基于復雜網絡的高速公路事故關鍵影響因素研究

韓明霖 郭鍵 杜典初

摘? 要：高速公路行駛車輛爆胎、側翻，駕駛人疲勞駕駛、超速行駛等致災因素引起的事故災害頻發，為保障高速公路安全駕駛和正常運營，對高速公路關鍵事故關鍵影響因素進行研究具有重大意義。高速公路事故致災因素具有定性演化機理，基于此運用復雜網絡理論，對造成高速公路事故的人為因素、車輛因素、道路因素、環境因素、管理因素的各事故致災因素及鏈式演化規律展開研究，分析高速公路典型事故案例的成災機理，構建單一致災因素鏈，以此為基礎擴展事故數據基數，運用數據建模構建高速公路事故致災因素復雜網絡模型，并通過網絡節點程度平均值、網絡特征向量中心度評價兩個指標綜合分析網絡節點重要度。結合致災因素節點概率，總結高速公路關鍵事故致災因素鏈。結果表明：在高速公路事故致災因素網絡中爆胎、疲勞駕駛、超速行駛是造成事故發生的高熱度致災因素。研究成果為高速公路事故鏈預防和管理作出決策支持。

關鍵詞：復雜網絡;影響因素;演化規律;公路事故

Study on disaster causing form of Expressway major accidents based on complex network

GUO Jian HAN Minglin^*Du Dianchu

（School of civil engineering and architecture;Wuhan University of light industry;Wuhan430023）

Abstract：In order to ensure safe driving and normal operation of expressways，it is of great significance to study the key influencing factors of key accidents on expressways. The disaster causing factors of Expressway accidents have qualitative evolution mechanism. Based on this，this paper uses complex network theory to study the disaster causing factors and chain evolution law of human factors，vehicle factors，road factors，environmental factors and management factors，analyzes the disaster mechanism of typical Expressway accident cases，and constructs a single disaster causing factor chain Based on the expansion of accident data base，the complex network model of disaster causing factors of Expressway accidents is constructed by data modeling，and the importance of network nodes is comprehensively analyzed through the average degree of network nodes and centrality evaluation of network feature vector. Combined with the node probability of disaster causing factors，the disaster causing factors chain of highway key accidents is summarized. The results show that tire burst，fatigue driving and speeding are the high heat disaster causing factors. The research results provide decision support for Expressway accident chain prevention and management.

Keywords：Complex network;Influencing factors;Evolution law;Highway accident

1引言

高速公路具有行車速度快、資金回收率高、直達靈活性強、運輸效率高的優勢。其特點是道路全面封閉、限速高。高速公路的建設和運營涉及到國家經濟和社會的各個方面，是衡量國民經濟現代化的重要標志之一，因此高速公路一直以來是道路安全防控工作的重中之重。據統計我國每年交通事故約20萬余起，其中高速公路事故6萬余起，造成的經濟損失占國民經濟損耗的比例較為嚴峻，國家發展和經濟增長依賴于高速公路的發展。隨著國家對高速公路的重視度越來越高，其道路里程不斷延伸、道路用途不斷廣泛（2018年我國高速公路總里程達到14.26萬公里，每年有將近5%的增幅^[1]）、車流量的不斷增加，導致交通安全問題顯著，出現高速公路管理失衡的跡象。2002年我國交通事故發生率達到峰值，事故總數77萬起，造成約11萬人死亡。據我國高速公路數據統計，2016年高速公路事故平均每0.6起就有1人死亡，事故死亡率是普通城市道路的5倍^[2]。因此，針對高速公路重大事故關鍵影響因素分析，揭示事故發生的主要原因、次要原因在事故發展環節中的作用以及影響力，為高速公路事故的管理與防范提供數據支持，對全面提高我國高速公路的安全性和綜合防范能力具有重大意義。

根據事故鏈演化模式其獨特的復雜關系與意義，一般采用復雜網絡模型^[3]或事故樹模型^[4]的方法。國內呂文紅提出一種復雜網絡結構的事故鏈模型建模方法。通過研究，事故間的因素系統具有，交叉、共用、同時等特定復雜的網絡系統關系。各因素間的激發作用而形成的事故稱為多米諾現象^[5]。以復雜網絡系統建立的事故因素模型相較于事故樹模型，更有利于研究事故關鍵影響因素的復雜性，關聯性。且基于復雜網絡的因素分析的相關研究較少，因此基于復雜網絡的高速公路事故關鍵影響因素分析更具有研究價值。基于此，依據復雜網絡結構的特點，結合高速公路事故的成因因素，構建高速公路事故影響因素鏈復雜網絡模型，分析模型中的因素節點，得到關鍵致因因素，用于針對性的加強高速公路管理與防范工作中對關鍵致災因素的控制。

