趙增輝, 黃麗華, 荊海濤, 李偉杰

(1.首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)管理工程學(xué)院,北京 100070;2.中鐵十一局集團有限公司,湖北 武漢 430061)

0 引言

近年來,我國民用汽車數(shù)量增長迅速。根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計顯示,2022年民用汽車擁有量是2013年的大約3倍[1]。汽車數(shù)量的迅速增長導(dǎo)致交通擁堵問題日益嚴(yán)峻,交通事故頻發(fā),嚴(yán)重威脅人民生命健康和財產(chǎn)安全。因此,科學(xué)評價我國不同地區(qū)的道路交通安全態(tài)勢,對道路交通治理具有重要意義。

主成分分析法具有將數(shù)據(jù)降維,同時保留數(shù)據(jù)特征的特點,不少學(xué)者將其運用到道路安全的研究中。如范東凱等[2]運用主成分分析法從道路設(shè)施等微觀角度進(jìn)行研究,對不同道路的安全水平進(jìn)行排序,并認(rèn)為主成分分析法是處理交通系統(tǒng)復(fù)雜問題的有效方法;張文峰等[3]驗證主成分分析法評估道路安全水平的可行性;徐任婷等[4]用主成分分析法研究江蘇省不同城市道路的安全情況;江偉[5]用主成分分析法研究城市道路的應(yīng)急疏散能力。綜上,多數(shù)學(xué)者運用主成分分析法研究道路交通安全水平,但選取的指標(biāo)各有不同。本文通過文獻(xiàn)分析,運用主成分分析法研究全國道路交通安全水平在時間和空間上的變化,以期為我國交通事故的區(qū)域性治理提供決策依據(jù)。

1 主成分分析法

1.1 原理

主成分分析法是數(shù)理統(tǒng)計中的一種方法,其原理是設(shè)法將原來眾多的具有一定相關(guān)性的指標(biāo)重新組合成一組新的相互無關(guān)的綜合指標(biāo),運用降維的思想,使變換后較少的綜合指標(biāo)反映原始數(shù)據(jù)的大部分信息[6]。通常按累計方差貢獻(xiàn)率不低于某個值(如85%)的原則確定主成分的個數(shù),各主成分以各自的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重,通過線性加權(quán)求和得到主成分得分。

1.2 計算步驟

(1)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。設(shè)有n個樣本,p項指標(biāo),可得數(shù)據(jù)矩陣X=(Xij)n×p,i=1,2,…,n;j=1,2,…,p。Xij表示第i個樣本的第j項指標(biāo)值,對數(shù)據(jù)矩陣中的元素Xij按照式(1)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,得到標(biāo)準(zhǔn)化后矩陣中的元素Zij。

(1)

式中:

Xj max—第j項指標(biāo)中的最大值;

Xj min—第j項指標(biāo)中的最小值。

(2)計算標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣。相關(guān)系數(shù)矩陣R:

R=(rjk)p×p

(2)

(3)

式中:

rjk—第j項指標(biāo)與第k項指標(biāo)的相關(guān)系數(shù),j=k,rjk=1;rjk=rkj,k=1,2,…,p;

Zik—第i個樣本的第k項指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化后的矩陣中的元素。

(3)求解相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值與特征向量,確定主成分。

|λE-R|=0

(4)

式中:

E—單位矩陣。

由式(4)可求得特征值λg,(g=1,2,…,p),將λg按大小順序排列為λ1≥λ2≥…≥λp≥0。λg表示主成分的方差,其大小代表各個主成分在描述被評價對象上所起作用的大小。每一個特征值對應(yīng)一個特征向量Lg,Lg=(lg1,lg2,…,lgp),將標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)變量轉(zhuǎn)化為主成分,如式(5)。

(5)

式中:

lpp—第p個特征向量的第p個元素;

Fp—第p個主成分的數(shù)值;

