G2京津塘高速公路萬(wàn)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(shù)林

(北京市氣象局，北京100089)

G2京津塘高速公路萬(wàn)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(shù)林

(北京市氣象局，北京100089)

通過(guò)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(shí)萬(wàn)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(wàn)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(jìn)行日變化相關(guān)分析;結(jié)果表明:平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化最高峰出現(xiàn)在05時(shí)，年平均高峰值高達(dá)2.34起·輛－1·10－4;年度、春季、夏季、秋季和冬季的平均萬(wàn)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(wàn)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(jì)學(xué)檢驗(yàn)(R＞Rα=0.01和F＞Fα=0.01)效果很好。四個(gè)季節(jié)的萬(wàn)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(dá)0.778 1～0.853 7。為了更好地將自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)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(jì)出了高速公路萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象綜合指數(shù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指標(biāo)，以期為高速公路交通安全提供客觀的科學(xué)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(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)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(jì)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(duì)交通運(yùn)輸質(zhì)量和安全的影響也受到全社會(huì)的廣泛關(guān)注［3－6］。尤其是因霧、強(qiáng)降水等引起的低能見(jiàn)度天氣對(duì)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(shí)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(jiàn)度、相對(duì)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(jiàn)度、降水。張青珍等［13］利用代表濮陽(yáng)市公路交通狀況的南樂(lè)縣、范縣、濮陽(yáng)縣公路交通事故災(zāi)害資料和氣象資料，分析了濮陽(yáng)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?dú)庀笠貙?duì)公路交通的影響。楊謹(jǐn)菲等［14］研究了太陽(yáng)黑子的周期性活動(dòng)和交通事故的相關(guān)性，指出太陽(yáng)活動(dòng)通過(guò)作用于天氣和人體生理的作用來(lái)間接影響交通事故的發(fā)生。盡管很多學(xué)者從氣候方面進(jìn)行了大量的交通事故災(zāi)害與氣象因子的統(tǒng)計(jì)分析，但從事高速公路萬(wàn)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(guò)研究G2京津塘高速公路萬(wàn)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(xué)地設(shè)計(jì)出萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象綜合指數(shù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指標(biāo)，對(duì)及時(shí)提醒在高速公路行駛的司機(jī)朋友降低萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害出現(xiàn)概率將起到重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。

1 研究對(duì)象

1.1 萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害和氣象觀測(cè)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(cè)資料，連續(xù)樣本數(shù)均為1 096 d×24 h=26 304個(gè)。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(shí)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(gè)樁號(hào)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(shí)際每個(gè)樁號(hào)平均缺少336 h的數(shù)據(jù);北京市觀象臺(tái)、廊坊市氣象臺(tái)、塘沽市氣象臺(tái)逐日自動(dòng)氣象要素:即逐日逐時(shí)的氣溫、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度、本站大氣壓、平均風(fēng)速、和降水量，三個(gè)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(dòng)氣象站的逐時(shí)氣溫、降水量、積雪深度、相對(duì)濕度、能見(jiàn)度和風(fēng)向風(fēng)速氣象要素，每個(gè)道面氣象站平均缺少480 h的數(shù)據(jù)。

1.2 萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的定義

在高速公路上行駛的機(jī)動(dòng)車輛，因?yàn)槁窙r、天氣、車輛機(jī)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(guò)設(shè)置在高速公路上樁號(hào)，讀取斷面交通量雙向日?qǐng)?bào)統(tǒng)計(jì)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(wàn)輛車流量所發(fā)生的交通事故災(zāi)害起數(shù)(因?yàn)橹饡r(shí)交通流量最大可超過(guò)萬(wàn)輛，而逐時(shí)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(lái)計(jì)算)，簡(jiǎn)稱為萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害(單位為:起·輛－1·10－4)。

1.3 萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害和氣象要素的統(tǒng)計(jì)方法

為了探討萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化特點(diǎn)與氣象要素日變化的關(guān)系，本文分別用式(1)和式(2)來(lái)統(tǒng)計(jì)3年的逐時(shí)萬(wàn)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(jì)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(shí)平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害數(shù)值;由式(2)統(tǒng)計(jì)出北京市觀象臺(tái)、廊坊市氣象臺(tái)、塘沽市氣象臺(tái)的年度、春季、夏季、秋季、冬季各氣象要素的逐時(shí)平均數(shù)值，即:統(tǒng)計(jì)各氣象要素的3個(gè)氣象臺(tái)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(dòng)氣象站氣象要素的四季和年度平均值，當(dāng)遇到某時(shí)缺測(cè)數(shù)據(jù)，仍按自動(dòng)減少樣本計(jì)算)。

2 萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化分析

2.1 萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化

萬(wàn)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(guò)年度、春、夏、秋、冬的平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化曲線便可一目了然，見(jiàn)圖1。

圖1 年度、春、夏、秋、冬的平均萬(wàn)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(wàn)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(shí)，次峰值分別出現(xiàn)在02－03時(shí)和23時(shí)。夏季平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的峰值最大，高達(dá)3.04起·輛－1·10－4，春季平均萬(wàn)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(shí)的時(shí)間段內(nèi)，各季節(jié)的平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害隨時(shí)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(duì)于提高高速公路管理水平將有重要的參考價(jià)值。

2.2 建立影響萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象綜合指數(shù)

