高速公路交通事故成因分析与关联因素研究

1、2008,44(5Computer Engineering and Applications计算机工程与应用1引言近年来,我国高速公路交通事故越来越严重。据公安部交通管理局统计,高速公路每百公里事故发生率是普通公路的4倍多,而且高速公路一旦发生交通事故,其严重程度往往高于普通公路,尤其是死亡率,每百公里为17.4人,是普通公路的两倍。例如,在2004年全国公路交通事故造成的83085人死亡中,高速公路上死亡就有6235人,比上年上升18.3%,平均每万公里死亡1823人,远远高于二、三级公路死亡水平。因此如何减少和预防事故发生,降低事故损失就成了交通运输领域亟待研究解决的问题。要实现这一目标,

2、只进行道路基础设施建设是不够的,还需要对交通事故原因进行深层次的分析1。根据目前国内高速公路交通事故数据采集统计方法,交通事故数据被分为四个方面,即交通事故次数、死亡人数、受伤人数和直接经济损失。交通事故四项统计数字分别从不同侧面对交通事故的危害程度作出描述,但没有形成一个综合的评价指标,这样难以对事故发生的主次要原因进行深入分析。本文将交通事故四项统计数字看作是一个四维的统计整体,每项统计数字是总体的一个数量指标。将交通事故四项统计数字按照事故发生原因进行划分,从而得到n个观测数据,构成了一个四维向量。运用主成分分析法,对这个向量进行简化,并最终以一个综合评价指标来代替原来较多的评价指标,对

3、引起交通事故各原因进行一个排序,进而采用关联规则挖掘的方法,从交通事故数据库中找出各类事故发生的条件因素。2主成分分析数学模型2.1主成分分析原理主成分分析是将原有的指标重新组合成一组新的相互无关的综合指标,同时根据实际需要从中选取较少的几个综合指标,尽可能反映原来指标的信息。主成分分析法在交通事故综合评价中的应用,实际上作了两个层次的线性合成:第一层次将原始指标通过恰当的线性组合转换成主成分,按累计方差贡献率不低于某个值(比如0.85的原则确定前几个主成分。具体来说就是将原有众多具有一定相关性的p个指标,作一定的线性组合,作为新的综合指标。最经典的做法就是用Y1(选取的第一个线性组合,即第一

4、个综合指标的方差来表达,即Var(Y1越大,表示Y1包含的信息越多。因此在所有的线性组合中选取的Y1应该是方差最大的,故称Y1为第一主成高速公路交通事故成因分析与关联因素研究何松柏1,袁晓洁2,窦志成2,王亚军1HE Song-bai1,YUAN Xiao-jie2,DOU Zhi-cheng2,WANG Ya-jun11.军事交通学院,天津3001612.南开大学信息技术科学学院,天津3000711.Academy of Military Transport,Tianjin300161,China2.College of Information Technical Science,Nanka

5、i University,Tianjin300071,ChinaE-mail:hsbcoolHE Song-bai,YUAN Xiao-jie,DOU Zhi-cheng,et al.Analysis on cause and research on associated factors of freeway traffic accident.Computer Engineering and Applications,2008,44(5:218-220.Abstract:This paper introduces an application of principal component an

6、alysis for freeway traffic accident.The authors first in-vestigated main reasons which might cause traffic accident by principal component analysis,and then analyzed the conditional factors by association rule mining.It is helpful for reducing the occurrences ratio of traffic accident by making corr

7、esponding pro-tective measures to investigated conditional factors.Key words:freeway;traffic accident;principal components analysis;association rule mining摘要:基于主成分分析原理研究了主成分分析在高速公路交通事故中的应用,根据数据分析结果,得出了影响交通安全的主要原因,进而采用关联规则挖掘方法挖掘出导致事故原因的条件因素,从而提出相应的预防措施,以达到降低高速公路交通事故发生的目的。关键词:高速公路;交通事故;主成分分析;关联规则挖掘文章编

8、号:1002-8331(200805-0218-03文献标识码:A中图分类号:TP18作者简介:何松柏(1977-,男,讲师,主要研究领域:交通安全、计算机技术在交通运输中的应用;袁晓洁(1963-,女,博士,教授,博导,主要研究领域:数据库和数据挖掘技术;窦志成(1980-,男,博士研究生,主要研究领域:数据挖掘,信息检索,个性化搜索;王亚军(1963-,男,教授,硕导,主要研究领域:交通安全、计算机技术在交通运输中的应用。收稿日期:2007-06-12修回日期:2007-08-202182008,44(5Computer Engineering and Applications 计算机工程

