ＢＰ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在平曲線路段交通事故預(yù)測中的運(yùn)用

胡愛平　周艷平　楊瑞華

摘要：道路交通事故與道路線型有著直接的關(guān)系，文章對我國國道上平曲線路段的線形特點(diǎn)與交通事故數(shù)目進(jìn)行分析，建立了道路平曲線路段交通事故數(shù)目預(yù)測的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。結(jié)果表明用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測平曲線路段的交通事故有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性，這對道路平曲線設(shè)計的安全性有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：交通事故；平曲線路段線形；BP網(wǎng)絡(luò)；交通安全研究現(xiàn)狀

中圖分類號：U491.31文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0067-02

一、我國交通安全研究現(xiàn)狀

道路交通事故是涉及千家萬戶，人人關(guān)注的社會問題。在當(dāng)今的世界上，道路交通事故與戰(zhàn)爭，疾病，自然災(zāi)害一樣，嚴(yán)重的危害人類的生命安全。據(jù)有關(guān)報道表明，自從有機(jī)動車道路交通事故死亡記錄以來，全世界已有3200余萬人死于道路交通事故，接近第二次世界大戰(zhàn)的死亡人數(shù)。道路交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)驚人，許多國家應(yīng)道路交通事故的經(jīng)濟(jì)損失約為國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1％[1]。與世界各國相比，我國交通運(yùn)輸事業(yè)底子薄，基礎(chǔ)差，人口眾多，道路少，管理水平低，因此交通事故就顯得更為嚴(yán)重。我國已經(jīng)成為世界上交通事故死亡人數(shù)最多的國家。

綜上所述，交通事故已經(jīng)是一個嚴(yán)重的社會問題，從方法論的角度講，要從根本上減低和防止交通事故的發(fā)生首先就必須客觀、全面、科學(xué)地審視引發(fā)交通事故的原因。一切交通活動都是發(fā)生在人員－車輛－道路這個系統(tǒng)之中的，因此，引發(fā)事故的基本要素必然是人，車輛和道路。但是，我們在統(tǒng)計事故成因時大都傾向于簡單的認(rèn)為：事故的基本原因是人為的，主要是駕駛員的失誤和錯誤，道路因素相對來說是次要的。而實(shí)際上，駕駛員的駕駛行為是對交通客觀條件的主觀反映的外在表現(xiàn)，不合理的道路交通特征會導(dǎo)致駕駛員錯誤的駕駛行為，從而導(dǎo)致交通事故。前蘇聯(lián)學(xué)者對蘇聯(lián)境內(nèi)Ⅰ～Ⅴ級公路上13000余起交通事故進(jìn)行分析，并仔細(xì)考慮了事故地點(diǎn)道路的特征后，得出的結(jié)論為，不良道路條件的影響是70％交通事故的直接或間接原因。歐洲聯(lián)合經(jīng)濟(jì)委員會在關(guān)于道路不幸事件問題的研究中指出，70％的事故是由于道路的缺陷所致[2]。因此，研究道路特征與事故率之間的關(guān)系是交通安全的一個重要方面，對改善道路安全狀況，消除事故隱患有著直接的作用。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬結(jié)構(gòu)和功能的信息處理系統(tǒng)，具有學(xué)習(xí)，記憶和容錯的特點(diǎn)。當(dāng)前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要用于函數(shù)逼近，模式識別和數(shù)據(jù)壓縮方面[3]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型已有幾十種，大體可分為三大類，即：前向網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)。在這些模型和算法中，BP算法是比較成熟的算法之一，根據(jù)Kolmogolov定理，三層網(wǎng)絡(luò)可輸入任何非線性連續(xù)函數(shù)的信號，所以本文選擇使用三層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的函數(shù)逼近功能以道路線形元素為參數(shù)來預(yù)測道路事故。通過與交通事故相關(guān)的主要道路線形要素（交通量，行車道寬度，路肩寬度，圓曲線半徑，平曲線長度，緩和曲線長度，平曲線轉(zhuǎn)角）分析建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用調(diào)查來的湖南某國道的事故資料和線形資料的分析來訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而建立起各道路平曲線線形參數(shù)對道路交通事故影響的關(guān)系模型，讓自學(xué)習(xí)后的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測具有不同道路平曲線參數(shù)的路段的交通事故。預(yù)測結(jié)果與資料的交通事故結(jié)果相近，表明BP網(wǎng)絡(luò)在道路線形元素預(yù)測道路事故中的運(yùn)用是可行的。

