道路交通安全事故成因及预测模型研究.pdf

长沙理工大学 硕士学位论文 道路交通安全事故成因及预测模型研究 姓名 夏青青 申请学位级别 硕士 专业 道路与铁道工程 指导教师 贺跃光 20100401 摘要 作为研究道路交通安全的一项重要手段 道路交通安全预测方法的研究已经 越来越受到关注和重视 通过对已有数据的分析 构建合适的能够反映系统发展 规律的定量模型 以达到掌握道路交通安全未来发展趋势的目的 从而及时采取 相应的措施规避潜在风险 为合理制定与时俱进的道路交通安全管理目标提供可 靠依据 道路交通系统具有动态性 随机性 因果性和再现性等特点 这就直接导致 了提高道路交通安全的复杂性 论文首先从国内外成熟的道路交通事故成因理论 入手 从人 车 路和环境四个方面分析交通事故的致因因素 探讨影响交通安 全的主要因素与交通安全之间的关系 为加强道路交通安全管理提供了理论依 据 通过分析现有的安全预测模型和方法 研究基于灰色理论的道路安全预测方 法 1 灰色理论预测具有所需样本小 计算简便 精度较高和实用性较强等显 著优点 但是随着样本数据的增多 相应的数据的复杂性也增强 而灰色g m 1 1 模型呈指数增长 主要适用于数列按照单一指数规律增长 势必难以保证精度 因此在如何处理样本数据过多的问题上 提出以灰色等维新息模型为实例的改进 g m 1 1 模型 2 利用灰色预测模型较强的融合 渗透能力 将其与其它单项 模型相结合 以实现不同模型之间的信息和优势互补 得到组合预测模型 这样 不但能够规避单项模型无法逾越的局限性 还能将各个单项模型的优势综合起 来 有效的保证了预测精度 增强了预测的可行性与可靠性 3 构建灰色神经 网络组合预测模型 将灰色等维新息模型和纯b p 神经网络作为组合预测的单项 模型 通过最小二乘法确定各单项模型在组合模型中的权系数 实例分析了全国 1 9 8 2 1 9 9 8 年交通事故次数预测值 结果表明组合预测模型精度优于各单项预 测模型 4 针对g m 1 1 模型对于随机波动性较大的样本数据序列预测精度较 差的弱点 在灰色预测理论的基础上引入马尔科夫链预测理论 建立了道路交通 事故灰色马尔科夫预测模型 实例分析了19 9 6 2 0 0 5 年我国道路交通事故死亡 人数预测值 结果证实了基于马尔科夫理论的灰色扩展模型的实用性和高效性 论文以道路交通安全管理为出发点 比较分析道路交通事故致因理论和各种 典型预测模型 通过对道路交通安全几类指标的模型实例分析 验证了各类基于 灰色系统理论的预测模型用于道路交通安全预测中的可行性和可靠性 关键词 道路交通安全 灰色理论 事故成因 预测 i i a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n tm e a n so fs t u d yo nr o a dt r a f f i cs a f e t y p r e d i c t i o nm e t h o d r e s e a r c ho fr o a dt r a f f i cs a f e t yh a sa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ec o n c e r na n da t t e n t i o n b y a n a l y z i n gt h ee x i s t i n gd a t a s u i t a b l eq u a n t i t a t i v em o d e l sh a v e b e e nc o n s t r u c t e d w h i c hc a nr e f l e c ts y s t e md e v e l o p m e n tr e g u l a r i t yt oa c h i e v et h eg o a lo fm a s t e r i n gt h e f u t u r ed e v e l o p m e n tt r e n do f r o a dt r a f f i cs a f e t y s oa st ot a k ec o r r e s p o n d i n gm e a s u r e s t i m e l yt oa v o i dt h ep o t e n t i a lr i s ka sw e l la sp r o v i d i n gt h er e l i a b l eb a s i sf o rm a k i n g t h er o a dt r a f f i cs a f e t yg o a l sk e e p i n gp a c ew i t ht h et i m e sr e a s o n a b l y r o a dt r a f f i cs y s t e mh a sm a n yc h a r a c t e r i s t i c s s u c ha sd y n a m i c r a n d o m n e s s c a u s a l i t y a n dr e p r o d u c i b il i t y w h i c hm a k ei m p r o v i n gr o