属于某一种聚类。例如使用欧氏距离，欧氏距离反映的时对象之间的相邻性，在将一个样本对象分到所有类别中的其中一个时，必须规定一个距离测量度的阀值作为聚类分析的判别准则。2）.聚类目标函数法：由于聚类是将样本对象进行组合分类，以使所分类别的可分离性最大的一种方法，因此聚类准则是反应类别间相似性或差异性的函数。类别的可分离性与样本对象的差异性直接相关联。于是定义一个聚类目标函数J,它是对象集合的聚类类别的函数。这样使聚类分析转化为寻找目标函数极值的最优化问题。常用的指标是误差的平方和，即其中，为数据对象u的全部属性值构成的p维矢量，是K个聚类中心对应的p维矢量，时聚类中心为的聚类域，K为聚类数目。对于所有变量为区间度变量的情况，聚类中心矢量可以按下面的计算公式得到：为聚类域中的样本对象个数。上式中，目标函数J代表了分别属于K个类别的全部样本对象与其相应类中心之间的误差平方和，最终目的就是得到使J值极小的聚类。这种类型的聚类通常被称为最小方差划分，它适用于各类样本对象密集且数量相差不多，而不同种类间的对象又明显分开的情况。当不同种类中的样本对象数量相差很大时，采用误差平方和作为目标函数，有时还可能把样本对象多的一类拆分为两类，因为这样拆分其误差平方和的数值会更小，这样就会造成错误聚类，此时就须采用别的目标函数15。3.4数据预处理本文应用SPSS软件进行分析，SPSS（Statistical Product and Service Solutions），是一款“统计产品与服务解决方案”软件，这款软件用于用于统计学分析运算、数据挖掘、预测分析和决策支持任务等，SPSS的统计分析功能很多，如基本描述性统计分析、相关分析、方差分析、参数与非参数检验、回归分析、聚类与判别分析、因子分析、主成分分析、时间序列分析和缺失值分析等。本文的数据处理应用的就是SPSS的聚类分析功能。为了对数据进行聚类分析，先对数据进行简单预处理。将事故原因进行细分，将所有字符串变量赋值，成为数值变量，以便进行聚类分析。处理情况见（图3.2）。图3.2 汽车火灾事故调研数据处理结果3.5聚类方法的选择3.5.1按研究对象差异聚类方法的选择按研究对象的不同，聚类分析分为样本聚类和变量聚类。样本聚类。样本聚类又称Q型聚类，它针对观测量进行分类，将特征相似的观测量分为一类，特征差异较大的观测量分在不同的类。根据聚类分析方法的特点和所调研数据特征，对于全部230份数据，采用Q型聚类，即个案。Q型聚类时对所有样本量进行分类，将所有数据特征相似的分为一类，特征差异较大则分在不同的类。变量聚类。变量聚类又称R型聚类，它是针对变量分类，将性质相近的分为一类，将性质差异较大的分在不同的类。3.5.2分析方法选择聚类分析方法分为快速聚类，分层聚类和两阶段聚类。快速聚类又称K-均值聚类，将数据看做K维空间上的点，以距离为标准进行分类，将样本分为指定的K类。两阶段聚类分析首先一举例为依据形成相应的聚类特征树结点构造聚类特征树，然后通过信息准则确定最优分组个数对各个结点进行分组。分层聚类适合本次调研数据。分层聚类也称系统聚类，首先将每一个个体看做一类，然后将相近程度最高的两类进行合并分组成一个新类，再将该类与相似程度最高的类进行合并，不断重复此过程，直到所有的个体都归为一类，之后根据需要确定分类个数。3.5.3定距变量的距离选择聚类分析组间具有较大差异，其中个体的差异程度用距离来表示，对于变量性质的不同，聚类分析的常用距离可分为定距变量的常用距离，定序变量的常用距离和二值变量的常用距离。对于本文数据采用定距变量的距离公式。欧氏距离（Euclidean distance）。