二、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測道路事故

用BP人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)預(yù)測道路交通事故，首先要用學(xué)習(xí)樣本對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，以得到交通事故預(yù)測的BP算法模型；然后利用此模型來預(yù)測具有不同道路平曲線要素的路段交通事故發(fā)生次數(shù)。

（一）樣本資料

本文資料收集了湖南某國道的事故資料和線形資料進(jìn)行分析。該國道屬于二級汽車專用道，路面寬9米，雙向雙車道。統(tǒng)計了1995年1月～1997年12月，歷時3年的交通事故數(shù)。收集的線形和事故的部分樣本資料見表1[4]。

表1 湖南某國道部分事故資料和線形資料統(tǒng)計

（二）網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

由于原始數(shù)據(jù)有限，影響了RBF網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)的調(diào)整，所以采用RBF網(wǎng)絡(luò)試算結(jié)果不理想，故采用BP網(wǎng)絡(luò)。所采用的BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中：

P1P2P3P4P5P6P7 為輸入，a1為輸出。

P1為交通流量ADT

P2 為行車道寬度

P3 為路肩寬度

P4 為圓曲線半徑

P5 為平曲線長度

P6 為平曲線轉(zhuǎn)角

P7 為緩和曲線長度

a1為交通事故數(shù)（次）

（三）學(xué)習(xí)算法

由于BP算法收斂較慢，而且容易陷入局部極小，故采用L-M（Levenberg-Marquardt）反向傳播算法修正權(quán)值。

權(quán)值修正公式為： ωij(t+1)= ωij(t)－（JT J ＋λΙ）-1 JTe

其中：J 為誤差函數(shù)的Jacobi矩陣

e為期望輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差

（四）訓(xùn)練與檢驗

樣本總數(shù)為32對數(shù)據(jù)，用25對數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，用7對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗。樣本訓(xùn)練誤差曲線如圖2所示：

圖2樣本訓(xùn)練的誤差曲線圖

（五）結(jié)果

檢驗樣本及結(jié)果見表2：

表2檢驗樣本及檢驗后的結(jié)果

檢驗結(jié)果表明預(yù)測值與實(shí)際值相差不大,該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在預(yù)測平曲線路段的交通事故數(shù)有一定的可行性。

三、通事故的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用前景

我國的道路狀況較差，交通事故隱患多，其中曲線路段的事故率比直線路段要高，而曲線路段事故率比較高的主要原因是線形組合問題，某些相形組合符合設(shè)計規(guī)范要求，但安全性能卻很差。因此建立道路平曲線要素與交通事故之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過模型預(yù)測，可以找出個別事故嚴(yán)重的路段，從而有針對性的對不符合安全要求的線形進(jìn)行改進(jìn)，從而改善路段的路況，將交通事故率控制在最低水平。

四、后續(xù)工作

本文僅給出了雙車道道路平曲線元素與交通事故數(shù)的資料，因此后續(xù)的工作就是充實(shí)數(shù)據(jù)，將縱斷面線形元素納入樣本的輸入，并考慮單車道和多車道的情況，建立道路線形要素與道路交通事故之間更為完善的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

參考文獻(xiàn)

[1]許洪國，何彪．路交通事故分析與再現(xiàn)[M]．警官教育出版社，1996．

[2]尹紅亮，王煒，王曉紅，周啟兆．道路事故成因的新思考[J]．公路交通科技，2000，(8)．

[3]許東，吳錚．基于MATLAB6.X的系統(tǒng)分析與設(shè)計——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[M]．西安電子科技大學(xué)出版社，2002．

[4]黃進(jìn)，方守思．平曲線路段事故數(shù)目與線形元素的關(guān)系[J]．公路，2002，(12)．

作者簡介：胡愛平（1975- ），女，湖南寧鄉(xiāng)人，郴州市市政工程總公司工程師，研究方向：工程技術(shù)管理；周艷平（1974- ），女，黑龍江北安人，湖北省路橋有限責(zé)任公司工程師，研究方向：工程技術(shù)管理；楊瑞華（1977- ），女，廣西桂林人，上海市公路管理處工程師，從事工程研究工作，博士學(xué)位，研究方向：工程技術(shù)管理。