a dt r a f f i c s a f e t ym o r e c o m p l i c a t e d s t a r t i n gw i t ht h ec h i n aa n da b r o a dm a t u r eg e n e t i ct h e o r yo fr o a dt r a f f i c a c c i d e n t c a u s e so fr o a dt r a f f i ca c c i d e n th a v eb e e na n a l y z e do nf o u ra s p e c t s m a n v e h i c l e r o a da n de n v i r o n m e n t t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er o a dt r a f f i cs a f e t ya n d t h em a i nf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c e dt h er o a dt r a f f i cs a f e t yh a sb e e nd i s c u s s e d s ot h i s t h e s i sh a sp r o v i d e dat h e o r e t i c a lb a s i sf o rs t r e n g t h e n i n gm a n a g e m e n to fr o a dt r a f f i c s a f e t y p r e d i c t i o nm e t h o do f r o a ds a f e t yb a s e do nt h eg r e yt h e o r yh a sb e e ns t u d i e do n b ya n a l y z i n gt h ee x i s t i n gs a f e t yp r e d i c t i o nm o d e l sa n dm e t h o d s 1 p r e d i c t i o no fg r e y t h e o r yh a sm a n yr e m a r k a b l ea d v a n t a g e s s u c ha sl e s ss a m p l e e a s yc a l c u l a t i o n h i g h a c c u r a c ya n ds t r o n gp r a c t i c a l i t ye t c b u t i tc a n td og o o dp e r f o r m a n c e sw h e n c o m p l e x i t yo fs a m p l ed a t ae n h a n c e dw i t ht h ei n c r e a s e do ft h e m b e c a u s et h eg r e y g m 1 1 m o d e ls h o w se x p o n e n t i a lg r o w t h w h i c hm a i n l ys u i t a b l ef o rt h es e q u e n c e s t h a ta c c o r d i n gt os i n g l ee x p o n e n t i a li n c r e a s el a w s o i m p r o v e dg m 1 1 m o d e l b a s e do nt h ee q u a ld i m e n s i o na n dn e wi n f o r m a t i o nh a sb e e np r o p o s e dw h e n e x c e s s i v es a m p l ed a t ap r o b l e ma p p e a r e d 2 b yu s i n gt h ef u s i o na n dp e n e t r a t i o n a b i l i t yo fg r e yp r e d i c t i o nm o d e l c o m b i n a t i o nh a sb e e nm a d ew i t ht h eo t h e rs i n g l e m o d e lt og e tt h ec o m b i n a t i o nf o r e c a s t i n gm o d e l i no r d e rt o r e a l i z em u t u a l c o m p e n s a t i o no fi n f o r m a t i o na n da d v a n t a g e s t h u s n o to n l yi n e s c a p a b l el i m i t a t i o n o fs i n g l em o d e lc a nb ea v o i d e d b u ta l s ot h ep r e d i c