基于高速公路交通影响的雾天预测优势比模型

高静如

（同济大学 交通运输工程学院，上海 201800）

研究表明，高速公路交通事故中约22%～45%与雾、雨等天气相关[1]，雾是高速公路上常见的灾害性天气之一。雾天能见度的降低常导致多车追尾事故发生，人员伤亡和财产损失巨大。因此，研究雾情发生与天气条件和天气过程的关系，对于雾情预警和提高高速公路雾天交通管理水平，有效预防交通事故有十分重要的意义[2]。

1 雾对高速公路运营安全的影响

由于交通事故的随机性，现有技术条件下很难证明一起事故是由雾单因素引起的。但是，发生在雾天的多次、多车追尾事故，已对高速公路运营安全造成严重危害。通过对1990年至2011年全国60起高速公路雾天二次或多次事故的统计，得到雾天高速公路平均每起事故的伤亡损失情况，雾天事故严重程度远高于正常天气，如表1所示。

表1 雾天高速公路多车事故严重程度分析表

通过研究雾情与天气过程的关系，可以根据雾区环境和天气预报信息做好雾情预警，并将预警信息适时发布给交通管理部门和驾驶员，提高雾天管理的针对性，有效性减少交通事故和延误发生。

2 雾的天气影响特征分析

除全域性大雾外，高速公路沿线的雾以辐射雾居多，定点分布，形成雾区。研究表明雾的形成包括：冷却条件、水汽条件、凝结条件、天气条件、层结条件和风力条件[3]。

2.1 雾天形成的影响因素分析

选取起雾前1小时内平均湿度、最大湿度、昼夜温差及起雾时温度进行主成分分析[4]，确定影响雾天出现的最相关因子。

主成分：

其中，ZX为上述影响因素X经标准化后所得矩阵。经对统计数据的分析，可以得出主成分综合模型：

由式（2）可知，起雾前1小时平均湿度X1和昼夜温差X2系数绝对值大于0.3，表明其对雾天天气的影响较大，是关键控制因素。

2.2 雾形成与相对湿度关系分析

统计雾形成时大气相对湿度出现频率与相对湿度大于95%时的雾出现频率的关系如表2所示。

表2 雾天天气相对湿度分布范围

定义相对湿度系数为：

Fh越大表示相对湿度对雾天出现的影响越大，反之则越小。

从表2可以看出，雾形成时相对湿度f≥95%的相对湿度系数最大，表明对雾天出现的影响最大。因此，将起雾的相对湿度范围确定为f≥95%。

2.3 雾的形成与相对湿度及温差的综合分析

将统计的248个雾天原始数据按昼夜温差及相对湿度绘制成散点图，综合相对湿度及温差与雾发生的关系，将雾发生时集中范围分为4个区域，如图1所示。

图1 雾天相对湿度和昼夜温差分布散点图

从图1可以看出，区域Ⅰ发生雾频数最高，区域Ⅲ次之，区域Ⅳ最低，即雾发生概率最高的温差及相对湿度范围为：昼夜温差3℃～8℃，相对湿度95%～99%，相对湿度对雾的形成影响较大。

3 雾天预测优势比模型

对雾天出现与否进行量化，用函数值Y=1表示在该相对湿度和温差条件下有雾天天气出现，Y=0表示雾天天气没有出现。

对雾天天气数据进行统计，并利用逻辑回归方法[5]分析雾天出现函数Y，在变量相对湿度和温差的影响下雾天天气是否出现。

通过参数估计值得到预报模型：

雾天天气在对应的相对湿度f和温差ΔT作用下是否出现的优势比N（对应温度湿度条件下起雾的概率和不起雾的概率之比）[6]：

当 f=95，ΔT=4.5，则 P（Y=1=0.886），P（Y=0）=1-P(Y=1)=0.114，所以雾天天气出现的优势比N=P(Y=1)/P(Y=0)=7.77，即在当相对湿度大于95%，昼夜温差大于4.5℃时，起雾的概率是不起雾的概率的7.77倍，表明在该天气环境下极易起雾。

4 结论

通过收集重庆某高速3个雾区观测点2009～2011年两个雾季资料，建立了雾天预测优势比模型，研究结论有：

（1）对雾的形成影响因素进行主成分分析及相关性分析，认为起雾前1小时内平均相对湿度及温差与雾的形成相关性最高，为关键控制因素。

（2）相对湿度对雾天的形成具有最显著影响。

（3）根据相对湿度和温差对雾天形成的影响特征，划定雾天形成的温度湿度区间。当昼夜温差在3℃～8℃，相对湿度为95%～99%时起雾可能性最大。

[1]Julia B Edwards.The Relationship Between Road Accident Severity and Recorded Weather[J].Journal of Safety Research.1998,29(4)：249-262

[2]Frank D.Shepard.Reduced visibility due to fog on the highway[M].Washington D.C.,1996

[3]陶建军,杨禹华.高湿天气的时空变化及其对交通安全的影响[J].中国安全科学学报.2008,18(9)：11-15

[4]沈晓燕.刘浩学.基于主成分分析法的危险货物运输企业安全评价[J].中国安全学报.2012,22(1)：124-129

[5]李悦,关锌.我国地热资源开发利用优势对比分析[J].水文地质工程地质.2011.6：1-3

[6]许冲,徐锡伟.逻辑回归模型在玉树地震滑坡危险性评价中的应用与检验[J].工程地质学报.2012,20(3)：326-333