9、与应用表1各事故原因导致高速公路交通事故统计情况一览表序号12345678事故直接原因乘车人措施不当违章超车疲劳驾驶转向失效超速行车疏忽大意制动失效直接经济损失/元45549.001469975.0026412.00373026.0033748.00968226.00228044.0041364.00受伤人数/个0.0038.001.0026.001.0014.008.003.00死亡人数/个2.009.000.005.000.004.001.001.00事故起数/起284234357175表2各事故原因导致高速公路交通事故标准化数据序号12345678事故直接原因乘车人措施不当违章超车疲劳驾

10、驶转向失效超速行车疏忽大意制动失效直接经济损失/元-0.503093.19455-0.552770.34700-0.533731.89207-0.02936-0.51396受伤人数/个-0.622452.97694-0.527731.84029-0.527730.703640.13532-0.33829死亡人数/个0.098943.00793-0.732191.34565-0.732190.93008-0.31662-0.31662事故起数/起-0.576093.25413-0.576090.91863-0.529381.992960.12456-0.43596表3交通事故数据标准化、综合评价

11、值及排序一览表事故直接原因乘车人措施不当违章超车疲劳驾驶转向失效超速行车疏忽大意制动失效纵性间距不够违章变更车道违章装载判断错误违章调头其他部件故障违章穿行车道违章转弯违章占道行驶酒后驾车违章停车违章倒车其它驾驶员直接经济损失/元-0.503093.19455-0.552770.34700-0.533731.89207-0.02936-0.51396-0.469540.08320-0.512990.10117-0.49041-0.31963-0.60524-0.54865-0.50631-0.53131-0.46064-0.584141.54375受伤人数/个-0.622452.97694-0

12、.527731.84029-0.527730.703640.13532-0.33829-0.33829-0.33829-0.43301-0.24357-0.52773-0.14885-0.62245-0.62245-0.62245-0.43301-0.52773-0.622451.84029死亡人数/个0.098943.00793-0.732191.34565-0.732190.93008-0.31662-0.31662-0.73219-0.31662-0.73219-0.31662-0.732190.09894-0.31662-0.73219-0.316620.51451-0.73219-0

13、.732191.76122事故起数/起-0.576093.25413-0.576090.91863-0.529381.992960.12456-0.43596-0.43596-0.10899-0.38925-0.38925-0.38925-0.10899-0.57609-0.62280-0.52938-0.57609-0.48267-0.529380.96534综合评价值-0.805006.21800-1.194002.22300-1.161002.76500-0.04100-0.80300-0.986540.03603-1.03213-0.42401-1.06818-0.24052-1.06

14、153-1.26242-0.98842-0.51836-1.10035-1.233123.05190排序111194183610125148167152113917202分。如果第一主成分不足以代表原有p 个指标的信息,再考虑选取Y 2,即选第二个线性组合。为了有效地反映原有信息,Y 1已有的信息就不需要再出现在Y 2中,即要求Cov (Y 1,Y 2=0,则称Y 2为第二主成分,依此类推可以构造出第3、第4,第p 个主成分。第2层次是各主成分以各自的方差贡献率为权重,通过线性加权求和得到综合评价指标来分析交通事故原因的先后顺序,这反映了各主成分的信息2。2.2主成分分析数学模型设:对交通事故

15、的研究中涉及p 个指标,分别用X 1,X 2,X p 表示,这p 个指标构成的p 维随机向量为X=(X 1,X 2,X p ,对X 进行线性变换,以形成新的综合变量,用Y 表示,即:Y 1=l 11X 1+l 12X 2+l 1p X p Y 2=l 21X 1+l 22X 2+l 2p X pY m =l m 1X 1+l m 2X 2+l m p X p!#"#$简记为Y i =l i1X 1+l i2X 2+l ip X p (i=1,2,m,并取l 2i1+l 2i2+l 2ip =1。要求Y i ,Y j 不相关(i j ;Y 1是X 1,X 2,X p 的线性函数中方差最

16、大的,依此类推3,4。3高速公路交通事故成因分析本文选取某高速公路2004年9月2005年7月交通事故数据,对交通事故数据按事故原因进行统计,进行主成分分析计算步骤如下:(1各种事故原因造成的直接经济损失、受伤人数、死亡人数、事故起数如表1所示。(2对交通事故数据按照Y ij =X ij -X jS j进行标准化处理,利用Spss 统计软件计算得到各事故原因导致高速公路交通事故标准化数据如表2所示。(3将标准化数据按公式S y =(S *ij p ×p求协方差阵,得出相关系数矩阵:R=1.0000.8940.8850.9730.8941.0000.9350.9120.8850.935