t i o na c c u r a c yc a nb eg u a r a n t e e d i l l e f f e c t i v e l yw h e nt h es u p e r i o r i t yo fe a c hs i n g l em o d e lh a sb e e ni n t e g r a t e d w h i c h m a k e st h ep r e d i c t i o nm o r ef e a s i b l ea n dr e l i a b l e 3 g r e yn e u r a ln e t w o r kc o m b i n a t i o n f o r e c a s t i n gm o d e lh a sb e e nb u i l t w h i c hb a s e do nt h eg r e ye q u a ld i m e n s i o nn e w i n f o r m a t i o nm o d e la n db pn e u r a ln e t w o r k 19 8 2 19 9 8n a t i o n a la c c i d e n tn u m b e r p r e d i c t i v ev a l u eh a sb e e na n a l y z e da sa ne x a m p l eb yu s i n gl e a s ts q u a r em e t h o dt o d e t e r m i n ew e i g h tc o e f f i c i e n to fe a c hs i n g l em o d e li nt h ec o m b i n e dm o d e l t h e r e s u l t ss h o wt h a t t h ep r e c i s i o no fc o m b i n e dm o d e li ss u p e r i o rt ot h es i n g l em o d e l 4 g m 1 1 m o d e lc a n th a v eg o o de n o u g hp e r f o r m a n c ei np r e d i c t i o np r e c i s i o nw h e n t h es a m p l ed a t ai se x t r a o r d i n a r i l ys t o c h a s t i ca n df l u c t u a n t a c c o r d i n gt o t h i s w e a k n e s s m a r k o vc h a i nt h e o r yh a sb e e ni n t r o d u c e db a s e do nt h eg r e yp r e d i c t i o n t h e o r y g r e ym a r k o vp r e d i c t i o nm o d e la c c o r d i n g t ot h e19 9 6 2 0 0 5d e a t ht o l lo f r o a d t r a f f i ca c c i d e n th a sb e e nb u i l tt oc o n f i r mt h ep r a c t i c a b i l i t ya n dh i g he f f e c t i v e n e s so f t h eg r e ye x t e n d e dm o d e lb a s e do nm a r k o vc h a i nt h e o r y t a k et h er o a dt r a f f i cs a f e t ym a n a g e m e n ta sas t a r t i n gp o i n ti nt h et h e s i s m a t u r e g e n e t i ct h e o r yo f r o a dt r a f f i ca c c i d e n ta sw e l la st h et y p i c a ls i n g l ep r e d i c t i o nm o d e l h a sb e e na n a l y z e dc o m p a r a t i v e l y b ya n a l y z i n gt h ee x a m p l e so fs o m er o a dt r a f f i c s a f e t yi n d e x t h ef e a s i b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo f t h ep r e d i c t i o nm o d e lw h i c hi sb a s e do n t h eg r e ys y s t e mt h e o r yh a sb e e nv e r i f i e dw h e ni ti su s e di nr o a dt r a f f i