誘發(fā)道路交通事故的關(guān)鍵因子分析方法研究*

韋凌翔陳紅▲王龍飛趙丹婷邵海鵬

(長安大學公路學院西安 710064)

摘要為探究造成道路交通事故的關(guān)鍵成因，對道路交通事故的主要影響因素進行了多因致果集中分析，構(gòu)建了涵蓋機動車駕駛?cè)恕⒎菣C動車駕駛?cè)?、行人及乘車人、道路環(huán)境、意外的道路交通事故成因指標體系，運用因子分析法對指標體系進行降維處理，得到了造成道路交通事故的關(guān)鍵因子，進而提出了道路交通事故關(guān)鍵因子分析步驟。以我國2006～2012年全國道路交通事故統(tǒng)計為例，對原有38個相關(guān)聯(lián)評價指標進行綜合分析，結(jié)果表明：道路交通事故的關(guān)鍵成因是機動車非法行駛與?？恐乱蛞蜃?貢獻率57.34%)、交叉口與路段非法穿越道路致因因子(貢獻率23.12%)和道路設(shè)施不健全與交通工具故障致因因子(貢獻率12.58%)三方面。

關(guān)鍵詞交通工程；交通事故；因子分析；交通安全;降維

中圖分類號：U491.31文獻標志碼：A

收稿日期：2014-05-28修回日期：2014-09-26

作者簡介：第一韋凌翔(1991-)，碩士研究生.研究方向：交通安全.E-mail:1138707079@qq.com

通訊作者：▲陳紅(1963-)，博士，教授.研究方向：交通運輸規(guī)劃與管理.E-mail:hongchen82@126.com

Analysis of Key Factors Leading to Road Traffic Accidents

WEI LingxiangCHEN HongWANG LongfeiZHAO DantingSHAO Haipeng

(HighwayCollege,Chang′anUniversity,Xi′an710064,China)

Abstract:In order to explore the key reasons of road accidents, this paper analyzed main influence factors of road traffic accidents. It constructed an index system based on causes of road traffic accidents, includeing motor vehicle drivers, non-motor vehicle drivers, pedestrians, passengers, and road conditions. This paper used factor analysis to reduce the dimension of the index system in order to obtain the key factors lead to accidents, then presented the process to identify the key influence factors of road traffic accidents. Comprehensive analyses show that the key reasons of road traffic accidents are in three areas which are illegally parking and driving motor vehicles (57.34%), illegally crossing intersection and road section (23.12%), and road facilities limitation and transport tool failure (12.58%). This paper provide a basis for the road management department to study the characteristics of urban road traffic accidents and improve safety of urban traffic.

Key words:traffic engineering；traffic accident; factor analysis; traffic safety; dimension reduction

*國家自然科學基金資助項目(批準號:50808021)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(批準號：CHD2011ZD014)資助

0引言

據(jù)公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年全國接報涉及人員傷亡的路口交通事故4.6萬起，造成1.1萬人死亡、5萬人受傷，道路交通事故所造成的傷亡及損失列我國各類傷亡事故之首。目前我國每年的交通死亡人數(shù)高居世界首位，2001～2011年10年間全國近90萬人因車禍喪生，道路交通安全問題備受社會各界的廣泛關(guān)注[1-2]。因此，加強對道路交通安全的研究，探究道路交通事故的關(guān)鍵成因，并據(jù)此對我國道路交通系統(tǒng)提出有針對性的改進意見，對提升道路交通系統(tǒng)安全性尤為重要[3-4]。

