1、2182008,44(5 Computer Engineering and Applications計算機工程與應用高速公路交通事故成因分析與關聯因素研究何松柏,袁曉潔:,竇志成2,王亞軍1HE Songbail,YUAN Xiao-jie2,DOU Zhi-chen92,WANG Ya-junl1.軍事交通學院,天津3001612.南開大學信息技術科學學院,天津3000711.Academy of Military Transport,Tianjin 300161;China2.College of Information Technical Science,Nankai Universit

2、y,Tianjin 300071,ChinaEmail:hsbcool163.cornliE Song-bai。YUAN Xiao-jie,DOU Zhi-cheng,et a1.Analysis on cause and research 011associated factors of freeway traffic accident.Computer EIIgin畿ri贍and Applications,2008,44(s:218-220.Abstract:This paper introduces an application of principal component analys

3、is for freeway traffic accident.The authors first in-vestigated main reasons which might cause traffic accident by principal component analysis,and then analyzed the conditional factors by association rule mining.It is helpful for reducing the occurrences ratio of traffic accident by making correspo

4、nding pro tective measures to investigated conditional factors.Key words:freeway;traffic accident;principal components analysis;association rule mining摘要:基于主成分分析原理研究了主成分分析在高速公路交通事故中的應用,根據數據分析結果,得出了影響交通安全的主要 原因,進而采用關聯規則挖掘方法挖掘出導致事故原因的條件因素,從而提出相應的預防措施,以達到降低高速公路交通事故發 生的目的。關鍵詞:高速公路;交通事故;主成分分析;關聯規則挖掘文章編號:

5、10028331(200805021803文獻標識碼:A 中圖分類號:TPl81引言近年來,我國高速公路交通事故越來越嚴重。據公安部交 通管理局統計,高速公路每百公里事故發生率是普通公路的4倍多,而且高速公路一旦發生交通事故,其嚴重程度往往高于 普通公路,尤其是死亡率,每百公里為17.4人,是普通公路的 兩倍。例如,在2004年全國公路交通事故造成的83085人死 亡中,高速公路上死亡就有6235人,比上年上升18.3%,平均 每萬公里死亡1823人,遠遠高于二、三級公路死亡水平。因此 如何減少和預防事故發生,降低事故損失就成了交通運輸領域 亟待研究解決的問題。要實現這一目標,只進行道路基礎設

6、施 建設是不夠的,還需要對交通事故原因進行深層次的分析【l】。 根據目前國內高速公路交通事故數據采集統計方法,交通 事故數據被分為四個方面,即交通事故次數、死亡人數、受傷人 數和直接經濟損失。交通事故四項統計數字分別從不同側面對 交通事故的危害程度作出描述,但沒有形成一個綜合的評價指 標,這樣難以對事故發生的主次要原因進行深入分析。本文將交通事故四項統計數字看作是一個四維的統計整 體,每項統計數字是總體的個數量指標。將交通事故四項統 計數字按照事故發生原因進行劃分,從而得到n個觀測數據, 構成了個四維向量。運用主成分分析法,對這個向量進行簡 化,并最終以個綜合評價指標來代替原來較多的評價指標,

7、 對引起交通事故各原因進行一個排序,進而采用關聯規則挖掘 的方法,從交通事故數據庫中找出各類事故發生的條件因素。2主成分分析數學模型2.1主成分分析原理主成分分析是將原有的指標重新組合成一組新的相互無 關的綜合指標,同時根據實際需要從中選取較少的幾個綜合指 標,盡可能反映原來指標的信息。主成分分析法在交通事故綜 合評價中的應用,實際上作了兩個層次的線性合成:第一層次將原始指標通過晗當的線性組合轉換成主成分, 按累計方差貢獻率不低于某個值(比如O.85的原則確定前幾 個主成分。具體來說就是將原有眾多具有一定相關性的P個指 標,作一定的線性組合,作為新的綜合指標。最經典的做法就是 用Y,(選取的第

8、一個線性組合,即第一個綜合指標的方差來 表達,即Vat(Y。越大,表示y。包含的信息越多。因此在所有的 線性組合中選取的l,。應該是方差最大的,故稱y.為第一主成作者簡介:何松柏(1977一,男,講師,主要研究領域:交通安全、計算機技術在交通運輸中的應用;袁曉潔(1963一,女,博士,教授,博導,主要研究 領域:數據庫和數據挖掘技術;竇志成(1980一,男,博士研究生,主要研究領域:數據挖掘,信息檢索,個性化搜索;王亞軍(1963一,男, 教授,碩導,主要研究領域:交通安全、計算機技術在交通運輸中的應用。收稿13期:20070612修回13期:20070820 何松柏,袁曉潔,竇志成,等:高速

