[论文解读] Modelling of crash types at signalized intersections based on random effect model

Xuesong Wang, Jinghui Yuan+1 more|arXiv (Cornell University)|May 16, 2018

Traffic and Road Safety参考文献 4被引用 3

一句话总结

本研究基于美国数据，针对信号交叉口的五类碰撞事故，开发了基于随机效应负二项回归模型的方法，通过随机效应捕捉不同车道之间的空间相关性，并采用全贝叶斯推断方法估计参数。结果表明，各类碰撞事故具有显著不同的安全影响因素，且随机效应显著提升了模型拟合效果，证实了针对不同碰撞类型开展专门建模对于制定针对性安全干预措施的必要性。

ABSTRACT

Approach-level models were developed to accommodate the diversity of approaches within the same intersection. A random effect term, which indicates the intersection-specific effect, was incorporated into each crash type model to deal with the spatial correlation between different approaches within the same intersection. The model parameters were estimated under the Bayesian framework. Results show that different crash types are correlated with different groups of factors, and each factor shows diverse effects on different crash types, which indicates the importance of crash type models. Besides, the significance of random effect term confirms the existence of spatial correlations among different approaches within the same intersection.

研究动机与目标

• 为解决传统汇总型碰撞模型掩盖各类碰撞事故间致因因素差异的局限性。
• 在车道层面而非交叉口整体层面建模碰撞频率，以捕捉更详细的时空与运行特征差异。
• 通过负二项回归模型中的随机效应，考虑同一交叉口内不同车道之间的空间相关性。
• 采用全贝叶斯方法估计模型参数，以提升推断的稳健性。
• 提供一种数据驱动的、按碰撞类型定制的框架，用于识别并优先处理特定车道的安全改进措施。

提出的方法

• 为五类碰撞事故中的每一类分别构建随机效应负二项回归模型，采用对数线性链接函数及车道级协变量。
• 为每个交叉口引入一个随机截距项（φi），以建模同一交叉口内不同车道之间未观测到的空间相关性。
• 采用非信息性先验分布进行全贝叶斯估计：回归系数使用正态分布先验，离散度与方差参数使用逆伽玛分布先验。
• 在WinBUGS中通过Gibbs抽样进行MCMC模拟，共进行20,000次迭代，其中前2,000次为预烧期。
• 使用与冲突相关的交通流量作为预测变量——例如，左转碰撞采用对向车流乘积作为指标。
• 通过剔除95%可信区间包含零的变量进行模型选择。

实验结果

研究问题

• RQ1 信号交叉口不同碰撞类型受哪些独立的安全影响因素影响？
• RQ2 同一交叉口内不同车道之间的空间相关性如何影响碰撞频率的建模？
• RQ3 与交叉口整体汇总建模相比，采用车道层面建模在识别显著安全影响因素方面有多大改进？
• RQ4 不同的信号控制策略（如左转保护）对各类碰撞事故的风险有何影响？
• RQ5 采用全贝叶斯估计结合随机效应，能否提升具有空间依赖性的碰撞数据的模型拟合效果与推断准确性？

主要发现

• 不同碰撞类型受不同的影响因素集合支配，同一因素在不同碰撞类型中可能产生相反或不同的效应，证实了按碰撞类型定制建模的必要性。
• 在全部五个模型中，随机效应的方差显著不为零，表明同一交叉口内不同车道之间存在强烈的空间相关性。
• 冲突交通流量对所有碰撞类型均具有显著正向影响，尤其对追尾和刮擦碰撞的影响最大，可能由于时间与空间上的高度重叠。
• 左转保护类型的影响存在差异：仅设左转相位的信号方案会增加追尾与刮擦碰撞，但可减少对向左转与横穿路口碰撞。
• 信号协调（线控）显著提高了追尾碰撞的风险，可能由于车速更高且停车行为减少。
• 较长的黄灯与全红时间显著降低了直角碰撞的风险，表明更充分的冲突清除时间可提升安全性。