萬(wàn)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(jì)結(jié)果，分別將四季和年平均的逐時(shí)萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害與同步的各氣象要素進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)諸氣象要素與萬(wàn)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(jiàn)度、降水量、相對(duì)濕度與萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的關(guān)系最為密切。其中相對(duì)濕度和降水量與萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害呈正相關(guān)，能見(jiàn)度與萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害呈反相關(guān)。為了精簡(jiǎn)論述氣象要素與萬(wàn)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(yàn)公式［14］，建立相對(duì)濕度、降水量和能見(jiàn)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(shí)平均相對(duì)濕度;R為四季和年度的逐時(shí)平均降水量;N為四季和年度的逐時(shí)平均能見(jiàn)度。由此，MCI的日變化趨勢(shì)與萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的日變化趨勢(shì)一致，為深入分析萬(wàn)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(kāi)闊了思路。

3 萬(wàn)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(jì)學(xué)的方法［15］量化年度、春季、夏季、秋季和冬季的萬(wàn)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(jiǎn)便易行的。現(xiàn)以年度為例，進(jìn)行萬(wàn)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(wàn)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(shí)平均萬(wàn)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(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害與同步氣象綜合指數(shù)點(diǎn)散圖

圖2中反映了年平均逐時(shí)萬(wàn)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(dāng)氣象綜合指數(shù)為0.17 mm·%·km－1時(shí)，近似為拋物線的底部，由該點(diǎn)開(kāi)始，萬(wàn)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(shì)增長(zhǎng);其相關(guān)系數(shù)為0.871 4。春夏秋冬四個(gè)季度的平均逐時(shí)萬(wàn)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(shuō)明了相對(duì)濕度、降水量和能見(jiàn)度的日變化對(duì)高速公路駕駛員安全行車的影響是明顯的。

3.2 萬(wàn)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(yàn)

在G2京津塘高速公路3年的年度、春、夏、秋、冬平均萬(wàn)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(jì)學(xué)檢驗(yàn)方法得出的相關(guān)系數(shù)(R)和F檢驗(yàn)結(jié)果［15］見(jiàn)表1。據(jù)表1中的R和F統(tǒng)計(jì)值分析表明:春季、夏季、秋季和冬季的萬(wàn)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(yàn)還大于Fα=0.018倍之多。

表1 逐時(shí)平均萬(wàn)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(yàn)參數(shù)一覽表

3.3 萬(wàn)輛車流交通事故災(zāi)害的氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指標(biāo)

既然萬(wàn)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(shì)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(shí)地提醒司機(jī)朋友呢?在此，根據(jù)春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)的逐時(shí)萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的平均數(shù)值的多少，定義萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)概率密度分級(jí)方法，將萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象風(fēng)險(xiǎn)劃分為3個(gè)等級(jí)，即:出現(xiàn)萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)的概率密度為15%(平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害數(shù)值偏大)、出現(xiàn)萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害有風(fēng)險(xiǎn)的概率密度為30%(平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害數(shù)值略大)、出現(xiàn)萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害低風(fēng)險(xiǎn)的概率密度為55%(平均萬(wàn)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(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的符號(hào)，把平均萬(wàn)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(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式的Y值，計(jì)算出相應(yīng)的萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)所對(duì)應(yīng)的氣象綜合指標(biāo)(x值)(表2)。

表2 G2京津塘高速公路的四季萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一覽表

應(yīng)用表2中的氣象綜合指數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)高速公路沿線道面自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)的能見(jiàn)度、降水量和相對(duì)濕度計(jì)算出氣象綜合指數(shù)，預(yù)測(cè)高速公路的萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害量，為高速公路安全運(yùn)營(yíng)提供氣象警示參考。

4 結(jié)語(yǔ)

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(wàn)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(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與氣象綜合指數(shù)的概率密度表，主要結(jié)論如下。

(1)萬(wàn)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(shí)，次峰分別出現(xiàn)在02－03時(shí)和23時(shí);其中夏季平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的峰值最大，高達(dá)3.04起·輛－1·10－4，春季平均萬(wàn)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(shí)的時(shí)間段內(nèi)，各季節(jié)的平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害隨時(shí)間迅速遞減，平均遞減量為0.255 9 起·輛－1·10－4·h－1。

(2)萬(wàn)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(shì)增長(zhǎng);其中春夏秋冬四個(gè)季度的平均逐時(shí)萬(wàn)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(wàn)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(guò)分析萬(wàn)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(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害的氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)，應(yīng)用高速公路自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)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(yùn)營(yíng)提供氣象警示參考。

氣象綜合指數(shù)的日變化與萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害之間存在很好的相關(guān)性，通過(guò)對(duì)氣象綜合指數(shù)的預(yù)測(cè)可以量化出四季平均萬(wàn)輛車流的交通事故災(zāi)害，給相關(guān)部門提供參考。對(duì)于交通事故災(zāi)害的氣象綜合指數(shù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指標(biāo)還需在收集和積累更長(zhǎng)時(shí)間序列的資料，并利用新資料對(duì)本文得出的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證和修正，也是將來(lái)需進(jìn)一步研究的問(wèn)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(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“國(guó)家高速公路安全和服務(wù)技術(shù)開(kāi)發(fā)與工程應(yīng)用示范”(2009BAG13A03);交通運(yùn)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(duì)策與氣象服務(wù)效益評(píng)估(201006033)

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