9、公路交通事故成因分析與關聯因素研究 2008,44(5 219分。如果第一主成分不足以代表原有P個指標的信息,再考慮 選取l,:,即選第二個線性組合。為了有效地反映原有信息,l, 已有的信息就不需要再出現在y2中,即要求Cov(Y,Y2=O,則 稱l,:為第二主成分,依此類推可以構造出第3、第4,第 P個主成分。第2層次是各主成分以各自的方差貢獻率為權重,通過線 性加權求和得到綜合評價指標來分析交通事故原因的先后順 序,這反映了各主成分的信息圓。2.2主成分分析數學模型設:對交通事故的研究中涉及P個指標,分別用X。,兄, 五表示,這P個指標構成的P維隨機向量為j,-(x。,%, 五,對x進行線

10、性變換,以形成新的綜合變量,用y表示,即: Yt=111X1+flZ2+Zp瓦y產f21xl+f2l【2+如j昂Y=I.1Xl+厶Z2+z_砟簡記為Yi=l;。+軾2+誦(扛1,2,m,并取l:+勺2=1。要求Y;,巧不相關(i巧;y-是Xt,X:,墨的線性函數中 方差最大的,依此類推p一。3高速公路交通事故成因分析本文選取某高速公路2004年9月2005年7月交通事故 數據,對交通事故數據按事故原因進行統計,進行主成分分析 計算步驟如下:(1各種事故原因造成的直接經濟損失、受傷人數、死亡人 數、事故起數如表1所示。表1備事故原因導致高速公路交通事故統計情況一覽表序號事故直接原因直接經濟損封元

11、受傷數/個死亡數P個事故起勤起 (2對交通事故數據按照h=墨產進行標準化處理,利用Spss統計軟件計算得到各事故原因導致高速公路交通事故 標準化數據如表2所示。表2各事故原因導致高速公路交通事故標準化數據(3將標準化數據按公式S=(s;,印求協方差陣,得出相 關系數矩陣:R=1.Ooo0.8940.8850.9730.8941.0000.9350.9120.8850.9351.0000.8860.9730.9120.8861.000(4計算相關矩陣置的特征值及特征向量在利用主成分分析法構造交通事故綜合評價指標過程中, 由標準化數據求得的相關矩陣均為一個4階對稱方陣。利用 Spas軟件對標準化數

12、據進行分析計算,可求得相關矩陣的4個 特征值分別為:A1=3.743,A2=O.167,A3-0.066,A,-0.024。同時可求得A。對于的特征向量為(O.501,O.500,O.495, 0.504。(5取m=l,計算主成分的累計方差貢獻率三一上按累計方差貢獻率G(。-A;,A。=93.57%85%,說明 i=l 掃1用一個綜合評價指標來反映原四項統計數字是可行的。上(6取m=l,根據公式玨藝l,厶(扭1,2,1計算第一 掃1個主成分的樣本值,即五l:o.501Y;。+0.500Y.-,+O.495Y。+o.500Y“, 玩是標準化后的數據。結果如表3所示。表3交通事故數據標準化、綜合評

13、價值及捧序一覽表從表3可以看出措施不當、其它駕駛員、超速行車、疲勞駕 駛、違章變更車遭、疏忽大意、其他部件故障是該高速公路發生 交通事故的主要原因,也是下一步挖掘的重點。4高速公路交通事故關聯因素研究本文采用FPgrowth(Frequent Pattern Growth算法四進行 關聯規則挖掘。算法輸出結果是關聯規則。為了更明確表示關 聯規則,這里采用“條件集合考結果”的方式。條件集合包括車2202008,44(5 Computer Engineering and Applications計算機工程與應用型、駕齡、發生事故地區、年、月、日、幾點、事故原因、事故形態、 天氣因素中的某個或幾個具

14、體組成因素。結果也是包括事故 發生時j吝九個因素中的個或者幾個因素,即是選定的維度。 本文主要是挖掘導致事故原因的條件因素,因此只選擇事故原 因,并且給出每條規則的支持度和置信度,來說明規則的重要 性和有效性。此處的支持度是指條件集合與結果這,1.個因素造 成事故所占總的事故的比例;置信度是指事故發生時,條件集 合因素出現的同時引發結果因素的比例舊。具體來說,參數設置 界面如圖1所示,結果顯示界面如圖2所示。圖1事故條件因素挖掘參數設置界面圖2事故條件因素挖掘結果從圖1和圖2可以看出,在設置最小支持度閾值為7%,最 小置信度閾值為15%,此時得到17條規則。以第一條規則為 例:駕齡2年j措施不

