基于高速公路交通影響的霧天預測優勢比模型

高靜如

（同濟大學 交通運輸工程學院，上海 201800）

研究表明，高速公路交通事故中約22%～45%與霧、雨等天氣相關[1]，霧是高速公路上常見的災害性天氣之一。霧天能見度的降低常導致多車追尾事故發生，人員傷亡和財產損失巨大。因此，研究霧情發生與天氣條件和天氣過程的關系，對于霧情預警和提高高速公路霧天交通管理水平，有效預防交通事故有十分重要的意義[2]。

1 霧對高速公路運營安全的影響

由于交通事故的隨機性，現有技術條件下很難證明一起事故是由霧單因素引起的。但是，發生在霧天的多次、多車追尾事故，已對高速公路運營安全造成嚴重危害。通過對1990年至2011年全國60起高速公路霧天二次或多次事故的統計，得到霧天高速公路平均每起事故的傷亡損失情況，霧天事故嚴重程度遠高于正常天氣，如表1所示。

表1 霧天高速公路多車事故嚴重程度分析表

通過研究霧情與天氣過程的關系，可以根據霧區環境和天氣預報信息做好霧情預警，并將預警信息適時發布給交通管理部門和駕駛員，提高霧天管理的針對性，有效性減少交通事故和延誤發生。

2 霧的天氣影響特征分析

除全域性大霧外，高速公路沿線的霧以輻射霧居多，定點分布，形成霧區。研究表明霧的形成包括：冷卻條件、水汽條件、凝結條件、天氣條件、層結條件和風力條件[3]。

2.1 霧天形成的影響因素分析

選取起霧前1小時內平均濕度、最大濕度、晝夜溫差及起霧時溫度進行主成分分析[4]，確定影響霧天出現的最相關因子。

主成分：

其中，ZX為上述影響因素X經標準化后所得矩陣。經對統計數據的分析，可以得出主成分綜合模型：

由式（2）可知，起霧前1小時平均濕度X1和晝夜溫差X2系數絕對值大于0.3，表明其對霧天天氣的影響較大，是關鍵控制因素。

2.2 霧形成與相對濕度關系分析

統計霧形成時大氣相對濕度出現頻率與相對濕度大于95%時的霧出現頻率的關系如表2所示。

表2 霧天天氣相對濕度分布范圍

定義相對濕度系數為：

Fh越大表示相對濕度對霧天出現的影響越大，反之則越小。

從表2可以看出，霧形成時相對濕度f≥95%的相對濕度系數最大，表明對霧天出現的影響最大。因此，將起霧的相對濕度范圍確定為f≥95%。

2.3 霧的形成與相對濕度及溫差的綜合分析

將統計的248個霧天原始數據按晝夜溫差及相對濕度繪制成散點圖，綜合相對濕度及溫差與霧發生的關系，將霧發生時集中范圍分為4個區域，如圖1所示。

圖1 霧天相對濕度和晝夜溫差分布散點圖

從圖1可以看出，區域Ⅰ發生霧頻數最高，區域Ⅲ次之，區域Ⅳ最低，即霧發生概率最高的溫差及相對濕度范圍為：晝夜溫差3℃～8℃，相對濕度95%～99%，相對濕度對霧的形成影響較大。

3 霧天預測優勢比模型

對霧天出現與否進行量化，用函數值Y=1表示在該相對濕度和溫差條件下有霧天天氣出現，Y=0表示霧天天氣沒有出現。

對霧天天氣數據進行統計，并利用邏輯回歸方法[5]分析霧天出現函數Y，在變量相對濕度和溫差的影響下霧天天氣是否出現。

通過參數估計值得到預報模型：

霧天天氣在對應的相對濕度f和溫差ΔT作用下是否出現的優勢比N（對應溫度濕度條件下起霧的概率和不起霧的概率之比）[6]：

當 f=95，ΔT=4.5，則 P（Y=1=0.886），P（Y=0）=1-P(Y=1)=0.114，所以霧天天氣出現的優勢比N=P(Y=1)/P(Y=0)=7.77，即在當相對濕度大于95%，晝夜溫差大于4.5℃時，起霧的概率是不起霧的概率的7.77倍，表明在該天氣環境下極易起霧。

4 結論

通過收集重慶某高速3個霧區觀測點2009～2011年兩個霧季資料，建立了霧天預測優勢比模型，研究結論有：

（1）對霧的形成影響因素進行主成分分析及相關性分析，認為起霧前1小時內平均相對濕度及溫差與霧的形成相關性最高，為關鍵控制因素。

（2）相對濕度對霧天的形成具有最顯著影響。

（3）根據相對濕度和溫差對霧天形成的影響特征，劃定霧天形成的溫度濕度區間。當晝夜溫差在3℃～8℃，相對濕度為95%～99%時起霧可能性最大。

[1]Julia B Edwards.The Relationship Between Road Accident Severity and Recorded Weather[J].Journal of Safety Research.1998,29(4)：249-262

[2]Frank D.Shepard.Reduced visibility due to fog on the highway[M].Washington D.C.,1996

[3]陶建軍,楊禹華.高濕天氣的時空變化及其對交通安全的影響[J].中國安全科學學報.2008,18(9)：11-15

[4]沈曉燕.劉浩學.基于主成分分析法的危險貨物運輸企業安全評價[J].中國安全學報.2012,22(1)：124-129

[5]李悅,關鋅.我國地熱資源開發利用優勢對比分析[J].水文地質工程地質.2011.6：1-3

[6]許沖,徐錫偉.邏輯回歸模型在玉樹地震滑坡危險性評價中的應用與檢驗[J].工程地質學報.2012,20(3)：326-333