丁德平，李 迅，張德山，張慶林，甘 璐，楊樹林

(北京市氣象局，北京100089)

G2京津塘高速公路萬輛車流的交通事故災(zāi)害與氣象綜合指數(shù)的關(guān)系*

丁德平，李 迅，張德山，張慶林，甘 璐，楊樹林

(北京市氣象局，北京100089)

通過整理G2京津塘高速公路3年(2007年3月至2010年2月)逐日逐時萬輛車流的交通事故災(zāi)害和交通流量及氣象要素資料，并將萬輛車流的交通事故災(zāi)害(交通事故災(zāi)害與交通流量之商)與同步氣象綜合指數(shù)進行日變化相關(guān)分析;結(jié)果表明:平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化最高峰出現(xiàn)在05時，年平均高峰值高達2.34起·輛－1·10－4;年度、春季、夏季、秋季和冬季的平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)均呈正拋物線的偏右側(cè)相關(guān)，即萬輛車流的交通事故災(zāi)害隨氣象綜合指數(shù)的加大而增多;統(tǒng)計學檢驗(R＞Rα=0.01和F＞Fα=0.01)效果很好。四個季節(jié)的萬輛車流的交通事故災(zāi)害與氣象綜合指數(shù)相關(guān)的系數(shù)高達0.778 1～0.853 7。為了更好地將自動氣象監(jiān)測信息服務(wù)于高速公路交通安全，在分析成果的基礎(chǔ)上設(shè)計出了高速公路萬輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象綜合指數(shù)風險等級指標，以期為高速公路交通安全提供客觀的科學依據(jù)。

交通工程;氣象綜合指數(shù);相關(guān)分析;京津塘高速公路;交通事故災(zāi)害

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，高速公路對國民經(jīng)濟建設(shè)和國家安全的影響日益重要。G2京津塘高速公路橫跨一省兩市，是京、津、冀重要交通樞紐之一，它在京、津的經(jīng)濟發(fā)展格局和提高人們生活質(zhì)量方面發(fā)揮著不可估量的重要作用。引發(fā)高速公路交通安全事故的原因也呈現(xiàn)多元化［1－2］。惡劣氣象條件對交通運輸質(zhì)量和安全的影響也受到全社會的廣泛關(guān)注［3－6］。尤其是因霧、強降水等引起的低能見度天氣對交通的影響更大［7－11］。羅慧等［12］以西安地區(qū)為例考慮氣象要素在不同時段的不同影響，并建立合理有效的公路氣象預(yù)警模型，其研究指出影響西安地區(qū)公路交通事故災(zāi)害相關(guān)因素依次為:能見度、相對濕度和降水;而在秋冬半年(10月至次年3月)，依次為溫度、能見度、降水。張青珍等［13］利用代表濮陽市公路交通狀況的南樂縣、范縣、濮陽縣公路交通事故災(zāi)害資料和氣象資料，分析了濮陽市公路交通事故災(zāi)害發(fā)生的一般規(guī)律及其與氣象條件的關(guān)系，以及幾種主要氣象要素對公路交通的影響。楊謹菲等［14］研究了太陽黑子的周期性活動和交通事故的相關(guān)性，指出太陽活動通過作用于天氣和人體生理的作用來間接影響交通事故的發(fā)生。盡管很多學者從氣候方面進行了大量的交通事故災(zāi)害與氣象因子的統(tǒng)計分析，但從事高速公路萬輛車流的交通事故災(zāi)害與氣象綜合指數(shù)的日變化分析目前尚未發(fā)現(xiàn)。本文通過研究G2京津塘高速公路萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化與氣象綜合指數(shù)的相關(guān)性，客觀、科學地設(shè)計出萬輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象綜合指數(shù)風險等級指標，對及時提醒在高速公路行駛的司機朋友降低萬輛車流的交通事故災(zāi)害出現(xiàn)概率將起到重要的科學指導(dǎo)意義。