故此，目前國內(nèi)外對交通事故分析方法、特性以及規(guī)律等方面進行了相應的研究，取得了一定的研究成果：文獻[1]以城市道路中9類不同的交通事故形態(tài)為因變量，從道路設(shè)施、道路環(huán)境等方面選取了9個因素作為自變量，建立事故形態(tài)與9個影響因素間的線性相關(guān)模型；文獻[3]運用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對交通事故進行了分類，以1 536起發(fā)生在西班牙農(nóng)村公路的事故為例，推理出16個變量因素與事故嚴重程度的概率關(guān)系；文獻[4]研究了我國高速公路的安全現(xiàn)狀，重點對1次性死亡人數(shù)為10人以上的特大交通事故成因進行了分析，并據(jù)此提出了改善建議；文獻[5]以交通事故發(fā)生的時間和空間頻率基礎(chǔ)建立交通事故相關(guān)的可靠性模型，并對其模型進行了實例驗證；文獻[6]依托全國公路交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從宏觀角度分析當前我國公路交通事故的發(fā)展形勢、地區(qū)差異和事故特征；文獻[7]應用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)研發(fā)了記錄道路事故嚴重性的特征的分析方法，為交通機構(gòu)提高道路安全性提供理論依據(jù)。上述研究成果從不同的角度對道路交通事故分類、事故特征、影響因素等研究內(nèi)容進行了較為系統(tǒng)的分析，但是缺乏對造成道路交通事故的關(guān)鍵成因方面的研究。

基于此，筆者為探究造成道路交通事故的關(guān)鍵成因，對道路交通事故的主要影響因素進行了多因致果集中分析，擬運用因子分析法對指標體系進行降維處理，進而得到造成道路交通事故的關(guān)鍵因子，從而提出道路交通事故關(guān)鍵因子分析步驟。

1道路交通事故關(guān)鍵因子確定方法

1.1多因致果致因關(guān)系分析

道路交通系統(tǒng)是由人、車、路、環(huán)境等組成的復雜系統(tǒng)，導致交通事故發(fā)生的原因也是多種多樣，只要人、車、路、環(huán)境中的1個或多個因素發(fā)生變化，都有可能導致交通事故發(fā)生[8-10]。事故與事故起因之間存在著復雜的關(guān)系，按照事故和事故起因之間的關(guān)系，道路交通事故分析可以分為3類[11-12]:多因致果集中型、因果鏈鎖型、集中連鎖復合型等3種分析方法。

筆者借鑒已有的事故因果分析理論，對道路交通事故的主要影響因素進行了多因致果集中分析。人作為交通工具的使用者，機動車駕駛?cè)恕⒎菣C動車駕駛?cè)艘约靶腥说闹饔^或客觀的操作失誤在路交通事故的致因中占有很大的比例；道路交通環(huán)境的缺陷以及意外情況的發(fā)生也是造成交通事故的不可忽略的原因之一。此外道路交通環(huán)境和突發(fā)情況制約了人的駕駛行為以及步行行為；人的駕駛行為以及步行行為對道路交通環(huán)境和突發(fā)情況具有適應性以及應變能力；道路交通環(huán)境的缺陷是意外情況的潛在隱患；意外情況對道路環(huán)境有一定的破壞性。人的因素以及道路交通環(huán)境之間也存在著相互制約與影響的關(guān)系。基于此，道路交通事故的致因可粗略的劃分為人的因素、道路交通環(huán)境因素，以及意外情況因素3方面，對人為因素又可細分為機動車駕駛?cè)?、非機動車駕駛?cè)艘约靶腥?包括乘車人)3方面因素。通過上面的初步量化分析，筆者認為道路交通事故發(fā)生是由五方面因素共同導致的，其中包括機動車駕駛?cè)诉`規(guī)操作的因素、非機動車駕駛?cè)诉`規(guī)操作的因素、行人及乘車人違規(guī)行走因素、道路環(huán)境缺陷因素、意外突發(fā)因等素五大因素構(gòu)成。這些原因之間是相互作用的關(guān)系，互相影響共同導致交通事故的發(fā)生。具體關(guān)系見圖1。

圖1　交通事故多因致果分析圖

1.2道路交通事故成因指標體系建立

針對以上分析結(jié)果，對五大因素進行分析，進而構(gòu)建道路交通事故成因指標體系，其中指標體系的選取是依據(jù)全國以及各省份的道路交通事故統(tǒng)計大數(shù)據(jù)的結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，按照本文建立的五大因素對選取的38個相關(guān)聯(lián)評價指標進行分類如下。

