大数据下交通事故影响因素分析及预测
2021-07-27虞博翔杨金云
虞博翔，杨金云
（徐州工程学院 数学与统计学院，江苏 徐州 221018）
0 引言
道路交通事故不仅受到道路运输系统不同因素的限制，还受到许多随机因素的影响。例如交通事故发生时所处的道路环境、涉事车辆相关状况等。除此之外，人为导致因素或者偶然因素也需要考虑，包括地形、道路情况、当天时间段以及天气情况等。所以交通事故涉及的要素纷繁复杂。然而大量实际数据表明，交通事故的严重程度实际上也会受其他要素的影响。因此，探究道路交通事故主要影响因素，可以为我国交通管理部门从多方面提供相应的建议。
1 AHP模型分析主要因素
1.1 AHP模型
AHP模型的建立[11]主要包括以下三点：1、建立层次结构模型；2、构造成对比矩阵；3、层次单排序及一致性检验。
目前，我国道路交通事故信息收集与管理由公安部交管局进行，并遵循相同指标体系，结合信息采集项目表的内容以及相关文献[1]确定交通事故发生的原因的四个方面:驾驶员、车辆、环境和道路的相应指标。将驾驶员因素分为超速驾驶、疲劳驾驶、酒驾、无证驾驶和操作不当；道路状况包括路面状况、道路线型、路面材料结构、交通标志标线、安全设施；车辆因素包括车辆类型、超载量、行驶状态、车辆安全状态以及车辆使用性质；而环境条件包括天气情况、地形、交通信号方式、能见度以及时间段这些因素。
1.2 AHP模型的求解
将驾驶员因素作为目标层，以超速驾驶、疲劳驾驶、等指标作为准则层。将准则层各因素对于上一层准则的影响程度进行比较，确定相应比重，比较时取1-9尺度，运用Expert Choice 软件[10]求解，则有
图1 比重图
其中黑色的值代表为正值，红色的数值代表为倒数值：超速驾驶与酒驾的比值为黑色数值1，代表对于驾驶员因素而言超速驾驶比酒驾重要，但重要程度很低；而疲劳驾驶与酒驾比值为红色数值4，代表对于驾驶员因素而言路疲劳驾驶没有酒驾重要，且酒驾重要程度更高。
最终得到准则层各影响因素的权值大小为
如图2所示，超速驾驶的权值最高为0.372，表明其对驾驶员因素有着较大的影响；影响力较次的酒驾，权值为0.342；往后无证驾驶权值为0.162；疲劳驾驶的权值为0.076；操作不当的权值最低为0.048。并且，图中Incon=0.07代表一致性检验值CR=0.07 ＜0.1，表明上述权值确定是合理的。由此可见，对于驾驶员因素而言，超速驾驶为交通事故的主要影响因素，根据所得权值，酒驾也是比较重要的影响因素。相应的，疲劳驾驶以及操作不当对交通事故的影响不大。
图2 各因素权值图
其余指标分析结果如下：
综上所述，从驾驶员、车辆、环境和道路四个方面进行分析，得出超载量和天气情况、超速驾驶、道路线型为交通事故的主要影响因素。根据所得权值，安全设施完善、酒驾、标志标线完善、以及能见度也是比较重要的因素。
2 交通事故预测
运用Matlab软件进行BP神经网络算法的编程，以1995年到2019年的交通事故发生量数据来预测未来三年的交通事故发生数总计。
BP神经网络各阶段的训练图像：
由图4 可知：G r a die n t为梯度下降法的函数；Validation Checks= 6 echo，代表系统判断这个误差是否在连续6次检验后不下降，如果不下降或者甚至上升，说明Training set训练的误差已经不再减小，没有更好的效果了，这时再训练就没必要了就停止训练，不然可能陷入过学习[7]。At epoch 10代表此次训练一共训练了10次才结束。
图4 各阶段训练图像
图5中小圆圈的位置代表终止的训练次数处的均方误差，蓝色柱形代表BP训练过程的MSE指标在每一代中的表现，总体呈现先下降最后趋于平稳的趋势；随训练次数的增加训练集、验证集、测试集和总体的均方误差均趋于平稳。
图5 训练集、验证集、测试集和总体的均方误差随训练次数的变化图像
图6中黑色点代表目标数据值，蓝色点代表输出数据值，黄色虚线代表的是目标数据于对应的输出数据的误差，由图可知，只有少数点存在误差，即目标数据与输出数据大体相同，可进行预测。
图6 目标数据与输出数据之间的误差数据对比图
由图7可知训练样本的拟合优度为99.99%，测试集的拟合优度为74.46%，这个拟合证明了网络训练效果优秀，可以通过BP预测模型对2020年、2021年以及2022年的交通事故量进行预测：
图7 训练集、验证集的拟合优度图
图8 预测数据图
即2020年、2021年以及2022年的交通事故预测发生数分别为234832件、233784件以及238158件。
3 结论
综上所述，从驾驶员、车辆、环境和道路四个方面进行分析，得出超载量和天气情况、超速驾驶、道路线型为交通事故的主要影响因素。根据所得权值，酒驾、标志标线完善、能见度以及安全设施完善也是比较重要的因素。从预测的数据来看，未来几年交通事故发生量会存在小幅波动，为减少交通事故的发生，一是驾驶员在开车时要时刻遵守交通规则，不超速，不酒驾，在保证安全的条件下行驶；二是交通管理部门要加强道路限速标志，对驾驶安全意识进一步的宣传。