cs a f e t y p r e d i c t i o n k e yw o r d s r o a dt r a f f i cs a f e t y g r e yt h e o r y a c c i d e n tc a u s e p r e d i c t i o n i v 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 集体己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 已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 作者虢强嗍砷年6 月 日 c 产 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 同时 授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到 中国学位论文全文数据库 并 通过网络向社会公众提供信息服务 本学位论文属于 1 保密口 在年解密后适用本授权书 2 不保密团 请在以上相应方框内打 储繇诲 导师签名 7 欣l 厶 日期 为 q 年6 月1 日 日期 沙c 年舌月f 日 1 1 研究背景 第一章绪论弟一早三酉下匕 道路交通事故其实在马车时代就已经存在 只是由于当时马车少 车速低 所导致的道路交通事故少 也没有引起人们的重视 公元1 9 世纪末 人类社会 进入了汽车时代 随着汽车的诞生与发展 无疑为人类社会的发展与进步带来了 空前的奇迹 同时 也为人类带来了深重的灾难 道路交通事故因为跟整个人类 有关 不管任何人 只要在公路上或者在街道上 都有可能遭遇交通事故 世界 各国交通事故造成的伤亡已被公认为威胁人类安全的 第一公害 人们哀叹交 通公害是永无休止的交通战争 1 8 6 8 年英国人在伦敦议会大厦门前的马路上安装了两盏煤气灯 用红色信 号灯表示禁止通行 绿灯表示可以通过 1 9 2 5 年 年仅2 0 岁的中国留学生胡汝 鼎先生建议美国人在红绿灯中间装黄色信号灯 以提醒人们注意交通安全 这些 都标志着人类社会已经开始意识到阻止道路交通事故发生的重要性 人类历史上 有史料记载的第一起道路交通事故是1 8 9 9 年在美国纽约发生的一辆汽车将一名 正在行走的妇女海伦 布丽丝轧死事件 然而 道路交通事故真正引起人类社会 重视 是2 0 世纪以后的事情了 由于各汽车工业发达国的汽车保有量急剧膨胀 道路交通事故也随之猛增 据统计 现在全球机动车保有量已超过9 亿辆 2 0 世纪因道路交通事故死亡人 数已超过3 2 0 0 万 约为第二次世界大战死亡人数的2 倍1 2 3j 法国从1 9 5 l 2 0 0 0 年死于交通事故的人数近5 0 万 几乎相当于法国在第二次世界大战中的死亡人 数 美国每1 0 年的道路交通事故死亡人数比美国在第二次世界大战中死亡人数 4 0 6 万人 还要多 目前全世界每年的交通事故死亡人数约5 0 万人 受伤人数 约10 0 0 万人 造成的经济损失约占国民经济总产值的l 1 5 据世界卫生组织统计 在各种事故死亡中 交通事故占5 0 工伤事故占 1 0 体育运动与各种娱乐事故占4 0 为了减少日益严重的道路交通事故 一些发达国家都投入了大量的人力物力 设立专门机构 对道路交通安全加强管 理和研究 1 2 国内外道路交通安全概述 1 2 1 国外道路安全概述 由于世界各个国家和地区的交通发展 经济建设和社会文化素质等方面的差 异 在不同的时期 各国的交通安全工作情况也有很大差别 4 5 6 1 1 1 9 2 0 1 9 4 5 年 尤其是第二次世界大战期间 汽车工业处于快速发展时期 汽车平均行驶速 度提高到5 0 k m h 世界汽车保有量从1 9 2 5 年的4 0 0 多万辆增加到1 9 4 5 年的6 0 0 0 多万辆 1 9 3 2 年世界上第一条高速公路 从波恩到科隆全长3 2 k m 在德国建 成 此后 美 英 意 法等汽车工业发展较快的国家也相继正式构建公路网 汽车交通运输进入了高速发展时期 同时道路交通事故也不断出现 以 汽车王 国 美国为例 2 0 世纪3 0 年代末汽车保有量已突破3 0 0 0 万辆 1 9 3 0 年道路交 通事故死亡人数为3 2 9 0 人 这时 道路交通事故已经引起人们的注意 美国开 始扩大第一次世界大战前出现的交通警察队伍 交叉口开始实行信号控制 设置 交通标志和道路划线 1 9 2 6 年美国哈佛大学创立了道路交通工程专修科 1 9 3 0 年 美国成立了交通工程师协会 着手研究人 车 路之间的关系和交通安全 2 1 9 4 5 1 9 7 2 年 二战后随着大量的军工企业转向民品 世界经济在以汽车工业为龙头的带动 下 得以飞速发展 世界汽车保有量猛增到1 9 7 1 年的2 5 亿辆 汽车实用车速也 提高到6 0 1 2 0 k m h 1 9 7 1 年世界公路网总里程达l8 7 0 多万k m 战后的日本 汽车工业飞速发展 汽车保有量从1 9 5 0 年的3 5 万辆 猛增到1 9 7 0 年的1 9 0 0 万辆 增加了5 1 倍 这一时期也是道路交通事故直线上升时期 道路交通事故越来越严重 死伤 人数逐年递增 