1) 考慮機動車駕駛?cè)艘蜃拥闹笜梭w系分析。機動車相對于行人等弱勢群體在交通事故成因中處于主導地位，機動車駕駛?cè)说某傩旭?、酒后駕駛、逆向行駛、疲勞駕駛等交通非法駕駛行為是機動車駕駛?cè)艘蜃訉е陆煌ㄊ鹿实闹饕笜?，?jù)此得到具體指標體系分類以及指標編號見表1。

2) 考慮非機動車駕駛?cè)艘蜃拥闹笜梭w系分析。相對于其他交通工具，非機動車具備占領(lǐng)面積小、轉(zhuǎn)彎靈活的特點，因此非機動車因子是在道路交通事故成因中主要考慮的因素之一。非機動車駕駛?cè)顺傩旭?、逆向行駛、違法超車等交通非法行為是非機動車因子導致交通事故的主要指標。據(jù)此得到具體指標體系分類以及指標編號見表2。

表1　考慮機動車駕駛?cè)艘蜃拥闹笜梭w系

表2　考慮非機動車駕駛?cè)艘蜃拥闹笜梭w系

3)考慮行人及乘車人因子的指標體系分析。行人以及乘車人在道路交通系統(tǒng)中屬于受保護的對象，也在主要的弱勢群體，由于其主觀意識的非法穿越道路等行為是道路交通事故成因需考慮的因素之一。據(jù)此得到考慮行人及乘車人因子的指標體系主要包括：違法穿行車行道(x29)、違法跨越隔離設(shè)施(x30)、違法上下車(x31)、違反交通信號(x32)。

4)考慮道路環(huán)境因子的指標體系分析。不健全的道路交通安全設(shè)施以及道路設(shè)計缺陷等方面的因素是導致交通事故不可忽視的成因。據(jù)此考慮道路環(huán)境因子的指標體系主要包括：未設(shè)置道路安全設(shè)施(x33)、安全設(shè)施損壞(x34)、道路缺陷(x35)。

5)考慮意外因子的指標體系分析。意外的自然災害以及交通工具的機件故障等意外因素在交通事故成因中占有一定的分量。據(jù)此得到考慮意外因子的指標體系主要包括：自然災害(x36)、機件故障(x37)、爆胎(x38)。

1.3關(guān)鍵因子的確定方法

綜合運用因子分析法對本文選定的道路安全評價指標進行降維處理，其降維思想為：通過對大量的道路交通事故數(shù)據(jù)的分析處理，把原有眾多的、具有一定相關(guān)性的評價指標(38個評價指標)，轉(zhuǎn)換為較少的幾個新的綜合評價指標，從而得到所需的關(guān)鍵因子，進而構(gòu)建道路交通事故的關(guān)鍵因子分析數(shù)學模型。

假設(shè)由某1個地區(qū)某段時間內(nèi)發(fā)生的道路交通事故構(gòu)成1個樣本，觀察38個指標，n個樣本的數(shù)據(jù)資料矩陣為

(1)

(2)

道路交通事故關(guān)鍵因子分析就是將38個觀測指標綜合成為m(m<38)個新的綜合指標(關(guān)鍵因子)，即

(3)

要求滿足：①Fi,Fj互補相關(guān)(i≠j)，且方差都為1，m≤p；②F與ε互不相關(guān)；③ε1,ε2,…,εp，互不相關(guān)且方差不同。

式中:F稱為交通事故指標(X)的關(guān)鍵因子，ε為交通事故指標(X)的特殊因子，aij為因子載荷，由aij構(gòu)成的矩陣稱為交通事故因子載荷矩陣。其中，交通事故因子載荷的統(tǒng)計意義是第i個交通事故指標與第j個交通事故關(guān)鍵因子的相關(guān)系數(shù)，即表示交通事故指標xi依賴于Fj的份量(比重)，也稱為交通事故的載荷。

1.4道路交通事故關(guān)鍵因子分析步驟

對道路交通事故關(guān)鍵因子分析的主要步驟設(shè)計如下。

1) 選取原始的道路交通事故的38個指標數(shù)據(jù)，進行標準化處理，轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)據(jù)類型。

