灾害性天气交通事故特征及雾天公路通行预警指标体系

张金满，谭桂容，武辉芹，张彦恒，张　娣

(1.南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，气象灾害教育部重点实验室，江苏　南京　210044；2.河北省气象服务中心，河北　石家庄　050021)



灾害性天气交通事故特征及雾天公路通行预警指标体系

张金满1,2，谭桂容1，武辉芹2，张彦恒2，张娣2

(1.南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，气象灾害教育部重点实验室，江苏南京210044；2.河北省气象服务中心，河北石家庄050021)

摘要：利用2008～2012年河北省高速公路交通事故资料和交通气象自动站、气象站观测资料，统计分析了高速交通事故的日、月及年变化特征及其与雨、雪、雾等灾害性天气的关系。在此基础上，基于气象、路网、交通和地形等因素，采用专家评分法和指标权重法，构建河北省雾天高速公路通行预警指标体系，并结合2013～2014年京沪、黄石高速河北段案例，对预警指标体系进行检验。结果表明：河北省高速公路交通事故年发生频次变化较大，总体呈下降趋势；每日00～05时为高速交通事故高发时段，12时、16时为次高峰；夏季是高速交通事故多发季节(30.2%)，冬季最少(20.2%)。其中，7月交通事故最多，5月、6月、8月次之。5～9月、9月至翌年3月、12月至翌年2月，分别是河北雨、雾、雪等灾害性天气高速交通事故多发期，每日06～08时是雾天高速交通事故高发时段。2013～2014年试预报检验京沪、黄石高速通行预警级别准确率分别为84%、75.9%，精度较高，该指标体系可为河北省交通气象服务及防灾减灾提供一定参考。

关键词：灾害性天气；交通事故；预警指标；气象服务

引言

随着社会经济的迅猛发展，交通运输在我国社会经济发展中的角色越来越重。高速公路因其运速快、效率高，在运输业中起到举足轻重的作用。然而，高速公路安全运营受气象环境的影响，低能见度、暴雨、高温、冰雪等灾害性天气及其衍生灾害的日益增多, 经常导致一些重特大交通事故。近年来，我国高速公路交通事故死亡人数平均每年约12万人，其中近70%是由灾害性天气造成的。因此，分析灾害性天气引发的高速交通事故成因，提高交通气象服务质量对保障高速公路运输系统的安全、效率以及经济效益有重要意义。

灾害性天气条件下公路交通事故频发，单位时间内灾害性天气引发的交通事故次数是晴天的好几倍甚至几十倍，且多为重大和恶性事故[1]。气候变化引发的极端天气给交通行业带来较大的负面影响[2-4]，为了应对灾害性天气对交通运输的不良影响，许多学者开展了相关研究[5-12]，大多集中在暴雨、暴雪、冰冻、高温、雾霾等灾害性天气对公路交通安全影响研究，相应地提出了不同灾害性天气下公路安全运行的预报预警指标、方法及应对措施。由于灾害性天气受地形影响明显，并具有突发性，因此在交通气象预报服务中，灾害性天气预报预警一直是难点，尤其是大雾的生消时间及其浓度、暴雨(雪)的定量和定点预报等。

河北省东临渤海、内环京津，其地理位置的特殊性对全国交通信息化发展意义重大。受地理位置和地形地貌影响，河北省天气复杂，夏季多雷雨、暴雨、高温等天气，秋季多雾天气，因灾害性天气引发的交通拥堵和安全事故是困扰河北省公安、交通等部门的主要问题之一。据统计，河北中南部平原地区的高速公路大范围雾日年平均为32 d，持续性雾日最长可达13 d，而团雾是诱发该省交通事故最多的灾害性天气。因此，分析该省交通事故发生规律，探寻影响公路交通气象的主要灾害类型与交通事故的关系，保障交通安全运营意义重大。

1资料

气象数据采用河北省气象部门2008年1月至2012年12月逐分钟交通气象观测站、气象站观测的能见度资料和气象台发布的预警信息，以及由河北省高速交警总队提供的同期高速公路交通事故(是指出现人员伤亡的高速交通事故)资料。

2结果与分析

2.1高速公路交通事故的时间变化特征

经统计，2008～2012年，河北省高速公路共发生伤亡交通事故1 627次，死亡1 353人，受伤2 351人，经济损失共9 620万元。其中，由灾害性天气引发的交通事故251次，死亡208人，受伤400人，经济损失1 712万元。