联邦德国和日本的道路交通事故在1 9 7 0 年达到顶峰 道路交通 事故死亡人数分别为1 91 9 3 人和16 7 6 5 人 1 9 7 2 年 美国和法国的道路交通事 故死亡人数分别达到5 6 2 7 8 人和1 6 5 4 5 人 达到历史上的最高峰 由于道路交通事故恶性膨胀 世界各国开始重视道路交通事故预防与治理并 采取了相应措施 美国国会于1 9 6 6 年颁发了美国有史以来有关交通安全的法令 1 9 6 6 年公路 安全法令 和 1 9 6 6 年汽车安全措施法令 并在运输部主持下成立了 国家 公路安全局 负责制定和颁布有关交通安全的全国性统一标准 负责统筹全国 有关公路交通安全的研究 计划和人员培训工作 1 9 6 6 年美国还成立了 国家 汽车安全咨询委员会 和 国家公路安全咨询委员会 负责就交通安全问题向 运输部长提出建议和报告 参与制订有关标准和措施 1 9 6 9 年法国总理沙 邦戴尔马责成公共联系的国务秘书约贞 傅麦文组织 公路交通安全圆桌会议 由与交通安全有关的政府部门 国营和私营企业及 道路交通管理等有关的各方面人士参加 负责制订全国公路交通安全的总政策和 措施 圆桌会议下设有 道路设施 驾驶员 车辆 伤员救护 情报 5 个专业委员会和1 个 道路交通资料分析中心 19 7 2 年法国成立了 2 中央交通安全委员会 从1 9 7 2 年起 开始严格执行驾驶员必须佩带安全带 的法规 1 9 6 1 年1 月1 0 日 日本成立了全日本交通安全协会 全国动员 全面采取 措施 1 9 7 0 年成立了以政府内阁总理大臣为主席的全国交通安全对策会议 颁 布了 交通安全对策法 从1 9 7 1 年开始 每五年实施一个交通安全五年计划 大搞交通安全设施建设 提高交通管理科学水平 强化交通法规和安全教育 取 得了很大的成效 并相继开始制订有关汽车与道路的交通行政法规 如 道路 运输车辆法 道路交通法 道路运输法 道路法 等有关法规 3 1 9 7 2 年至今 这一时期是人类社会日益重视道路交通事故的预防和控制阶段 同时也是取 得良好实效的时期 在这一时期中 世界汽车工业虽然仍以较快的速度在发展 但除部分发展中国家交通事故持续上升外 世界绝大多数国家的道路交通事故已 呈现下降趋势 虽然在2 0 世纪7 0 年代末和8 0 年代中期有所回升 但总的趋势 是下降的 其中重要的原因是采取了一系列的改善交通状况 预防道路交通事故 的措施 美国交通运输工程师学会提出了3 7 项措施 根据安全效果 在前五位 的是 佩带安全带 全国实行8 8 k m h 的速度限制 严禁酒后开车 普 遍实行道路交通事故急救制度 开展事故多发点的研究 积极采取措施消除事 故多发地点 日本从1 9 7 1 年开始 连续9 年道路交通事故死亡人数下降 1 9 7 9 年与1 9 7 0 年相比 汽车保有量增加了2 6 倍 而道路交通事故死亡人数减少了5 0 从 1 9 7 0 年死亡1 6 7 6 5 人 下降到1 9 7 9 年死亡8 4 6 6 人 在这一时期中 世界各国为了改变原来的混合交通状况 对道路交通安全问 题采取了不少措施 投人大量资金和运用科技手段 使得进入2 0 世纪7 0 年代以 来 交通安全情况有明显好转 来自欧共体国家的官方数据表明 1 9 9 9 年欧洲 道路死亡率显著下降 1 9 9 9 年在西欧 道路死亡人数下降了将近4 4 这是 自1 9 9 6 年以来欧洲道路死亡下降最多的一年 在中欧和东欧死亡率下降了近4 1 这同样是1 9 9 6 年以来下降最多的一年 其受伤率下降了9 8 事故率下 降了9 3 为了进一步预防和控制道路交通事故 一些学者提出了道路交通安全的新思 路 如瑞典国会于1 9 9 7 年10 月通过了一项在道路交通系统中的长远安全目标 一一零点计划 t h ev i s i o nz e r o v z 或称为无死亡和严重损伤计划 它要求 交通系统设计者确保整个交通系统内的安全 道路使用者有获得道路系统安全的 权利 同时 也必须严格遵守各项交通规则 澳大利亚联邦政府及许多州于1 9 9 8 年和1 9 9 9 年开始研究v z 新战略 并己采取以下新措施 逐年将车速与道路系统的固有安全措施结合起来 建立 速度一道路内部 结构复合体 这一模式 改造车辆结构以适应驾驶员的行为举止 鼓励社会 团体以更安全的方法应用此道路系统 随着全社会的进步和人们坚持不懈地努力 交通事故发生率和危害必定会进 一步下降和得到控制 1 2 2 国内道路安全概述 在我国 以汽车为主要交通工具的现代交通系统诞生于1 9 8 0 年中期 截至 2 0 0 9 年底 全国机动车保有量已超过1 8 6 亿辆 相比起1 9 9 0 年全国汽车保有 量仅有5 5 4 万辆 汽车产业迅猛发展速度让人乍舌 与此同时 伴随着国民经济 快速发展和对外开放的不断扩大 道路交通也同步步入了快速发展的轨道 道路 建设成就辉煌 令人振奋 建国初期 我国公路通车里程仅为8 0 7 万k m 公路 等级都在二级以下 有路面里程只有3 万k m 2 0 0 8 年底 全国公路总里程已达 3 7 3 万k m 是建国初期的4 6 倍 其中 高速公路里程6 0 3 0 2 k m 一级公路5 4 2 1 6 k m 二级公路2 8 5 2 2 6 k m 