2) 建立由38個指標數(shù)據(jù)構(gòu)成變量的相關(guān)系數(shù)矩陣。

3) 求相關(guān)系數(shù)矩陣的特征根及相應的單位特征向量，并依據(jù)累計貢獻率的大小，選取前k個特征根及相應的特征向量寫出因子載荷陣。

4) 對因子載荷陣施行方差最大正交旋轉(zhuǎn)。

5) 計算道路交通事故因子得分，輸出因子成分得分系數(shù)矩陣，建立道路交通事故關(guān)鍵因子模型。

6) 依據(jù)道路交通事故因子得分的計算數(shù)據(jù)，并由選定的道路交通事故關(guān)鍵因子對問題進行分析。

假設(shè)經(jīng)過因子分析后，將原來的38個因子指標轉(zhuǎn)化得到k個道路交通事故成因的關(guān)鍵因子，則這k個關(guān)鍵因子的表達式為

(4)

式中：F為交通事故指標(X)的關(guān)鍵因子，uij稱為因子成分得分系數(shù)。

2實例分析

應用我國2006～2012年連續(xù)7年統(tǒng)計的全國道路交通事故數(shù)，按照以上道路交通事故成因指標分為38類具體指標體系。運用因子分析法對選定的道路安全評價指標進行降維處理，把原有的38個具有一定相關(guān)性的評價指標，轉(zhuǎn)換為較少的幾個新的綜合評價指標，從而得到所需的關(guān)鍵因子；進而對得到的道路交通事故關(guān)鍵成因的關(guān)鍵因子進行命名；最后計算其關(guān)鍵因子的得分。

2.1道路交通事故關(guān)鍵因子的提取

按照所選定的38個指標的要求將2006～2012年連續(xù)7年統(tǒng)計的全國道路交通事故數(shù)的數(shù)據(jù)預處理并轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)據(jù)類型；其次，運用SPSS17.0軟件對預處理后的數(shù)據(jù)按照上述道路交通事故關(guān)鍵因子分析步驟進行分析。為了達到降維的目的，繪制道路交通事故因子分析的碎石圖見圖2。碎石圖的Y軸為特征值，X軸為特征值的序號(5大因素的38個指標)，特征值按大小進行排序。典型的碎石圖有一明顯的拐點，在拐點之前是與關(guān)鍵因子連接的陡峭折線，之后是與非關(guān)鍵因子連接的緩坡折線。

圖2　因子分析碎石圖

由圖2可見，根據(jù)點間連線坡度的陡緩程度，可以清楚看出因子的重要程度，其中因子1,2和3之間的連線比其他各點之間的連線要陡得多，說明這2條連線端點的因子1,2,3的特征值的差值比較大，進而說明前3個因子是關(guān)鍵因子。

根據(jù)道路交通事故因子分析的碎石圖的分析結(jié)果，計算前3個關(guān)鍵因子方差的貢獻率分別為：57.34%(關(guān)鍵因子1)、23.12%(關(guān)鍵因子2)、12.58%(關(guān)鍵因子3)。前3個關(guān)鍵因子的累計方差貢獻率為93.05%，因此可以選擇前3個關(guān)鍵因子來代替原數(shù)據(jù)中的所有變量，作為道路交通事故關(guān)鍵因子。

2.2道路交通事故關(guān)鍵因子的命名與分析

為了達到降維的目的，這里僅提取累計方差貢獻率達到93%以上的前3個公因子來代替原數(shù)據(jù)中的38個變量，并對因子載荷陣施行方差最大正交旋轉(zhuǎn)(varimax)，得到因子成分矩陣，旋轉(zhuǎn)矩陣見表3。

表3　正交因子表

在此基礎(chǔ)上，計算因子得分，輸出因子成分得分系數(shù)矩陣；根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣，建立道路交通事故關(guān)鍵因子模型，寫出這3個關(guān)鍵因子得分的計算公式。

