[發(fā)明專利]基于傾向值匹配的爬坡車道交通安全效益計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910890672.7
• 申請(qǐng)日: 2019-09-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110738591A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯芹忠;霍曉艷;冷軍強(qiáng);趙偉寧;楊昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)
• 主分類號(hào): G06Q50/30
• 分類號(hào): G06Q50/30;G06F17/18;G08G1/01
• 代理公司: 11390 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 張宏偉

基于傾向值匹配的爬坡車道交通安全效益計(jì)算方法，本發(fā)明涉及一種基于傾向值匹配的爬坡車道交通安全效益計(jì)算方法。本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)回歸方法分析爬坡車道安全效益時(shí)，由于樣本選擇性偏差的存在，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確獲取爬坡車道對(duì)交通安全“凈影響”的難題。過(guò)程為：一、收集、處理及組織數(shù)據(jù)，確定控制組與對(duì)照組樣本；二、構(gòu)建傾向值模型，并預(yù)測(cè)所有樣本的傾向值；三、基于傾向值的樣本匹配；四、混淆變量的平衡性檢驗(yàn)，若通過(guò)，進(jìn)行下一步，否則返回步驟二；五、爬坡車道交通安全效益計(jì)算。本發(fā)明用于道路交通安全領(lǐng)域，尤其適用于分析某種特定因素對(duì)交通安全的影響方面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于道路交通安全領(lǐng)域，具體涉及一種基于傾向值匹配的爬坡車道交通安全效益計(jì)算方法。

背景技術(shù)

山嶺重丘區(qū)高速公路的連續(xù)上坡路段，重型車往往因爬坡性能不足導(dǎo)致運(yùn)行速度明顯低于其他車輛運(yùn)行速度，進(jìn)而降低了路段通行能力，同時(shí)不利于交通安全。在上陡坡路段設(shè)置爬坡車道，將重型車從交通流中分離出來(lái)，可降低大型車對(duì)交通流的影響。但作為一項(xiàng)技術(shù)難度及投資均較大的工程措施，設(shè)置爬坡車道的效益費(fèi)用比及其對(duì)安全的貢獻(xiàn)等均需進(jìn)一步研究。

目前，為數(shù)不多的涉及爬坡車道的研究均是利用仿真數(shù)據(jù)，采用回歸方法分析某特定爬坡車道對(duì)路段通行效率或安全性的影響。梁國(guó)華等采用元胞自動(dòng)機(jī)仿真方法，研究了大車混入率、坡度及坡長(zhǎng)等因素對(duì)爬坡路段通行能力的影響，結(jié)果表明單向2車道和3車道高速公路增設(shè)一條爬坡車道后，路段通行能力分別提高了8％～16％和6％～15％。楊萌萌基于VISSIM仿真數(shù)據(jù)的研究表明：設(shè)置爬坡車道后，交通沖突率有所降低；秦雅琴等結(jié)合駕駛模擬和仿真數(shù)據(jù)，分析了爬坡車道路段交通流特性，結(jié)果表明常規(guī)交通量下，爬坡車道可提高主路上的車速并降低交通沖突率，但交通量趨于飽和時(shí)，爬坡車道可能對(duì)交通運(yùn)行效率及安全性產(chǎn)生負(fù)面影響；Choi等仿真結(jié)果表明，爬坡車道可降低主路的延誤率，提高路段通行能力；Victor等以跟車時(shí)間百分比和平均運(yùn)行速度為指標(biāo)，通過(guò)仿真分析，對(duì)比了雙車道公路有無(wú)爬坡車道時(shí)的服務(wù)水平，結(jié)果表明增設(shè)爬坡車道可將路段服務(wù)水平至少提高一個(gè)等級(jí)。

整體來(lái)看，針對(duì)爬坡車道，尤其是爬坡車道對(duì)安全影響的研究依舊很少，現(xiàn)有成果遠(yuǎn)不足以為爬坡車道設(shè)置提供理論依據(jù)。此外，分析爬坡車道對(duì)安全的影響時(shí)，傳統(tǒng)的回歸方法常直接利用所有樣本建模，以爬坡車道的回歸系數(shù)作為其對(duì)交通事故的影響大小，然而該方法卻存在以下問(wèn)題：①爬坡車道往往設(shè)置在連續(xù)上坡路段，而絕非是在所有路段上隨機(jī)分配的，將所有樣本納入建模無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生樣本“選擇性偏差”，并伴隨著事故數(shù)與爬坡車道互為因果導(dǎo)致的內(nèi)生性、爬坡車道與其他變量自相關(guān)導(dǎo)致的共線性；②爬坡車道回歸系數(shù)的意義為“任選一路段，其設(shè)置爬坡車道后交通事故數(shù)變化的平均值”，然而，由于選擇性偏差的存在，該值并不能代表爬坡車道對(duì)事故的“凈影響”；③將爬坡車道納入模型即默認(rèn)了爬坡車道對(duì)事故的影響與其他變量對(duì)事故的影響是線性疊加關(guān)系，而該假設(shè)明顯缺乏理論依據(jù)。總之，直接以傳統(tǒng)的回歸方法建模，難以反映爬坡車道的真實(shí)作用效果。

為得到爬坡車道對(duì)事故的真實(shí)影響，應(yīng)首先從未設(shè)置爬坡車道的樣本中選擇出與設(shè)置爬坡車道的樣本特性完全相同或相似的樣本，以兩組樣本中事故的差異作為爬坡車道的作用效果，即配對(duì)分析及對(duì)照試驗(yàn)的思想。

若以所有路段歷年數(shù)據(jù)為樣本總體，其中，有爬坡車道的樣本定義為控制組，無(wú)爬坡車道的樣本定義為對(duì)照組。以路段事故數(shù)為因變量，其他變量為自變量，且自變量中，“爬坡車道(有為1，無(wú)為0)”定義為控制變量，其他自變量定義為混淆變量。為得到控制變量對(duì)因變量的凈影響，控制組與對(duì)照組中混淆變量取值應(yīng)保持一致，即兩組中自變量的唯一差別應(yīng)僅為控制變量。傳統(tǒng)的配對(duì)分析理論中，若有A個(gè)混淆變量且每個(gè)混淆變量有B種取值，則可將控制組與對(duì)照組各分成B^A個(gè)一一對(duì)應(yīng)的匹配小組以對(duì)比分析，顯然，當(dāng)A和B取值較大時(shí)，該方法實(shí)用性較差。而本發(fā)明將通過(guò)邏輯回歸，將樣本中所有混淆變量轉(zhuǎn)化為一特定傾向值，將同時(shí)控制多個(gè)混淆變量轉(zhuǎn)化為控制“傾向值”這一單因素，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了降維，以此改進(jìn)傳統(tǒng)的配對(duì)分析方法，并將其應(yīng)用至爬坡車道的安全效益計(jì)算之中。

發(fā)明內(nèi)容