Zp—第p項指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)無量綱化后的數(shù)值。

(4)根據(jù)方差貢獻(xiàn)率,確定主成分個數(shù)。方差貢獻(xiàn)率是該方差占所有方差之和的比率,可用特征值的比值來表示。主成分分析法是選取盡量少的m個主成分(m

(6)

(5)對m個主成分進(jìn)行綜合評價。先求式(6)中前m項,F1,F2,…,Fm。然后對m個主成分進(jìn)行加權(quán)求和,即得最終評價值F,如式(7)。

(7)

2 道路交通安全指標(biāo)選取

道路交通安全指標(biāo)通常分為2類,即絕對指標(biāo)和相對指標(biāo)。絕對指標(biāo)是指以具體數(shù)值或數(shù)量表示的指標(biāo);相對指標(biāo)是2個有聯(lián)系的現(xiàn)象數(shù)值相比得到的比率,反應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)展程度、結(jié)構(gòu)、強度、普遍程度或比例關(guān)系[7]。為使評價結(jié)果更準(zhǔn)確,通常不會直接使用道路交通事故起數(shù)、死亡人數(shù)等絕對指標(biāo)開展研究,而是需要結(jié)合該區(qū)域的人口數(shù)、車輛數(shù)、道路情況等因素構(gòu)成相對指標(biāo)進(jìn)行研究[8]。單位行車?yán)锍趟劳雎士紤]了動態(tài)交通量,是公認(rèn)的最具說服力的評價指標(biāo),常用的有億車公里死亡率、億車英里死亡率等,但車輛行駛總里程數(shù)據(jù)統(tǒng)計困難。郭應(yīng)時等[9]對美國近40年道路交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),在宏觀評價時,萬車死亡率與億車英里死亡率有相同的說服力;同時,對9個國家分別用10萬人口死亡率和萬車死亡率對國家交通安全水平進(jìn)行分析,結(jié)果表明萬車死亡率比10萬人口死亡率能更真實和客觀地反映一個區(qū)域的交通安全水平。因此,本文指標(biāo)選取從車輛的角度考慮,確定研究指標(biāo)為萬車死亡率、萬車受傷率、萬車事故損失(萬元)、萬車事故率。

3 全國道路交通安全水平分析

《中國統(tǒng)計年鑒》交通事故數(shù)據(jù)更新到2022年,選取2013—2022年的交通事故數(shù)據(jù)對我國道路交通安全水平進(jìn)行分析。交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是我國國民經(jīng)濟與社會發(fā)展五年規(guī)劃的重要部分,同時,本文統(tǒng)計年份跨越了3個五年規(guī)劃,“十四五”還在實施過程中不予考慮,因此,選取“十二五”和“十三五”最后一年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,即2015和2020年。

3.1 數(shù)據(jù)處理

查詢《中國統(tǒng)計年鑒》2013—2022年全國包含31個省市自治區(qū)(香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)、臺灣省未統(tǒng)計)的交通事故發(fā)生數(shù)(起)、交通事故死亡人數(shù)(人)、交通事故受傷人數(shù)(人)和交通事故直接財產(chǎn)損失(萬元)、民用汽車擁有量(萬輛)等數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)化后得到萬車死亡率、萬車受傷率、萬車事故損失(萬元)、萬車事故率。

3.2 數(shù)據(jù)分析

3.2.1 2013—2022年全國道路交通安全水平

對2013—2022年的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,處理后的數(shù)據(jù),見表1。以標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析,方差分解及主成分提取分析,見表2。由于選取的指標(biāo)與道路交通安全水平存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,對指標(biāo)數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)化的方式進(jìn)行逆歸一化,因此主成分得分越高,全國的道路交通安全水平越高。

表1 2013—2022年指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化Tab.1 Standardization of indicators from 2013 to 2022

表2 方差分解及主成分提取分析Tab.2 Variance decomposition and principal component extraction analysis