1 研究對象

1.1 萬輛車流的交通事故災(zāi)害和氣象觀測資料

整理了2007年3月1日至2010年2月28日期間的交通事故災(zāi)害和交通流量及氣象觀測資料，連續(xù)樣本數(shù)均為1 096 d×24 h=26 304個。其中G2京津塘高速公路(北京、天津、河北3段全程142.69 km)逐時出現(xiàn)的交通事故災(zāi)害次數(shù)，資料完整;G2京津塘高速公路三個樁號的交通流量數(shù)據(jù)“Vd01(k1+500)距北京四環(huán)路東南角十八里店1.50 km、Vd27(k55+660)距北京四環(huán)路東南角十八里店55.66 km、Vd24(k134+130)距北京四環(huán)路東南角十八里店134.13 km”，實際每個樁號平均缺少336 h的數(shù)據(jù);北京市觀象臺、廊坊市氣象臺、塘沽市氣象臺逐日自動氣象要素:即逐日逐時的氣溫、相對濕度、露點溫度、本站大氣壓、平均風速、和降水量，三個站的氣象要素的資料完整;G2京津塘高速公路的大羊坊北橋、京津塘23 km、京津塘41 km道面自動氣象站的逐時氣溫、降水量、積雪深度、相對濕度、能見度和風向風速氣象要素，每個道面氣象站平均缺少480 h的數(shù)據(jù)。

1.2 萬輛車流的交通事故災(zāi)害的定義

在高速公路上行駛的機動車輛，因為路況、天氣、車輛機械、駕駛員身體等種種因素出現(xiàn)的輕微事故、一般事故、重大事故、特大事故統(tǒng)稱為交通事故災(zāi)害。通過設(shè)置在高速公路上樁號，讀取斷面交通量雙向日報統(tǒng)計數(shù)據(jù)(大車流量加小車流量)稱為交通流量。交通事故災(zāi)害÷交通流量×10 000=壹萬輛車流量所發(fā)生的交通事故災(zāi)害起數(shù)(因為逐時交通流量最大可超過萬輛，而逐時交通事故災(zāi)害最多十幾起，兩者之商數(shù)字很小，故采用乘以10 000來計算)，簡稱為萬輛車流的交通事故災(zāi)害(單位為:起·輛－1·10－4)。

1.3 萬輛車流的交通事故災(zāi)害和氣象要素的統(tǒng)計方法

為了探討萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化特點與氣象要素日變化的關(guān)系，本文分別用式(1)和式(2)來統(tǒng)計3年的逐時萬輛車流的交通事故災(zāi)害和氣象要素的平均數(shù)值。

由式(1)統(tǒng)計出G2京津塘高速公路全程的年度、春季、夏季、秋季、冬季的逐時平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害數(shù)值;由式(2)統(tǒng)計出北京市觀象臺、廊坊市氣象臺、塘沽市氣象臺的年度、春季、夏季、秋季、冬季各氣象要素的逐時平均數(shù)值，即:統(tǒng)計各氣象要素的3個氣象臺的平均數(shù)值代表G2京津塘高速公路全程平均氣象要素(同理，大羊坊北橋、京津塘23 km、京津塘41 km道面自動氣象站氣象要素的四季和年度平均值，當遇到某時缺測數(shù)據(jù)，仍按自動減少樣本計算)。

2 萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化分析

2.1 萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化

萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化是否具有一定的特征可循?通過年度、春、夏、秋、冬的平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化曲線便可一目了然，見圖1。

圖1 年度、春、夏、秋、冬的平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化曲線圖

從圖1可以直觀的看出，年度、春、夏、秋、冬的平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化最高峰值出現(xiàn)在05時，次峰值分別出現(xiàn)在02－03時和23時。夏季平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的峰值最大，高達3.04起·輛－1·10－4，春季平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的峰值最小，為1.90起·輛－1·10－4;在05－12時的時間段內(nèi)，各季節(jié)的平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害隨時間迅速遞減，平均遞減量為 0.255 9 起·輛－1·10－4·h－1。這種特征對于提高高速公路管理水平將有重要的參考價值。

2.2 建立影響萬輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象綜合指數(shù)

萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化特征與氣象要素是否有關(guān)聯(lián)?應(yīng)用式(1)和式(2)的統(tǒng)計結(jié)果，分別將四季和年平均的逐時萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步的各氣象要素進行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)諸氣象要素與萬輛車流的交通事故災(zāi)害均存在著比較密切的關(guān)系，其中尤以水平能見度、降水量、相對濕度與萬輛車流的交通事故災(zāi)害的關(guān)系最為密切。其中相對濕度和降水量與萬輛車流的交通事故災(zāi)害呈正相關(guān)，能見度與萬輛車流的交通事故災(zāi)害呈反相關(guān)。為了精簡論述氣象要素與萬輛車流的交通事故災(zāi)害的關(guān)系(分別論述圖文內(nèi)容繁多);為此，建立經(jīng)驗公式［14］，建立相對濕度、降水量和能見度的氣象綜合指數(shù):

式中:MCI為氣象綜合指數(shù);H為四季和年度的逐時平均相對濕度;R為四季和年度的逐時平均降水量;N為四季和年度的逐時平均能見度。由此，MCI的日變化趨勢與萬輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化趨勢一致，為深入分析萬輛車流的交通事故災(zāi)害日變化與同步氣象要素日變化的關(guān)系開闊了思路。

3 萬輛車流交通事故災(zāi)害的日變化與氣象綜合指數(shù)的相關(guān)分析

應(yīng)用統(tǒng)計學的方法［15］量化年度、春季、夏季、秋季和冬季的萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)的日變化的相關(guān)程度是簡便易行的?，F(xiàn)以年度為例，進行萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)的日變化的相關(guān)程度的分析。

3.1 年度萬輛車流交通事故災(zāi)害與氣象要素的相關(guān)分析

年度逐時平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)的日變化的相關(guān)程度(圖2)。

圖2 年度萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)點散圖

圖2中反映了年平均逐時萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)呈拋物線相關(guān)。當氣象綜合指數(shù)為0.17 mm·%·km－1時，近似為拋物線的底部，由該點開始，萬輛車流的交通事故災(zāi)害隨氣象綜合指數(shù)的加大呈二次方程曲線趨勢增長;其相關(guān)系數(shù)為0.871 4。春夏秋冬四個季度的平均逐時萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)均呈拋物線相關(guān)(春季、夏季、秋季和冬季的分析圖略)，只是相關(guān)程度略有差異。這種現(xiàn)象說明了相對濕度、降水量和能見度的日變化對高速公路駕駛員安全行車的影響是明顯的。

3.2 萬輛車流交通事故災(zāi)害與同步氣象要素相關(guān)分析的顯著性檢驗

在G2京津塘高速公路3年的年度、春、夏、秋、冬平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)相關(guān)分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用統(tǒng)計學檢驗方法得出的相關(guān)系數(shù)(R)和F檢驗結(jié)果［15］見表1。據(jù)表1中的R和F統(tǒng)計值分析表明:春季、夏季、秋季和冬季的萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)的日變化的相關(guān)程度均很顯著，即R＞Rα=0.01和F＞Fα=0.01;即使冬季相關(guān)系數(shù)較低，F(xiàn)值檢驗還大于Fα=0.018倍之多。

表1 逐時平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的同步氣象綜合指數(shù)的顯著性檢驗參數(shù)一覽表

3.3 萬輛車流交通事故災(zāi)害的氣象風險等級指標

既然萬輛車流的交通事故災(zāi)害與氣象綜合指數(shù)存在較為密切的關(guān)系，應(yīng)用氣象綜合指數(shù)的日變化指導(dǎo)高速公路的交通安全勢在必行。圖2中的分析表明:能否從3年平均的氣象綜合指數(shù)的日變化特征及時地提醒司機朋友呢?在此，根據(jù)春、夏、秋、冬四個季節(jié)的逐時萬輛車流的交通事故災(zāi)害的平均數(shù)值的多少，定義萬輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象風險等級。應(yīng)用經(jīng)驗概率密度分級方法，將萬輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象風險劃分為3個等級，即:出現(xiàn)萬輛車流的交通事故災(zāi)害高風險的概率密度為15%(平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害數(shù)值偏大)、出現(xiàn)萬輛車流的交通事故災(zāi)害有風險的概率密度為30%(平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害數(shù)值略大)、出現(xiàn)萬輛車流的交通事故災(zāi)害低風險的概率密度為55%(平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害數(shù)值較小)(表2)。如果分別以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示3種萬輛車流的交通事故災(zāi)害風險等級的符號，把平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的概率密度的區(qū)間數(shù)值分別代入表1中相對應(yīng)的數(shù)學表達式的Y值，計算出相應(yīng)的萬輛車流的交通事故災(zāi)害氣象風險等級所對應(yīng)的氣象綜合指標(x值)(表2)。