2高速公路重大事故演化鏈模型

2.1高速公路重大事故的關鍵致災因素數據模型

數據采集于《交通事故據年報》公開部分，從2010至2018年我國高速公路重大交通事故公布案例。在分析2010年8月10日案例的基礎上，同搜集得來的數據延伸至高速公路重大事故，從而建立事故系統網絡。網絡中共選取26個節點，即26個事故。具體各事故節點網絡如圖3。按照事故因素進行整理（人、車、路、環境、管理）各事故因素細分：1）人為因素：疲勞駕駛、超速行駛、操作不當、逆向行駛、違法裝載、判斷失誤、情緒過失、其他。2）車輛因素：制動異常、剎車失靈、爆胎、刮擦、翻車、車輛側翻、其他。3）道路因素：路面不平整、塌陷、道路施工、信號指示、路面障礙、其他。4）環境因素：雨雪天氣、可見度低、臺風、燈光、其他車輛干擾、其他。5）管理因素：管理不當^[6]。事故編碼采用事故發生時間（20100925），人為因素代碼A、車輛因素代碼B、道路因素代碼C、環境因素代碼D、管理因素代碼E。具體各事故致災因素分層如表1所示。

2.2重大事故案例的挖掘

2017年8月10日，駕駛人馮某駕駛河南省洛陽市交通運輸集團有限公司的大型客車，于23時30分在陜西省安康市境內京昆高速公路秦嶺1號隧道南口1164公里，827米外正面沖撞隧道間口端墻，造成36人死亡、13人受傷。

事故分析：

直接原因：超速行駛。在行駛到1號隧道口時，客車時速違反了高速公路規定的時速范圍要求，（事故發生時時速在80公里/小時-86公里/小時，而事發路段限速60公里/小時）超過限定時速的33%到43%。

疲勞駕駛。據調查，駕駛員從8月9日至8月10日事故發生期間沒有落地休息，事故發生前已連續駕駛超過2小時，加上長期跟車執行出車任務的不良作息導致休息不足，在發生事故時已處于嚴重的疲勞狀態，且在事故發生時未采取任何轉向、制動的補救安全措施，可見其狀態疲勞。（已排除駕駛人身體疾病、毒駕、酒駕、車輛故障、其它車輛影響等因素）。

間接原因：車輛因素。客車設計不合理，駕駛人所駕駛的客車在車輛出廠強度試驗中驗證：事故中承受拉力超過7000牛頓，等效為50公里/小時車速時，座椅會整體脫落^[7]。而在事故中除最后一排座椅外其余座椅全部疊加在一起，使得乘客被擠壓在前排與后排座椅的中間過道處。

道路因素。事故現場的加速車道與貨車道之間分界線20厘米，按規定要求加速車道與貨車道之間分界線約40厘米。

環境因素：夜晚高速公路路面視線不良，該事故路面發生事故當晚的橋梁右側路燈沒有開啟，導致駕駛人駕駛貨車行駛到隧道端口時由于視線不良，影響了駕駛人對于客車兩側車距的判斷而引發了車禍。

管理因素：

首先，駕駛人所在的河南省洛陽交通運輸有限公司，沒有合理安排和監督客車駕駛人的休息時間，車輛跟班替換機制合理、車輛的動態監控管理不合格。其次，洛陽市交通管理部門對于運輸公司的監管不到位，導致交通運輸公司出現錯誤安排情況。

2.3高速公路重大事故案例成因鏈演化機理

通過上文實際案例的介紹與分析，其事故的發生因素我們可大致總結為：人、車、路、環境、管理5個因素，各個因素聚集在一起導致事故的發生，同時各因素之間不僅有單向作用也存在多向影響。從單向來講，人為因素中的疲勞駕駛及超速行駛是直接導致事故發生的主要因素，即人為因素單方面導致事故產生。負主要責任的駕駛人是直接導致事故發生的根本原因。

從多向來說，由于交通管理局的監管不到位導致運輸集團對于下屬駕駛人員管理不當從而引起駕駛人員的疲勞駕駛、超速行駛。且隧道端墻外的右側5個路燈在事故發生前沒有開啟，導致高速公路路面視線不良，影響駕駛人員的判斷。

在事故發生后首先從駕駛人的角度分析事件原因，在分析人為原因時我們察覺到運輸公司的過錯從而進一步追責到交通運輸部門。因此，一個事故的發生是受多方面影響的，但是所有的影響會通過一個傳輸點匯集，而這個傳輸點綜合所有間接原因發生的概率，產生與這個匯集點本身影響力同等大小或者更大的影響力，而影響力的大小決定最后結果的程度。上述案件中這個傳輸點是人為因素，而無論是管理因素、環境因素、還是道路因素，發生的概率最后都聚集于人為因素，這使其本身不滿足的影響條件在多重作用下凝聚，達到了滿足這個事故發生所需要的影響力。具體表現形式如圖2所示。

綜合事故發生的單向性與多向性時發現，各因素在間接影響結果的同時又直接影響結果的發生。為進行后續研究中的數據收集整理（收集事故因素從人、車、路、環境、管理5個方面進行收集分類）、形成事故鏈（各因素之間的鏈接關系）、生成Gephi熱點圖奠定基礎。

3基于復雜網絡系統的成因重要性分析

3.1重大事故的致災因素網絡節點圖重要度分析

3.1.1網絡節點程度平均值探測[8]

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基金項目：武漢輕工大學校立大學生科研項目

作者簡介：韓明霖，男，2000年7月出生，河南省焦作市，漢，學生，研究方向：公路事故研究。