由表2可知,特征值為3.93,方差貢獻(xiàn)率為98.12%,大于85%,因此用一個主成分解釋,F的表達(dá)式為:

F=0.497X1+0.501X2+0.5X3+0.501X4

(8)

將表1中不同年份的指標(biāo)代入公式(8),得到2013—2022年全國道路交通安全水平得分,見表3。

表3 2013—2022年主成分得分及排名Tab.3 The principal component score and ranking table from 2013 to 2022

從表3可知,2013—2022年全國道路交通安全水平整體上呈現(xiàn)逐年上升的趨勢,其中,2017、2020年的道路安全水平較前一年有明顯提高。國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于實施公路安全生命防護(hù)工程的意見》指出,2017年底,我國全面完成急彎陡坡、臨水鄰崖等重點路段約6.5萬km的安全隱患治理;2020年底,我國鄉(xiāng)道及以上行政等級公路交通安全基礎(chǔ)設(shè)施明顯改善?？梢?對路段進(jìn)行安全隱患排查和治理是提高道路交通安全水平的有效措施。2018、2021年的道路交通安全水平出現(xiàn)輕微下降,可能是階段性任務(wù)完成后有所松懈,也與車輛數(shù)的增加有關(guān)。

3.2.2 2015、2020年不同地區(qū)的道路交通安全水平

2015和2020年不同地區(qū)的道路交通安全水平由高到低排序,見表4。

表4 2015和2020年不同地區(qū)排名Tab.4 The rankings of different regions in 2015 and 2020

由表4得,2015年上海、河北、貴州的道路安全水平排名前三,2020年上海、河北、山東的道路安全水平排名前三;道路安全水平進(jìn)步較快的有重慶、安徽、浙江;道路安全水平退步較大的是貴州、廣西、湖北。上海是道路交通安全水平保持第一的城市,重慶是道路交通安全水平進(jìn)步最大的城市,因此,對這2個城市交通安全管理措施進(jìn)行深入分析。上海市道路交通安全水平高的原因如下:①有更完善的交通法律法規(guī)。2017年3月25日,《上海市道路交通管理條例》開始實施,使得對違法行為的整治有法可依。該條例85%的條款為新創(chuàng)設(shè),其中大多是針對“微違法”。如機動車過馬路必須禮讓行人,一次連續(xù)變換多條車道,機動車司機不系安全帶、開車打手機,都會受到處罰。將交管信用信息納入“市公共信用信息服務(wù)平臺”,嚴(yán)重交通違法將“掛鉤”個人及企業(yè)信用記錄,實現(xiàn)對交通違法行為人的有力約束。②嚴(yán)查嚴(yán)整。2016年上海市實施道路交通違法行為大整治。整治針對以下10項問題:機動車亂停車、機動車亂占道、機動車亂變道、機動車亂鳴號、機動車涉牌違法、機動車路口違法行為、機動車逆向行駛、非機動車亂騎行、行人亂穿馬路、非法客運。執(zhí)法網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣,除了現(xiàn)場執(zhí)法,還推廣多功能、復(fù)合型電子警察,進(jìn)一步織密非現(xiàn)場執(zhí)法網(wǎng)絡(luò),有效增加了監(jiān)管的覆蓋路段,監(jiān)管時間。嚴(yán)格執(zhí)法,一旦發(fā)現(xiàn)違法行為,交警必須進(jìn)行糾正,按法律法規(guī)嚴(yán)格處分當(dāng)事人。③提升道路通行效率。優(yōu)化信號控制方案,減少交通沖突點,如應(yīng)用“智能交通信號燈管理系統(tǒng)”,可以實時感知路況,動態(tài)分配路權(quán),智能引導(dǎo)交通參與者,道路的通行效率平均提升10%;應(yīng)用潮汐車道、可變車道等手段,根據(jù)車流量及時調(diào)整車道用途,實現(xiàn)路網(wǎng)資源最大化。充分發(fā)掘停車場資源,如夜間利用商圈、社區(qū)的停車場資源。④切實提升市民的獲得感和滿意度。深化“互聯(lián)網(wǎng)+”服務(wù),形成以“上海交警”APP為龍頭的全覆蓋式網(wǎng)上交通管理業(yè)務(wù)集群,如在線繳罰、快處易賠、一鍵挪車等APP的實用功能廣受好評。⑤持續(xù)開展道路交通安全宣傳教育。利用全市3萬個東方明珠移動電視、公交站點、輪渡LED顯示屏等公共終端,廣泛宣傳道路交通安全內(nèi)容。