15、當的支持度為o.239203表示駕齡2年 的駕駛員發生措施不當的事故起數占總事故起數的23.920 3%;置信度0.286853表示發生事故時,駕齡2年的駕駛員出 現的同時引發措施不當的比例為23.9203%。從規則可以看出, 在京津塘高速段、駕齡2年、小客、晴天及每月上旬駕駛員特別 容易出現措施不當;京津塘高速段、駕齡2年的小客駕駛員易 出現超速行駛;京津塘高速段、晴天、駕齡2年的駕駛員容易出 現疲勞駕駛,從而引起交通事故。因此,一是要加強駕齡2年駕駛員高速公路行車的監控措 施和安全教育活動,使其對安全高度重視;二是對京津塘高速 段道路設施進行完善,設計必要的警示標志,提示駕駛員在此 路段要

16、多加小心;三是重點加強對京津塘高速段小客車輛的監 控,促使他們在規定時速范圍駕駛車輛;四是加強對駕齡2年 駕駛員心理素質的訓練,使其在緊急情況下能采取正確的措施 等等。通過進行有的放矢的整治,可以從源頭上控制交通事故 的數量,使人一車一路一環境達到充分和諧統一的關系。在經濟 上,可以盡量降低交通事故對人民生命和國家財產的危害,促 進我國國民經濟高速發展。5結束語在對高速公路交通事故成因分析與關系因素研究中,提出 的主成分分析法可以在確保原始數據信息損失最小的前提下, 經過線性變換和舍棄部分信息,以少數的綜合變量取代原有的 多維變量,同時形成反映主成分和指標包含信息量的權數,以 計算綜合評價值。

17、這樣在指標權重選擇上克服了主觀因素的影 響,客觀反映了樣本間的現實關系。進而采用數據挖掘方法挖 掘出事故原因的條件因素,找出大量數據集中的潛在規律。它 是交通事故分析中一種有效的方法。參考文獻:I】Motor-vehicle-related deaths involving intoxicated pedestriansU nited StatesR.MMWR Moral Wkly Rep,1994,43:249-253.【2】張蘇沖國交通沖突技,1tiM戚都:西南交通大學出版社,1998. 【3】余錦華,楊維權.多元統計分析與應用【M】.廣州:中山大學出版社, 2003.【4】4何平.多元統

18、計分析與應用【M】.成都:西南交通大學出版社,2004. 【5】范明,孟小峰擻據挖掘概念與技術【M.北京:機械工業出版社, 2002.【6YU Dang,GU Pei-liang,L1chen-guang.Railway freight transporta tion safety data management system(TMISbased on data explo-ration technologyJ.CHINA Railway Science,2004,25(2.(上接165頁任協商安全防護方案SFEBTN。該方案可以很好地避免傳統信 任協商安全防護方案中存在的策略循環依賴問題,并

19、且解決了 傳統信任協商安全防護方案中不能很好鰓決的證書和策略隱 藏問題。參考文獻:【1】Winaboreugh W H,Seamons K E,Jones V E.Automated trust nego-tiationC/DARPA Information Survivability Conf and Exposition. New York:IEEE Press,2000:88102.【21Yao A C.How tO generate and exchange seeretsC/Proc of the27th IEEE Symp on Foundations of Computer Sc

20、ience(FOCS.Los Alamit66.CA:IEEE Computer Society Press,1986:162167.【3】Yao A C.Protocols for secure computationsC/Proc 23rd IEEE Syrup on the Foundation of Computer Science.IEEE.1982:160-164. 【4】Garay J,MacKenzie P,Yang Ke.Efficient and universally compos-able committed oblivious transfer and applica

21、tionsC/Volume 2951of Lecture Notes in Computer Science:Theory of Cryptogra-phy,TCC 2004.Springer,2004:297316.【5】5Holt J E,Bradshaw R W,Seamons K E,et alMidden credentialsC1/ Jaiodia S,Samarati P,Syverson PF.Proc of the ACM Workshop on Privacy in the Electronic Society.New York:ACM Press.2003:1-8. 【6】羅曼.移動代理的安全性研究D】.廣州:華南理工大學,2004. 高速公路交通事故成因分析與關聯因素研究作者:何松柏 , 袁曉潔 , 竇志成 , 王亞軍 , HE Song-bai, YUAN Xiao-jie, DOU Zhi-cheng, WANG Ya-jun作者單位:何松柏,王亞軍,HE Song-bai,WANG Ya