图1是2008～2012年河北省高速公路交通事故占总交通事故百分比的日、月、年变化，由图1a可以看出，每日各时次都有事故发生，且事故发生量日变化明显，白天少、夜间多。其中夜间20时以后事故量逐渐上升，早晨05时后明显下降，事故高发时段为00～05时，12时、16时为次高峰。

由图1b可知，河北高速公路交通事故一年各月均有发生，7月事故发生量最多，5月、6月、8月次之，12月最少。就季节而言，春季(3～5月)交通事故占全年总数的26.9%，夏季(6～8月)占30.2%，秋季(9～11月)占22.6%，冬季(12月至次年2月)占20.2%。可见夏季是高速交通事故发生最多的季节，冬季最少。夏季大气运动活跃，易出现突发性灾害性天气，而冬季大气运动较稳定，突发性灾害性天气较少。

由图1c可见，2008～2012年河北省高速公路交通事故的年际变化较大，总体呈下降趋势，2009年交通事故比2008年略微上升了0.8%，而2009～2011持续快速下降，2012年略有回升。

2.2高速交通事故与灾害性天气的关系

经统计(表1)，2008～2012年河北高速公路由气象原因造成的交通事故占总事故的25.7%，其中雾、雨和雪是造成交通事故的主要气象因子，分别占总交通事故的8.2%、5.3%、1.9%，三者占气象因子所致交通事故的60%。

图1　2008～2012年河北省高速公路交通事故

事故次数/%死亡人数/%受伤人数/%财产损失/%雾8.28.28.710.8雨5.35.46.25.6雪1.91.82.11.4阴10.310.410.39.8晴74.374.272.772.4

2.2.1大雾对交通事故的影响

雾天能见度下降，妨碍驾驶员的视觉[13]。特别是团雾天气，驾驶员的视力下降更多、更突然，严重影响其观察和判断力，更易引发交通事故。由表1可见，雾天交通事故发生的频次最高。为弄清大雾对河北高速公路交通事故的影响，对其发生时间进行较为细致的统计。从图2a可看出，9月至翌年3月是河北高速公路大雾交通事故多发月，占全年的76.3%，是河北省大雾交通气象服务关键期，其中10月大雾交通事故比例最高为18.4%，11月次之，为13.0%。从图2b中可看到，雾天每日各时次均有交通事故发生，事故发生率呈现明显的“单峰型”日变化特征，凌晨04时后事故发生率快速上升，至06时达到最大，而后缓慢下降，至08时后快速下降。其中06～08时占雾天交通事故的61.0%，远高于其他时次，是雾天交通事故高发时段，这与河北省高速公路总交通事故高发时段00～05时不同，可能原因主要是河北省大雾天气一般出现在后半夜，早晨得到加强，太阳升起后，随着气温的升高，大雾消散。雾天交通事故的高发时段与大雾演变规律相一致。

图2　2018～2012年河北省高速公路雾天发生交通事故比例的月(a)及日(b)变化

2.2.2降雨对交通事故的影响

根据不同治理措施，东北黑土区实施的侵蚀沟治理模式总体可以分为工程措施为主植物措施为辅、植物措施为主工程措施为辅和植物措施3种类型。

图3　2008～2012年河北高速公路雨、雪天交通事故比例的月变化Fig.3　Monthly change of highway traffic accident percentages caused by the rain or snow weathers in Hebei during 2008-2012

降雨是影响公路路况最频繁的气象因素，降水不仅引起路面附着系数降低，易发生车辆侧滑和控制失灵，还会使能见度降低，引起司机视线模糊，导致车祸[14]。图3给出河北省高速公路雨天、雪天交通事故比例的月变化。可以看出，雨天交通事故比例的月变化特征明显，8月是雨天交通事故多发月，5～7月和9月次之，占全年的76.0%，故5～9月可作为河北省降雨高速交通气象服务关键期。就季节而言，春季雨天交通事故占全年雨天交通事故总数的27.8%，夏季占48.9%，秋季占18.9%，冬季比例最少，仅占4.6%。可见，夏季是降雨引发交通事故最多的季节。这与河北气候特点密切相关，即夏季降雨量偏多，占年降水量的65%～75%，冬季降水量偏少，仅占全年的2%左右，且降水多以降雪为主。