指两个个体变量差值平方和的平方根，欧式距离的数学定义公式： （3-1）切贝谢夫距离（Chebysher distance）。指两个个体之间的变量差值绝对值的最大值，切贝谢夫距离的数学定义公式： （3-2）布洛克距离（Brock distance）。布洛克距离的数学定义公式： （3-3）明考斯基距离（Minkowski distance）。指两个个体之间的变量差值的k次方之和的k次方根，明考斯基距离的数学定义公式： （3-4）夹角余弦距离。夹角余弦距离的数学定义公式： （3-5）自定义距离。指两个个体之间的变量差值的p次方之和的q次方根，自定义距离的数学定义公式： （3-6）根据本文数据，采用欧式距离平方和，数学表达式见（公式3-7）： （3-7）3.6聚类分析综合以上分析，对本文聚类分析过程的总结见下图（图3.3）调研汽车火灾事故数据制作统计制表数据预处理通过SPSS软件进行聚类分析得到聚类图表结果对图表结果进行分析得出分类结论图3.3 聚类分析流程图按照以上聚类分析方法和过程，对全部数据进行Q型聚类，得出结果见（表3.1）和树状图（图3.4）。表3.1 汽车火灾事故聚类分析结果Case Processing Summarya,bCasesValidMissingTotalNPercentNPercentNPercent230100.00.0230100.0图3.4 汽车火灾事故聚类分析树状图图3.2左侧为数据编号，对图3.2进行分析，若对汽车火灾事故简单分为两大类，则分为自燃与碰撞起火事故，这么分类较简单但是太过笼统，接下来进行比较细化的分类，直接进行的分类事故，自燃与碰撞起火有许多重复，比如自燃有的是由于线路故障，碰撞起火有的也是线路损坏导致的，只按聚类结果作为最终分类结果，则线路故障被分为两类，因此为了对事故的分类更加准确，在进一步分类之前，先对自燃与碰撞的起火原因分别进行分析，分析自燃和碰撞起火事故的具体原因，进行对比和总结，将重复部分分为一类之中，如此一来，对汽车火灾事故的分类就会准确许多。对于自燃与碰撞汽车火灾事故的分析，属于分析数据的性质，而非数据的特征，因此分别对两组数据采取R型聚类分析。R型聚类是针对变量进行分类，将事故性质相近的分为一类，将性质差异较大的分在不同的类。汽车自燃事故的分析会得出几中主要事故原因，与碰撞导致的汽车火灾事故主要原因对比，可以确定哪些原因是主要导致汽车火灾事故的原因，哪些是比较典型的小概率事件，两组数据分析结果对比全部数据的分析，可以最终确定汽车火灾事故的原因，得出准确合理的分类结果。对自燃与碰撞汽车火灾事故数据的分析结果见聚类过程表（表3.2和表3.3）和冰柱图（图3.5和图3.6）。表3.2 碰撞变量聚类过程Agglomeration ScheduleStageCluster CombinedCoefficientsStage Cluster First AppearsNext StageCluster 1Cluster 2Cluster 1Cluster 211011.0000022710.0000133671.00002446122.2503055692.6004066163.8330577186000001091215.8757010101421.1119811111345.0001000图3.5 碰撞变量聚类分析冰柱图表3.3 自然变量聚类过程Agglomeration ScheduleStageCluster CombinedCoefficientsStage Cluster First AppearsNext StageCluster 1Cluster 2Cluster 1Cluster 21410.00000224121.0001033141.3330244174.50030551612.200407691117.00000971217.50050881522.28670991928.0008610101844.50090111113109.7271000图3.6 自燃变量聚类冰柱图对图3.5进行分析，汽车碰撞导致起火的主要因素有线路的损坏，油路的损坏，发动机的损坏，还有包括两种或两种以上因素被损坏导致的汽车起火。