基于贝叶斯网络的交通事故预测方法研究

熊昕

摘 要：进入21世纪，我国的经济得到了快速的发展，很多领域的智能化以及自动化程度也越来越高，随着近几年的交通工具的发展以及交通道路的建设，道路车流量也与日俱增，他们出行的频率以及道路的交通复杂程度加深，所以道路交通事故发生的频率在增多，虽然我国政府部门在交通事故方面采取了各种各样的措施，但是道路交通安全的形式依然严峻。交通事故的发生给我们带来个方面的损失，無论是从公民人身安全还是财产安全方面，除此之外还会影响到社会治安，比如说常见的有交通堵塞、交通延误、火灾等紧急的社会治安问题，严重影响到人们的正常生活，同时给国家的经济和社会运行造成不好的影响。本篇文章以基于贝叶斯网络的交通事故预测方法研究为课题，通过对贝叶斯网络的研究和介绍，以及现今我国道路交通事故发生原因的分析以及发生的特点，我们利用贝叶斯网络方面对交通事故进行了分析，两者相互结合，形成道路交通事故特有的数据库，从而为交通事故的预测提供一个很好的方法。贝叶斯网理论与其他的交通事故预测事故方法相比，有着很多不可比拟的优点，它能够保证数据的可靠性和真实性，它能够很好的对事故数据进行分析，为交通事故的预测和预防提供一个值得参考的数据，从而有利于相关部门做出切实可行的举措。

关键词：贝叶斯网络；交通事故；预测方法

一、国内外研究现状

（一）交通安全分析相关研究

引发不同事故的原因是不同的，但是原因和结果之间肯定有着一定规律的联系。我国的道路交通事故一直是备受关注的社会问题，针对这个问题，国内外已经有了很多的研究，这个研究发展到现在一共经历了三个发展时期：单因素理论是第一个发展阶段的主要理论，多因素理论是对单因素理论的完善和发展是第二个阶段的主要理论，最后一个阶段就是系统致因理论阶段，他更从系统层次对引发事故的理论进行了归纳总结。先从单因素理论说起，该种理论主要是从人的角度出发，对人的行动为研究的出发点，但是这种理论仅仅局限于人这个因素，没有考虑到其他的因素，他认为交通事故石是由一种原因引起的，这是单因素理论；与单因素理论相比，多因素理论就是说道路交通事故是由多种原因引起的，由于这种理论更有全面性，该种理论主张交通事故原因的分析应该从三个方面入手，分别是“人、车、路”，所以它的应用范围更为的广泛；最后是系统致因理论，是国外学者在1980年左右提出的，与因素理论不同的是，这种理论更有系统性，对引发事故的原因进行了系统的研究。

针对以上三种理论不同的特点，归纳起来，单因素理论具有片面性，不能全面的反应交通事故发生的原因，但是单因素理论方法也有着自己的优点，那就是能够直观并且直接迅速的找出事故发生的主要原因，所以我们需要根据实际的情况选择不同的理论进行分析，选择适合的方法；多因素理论就是打破人们考虑问题的单向性、局部性思维，全面的来分析道路交通事故的原因，这种理论方面强调全面性，整体性，更有利于道路交通问题的解决。但是该种理论方法也有缺点，其实各种因素以及印发原因之间是存在相互联系的，如果缺少对各种因素之间联系的考虑，就很难做到深入分析，反而这种多因素方面显得更为的混乱；最后的致因理论是一种系统性的方法，是从大量的交通事故原因当中进行规律性的总结和概括，由于其科学性比较强，所以是当前应用最为广泛的一种交通事故分析预测的理论方法。

（二）贝叶斯网络在安全分析中的应用

贝叶斯网络技术是近几年才发展起来的，因为该种技术具有很强的应对不确定性问题的方法，并且能够对事故进行推理，分析事故发生的原因，进行安全性质的预测等等功能。其次就是贝叶斯网络是一种网络图形式，通过这种形式来描述因果关系，更为简单，容易被人理解，同时容易让专家吸收经验；除此之外，它也可以实现定量评估分析，对网络进行定量化处理；贝叶斯网络同时具有反推理的作用，能够进行因果之间的分析和诊断；第五点是该种网络便于整合各种信息，可以将专家的观点与科学的预测结合起来，最后就是贝叶斯网络在众多的不同类型的软件的支持下，得到了更好的利用。因为贝叶斯网络具备与其他预测方法不同的优势，所以贝叶斯网络技术方法在事故预测方面受到了更多的支持，并且被广泛的采用。

在国外，贝叶斯网络主要应用的领域是核电站软件系统的安全性评估以及各种事故预测。国外的相关学者研究和分析了故障树和贝叶斯网络两种安全事故预测方法，与故障树相比，贝叶斯网络技术方法有着无法比拟的优势，所以相关学者开始研究故障树转换为贝叶斯网络的方法。国外的学者在贝叶斯网络研究方面主要的成就有美国联邦道路局开发了一款软件，这款软件主要用于道路安全调查以及安全设计软件，这款软件的名称叫做“交互式道路安全设计模型”，其中就有贝叶斯网络分析模块，受到国外学者的影响，我国安全事故预测领域的专家在近些年更加倾向于预测的准确性以及安全性，可靠性的分析过程，只有贝叶斯网络具备了这些特性，才能更有利于其作用的发挥。学者霍利民提出了一种创新性的贝叶斯网络构建方法，建立在最小路集的基础之上，这种新型的贝叶斯网络技术目前主要在电力系统可靠性评估领域中应用比较广泛。有关学者主要从节点，链接强度，事件以及逻辑门之间的映射关系这四个方面对贝叶斯网络以及故障树展开比较。除此之外，还有很多学者就贝叶斯网络展开研究，创新出了很多安全事故预测方法，其中还有故障树定量方法，贝叶斯网交通事故持续时间预估模型，车速交通事故预测模型，公路路侧安全评价的贝叶斯网方法以及还有基于桶排除法的故障树顶事件概率计算方法。

二、贝叶斯网络的基本原理

（一）贝叶斯网络基本概念

贝叶斯网络是一种网络，为这些问题的解决提供一个基本的思路，与其他问题相比，他在解决不确定性还有不完整的问题上有着很大的优势，主要是通过贝叶斯公式表现出来，对其进行推理及应用。贝叶斯网络模式是一种有向无环模式图，这个模式图主要是节点还有有方向的边构成。相关公式介绍如下：

（1）首先我们先将两个基本事件用字母表示，如果基本事件A发生的概率大于0，那么在基本事件A发生的概率，基本事件B发生的概率用表示，这就是条件概率的表达形式。