2.2.3降雪对交通事故的影响

降雪不仅使能见度降低，同时冰雪附着的路面易引发车轮侧滑、尾部失控，从而导致事故发生。另外，在雪后的晴天，积雪引起的雪盲现象还会使驾驶员视力下降，成为安全行车的潜在危险[15]。冬季降雪天气中，50%以上的交通事故直接或间接与降雪天气有关[16]。由图3可知，河北雪天交通事故主要集中在冬季，占全年雪天交通事故总数的71.5%，春季3月占全年总数的12.2%，秋季10～11月占16.3%。从事故月份分布来看，1月、2月降雪交通事故最多，是河北降雪高速交通气象服务关键期。据河北省气候特点，张家口、承德北部坝上地区10月开始出现降雪，而中南部平原地区一般在11月出现降雪，到翌年3月伴随气温升高，降雪结束。交通事故高发时段与降雪出现时段一致。

2.3雾天高速公路通行预警指标

2.3.1预警指标建立

雾天交通事故发生的频次最高，故而以雾天为例，开展雾天高速公路通行预警的研究。一次大雾天气过程对高速公路通行的影响与大雾的强度及范围、公路交通流量、公路地形等要素有关，同等强度的大雾天气过程对车流量密集路段的影响明显高于车流量稀疏路段。因此，本文参考雪灾预警等级指数标准[17]和高速公路效果评价体系[18]，建立基于气象、路网、交通和地形等因素的河北省雾天高速公路通行预警指标体系。

雾天高速公路通行预警指标V定义为：

(1)

(1)V为雾天高速公路通行条件预警综合指标；

(2)A1j为雾情描述，依据可能或已出现雾的预警级别或能见度大小判断取值，分为A11、A12、A133类，分别对应大雾红色、橙色和黄色预警信号或者能见度>50 m、200 m>能见度≥50 m和500 m>能见度≥200 m；A2j为影响范围，依据大雾同时影响高速公路经过的县市数量判断取值，分为A21、A22、A233类，分别以影响县市总数的3/4、1/2为界取值；

(3)B1j为路网密度，依据每一百平方公里范围内技术等级为二级及以上高速公路的密集程度计算取值，按照100%、60%、30%分为3类，分别为B11、B12、B13，其中，河北省境内张家口、承德市取60%，其他地市取100%，路网密度指标在各等级的阈值界定分别为B1≥11.34、4.33≤B1<11.34和B1<4.33；B2j为路网影响程度，指影响区域内不同等级公路受影响的综合比例，按4：3：3分为3类，分别为B21、B22、B23，路网影响程度指标在各等级的阈值界定分别为0.6≤B2<1、0.3≤B2<0.6和0≤B2<0.3；

(4)C1j为拥挤度，依据路网实际交通量与适应交通量之比，根据《2009年国家干线公路交通情况分析报告》河北省国家高速公路拥挤度C1为0.363，其他高速公路为0.281，国道为0.663，一般国道是0.741；全国公路C1范围为0～1.043，按4：3：3分为3类，分别为C11、C12、C13。拥挤度指标在各等级的阈值界定分别为0.6≤C1<1.043、0.3≤C1<0.6和0≤C1<0.3；

(5)D1j为地形特征，分为山岭重丘D11和平原微丘D122类；

(6)ai、bi、c1、d1为指标权重。

通过分析河北省2010～2012年28次大雾个例，采用专家评判法对雾天高速公路通行条件预警各项指标赋值、赋权重，将其均值作为河北省雾天公路通行预警指标的权重系数和指标(表2)。同时根据大雾情况及其影响范围，结合路网、交通和地形因素，将河北省雾天高速公路通行条件预警级别按由弱到强分为3个等级：当0

表2　河北省雾天高速公路通行预警指标的权重及指标值

2.3.2预警指标检验

为验证预警指标的预测效果，选取2013～2014年河北省境内的京沪、黄石高速雾天案例，代入雾天高速公路通行预警指标进行检验。以实际预警级别与预测预警级别差值△L作为判别依据，结果见表3。可以看出，京沪高速25个检验样本中，雾天公路通行预警级别预测值与实际值一致的样本数有21个，占总样本数的84%，∣△L∣=1的样本数有3个，占总样本数的12%，∣△L∣>1的样本数有1个，占总样本数的4%；黄石高速29个检验样本中，雾天公路通行预警级别预测值与实际值一致的样本数有22个，占总样本数的75.9%，∣△L∣=1的样本数有5个，占总样本数的17.2%，∣△L∣>1的样本数有2个，占总样本数的6.9%。另外分析发现，在∣△L∣=1、∣△L∣>1中，无论是京沪还是黄石高速都是预测值高于实际值，其中在∣△L∣>1中，京沪、黄石高速的预测值比实际值高2级，占总样本的5.6%，可避免因预警级别低、准备不充分而产生损失。经检验，京沪、黄石高速公路雾天通行预警级别预测值与实际值误差1以内的占93%以上，预测效果较好，对河北省交通行业雾天气象服务及防灾减灾有指导意义。