重慶是道路安全水平進(jìn)步最大的城市,2018年開始實施“城市提升行動計劃”和“交通建設(shè)三年行動計劃”。總結(jié)其進(jìn)步的原因如下:①公共交通的建設(shè)和優(yōu)化。加速建設(shè)軌道交通,主城區(qū)軌道日均客運量明顯增加。不斷優(yōu)化重慶主城區(qū)運營車輛及線網(wǎng),公交優(yōu)先道的實行可提升車速10%以上;社區(qū)巴士解決了“最后一公里”難題,較大地方便了重慶市民的出行。②公路路網(wǎng)的完善。在農(nóng)村公路建設(shè)方面,為切實解決群眾出行“最后一公里”,推動農(nóng)村公路向進(jìn)村入戶傾斜。高速公路加密成網(wǎng),省際出口通道西部領(lǐng)先,區(qū)域互聯(lián)互通水平顯著提升。

4 對策措施

結(jié)合上海、重慶的做法,對于提升道路安全水平給出以下建議:

(1)重視路網(wǎng)的擴建及改造。結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕煌ㄐ枨?完善路網(wǎng)建設(shè),提高區(qū)域互聯(lián)互通能力。針對交通基礎(chǔ)設(shè)施薄弱路段進(jìn)行改造,尤其是對事故多發(fā)處進(jìn)行改造與維護(hù),難以改造時,可以在事故易發(fā)路段設(shè)置醒目的提醒標(biāo)志[10-11]。

(2)公共交通的建設(shè)和優(yōu)化。加速建設(shè)軌道交通,不斷優(yōu)化城區(qū)運營車輛及線網(wǎng),設(shè)置公交優(yōu)先道。

(3)運用科技手段,提高道路通行效率。運用智能信號燈管理系統(tǒng)、潮汐車道、可變車道等措施使道路資源最大化。

(4)完善道路交通安全法規(guī)體系、加強執(zhí)法部門的監(jiān)管力度。結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況,補充微小違法行為及其處理措施,將嚴(yán)重違法行為納入征信,提高違法門檻,做到有法可依。提高現(xiàn)場和非現(xiàn)場的執(zhí)法能力,增加交警人數(shù),使用多功能電子警察,及時抓拍違法違章車輛,形成對市民的有效監(jiān)督。

(5)加強對駕駛員、行人的教育和管理。針對不同年齡的人群,考慮接受意愿,選擇合適的平臺及方法加強道路交通安全宣傳教育。

5 結(jié)論

(1)運用主成分分析法對萬車死亡率、萬車受傷率、萬車事故損失(萬元)、萬車事故率4個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,發(fā)現(xiàn)2013—2022年全國的道路交通安全水平整體呈上升趨勢,2017、2020年較其他年份上升明顯。

(2)根據(jù)主成分分析,2015年上海、河北、貴州的道路安全水平排名前三,2020年上海、河北、山東的道路安全水平排名前三;道路安全水平進(jìn)步靠前的有重慶、安徽、浙江,道路安全水平退步較多的是貴州、廣西、湖北。

(3)深入分析上海和重慶的交通安全措施,提出擴建和改造路網(wǎng)、建設(shè)和優(yōu)化公共交通、提高道路通行效率、完善法規(guī)建設(shè)、加強執(zhí)法力度、加強對駕駛員和行人的教育和管理等對策建議。