二级及以上公路占总里程的比例为1 0 7 2 而1 9 7 8 年二级 及以上公路只有1 2 万k m 比例只有1 4 资料显示 自1 9 8 8 年中国开始建设 高速公路以来 一直保持着快速发展的势头 目前 中国公路总里程已达3 7 0 万k m 其中高速公路总里程6 5 万k m 居世界第二位 仅次于美国 而且有望在 两到三年内超过美国 但中国的高速公路在公路品质 管理水平和网络建设等方 面与美国相比 还存在一定差距 按照中国2 0 0 5 年公布的高速公路网发展规划 到2 0 2 0 年 基本建成国家高速公路网 届时 中国高速公路通车总里程将达l o 万k m 投资2 万亿的新路网将 织成 中国高速公路8 5 万k m 的 7 9 1 8 网 7 1 该路网由7 条首都放射线 9 条南北纵向线和1 8 条东西横向线组成 为中国汽车工业蓬勃发展喝彩之时 却不能忽略我国交通事故的数量及其增 长量 从1 9 9 0 年起 因交通环境的复杂性所引发的事故也随之以平均每年3 2 增加 虽然2 0 0 3 年后事故总量有所下降 但在仅2 0 0 6 年就造成道路交通事故 3 7 万多起 事故死亡人数近9 万人 受伤4 3 万多人 直接财产损失1 4 9 亿元 和西方发达国家相比 我国的交通事故死亡率尤其突出 就2 0 0 5 年交通事故造 成的每1 0 万人口死亡率来看 德国是6 5 美国是4 6 6 日本是5 3 8 我国是 6 8 4 虽然从比率上看相差不多 但增长的平均速度却非常惊人 每年约3 6 7 1 9 9 0 2 0 0 6 年 从万车死亡率来看 2 0 0 5 年德国是0 8 美国是1 7 7 日 本是5 3 8 而我国是6 1 6 相当于发达国家的4 6 倍 引 根据总的数据分析 无论是从我国历年来交通统计数据的纵向分析 还是与 国外交通状况的横向对比 都可以看出 我国道路交通安全形势相当严峻 自 1 9 8 0 年代中期开始 我国道路交通事故的各项指标均持续增长 交通安全状况 日趋恶化 交通事故多发已成为严重影响社会发展和人民生活的重要因素 我国道路交通安全状况的严峻形势表现在 o 1 1 1 4 1 交通事故死亡人数多 中国的交通事故主要呈现出总量大且死亡率高的特点 从1 9 9 7 年起 我国 道路交通事故死亡的绝对数每年以数千人甚至上万人的速度递增 年死亡人数已 跃居世界之首 各年道路交通事故统计见图1 1 9 0 8 0 7 0 裂6 0 r o5 0 叠4 辑3 0 怖2 0 1 0 0 2 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 82 0 0 9 1 2 1 0 k v 籁 u 磉 图1 12 0 0 1 2 0 0 9 年道路交通事故统计表 2 事故增长率较高 根据统计资料 交通事故的变化与国民经济发展速度有着密切关系 国民经 济发展速度快 交通事故次数和死亡人数就增多 如1 9 7 8 1 9 9 5 年是我国国民 经济的高速增长期 年均国民经济增长率为9 9 5 而道路交通事故也同时进入 高增长期 交通事故死亡人数年均增长率高达8 9 至今仍以较高速度增长着 这说明 在高速发展国民经济的同时 并没有采取相应的措施和制定相应的政策 来控制和减少交通事故的发生 3 经济损失大 1 9 9 9 年我国交通事故造成的直接经济损失为2 0 亿元人民币 2 0 0 1 年开始突 破3 0 亿元大关 而2 0 0 3 年则达到了3 3 7 亿元 2 0 0 4 年为2 3 9 亿元 近年来 我国每年交通事故所造成的直接经济损失有所下降 2 0 0 7 年为1 2 亿元 2 0 0 8 年小幅下降至1 0 1 亿元 而2 0 0 9 年更是首度跌破1 0 亿元大关 进一步下降至 9 1 亿元 同比下降l0 左右 然而间接经济损失往往是直接经济损失的10 1 5 倍 若把事故现场堵塞所造成的经济损失算上 按最保守的方法计算 每年的经 济损失都达到3 0 0 亿元以上 从以上道路交通安全状况的分析可见 不论是发达国家 还是发展中国家 不论是国外还是国内 都必须将交通安全列入重大社会问题来进行研究 都应该 花费大量的人力 物力 财力来预防交通事故的发生和减少交通事故所带来的危 8 6 4 2 0 害 从而保障交通安全 尽管国内外许多相关机构和社会组织对道路交通事故进 行了长期的分析 研究了道路交通安全的发展趋势 并提出各种降低事故 改善 道路交通安全状况的技术和对策 但在这个问题上 还要做出更多的努力 1 3 道路交通事故预测研究概述 随着道路交通事故预测方法的发展 国内外曾出现过一些颇为实用的宏观预 测方法 主要有以下几种 1 1 2 1 专家调查法 2 0 世纪4 0 年代末美国兰德公司提出的向专家反复函询的 一种定性预测方法 通过向交通安全专家提供道路交通事故背景等资料 得到不 同专家的预测意见 总结得出道路交通事故决策结果 此法分析问题深入 定性 因素得到定量处理 适用于区域道路交通事故的短期宏观预测 2 专家预测法 专家对道路交通事故的过去 现在进行深入分析 然后对 道路交通事故的未来发展趋势做出客观判断 可以采用专家个人判断和组织专家 会议两种形式 3 统计回归模型法 运用概率统计的方法拟合某一地段道路交通事故数据 和影响道路交通事故发生的因素 