表3　2013～2014年京沪、黄石高速公路

3结论

(1)河北高速公路交通事故存在明显的日、月、年际变化。每日00～05时为河北高速公路交通事故高发时段，12时、16时为次高峰；7月是高速交通事故多发月，6月、5月、8月次之；夏季是高速交通事故多发季节(30.2%)，冬季最少(20.2%)；2008～2012年高速交通事故年发生频次变化较大，总体呈下降趋势。

(2)河北省雾、雨、雪等灾害性天气下发生的高速公路交通事故占总数的15.4%，5～9月、9月至翌年3月、12月至翌年2月，分别是河北雨、雾、雪等灾害性天气高速交通事故多发期；每日06～08时为大雾事故的高发时段，占全天的61.0%，可确定为大雾高速交通气服务关键期。

(3)基于气象、路网、交通和地形因素建立了河北省雾天高速公路通行预警指标体系，其预警级别由弱到强分为3个等级；2013～2014年的试预报检验京沪、黄石高速河北段预警级别准确率分别为84%、75.9%，与实际预警级别误差在1以内的分别为96%、93.1%，预测效果较好，此预警指标可用于雾天高速交通气象业务服务。

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Characteristics on Highway Traffic Accidents Caused by the Disastrous Weather in Hebei and the Early-warning Indexes System of Highway Traffic Under Foggy Weather Condition

ZHANG Jinman1,2，TAN Guirong1，WU Huiqin2，ZHANG Yanheng2，ZHANG Di2

(1.CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters,KeyLaboratory>ofMeteorologicalDisastersoftheEducationMinistry,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China; 2.HebeiProvincialMeteorologicalServiceandTechnologyCenter,Shijiazhuang050021,China)

Abstract:Based on the highway traffic accidents data and the meteorological observations from the traffic automatic meteorological stations and weather stations during 2008-2012 in Hebei Province, the diurnal, monthly and annual variation characteristics of traffic accidents percentages and their relationship with the disastrous weather such as rainy, snowy and foggy weather were analyzed. Then considered the meteorology, road network, traffics and terrain factors, the early warning indexes system of highway traffic under foggy weather condition in Hebei Province was established by using the experts marking and index weight methods. And combined with the traffic accidents in Hebei of Beijing-Shanghai and Huanghua-Shijiazhuang highways during 2013-2014, the warning indexes system was tested. Results showed that the annual frequency of highway traffic accidents in Hebei Province had large change during 2008-2012, and it appearred a downward trend in the whole. The daily change of traffic accidents was obvious, and the frequency of traffic accidents from 00:00 to 08:00 was the most, followed by 11:00 and 16:00. The monthly frequency of traffic accidents displayed a single peak change, in July it was highest, followed by June, May and August, while in December it was lowest, therefore the traffic accidents in summer was the most, the percentage was 30.2%, and in winter it was the least, the percentage was 20.2%. The traffic accidents caused by disastrous rainy, foggy and snowy weather frenquently occurred from May to September, September to the next March and December to the next February, respectively. And the traffic accidents under foggy weather condition often occurred from 06:00 to 08:00. The accuracy rates of the operational warning in Hebei section of Beijing-Shanghai and Huanghua-Shijiazhuang highways during 2013-2014 were respectively 84% and 75.9%, which was higger. The early warning indexes system could provide reference to traffic weather service and disaster prevention and mitigation in Hebei Province.

Key words:disastrous weather; traffic accident; warning index; weather service

中图分类号：U491.31

文献标识码：A

文章编号：1006-7639(2016)-02-0370-06

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-02-0370

作者简介：张金满(1977- )，男，工程师，主要从事专业气象服务研究. E-mail:zzzjm2046@126.com

基金项目：河北省科技厅项目“灾害性天气条件下高速公路通行管理技术研究”(12275405)和河北省科研项目“恶劣天气行业气象服务信息库及服务规范研究”(12ky21)共同资助

收稿日期：2015-04-29；改回日期：2015-05-14

张金满，谭桂容，武辉芹，等.灾害性天气交通事故特征及雾天公路通行预警指标体系[J].干旱气象，2016，34(2)：370-375, [ZHANG Jinman, TAN Guirong, WU Huiqin, et al. Characteristics on Highway Traffic Accidents Caused by the Disastrous Weather in Hebei and the Early-warning Indexes System of Highway Traffic Under Foggy Weather Condition[J]. Journal of Arid Meteorology, 2016, 34(2):370-375], doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-02-0370