高速公路具有通行能力高、舒适、运输成本低、经济效益好等特点,现已成为我国综合交通运输系统的重要组成部分。然而,高速公路运输在带来高效、快捷、方便的同时,随着道路通车里程和交通运输的增长,也带来了诸如交通事故增加等负面影响。建立高速公路事故预测模型可以填补道路事故预测体系中高速公路部分的空白,揭示高速公路事故发生的机理,掌握交通事故的发展趋势,为我国高速公路交通事故的预测和预防提供理论依据。 论文的研究依托2004年西部交通建设科技项目“公路交通安全应用技术研究”中的分课题“公路安全手册研究”中“高速公路交通安全分析及事故预测方法”部分,研究工作以收集得到的大量的高速公路事故、道路环境、交通流数据为基础,以符合高速公路特点与规律的建模及统计分析方法等关键技术展开。研究内容包括高速公路交通安全影响因素的确定,路段划分新方法,事故频数预测模型的建立,事故类型预测模型研究,立交桥区事故修正系数研究,以及高速公路安全服务水平等级划分方法等关键技术。 从理论上讲,建立事故频数预测模型考虑的影响因素越多越好,考虑的因素越多,模型的预测结果就越精确,但实际上任何预测模型都不可能涵盖所有的影响因素,并且考虑的因素越多,用来建模的样本量就越少,建立的模型精度也大大降低；另一方面,如果考虑的因素过多,就会出现模型可移植性差、不利于实际应用等问题。论文从一般性、简单性、实用性的原则出发,在文献阅读、对数据整理分析和前述高速公路事故特点和规律研究的基础上确定了可能影响事故发生的最为基本和最为重要的包括环境、道路线形、交通属性在内的自变量。 路段长度的划分是建立高速公路事故频数预测模型的第一步,路段划分的好坏直接影响到模型拟合的精度以及模型的应用效能。本论文考虑定长和不定长方法的不足,并针对高速公路的特点,提出了基于Fisher有序聚类分析的高速公路路段长度划分方法,以事故沿道路每公里的空间分布频数为聚类指标进行路段长度划分,通过实例验证,一方面发现按照Fisher有序聚类分析方法划分路段的结果能够使得分段后的事故频数很好地服从一定的概率分布,有益于模型的构建；另一面,应用该方法分段能够很好地考虑事故的发生水平,把事故水平相近的邻近路段划分到同一研究样本内,有助于准确的量化影响因素的作用,在样本量不是特别大的情况下,能够突出两者之间的关系。 高速公路事故频数预测模型研究是论文研究的核心内容。论文在文献综述、影响因素确定和路段划分等基础之上,根据高速公路事故规律及其影响因素的范围、作用模式和相关机理,以统计学符合度与模型应用性两项指标为参照,选取了最优的建模方法和技术,在采集和分析充足的道路、交通、事故等特征数据的基础上,建立了高速公路交通事故频数预测模型。论文分别采用Poisson、Negative binomial、ZIP和ZINB的分布形式对数据进行了回归,通过比较4种分布模型的回归结果,最终选择了Negative binomial分布形式的模型,并对模型进行了验证和有效性分析。除了对事故频数预测模型进行研究外,论文还用多分变量的逻辑回归方法建立了事故类型预测模型。事故类型预测模型就是要建立事故类型与自变量之间的相关关系,从而可以预测在有事故发生时,它可能属于哪种事故类型。同样可以为事故的预测和预防以及交通管理提供理论依据。模型的最后结果表明事故发生的类型与大小车速度差、大车比例和城市-乡村变量有强相关关系,而与其他变量的相关性较弱。 为了更进一步增强理论研究成果的实用性,本论文进一步探讨了具有较高实用价值的事故修正系数(AMF)。论文以立交桥区为突破口,对高速公路立交桥区的事故修正系数进行了研究。论文明确了高速公路“立交安全影响区”这一概念,分别以500m和100m为统计单元,研究“立交桥”两侧共5km范围内的事故发生水平,确定了立交安全影响区的范围,并绘制了立交区的事故水平分布图。 作为理论上的拓展研究,更为了进一步提升理论研究成果的实用性,论文探讨了在工程实践中亟需确立的高速公路安全服务水平的概念、量化方法及其分级策略。论文以路段事故的观测值与模型估算的均值之间的相互关系为主线,以“事故均值度量方程”为依托,以事故率为分级指标,借用概率论理论中“置信区间”的概念把我国高速公路的安全服务水平分成了4级,并给定了各级的量化分级标准。这一结果直接而简捷地标定了高速公路不同路段所能提供的安全服务程度,指导工程人员发现潜在的事故隐患路段,从而进行有针对性的改造和改进。 目前国内外均没有成熟的高速公路事故预测模型,论文在对大量数据统计分析的基础上,对高速公路事故建模相关的几个关键问题进行了深入的研究,得出了一系列有价值的结论。本文的研究方法和思路将对其他道路设施事故预测模型的构建提供重要的参考和借鉴。