对图3.6进行分析，汽车自燃导致起火的主要原因有线路损坏和线路与车体的搭铁，发动机故障，油路故障，外物和排气系统，还有其他共同因素导致的汽车自燃。对图3.4进行分析，对汽车火灾事故不进行大的区分，而是直接分析事故具体原因，图3.4给出的原因有行驶中线路故障导致汽车起火，行驶中线路与车体搭铁导致汽车起火，停止车辆线路故障自燃，停止车辆线路与车体搭铁导致自燃，线路私自改装导致汽车自燃，停止车辆发动机故障导致自燃，行驶车辆发动机故障导致汽车起火，行驶中制动系统故障导致汽车自燃，行驶中油路故障导致汽车起火，追尾事故导致汽车起火，汽车坠落起火，还有许多种类多种因素共同导致汽车起火。如果对汽车火灾事故的分类数量过多，原因可能重复，且过于复杂，分类数量太少，太过笼统。通过对以上三张图的分析，对事故原因的合并分组，并寻找一个合适的分类数量16，最终分为6类较为合适，分别为：1 电气系统导致汽车起火；2 汽车油路导致汽车起火；3 发动机及附件导致汽车起火；4 排气系统导致汽车起火；5 制动系统导致汽车起火；6 其他因素导致汽车起火。其中电气系统导致汽车起火为汽车火灾最为主要的因素，在230起调研数据中有157起，占比68%，其他5种因素占比相差不多，汽车油路导致汽车起火占比13.9%，发动机及附件导致汽车起火占比17.8%，排气系统导致汽车起火占比11.3%，制动系统导致汽车起火占比5%，其他因素导致汽车起火占比16.9%。第四章 汽车火灾事故聚类结果分析第四章 汽车火灾事故聚类结果分析4.1电气系统导致汽车起火4.1.1汽车电气系统汽车电气系统是汽车的重要组成部分之一，电气系统的好坏直接影响汽车动力性、经济性。可靠性、安全性和舒适性。汽车电气系统也是现代汽车发展水平的一个重要标杆，一辆汽车电气系统的科技含量也是作为这辆汽车档次与价格的重要指标之一。随着科技的发展，汽车技术的不断进步，集成电路和微型电子计算机在汽车上的应用越来越多，从开始的辅助汽车工作到现在汽车依赖与它们，汽车上电器数量在不断增加，电器功率也在增大，其产品质量和性能不断提高，与汽车的结构搭配也愈加完善。汽车电气系统虽然复杂，但主要可分为六部分：1. 电源系统（充电系统）。汽车上电能的来源有发电机和蓄电池，发电机有汽车发动机的工作带动发电，蓄电池自身可以发电。2. 点火系统。准时而可靠地点燃可燃混合气，使发动机开始工作。3. 起动系统。保证起动机在各种环境下可靠地起动发动机。由直流电动机，传动装置和控制机构构成。4. 信号与照明系统。保证汽车日夜行车安全，包括汽车上的各种信号灯与照明灯，包括转向灯、示宽灯、刹车灯和倒车灯，用来提醒其他车辆和行人，照明灯和雾灯，用于对夜间和恶劣天气下的道路照明，还有近几年许多汽车安装日间行车灯，可以在白天更好的被发现，提高安全性，这一改动在欧洲已经成为汽车标准。5. 仪表。仪表盘显示汽车各部分的状况。一般汽车仪表盘包括车速表，指示汽车速度和汽车里程；发动机转速表，指示发动机的转速；电流表，指示蓄电池的充放电情况；燃油表，显示油箱油量；气压表，指示制动系统的气压等等其他一些警告与报警灯。6. 辅助电气装置。包括汽车的空调、雨刮器、暖风除霜装置、座椅加热装置以及汽车各种开关、熔断器和导线、电动车窗等。