建立道路交通事故预测模型 利用道路交通事 故时间序列的统计规律和几何特征 对交通事故序列未来发展进行预估 4 经验模型法 目前有以下几种比较典型的道路交通事故预测经验模型 史密德 s m e e d 模型 1 9 4 9 年英国伦敦大学史密德教授根据1 9 3 8 年欧洲2 0 个国家的道路交通事 故数量 运用统计回归分析的方法建立的道路交通事故预测模型 d 0 0 0 0 3 n p 2 1 1 3 1 1 式中d 一一交通事故死亡人数 一一机动车保有量 尸一一人口数 北京模型 北京模型是针对我国道路交通事故特点所构建的具有代表性的交通事故统计 预测模型 择优选取了与预测模型相关的l l 项影响因素指标 如下 临时人口 数x i 常住人1 2 1 数x 机动车辆数x 自行车数x 道路长度x 道路面积 灯控路口x 7 交通标志 交通标线南 繁忙而失控的部位x l o 交警人数x l l 所建模型如下 y 3 5 7 7 7 9 9 3 3 0 2 8 1 9 x l 8 2 4 9 2 1l g x 3 3 2 6 7 7 7 1 9 x 4 8 0 0 4 5 4 1l g x 5 一l1 4 9 0 5 1l g x 6 2 2 4 9 0 2 1 9 x s 一4 5 0 4 9 9 1 9 x l o 一2 8 7 1 9 1l g b l 1 2 5 灰色预测法 将道路交通系统作为一个灰色系统 而道路交通事故则 6 是道路交通系统行为特征量 运用灰色理论方法建立道路交通事故预测模型 该 法不同于数理统计 不需要分析道路交通事故的影响因素 是一种基于现实性和 动态性的分析预测方法 通过探究数据序列本身的内在规律 构建预测模型 由 于其小样本建模以及计算简单等显著优点 因而得到广泛应用 但是对于波动性 较强 序列较长的数据 拟合情况常常不尽人意 因此常用于中短期宏观预测 6 人工神经网络法 道路交通是一个动态的有机的综合系统 具有较大 的随机性 动态性和不确定性 因此使用上述数理统计回归分析方法所建立的道 路交通安全宏观预测模型 往往会由于较大的结果误差而难以令人满意 人工神 经网络法是一种非统计回归的数学方法 它是大规模并行的非线性动力学系统 它的显著优点是 该法具有自适应 自组织 自学习及自推理的能力 不需要建 立相关模型 通过学习训练自动揣摩 总结出复杂系统的内在规律 剔除重复和 无效的信息 从而生成神经网络预测模型 其预测结果精度通常较高 效果也比 较好 1 4 论文研究的目的及意义 道路交通事故预测的目的是为了掌握交通事故的未来状况 以便及时采取相 应的对策 避免工作中的盲目性和被动性 有效地控制各种影响因素 达到减少 交通事故的目的 良好的事故预测是道路交通安全评价 经济评价 社会评价和环境评价 道 路交通规划等的基础 通过对道路交通事故的过去和现在状态的系统探讨 考虑 其相关因素的变化 做出对道路交通事故未来状态的描述 进而采取相应的预防 措施或规划措施 更好地实现 安全第一 预防为主 的方针 有效地控制交通 事故 使人员伤亡和财产损失降低到最小或可以接受的范围内 这对减少人间悲 剧 稳定社会和减少经济损失有着重要的意义 具有重要的科学价值和应用价值 1 5 研究内容 论文以国内外交通安全现状严峻性为研究背景 从宏观理论方面分析了影响 交通安全的人 车 路和环境等致因因素与交通安全之间的潜在关系 分析了预 测手段在交通安全研究中的重要性和迫切性 总结了交通安全预测模型和方法的 研究现状 在成熟的灰色预测理论的基础上 深入研究 探讨了改进g m 1 1 模 型 灰色b p 神经网络组合模型以及灰色马尔科夫预测模型 并且通过实例分析 的结果验证了各类模型的优越性以及适用性 论文研究的主要内容如下 第一章为绪论 主要概况了论文研究背景 目的以及意义 介绍了国内外道 路交通安全和事故预测的理论研究现状 总结论文研究的主要内容 第二章为道路交通事故成因分析 从人 车 路 环境这四个主要方面对道 路交通事故的成因进行理论分析 阐述了影响交通安全的主要因素与交通安全之 间的关系 为建立道路交通安全预测模型奠定了良好的理论基础 第三章着重介绍了灰色系统理论 灰色理论预测具有所需样本小 计算简便 精度较高和实用性较强等显著优点 但是随着样本数据的增多相应的数据的复杂 性也增强了 而灰色g m 1 1 模型呈指数增长 主要适用于数列按照单一指数规 律增长 对于如何处理新老数据取舍的问题上 论文提出了以灰色等维新息模型 为实例的改进g m 1 1 模型 灰色等维新息模型即在原有数据序列的基础上增加 一个新的预测数据 同时去除掉最老的一个数据 保持维度不变 重新建模 通 过实例分析 预测结果表明改进后的等维新息模型的预测精度相较于原g m 1 1 模型有一定程度的提高 证明在交通事故次数预测分析中采用灰色等维新息 模型的可行性与可靠性 引入了基于灰色理论的组合预测模型 利用灰色预测模 型较强的融合 渗透能力 将其与其它单项模型相结合 以实现不同模型之间的 信息和优势互补 得到组合预测模型 这样不但能够规避单项模型无法逾越的局 限性 还能将各个单项模型的优势综合起来 有效的保证了预测精度 增强了预 测的可行性与可靠性 论文构建了灰色神经网络组合预测模型 将灰色等维新息 模型和纯b p 神经网络作为组合预测的单项模型 通过最小二乘法确定各单项模 