17、1.0000.8860.9730.9120.8861.00&(*+(4计算相关矩阵R 的特征值及特征向量在利用主成分分析法构造交通事故综合评价指标过程中,由标准化数据求得的相关矩阵均为一个4阶对称方阵。利用Spss 软件对标准化数据进行分析计算,可求得相关矩阵的4个特征值分别为:!1=3.743,!2=0.167,!3=0.066,!4=0.024。同时可求得!1对于的特征向量为(0.501,0.500,0.495,0.504。(5取m=1,计算主成分的累计方差贡献率按累计方差贡献率G (m =mi=1,!i/pi=1,!i=93.57%>85%,说明用一个综合评价指标来反映原四

18、项统计数字是可行的。(6取m=1,根据公式Z im =pt=1,Y it l tm(i=1,2,n 计算第一个主成分的样本值,即Z i1=0.501Y i1+0.500Y i2+0.495Y i3+0.504Y i4,Y it 是标准化后的数据。结果如表3所示。从表3可以看出措施不当、其它驾驶员、超速行车、疲劳驾驶、违章变更车道、疏忽大意、其他部件故障是该高速公路发生交通事故的主要原因,也是下一步挖掘的重点。4高速公路交通事故关联因素研究本文采用FP-growth (Frequent Pattern Growth 算法5进行关联规则挖掘。算法输出结果是关联规则。为了更明确表示关联规则,这里采用

19、“条件集合-结果”的方式。条件集合包括车何松柏,袁晓洁,窦志成,等:高速公路交通事故成因分析与关联因素研究2192008,44(5Computer Engineering and Applications计算机工程与应用(上接165页任协商安全防护方案SFEBTN。该方案可以很好地避免传统信任协商安全防护方案中存在的策略循环依赖问题,并且解决了传统信任协商安全防护方案中不能很好解决的证书和策略隐藏问题。参考文献:1Winsborough W H,Seamons K E,Jones V E.Automated trust nego-tiationC/DARPA Information Survi

20、vability Conf and Exposition.New York:IEEE Press,2000:88-102.2Yao A C.How to generate and exchange secretsC/Proc of the27th IEEE Symp on Foundations of Computer Science(FOCS.Los Alamitos,CA:IEEE Computer Society Press,1986:162-167.3Yao A C.Protocols for secure computationsC/Proc23rd IEEESymp on the

21、Foundation of Computer Science.IEEE,1982:160-164.4Garay J,MacKenzie P,Yang Ke.Efficient and universally compos-able committed oblivious transfer and applicationsC/Volume 2951of Lecture Notes in Computer Science:Theory of Cryptogra-phy,TCC2004.Springer,2004:297-316.5Holt J E,Bradshaw R W,Seamons K E,

22、et al.Hidden credentialsC/Jajodia S,Samarati P,Syverson PF.Proc of the ACM Workshop on Privacy in the Electronic Society.New York:ACM Press,2003:1-8.6罗曼.移动代理的安全性研究D.广州:华南理工大学,2004.型、驾龄、发生事故地区、年、月、日、几点、事故原因、事故形态、天气因素中的某一个或几个具体组成因素。结果也是包括事故发生时这九个因素中的一个或者几个因素,即是选定的维度。本文主要是挖掘导致事故原因的条件因素,因此只选择事故原因,并且给出每条

23、规则的支持度和置信度,来说明规则的重要性和有效性。此处的支持度是指条件集合与结果这几个因素造成事故所占总的事故的比例;置信度是指事故发生时,条件集合因素出现的同时引发结果因素的比例6。具体来说,参数设置界面如图1所示,结果显示界面如图2所示。从图1和图2可以看出,在设置最小支持度阈值为7%,最小置信度阈值为15%,此时得到17条规则。以第一条规则为例:驾龄2年!措施不当的支持度为0.239203表示驾龄2年的驾驶员发生措施不当的事故起数占总事故起数的23.920 3%;置信度0.286853表示发生事故时,驾龄2年的驾驶员出现的同时引发措施不当的比例为23.9203%。从规则可以看出,在京津塘高速段、驾龄2年、小客、晴天及每月上旬驾驶员特别容易出现措施不当;京津塘高速段、驾龄2年的小客驾驶员易出现超速行驶;京津塘高速段、晴天、驾龄2年的驾驶员容易出现疲劳驾驶,从而引起交通事故。因此,一是要加强驾龄2年驾驶员高速公路行车的监控措施和安全教育活动,使其对安全高度重视;二是对京津塘高速段道路设施进行完善,设计必要的警示标志,提示驾驶员在此路段要多加小心;三是重点加强对京津塘高速段小客车辆的监控