4.1.2电气系统导致汽车起火因素电气系统的构成离不开导线和电流，对大多数汽车而言，采用的都是低压电，汽油车一般是12V电系，柴油车多是24V电系，并且汽车用的是直流电，单线制，负极搭铁。通过上一节的介绍，可以看出汽车电气系统遍布汽车各个角落（图4.1），任何一处的故障都有可能引起汽车起火。而据统计，汽车电气系统引起的汽车火灾事故占总数的60%以上，而文本数据中，电气系统故障引起的汽车火灾占到了总数的70%。图4.1 汽车电气系统部位示意图碰撞导致汽车电气系统损坏引起火灾17。汽车如果发生碰撞或坠落，最先损坏的就是车身，而紧接着就是遍布全车的电气系统，任何一处的导线损坏都可能引起汽车起火。数据也表明碰撞导致电气系统损坏而引起的汽车火灾事故占比极大，在所有统计出的53起碰撞起火事故中，有50起都是由于电气系统的损坏导致的而碰撞导致的损坏具有很大的随机性，发生碰撞后，汽车线路损坏有三种主要原因，导线被碰断，几条线发生短路或者导线搭在车身上搭铁。通电线路的损坏处，可以使得局部产生高温，或者产生电火花，两者遇到可燃物，都能轻易将其引燃，一旦燃烧就会迅速蔓延，普通人自己很难扑救，最终烧毁整车。虽然碰撞事故产生的损坏有很大的随机性，但统计表明，有20起事故都是由于发生追尾碰撞和正面碰撞导致线路出现故障，从而引起火灾的，许多汽车事故就是追尾或者正面碰撞，这类事故基数大，而大多数汽车发动机又在车前部，车前部的线路也最为复杂，包括车灯部分，发动机等汽车部件的导线，仪表盘下方遍布的导线，还有许多辅助电器的导线都在这一部分，使得车前部空间狭小，车头发生碰撞，线路很容易被损坏，出现短路、搭铁、过电流等故障，从而引起火灾。由于汽车的内部结构复杂，发生碰撞后汽车损坏的不仅仅是电气系统，还有其他许多汽车部件，出现起火往往是电气系统与其他因素共同作用，例如统计数据中，有23起此类事故，在汽车发生追尾或正面碰撞时，损坏的除了电气系统，还有发动机，里面的高温可燃混合气露出遇到电流，就会被迅速引燃；碰撞导致汽车漏油，接触到损坏的导线，也会被点燃；乘员舱部分的导线损坏，不论高温还是火花，遇车内饰的各种材料都能引起火灾。对于碰撞导致汽车电气系统损坏引起火灾的事故来说，唯一的避免方法就是安全开车，少出事故。电气系统导致汽车自燃。电气系统自身十分复杂，由此引发的汽车自燃事故很多，在230起调研事故中就有107起是电气系统导致的，并且导致汽车自燃的原因有很多，其中几个主要原因导致汽车自燃：线路故障。电气系统都是靠导线连接，引起自燃的主要因素就是导线发生故障。像家用电器一样，用着用着突然就会出现毛病，汽车的线路工作环境比家用电器差得多，常年接触室外，环境变化大，时冷时热，时湿时干，所以出现故障也在所难免。在调研数据中，线路故障主要部位见图（4.2），无论故障发生什么部位，离不开三种主要原因：短路、过电流和搭铁。图4.2 线路故障部位首先最简单导致线路出现故障的原因就是线路的老化，随汽车使用年限的增加，线路老化而引起短路和过电流等，统计结果表明，在107起线路故障导致自燃地事故中，线路老化而引发故障的事故有2起，随着科技水平的进步和汽车工业的发展，加上我国对汽车使用的管理，年检，线路老化导致事故发生的概率被大大降低，统计表明近十年自燃事故车辆往往并不是生产年限很长的车，更多的自燃事故发生突然，不易察觉。汽车在使用中，人虽然感觉舒适，但汽车线路的工作环境却很恶劣，汽车在行驶过程中的颠簸、震动，使得汽车内导线相互摩擦，或导线与车体摩擦，这种摩擦虽然不剧烈，但是由于车内还可能处于高温，湿度大等等环境，使得导线绝缘层快速破损，出现短路或者搭铁，引起附近可燃物的燃烧，尤其线路搭铁，在线路故障中比重很大，占到了35%，由于汽车