宏观交通安全建模研究与安全影响因素分析_王雪松
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第４０卷第１１期２０１２年１１月同济大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＯＮＧＪＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ）Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．２０１２
文章编号：０２５３－３７４Ｘ（２０１２）１１－１６２７－０７ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－３７４ｘ．２０１２．１１．００７
收稿日期：２０１１ ０９ ２９基金项目：国家自然科学基金（５１００８２３０）；新世纪优秀人才支持计划第一作者：王雪松（１９７７—），男，副教授，博士生导师，工学博士，主要研究方向为交通安全，交通规划，交通信息化．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｘｓ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ通讯作者：吴杏薇（１９８７—），女，硕士生，主要研究方向为交通运输规划与管理．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｘｉｎｇｗｅｉ０６２６２６＠１６３．ｃｏｍ宏观交通安全建模研究与安全影响因素分析
王雪松１，吴杏薇１，金 昱２
（１．同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海２０１８０４；２．上海城市规划设计研究院，上海２０００４０）
摘要：由于对规划层面的交通安全研究不足，道路网络特征、
区域交通特征及区域其他与交通安全的关系尚不明确，导致
在交通规划阶段缺少可用的方法和工具来评价不同规划方
案的安全性．依托美国佛罗里达州Ｏｒａｎｇｅ县的数据对宏观
交通安全建模进行了系统研究，基于拓扑学理论计算交通分
析小区（ｔｒａｆｆｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｚｏｎｅ，ＴＡＺ）路网形态结构，提取ＴＡＺ
层面交通特征和其他影响因素．ＴＡＺ在空间上有远近之分，
相邻的ＴＡＺ在社会经济发展、道路交通特征方面有某种程
度的趋同性，距离较远的ＴＡＺ之间有某种程度的相异性．贝
叶斯条件自回归模型可以分析空间相关数据，利用先进的贝
叶斯空间统计模型分析ＴＡＺ层面交通安全与影响因素之间
的关系．基于事故发生机理考虑，提出将主干路事故和支路
事故分别建模的新思路．分析发现新的建模思路能够很好区
分不同道路类型的安全影响因素；路网形态结构和安全之间
有显著的关系．
关键词：宏观安全建模；交通分析小区；贝叶斯模型；条件
自回归模型；道路网络形态；宏观影响因素
中图分类号：Ｕ４９１．１３ 文献标识码：Ａ
Ｍａｃｒｏ Ｌｅｖｅｌ Ｓａｆｅｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｉｍｐａｃｔ Ｆａｃｔｏｒ
Ａｎａｌｙｓｉｓ
ＷＡＮＧ Ｘｕｅｓｏｎｇ，ＷＵ Ｘｉｎｇｗｅｉ，ＪＩＮ Ｙｕ
（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｏａｄ ａｎｄ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ
Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ；Ｓｈａｎｇｈａｉ
Ｕｒｂａｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００４０，
Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｃｋ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｒ ｔｒａｆｆｉｃ
ｓａｆｅｔｙ ａｔ ｔｈｅ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｓｔａｇｅ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｃｒｏ
ｌｅｖｅｌ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐａｔｔｅｒｎｓ，ｔｒａｆｆｉｃ
ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｗｉｔｈ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ ｒｅｍａｉｎｓ
ｕｎｃｌｅａｒ，ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ
ｔｏｏｌｓ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｐｌａｎｓ．
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｏｒａｎｇｅ Ｃｏｕｎｔｙ，Ｆｌｏｒｉｄａ，ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍａｃｒｏ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｓａｆｅｔｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｔ ｔｒａｆｆｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｚｏｎｅ（ＴＡＺ）ｌｅｖｅｌ，
ａｂｓｔｒａｃｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｄｉｃｅｓ ｏｆ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐａｔｔｅｒｎｓ，ｔｒａｆｆｉｃ
ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍａｃｒｏ ｌｅｖｅｌ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒｓ．Ｂａｙｅｓ Ｓｐａｃｅ
Ｓｔａｔｉｃ Ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒｓ．Ａｄｊａｃｅｎｔ
ＴＡＺｓ ａｒｅ ａｌｗａｙｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｉｎ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｒｏａｄ
ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ａｎｄ ｔｒａｆｆｉｃ ｆｅａｔｕｒｅｓ；ｗｈｉｌｅ ＴＡＺｓ ｌｏｃａｔｅｄ
ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｔｅｎｄ ｔｏ ｂｅ ｍｏｒｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｂａｙｅｓｉａｎ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ
Ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ（ＣＡＲ）Ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ
ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅｓｅ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄａｔａ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｃｒａｓｈ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｍａｊｏｒ ｒｏａｄｓ ａｎｄ ｍｉｎｏｒ ｒｏａｄｓ，ｎｅｗ
ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｃｒａｓｈｅｓ ｏｎ
ａｒｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｏｎ ｌｏｃａｌ ｒｏａｄｓ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｉｎｄｓ ｏｕｔ
ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ
ｐａｔｔｅｒｎｓ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｅｆｆｅｃｔ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｒａｓｈｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｃｒｏ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ；ｔｒａｆｆｉｃ
ａｎａｌｙｓｉｓ ｚｏｎｅ；Ｂａｙｅｓｉａｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ
ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ；ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐａｔｔｅｒｎ；ｍａｃｒｏ ｌｅｖｅｌ ｉｍｐａｃｔ
ｆａｃｔｏｒｓ
传统的交通安全研究致力于事故多发点判别、
事故致因分析和安全改善措施的选取，这种基于已
有事故数据针对具体交通设施的解决途径可以在一
定程度上缓解已有的交通安全隐患，但无法从根本
上解决交通系统的安全问题．交通安全受交通系统
规划、设计、建设、运营、管理、维护各个阶段的影响，
考虑到交通规划对塑造交通系统的深刻影响，交通
安全应该在规划阶段就得到足够的重视和充分的考
虑．近十几年，美国、英国、加拿大已经开始重视在交
通规划的整个过程中充分考虑交通安全，并且通过
定量研究来分析道路区域属性特征、交通特征及区
域其他影响因素与交通安全的关系，其中以交通分 同济大学学报（自然科学版）第４０卷
析小区（ｔｒａｆｆｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｚｏｎｅ，ＴＡＺ）层面的研究成
果最为丰富．
宏观交通安全研究主要针对区域人口经济特
征、道路网络特征、交通运行特征几个方面进行分
析．在已有研究中，对于区域道路网络特征的分析仅
仅是以区域为单位设施数量的简单累计（如交叉口
总数、道路总里程），这些特征并不能充分反映道路
网络空间结构特性，没有从路网结构深度挖掘事故
发生的根本原因，需要结合复杂网络、拓扑结构等学
科的理论与方法进一步研究区域路网空间结构对于
宏观安全的影响．此外，传统的统计分析模型无法考
虑研究区域内小区之间的复杂空间数据结构，贝叶
斯空间统计模型可以满足数据的空间相关性以及模
型的复杂性，已经在宏观交通安全分析中发挥着越
来越重要的作用．
提高交通安全已经成为国内外许多城市交通规
划的主要目标之一．由于美国基础数据完善，因此本
研究依托美国佛罗里达州Ｏｒａｎｇｅ县的数据，以
ＴＡＺ作为分析单元，借鉴复杂网络、拓扑结构学科
知识提取能够有效反映路网结构的特征指标，在传
统宏观交通安全建模方法的基础上提出新的建模思
路，并利用先进的贝叶斯空间分析方法建立统计模
型，分析区域路网特征、交通运行特征和区域其他影
响因素与交通安全之间的关系，为国内宏观交通安
全建模研究在数据收集和处理、模型标定与分析方
法等方面提供借鉴．
１ 宏观安全研究进展
宏观交通安全分析始于２０世纪９０年代事故空
间分布的研究．１９９５年，Ｌｅｖｉｎｅ等人开始研究夏威
夷火奴鲁鲁地区交通事故在主干道网络上的空间分
布规律，并使用修正的多元线性回归模型建立了人
口普查街区组（ｃｅｎｓｕｓ ｂｌｏｃｋ ｇｒｏｕｐ）层面交通事故与
人口、就业、道路交通特征（高速公路、主干道、匝道
长度）三类影响因素之间的统计模型［１］．从那以后，
学者们开始研究宏观层面影响事故数量的显著因
素．下面从宏观安全建模策略、宏观交通安全影响因
素、统计分析方法、面向应用的理论研究等角度总结
研究现状．
１．１ 宏观安全建模策略
出于宏观安全和交通规划衔接的考虑，ＴＡＺ层
面的分析受到交通安全研究人员的重视．在现有
ＴＡＺ层面的交通安全分析中，通常以ＴＡＺ内的所
有事故作为因变量进行建模分析．如２００３年Ｈａｄａｙｅｇｈｉ等人对加拿大多伦多市４６３个ＴＡＺ所
做的安全分析［２］；２００６年Ｌｏｖｅｇｒｏｖｅ ＆Ｓａｙｅｄ利用
加拿大大温哥华地区５７７个ＴＡＺ所做的安全分
析［３］．这种思路的假设是ＴＡＺ内事故的发生受其所
属ＴＡＺ变量的影响．由于作为ＴＡＺ边界的干线道
路主要承担长距离交通，发生在主要道路的事故与
ＴＡＺ内部人口、土地利用、路网结构等因素关系较
为疏远；另一方面，发生在主要道路上的事故同事故
位置所在小区的关系并不像支路与其发生的事故那
样密切．因此，有必要对不同道路类型的事故分别进
行建模．
１．２ 宏观交通安全影响因素
国外宏观交通安全研究主要从区域人口经
济、土地利用特征、交通运行特征、道路属性特
征等几个方面进行分析．反映区域人口特征的常
用因素包括人口总量、总户数、人口密度、老年
人口和非老年人口［２，４］；表示区域经济水平的常
用因素包括就业人数、失业率、户均小汽车数
等［２，５］；描述区域土地利用常用因素为各类性质
的用地面积和区域内学校数量等［６］；反映交通运
行特征的因素包括交通流量、路网平均车速、区
域平均车公里数和体现拥挤程度的区域平均饱
和度［２－３，７］；区域内交叉口规模和道路设施规模
是最常用的反映道路属性特征的因素［２，５］；有些
研究用到了区域内道路平均弯曲程度［３］．
已有研究用到的区域道路属性特征是以区
域为单位的设施数量简单累计，这些对区域道路
交通特征的简单提取并不能够充分考虑不同区
域之间的道路网络结构差异，没有从路网功能、
拓扑结构深度挖掘造成交通运行状况以及事故
发生的根本原因．近几年拓扑结构、复杂网络等
科学的发展为提取道路几何拓扑、路网布局特征
提供了理论支持和方法．２００４年Ｂｕｈｌ等人提出