表2 G2京津塘高速公路的四季萬輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象風險等級一覽表

應(yīng)用表2中的氣象綜合指數(shù)的風險等級的數(shù)據(jù)，可以通過高速公路沿線道面自動氣象站監(jiān)測的能見度、降水量和相對濕度計算出氣象綜合指數(shù)，預(yù)測高速公路的萬輛車流的交通事故災(zāi)害量，為高速公路安全運營提供氣象警示參考。

4 結(jié)語

本文分析了G2京津塘高速公路的年度、春季、夏季、秋季和冬季萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象要素之間的關(guān)系，并給出了交通事故災(zāi)害風險等級與氣象綜合指數(shù)的概率密度表，主要結(jié)論如下。

(1)萬輛車流的平均交通事故災(zāi)害的日變化主峰出現(xiàn)在05時，次峰分別出現(xiàn)在02－03時和23時;其中夏季平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的峰值最大，高達3.04起·輛－1·10－4，春季平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的峰值最小，為1.90起·輛－1·10－4;在05－12時的時間段內(nèi)，各季節(jié)的平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害隨時間迅速遞減，平均遞減量為0.255 9 起·輛－1·10－4·h－1。

(2)萬輛車流的平均交通事故災(zāi)害隨氣象綜合指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.871 4，兩者呈二次方程曲線趨勢增長;其中春夏秋冬四個季度的平均逐時萬輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)均呈拋物線相關(guān)，并且春夏季節(jié)的氣象綜合指數(shù)與平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害的相關(guān)系數(shù)高于秋冬季節(jié)。

(3)通過分析萬輛車流的平均交通事故災(zāi)害的概率密度的區(qū)間，推導(dǎo)出了萬輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象風險等級指數(shù)，應(yīng)用高速公路自動氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)可以客觀地服務(wù)交通安全管理，為高速公路安全運營提供氣象警示參考。

氣象綜合指數(shù)的日變化與萬輛車流的交通事故災(zāi)害之間存在很好的相關(guān)性，通過對氣象綜合指數(shù)的預(yù)測可以量化出四季平均萬輛車流的交通事故災(zāi)害，給相關(guān)部門提供參考。對于交通事故災(zāi)害的氣象綜合指數(shù)風險等級指標還需在收集和積累更長時間序列的資料，并利用新資料對本文得出的結(jié)論進行驗證和修正，也是將來需進一步研究的問題。

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The Traffic Accidents of Huabei Freeway and its Relation to the Meteorological Composite Index

Ding Deping，Li Xun，Zhang Deshan，Zhang Qinglin，Gan Lu and Yang Shulin
(Beijing Meteorological Service，Beijing 100089，China)

Based on investigation of traffic accidents，traffic flow and meteorological factors data of Huabei Freeway from Mar．2007 to Feb．2010，the diurnal variation of traffic accidents is presented at5 am，and the peak of annul average could reach to 2．34 times．The correlation between the traffic accidents among one million of traffic flow and the same period of themeteorological composite index during annul，spring，summer，autumn and winter present parabola，and the correlation coefficients account for 0.778 1 to 0.853 7，satisfy statistics verifying(R ＞Rα=0.05and F ＞Fα=0.05)．In order to better use themeteorologicalmonitoring information and to improve the safety of freeway，themeteorological composite risk level index is designed for supplying scientific grounds．

traffic engineering;meteorological composite index;Correlation Analysis;Jing-Jin-Tang Freeway;traffic accidents

P49; ×43

A

1000－811X(2012)03－0107－04

2011－11－09

2012－01－04

“十一五”國家科技支撐計劃課題“國家高速公路安全和服務(wù)技術(shù)開發(fā)與工程應(yīng)用示范”(2009BAG13A03);交通運輸高影響天氣預(yù)警技術(shù)研究(GYHY200906027);道路天氣預(yù)警服務(wù)、對策與氣象服務(wù)效益評估(201006033)

丁德平(1963－)，女，北京人，教授級高級工程師，從事專業(yè)氣象服務(wù)．E-mail:zytddp@vip.sina.com