基于貝葉斯網的城市道路交通事故機理分析

韓靜文+劉志強+龔標+張愛紅+王玲

摘 要：認識事故發生機理是預防交通事故的基礎，首先運用層次分析法，給出引發交通事故的單因素權重排序，確定貝葉斯模型的顯性變量，同時引入兩個隱節點來表征各因素之間的依賴關系，針對鎮江市解放路路段事故數據，運用Netica建立各成因耦合作用的機理模型，結果表明，實際交通事故形態與理論分析相吻合，證明該模型可以作為城市道路交通安全改善方案的理論依據。

關鍵詞：交通安全；貝葉斯網；事故機理；Netica建模

引言

高度現代化的城市道路交通環境給人們出行帶來方便的同時，也逐漸成為威脅國民生命財產安全的隱性殺手。近兩年來城市道路交通事故次數達到總數的42.39%[1]，呈現上升趨勢。因而深入開展對城市道路交通事故的機理研究是非常迫切的。現階段開展的事故發生機理研究主要集中在兩個方面：一是基于事故因果鏈鎖論[2]，利用系統綜合分析法剖析典型案例的成因，揭示事故本質；二是基于事故數據挖掘手段鑒別出道路黑點[3]，分析其空間分布特性和形成規律。總體而言，絕大多研究缺乏科學的定義和可量化判別標準，沒有形成系統的分析治理方法。本文引入交通特性的微觀分析，將單個事故成因的重要度計算與基于貝葉斯網的多個事故影響因素耦合作用分析相結合，開展事故發生機理的量化分析。

1 貝葉斯網建模分析

1.1 貝葉斯學習算法

1.2 顯性變量的確定

本文選擇采用層次分析法[4]對道路交通事故的各成因進行相應的關聯度分析，選取權重較大的關鍵因素作為貝葉斯模型的顯節點。分析過程如下。

（1）模型構建。建立如圖1所示的交通事故形成層次結構模型。

（2）構造判斷矩陣。在層次模型構建完成的基礎上，根據統一的Saaty1-9級判斷矩陣標準度，比較下一層因素與上一層選定因素之間的相對重要程度，其量化值用W表示，即權重。

（3）層次總排序及一致性檢驗。層次總排序是指最底層以下的各因素對最高層總問題的重要度排序，具體結果見表1。為了保證排序評價的有效性，引入一致性指標[5]CI和隨機一致性比率CR進行檢驗。

（4）確定模型顯性變量。總權重排序在一定程度上反映了各成因對事故發生的貢獻度大小。為適當簡化機理模型，同時保證分析結果準確可靠，選取交通參與者的違規情況、車輛狀況、天氣情況和道路條件四個關聯度最大因素作為模型的顯性變量。

2 模型參數分析

首先引入顯節點：交通參與者的違規情況X0、車輛狀況X1、天氣情況X2和道路條件X3。各變量節點值域取值如下所示。

（1）X0：{0，1，2，3}分別代表駕駛員無違規行為，判斷失誤，操縱失誤，其他違規行為。

（2）X1：{0，1，2，3}分別代表車輛狀況良好，信號裝置失效，制動失常，其他機械故障。

（3）X2：{0，1}分別對應天氣狀況良好和天氣惡劣兩種情形。

（4）X3：{0，1，2，3}分別代表普通路段，丁字路口，十字路口，其他交叉路口。

（5）A：{1，0}分別表示表示發生交通事故和不發生交通事故兩種狀況。

在確定了顯性變量的基礎上，引入駕駛人員無規范感和緊張程度兩個隱變量，記為Y0、Y1，并規定隱變量有3個不同的取值，記作d1、d2、d3，對應表示程度的“低”、“中”、“高”。

3 案例分析

采用本文構建的機理模型進行案例分析，以鎮江市具有代表性的城市道路解放路為例，選取大西路與中山東路之間的解放路路段為研究對象，結合事故數據對事故發生機理進行建模推理分析。

依據該路段歷史事故資料，通過數據學習不斷修正事故發生的先驗概率，利用貝葉斯軟件分析包Netica建立事故分析的貝葉斯模型，并結合數據統計分析，得到顯性變量與隱形變量之間的條件概率，見表2。

確定變量及其取值后，按照上述值域將數據抽象成布爾類型的值，利用貝葉斯軟件分析包Netica建立事故分析的貝葉斯模型，見圖2。利用該模型進行道路系統事故概率分析，將天氣節點調整為天氣惡劣且存在交通違規行為時，事故發生的概率由0.38上升到0.47，這是符合常識推理和歷史經驗的結果。此外，對結果進行敏感度分析，可以發現天氣狀況是敏感性最強的影響因素，其次是交通違規行為，而車輛狀況的影響較小。這可以解釋為該路段為市區道路，駕駛員通常對本地路況比較熟悉，且市內車流量較大，車速較低，即使車輛出現一些輕微的意外情況，一般駕駛員都可以平穩應對；當出現較為惡劣的天氣狀況時，對客觀的外部環境和交通參與者的主觀判斷都會產較大的影響，因此敏感度表現最高。

4 結束語

本文通過對道路交通環境進行系統的分析，以貝葉斯網絡模型為基礎，針對目前事故發生機理研究中定性分析多，定量分析少、事故信息缺失等方面的不足，建立關鍵因素耦合作用對城市道路交通事故影響的定量化關系模型，實現定量分析與定性分析應有的互補與統一。結果顯示，良好的天氣狀況、交通參與者的規范出行對城市道路交通安全至關重要。實例驗證表明結果符合實際情況，證明了模型的準確度和可靠度。

參考文獻

[1]公安部交通管理局.道路交通事故統計年報[Z].江蘇：公安部交通管理科學研究所，2015.

[2]李淑慶，彭囿朗，肖莉英，等.道路交通事故發生機理研究現狀與趨勢分析[J].安全與環境學報，2014，14（3）：14-19.

[3]劉志強，趙艷萍，汪澎.道路交通安全工程[M].北京：高等教育出版社，2012.

[4]章倩.“本本族”青年駕駛人事故發生機理與駕駛行為模式研究[D].上海：上海交通大學，2014.

[5]劉興旺.道路交通事故發生機理與成因分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2005.

作者簡介：劉志強（1963-），男，江蘇靖江人，副院長，教授，博士生導師，研究方向為車輛主動安全。