型在组合模型中的权系数 实例分析了全国1 9 8 2 1 9 9 8 年交通事故次数预测值 结果表明组合预测模型精度优于各单项预测模型 第四章提出了有别于组合模型通过权系数调整各单项模型预测值的方法 构建基于灰色理论的扩展模型 针对g m 1 1 模型对于随机波动性较大的样本数 据序列预测精度较差的弱点 在灰色预测理论的基础上引入马尔科夫链理论 建 立了道路交通事故灰色马尔科夫预测模型 实例分析了1 9 9 6 2 0 0 5 年我国道路 交通事故死亡人数预测值 结果证实了基于马尔科夫理论的灰色扩展模型的实用 性和高效性 第五章从宏观的角度对论文所提出的预测模型进行分析和评价 基于道路交 通事故的特点综合分析了道路交通事故预测的实际困难 如何克服困难并且针对 不同的道路交通事故特点采用适合的预测方法是论文的出发点也是最终目标 只 有选择合适的模型 才能使预测事半功倍 最终达到预测的目的 文中探讨了几种典型的预测方法以及组合形式 其研究重点不在于方法优越 性的必选 而在于强调依据现有的数据序列条件 通过分析已有数据和预测对象 的特征 来选用合适的预测模型或方法对预测对象进行全面的 有效的预测 达 到掌握交通安全未来发展趋势的目的 以便于及时采取相应的措施规避潜在风 险 同时还可以为合理地制定与时俱进的交通安全管理目标提供可靠依据 第二章道路交通事故成因分析 交通事故的原因是分析研究交通事故的主要内容之一 是采取预防交通事故 对策的依据 也是鉴定交通事故当事人责任的关键 交通事故是随机事件 现象 千变万化 原因错综复杂 即构成交通事故的原因是多因素互相作用影响的结果 很难用一个固定的模式或数学表达式把它的原因精确地描述出来 交通事故的原因有主观的 也有客观的 有直接的 也有间接的 有造成事 故的原因 也有引起事故后果的原因 研究交通事故原因的方法可通过两个途径 既可通过宏观的统计分析 也可通过微观的案例分析 前者着重于找出造成交通 事故原因的规律 为采取预防交通事故的对策提供依据 后者则侧重于鉴定事故 的责任 满足事故处理的需要 当然也具有事故预防的意义 本章将从心理学 人类工程学 统计学 交通工程学等不同的角度分析道路交通事故的原因 2 1 道路事故成因理论概述 道路交通事故成因理论 r o a dt r a f f i ca c c i d e n t c a l l s i n gt h e o r y 是研究道 路事故发生原因 从而找到防止道路事故发生的方法和对策的理论 从大量典型 交通事故的本质原因分析中提炼出的事故机理和事故模型 反映了事故发生的规 律性 并为事故原因的定性定量分析以及事故的预防工作提供了科学 完整的理 论依据 1 3 在不同的生产力发展阶段 典型的交通安全问题也不相同 为了解 决问题 人们努力探讨道路交通事故发生机理 不断加深对事故发生原因的认识 形成了具有时代特征的道路交通事故成因理论 国内外关于道路交通事故成因理 论的研究大致经历了如下两个时期 单因素理论和多因素理论 单因素理论只偏 重于人的分析 不能全面系统地揭示事故发生的规律 而多因素理论的贡献主要 在于使人们改变了对交通事故成因的单向 局部的思维方式 开始从整体的角度 来考虑道路交通安全 2 1 1 事故频发倾向论 事故频发倾向的概念是英国的法默和查姆勃等人提出的 其基本内容是 个 别人具有容易发生事故的稳定的 个人的内在倾向 换言之 就是事故频发倾向 是由个人内在因素决定的 并且长时间不会发生变化 有些人的本性就是容易发 生事故的 按照这种错误理论 具有这种倾向的人被称为事故频发倾向者 他们 的存在被认为是事故发生的原因 而对事故的预防主要就在于对少数事故频发倾 向者 危险源的控制 l4 1 这是2 0 世纪初早期资本主义世界工业安全的陈旧理 9 论 这一理论一直备受争议 近年许多研究结果认为 事故频发倾向者并不存在 将发生事故次数较多的工人调离后之 企业的事故发生率并没有下降 2 1 2 事故因果连锁论 2 0 世纪初期 美国的海因里希在其 工业事故预防 一书中提出了所谓的 工业安全公理 发生工业事故的因果连锁论 根据事故因果连锁论 事故 的发生不是一个孤立的事件 而是一系列互为因果的原因事件相继发生的结果 事故因果连锁包括事故的基本原因 直接原因 间接原因 事故 事故后果 五个互为因果的事件 l4 1 用多米诺骨牌可形象地描述这种事故因果连锁 得到 了图2 1 所示的事故因果连锁图 在连锁途中的任何一张骨牌被碰倒 都将发生 连锁反应 使其余的骨牌相继被碰倒 最终造成事故 如果移去连锁图中的某一 张骨牌 则连锁关系被破坏 事故过程将被中止 一囤团国画囤 图2 1海因里希事故因果连锁图 在海因里希事故因果连锁的基础上 博德提出了图2 2 所示反映现代安全观 点的博德事故因果连锁 他认为 尽管人的不安全行为和物的不安全状态是导致 事故的重要原因 但这还只是一种表面现象 真正导致它们产生的上层原因却是 诸如缺乏知识 技能 态度不端正 身体或精神方面有缺陷等个人原因 以及诸 如操作规程不合适 设备材料不合格 不亮的环境因素等工作条件方面的原因 更具特色的是 博德事故因果连锁还进一步把造成这些个人和工作条件方面问题 的根本原因归结于管理失误 认为是管理失误才导致了对上述各种原因因素的控 制不足 囤团团画画 图2 2 博德事故冈果连锁 1 0 目前我国进