F1=0.205x1+0.027x2+0.013x3+0.001x4+0.148x5+0.046x6+0.002x7+0.001x8+0.011x9-0.013x10-0.013x11-0.116x13-0.004x14-0.011x15+0.691x16+0.003x17+0.195x20-0.001x23+0.001x29-0.001x32-0.085x37-0.002x38

F2=-0.096x1+0.035x3-0.248x5-0.05x6+0.002x7+0.012x8+0.084x9-0.035x10-0.005x11+0.58x13+0.029x14+0.061x15+0.103x16+0.182x17-0.001x19+0.001x21+0.003x26+0.002x27+0.003x28-0.044x29+0.008x32+0.001x36+0.085x37+0.006x38

F3=0.734x1-0.067x2-0.035x3+0.025x4-0.147x5+0.033x6-0.001x7+0.005x8-0.028x9+0.246x10+0.485x11-0.001x12+0.467x13+0.002x14+0.029x15-1.717x16-0.014x17+0.003x19+0.005x23+0.005x26+0.001x27-0.004x8+0.084x29+0.001x32+0.002x36+0.457x37+0.014x38

由表3可見，3個關(guān)鍵因子中只有少數(shù)幾個指標的因子載荷較大。第1個關(guān)鍵因子在指標x1,x2,x4,x5,x6,x7,x11,x12,x16,x20,x26,x34有較大的載荷，其中，x1(機動車超速行駛)、x2(機動車酒后駕駛)、x5(機動車非法變更車道)、x6(機動車非法超車)、x7(機動車非法倒車)、x12(機動車非法停車)、x16(機動車未按規(guī)定讓行)的載荷在0.95以上，這反映出由于機動車在行駛和?？康倪^程中發(fā)生的違規(guī)現(xiàn)象對交通事故成因的影響程度，因此命名為“機動車非法行駛與?？恐乱蛞蜃印?；第2個關(guān)鍵因子在指標x13(機動車非法占道行駛)、x15(機動車違反交通信號)、x30(行人及乘車人違法跨越隔離設(shè)施)、x32(行人及乘車人違反交通信號)有較大的載荷，且載荷在0.9以上，這些反映出機動車與行人在交叉口和路段違法穿越道路對交通事故成因的影響程度，因此命名為“交叉口與路段非法穿越道路致因因子”；第3個關(guān)鍵因子在指標x33(未設(shè)置道路安全設(shè)施)、x37(機件故障)有較大的載荷，這些反映出道路設(shè)施不健全與交通工具故障對交通事故成因的影響程度，因此命名為“道路設(shè)施不健全與交通工具故障致因因子”。

結(jié)合上述3個關(guān)鍵致因因子的方差貢獻率可知，道路交通事故的關(guān)鍵成因是機動車非法行駛與停靠致因因子(貢獻率57.34%)、交叉口與路段非法穿越道路致因因子(貢獻率23.12%)和道路設(shè)施不健全與交通工具故障致因因子(貢獻率12.58%)3方面。這3個關(guān)鍵致因因子在一定程度上代表了道路交通事故的關(guān)鍵成因，為今后道路交通事故的預防提供了理論依據(jù)。

3結(jié)束語

筆者以我國2006～2012年連續(xù)7年統(tǒng)計的全國道路交通事故數(shù)為例，綜合運用了多元統(tǒng)計學中的因子分析法，深入分析了道路交通事故的關(guān)鍵因子，挖掘38個不同交通事故指標與關(guān)鍵因子間潛在的關(guān)系，提取3個關(guān)鍵因子作為道路交通事故的關(guān)鍵成因，并對這3個道路交通事故的關(guān)鍵致因因子進行命名以及計算其事故成因貢獻率，對道路交通建設(shè)及安全管理決策有一定的指導意義，也為下一步道路交通系統(tǒng)安全性的完善與改進明確了方向。下一步的研究工作將運用建立的道路交通事故關(guān)鍵成因確定方法對全國各省份以及各大城市的道路交通事故的大數(shù)據(jù)進行計算分析，進而研究不同地區(qū)的事故關(guān)鍵成因以及地區(qū)之間的事故關(guān)鍵成因的差異性。

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