基于生存分析方法的学区行人闯红灯行为研究

冯天军，孙玉姝

（吉林建筑大学 交通科学与工程学院，吉林 长春 130118）

引言

信号交叉口是城市交通规划重要的组成部分，保证车辆的流畅通行。但不合理的交叉口规划设计往往导致行人过街等待时间增加，行人忍耐程度降低，使得行人闯红灯行为大量出现，不仅影响车辆通行效率也易造成交通事故。学校区域的信号交叉口也存在同样问题，在早晚高峰会出现大量行人陪伴儿童过街。行人作为交通出行者中的弱势群体，儿童更具有随意性，在交通事故中更易受到伤害。为此，通过生存分析法构建Cox 比例风险模型，意图通过控制影响行人过街忍耐时间因素来降低闯红灯行为。

CAMBON 等［1］建立了基于控制系统、交通基础设施、地形等因素对行人违章行为影响的层次结构模型。ZHANG 等［2-4］建立了双体物流模型、物流回归模型和贝叶斯多层物流回归模型以评估各因素对行人违章过街的影响。KADALI 等［5］采集了路段人行横道处的行人过街特性及机动车流等数据，建立行人过街时可接受最小间隙模型，发现行人特性、行人过街速度、行人过街方向、车流速度等因素均会对行人是否过街的决策产生不同程度的影响。GUO［6］讨论了行人过街模型和行人过街的安全标准，通过数值模拟，分析了行人到达间隔和安全系数对行人延误的影响。OJO 等［7］通过对城市中过街行人进行调查研究，根据原始数据与调查数据对人行横道处行人的行为与安全性做出了评估。段坚提等［8］基于长沙市8 处人行横道的行人过街行为数据样本，建立了基于行人过街决策的回归模型，结果发现行人过街决策时受机动车流速度、车头时距、行人个人特征、过街人群数等影响。郭存禄等［9］在无信号交叉口对行人过街的行为、速度、心理特征进行分析，结果表明不同年龄段与不同交通行为倾向对行人过街安全性存在显著影响。向红艳和张清泉［10］分析了无信号控制交叉口行人过街过程，并探讨了行人过街理想等待时间概率分布，构建了行人安全度计算模型。

儿童作为交通出行的不可控因素，是影响行人过街忍耐时间的重要因素，却极少在行人过街行为中被研究。

1 研究方法

为了保证样本的数量和代表性，根据长春市小学放学时间安排，选择距离学校半径200 m 内的信号交叉口作为观测地点，在1430—1530 时间段进行调查，视频录制至少在1 h 以上。

生存分析模型也称持续时间模型，作为基于试验或调查数据、将事件结局与事件持续时间相结合进行统计分析的一种数学方法，近年来已逐步应用于交通拥堵、行人过街等待时间等实际问题的研究［11］。生存分析模型中的生存函数又称累计生存率，表示单个事件的生存时间T ＞时间t 的概率，即单个事件在时间t 之后仍然存活的概率。如果调查数据中不存在删失数据，生存函数：

如果调查数据中出现删失数据，需要计算不同分段下单位时间的生存概率pi（i=1，2，…，t）则:

在研究行人过街时，将闯红灯行为与行人红灯期间到达、离开的时间相结合；以行人红灯期间等待时间为自变量，以相应时刻的生存率得到行人过街生存函数，反映行人在等待过街时每一刻的生存率；行人在红灯期间到达、绿灯期间离开交叉口，未得到行人忍耐时间的上限，属于生存分析的删失数据。生存分析可以很好地处理数据删失问题，使数据分析结果更加精准，因此，生存分析适用于研究行人过街及行人闯红灯的影响因素。

2 数据分析

2.1 基本统计分析

在306 个有效样本中，行人单独过街人数为147，其中103 个行人违章过街。陪伴儿童过街人数为158，其中85 组行人陪伴儿童违章过街。行人过街闯红灯的概率为70%，而行人陪伴儿童过街闯红灯的概率大幅降低为46%。通过图1 可以看出，成人陪伴儿童过街的生存率高于成人单独过街。

图1 学区行人过街忍耐时间生存分析函数

利用SPSS 生存分析中的Kaplan-Meier 在考虑删失值情况下对学校区域交叉口分析，见表1。

表1 生存分析时间百分位数估计值/s

学校区域成人单独过街的最大忍耐时间是89 s；而成人陪伴儿童过街的最大忍耐时间比成人单独过街增加54 s，为143 s。

2.2 利用Cox 回归分析

进行Cox 回归分析的主要目的是可以分析对行人过街忍耐时间影响的重要因素。信号交叉口行人过街行为受多种因素的综合影响，在学区影响行人过街的主要因素有性别，年龄，温度及是否陪伴儿童过街，且行人在不同因素影响下的过街忍耐时间存在一定差异性。假设信号交叉口的行人在人行信号红灯期间等待过街的忍耐时间为t，基于采集的数据样本及其各协变量之间的相互关系，运用统计分析软件进行Cox 比例风险模型的建立，使用向后Wald（Backward Wald）检验法将对模型无贡献意义的变量逐步从模型中剔除。结果见表2。

表2 Cox 回归方程中的变量

根据表2 可得：

式中：X1—性别变量；X2—年龄变量；X3—温度变量；X4—是否陪伴儿童过街。当回归系数为正时，说明危险度函数随该因素的增加而增大，即行人忍耐时间越短；回归系数为负数时，危险函数随该因素的增加而减小，即行人忍耐时间越长。

从行人特性中性别和年龄两个因素出发，分析其对行人过街忍耐时间的影响。（1）性别分为女性、男性，年龄分为中年、青年。将男性标记为参考对象，协变量X1的回归系数=-0.292＜0，属于保护因素。可以说明，在累积生存率相同的情况下，相较于男性行人的过街忍耐时间，女性行人的过街忍耐时间较长。（2）将中年标记为参考对象，协变量X2的回归系数=0.090＞0，属于危险因素。可以说明，在累积生存率相同的情况下，相较于中年行人的过街忍耐时间，青年行人的过街忍耐时间更短。（3）温度协变量X3的回归系数＞0，属于危险因素。可以说明，在累积生存率相同的情况下，温度低时行人忍耐时间短，温度越适宜，过街忍耐时间越长。（4）将行人单独过街标记为参考对象，协变量X4的回归系数=-0.874＜0，属于保护因素。可以说明，在累积生存率相同的情况下，相较于行人单独过街的忍耐时间，行人在陪伴儿童过街的忍耐时间更长。

3 结语

通过视频调查和人工调查相结合的方法记录行人过街闯红灯行为，采用SPSS 生存分析中的Kaplan-Meier 法分析学区行人过街最大忍耐时间，用Cox 回归分析学区行人闯红灯行为的影响因素。（1）行人单独过街的最大忍耐时间为89 s，而行人在陪伴儿童过街时最大忍耐时间为143 s，在交通流较大的学区交叉口，红灯时长不宜超过140 s。（2）Cox 回归分析得出行人的年龄与性别、天气温度及是否陪伴儿童过街与学区行人忍耐时间相关，其中温度与陪伴儿童过街为显著因素。（3）行人在陪伴儿童过街时的忍耐时间上限远高于行人独自过街，但环境条件恶劣时，行人过街的冒险与从众行为显著加剧，建议改善学区信号交叉口人行横道等待区环境，使交通管理更加人性化；合理确定交通控制方案规划信号周期时长，减少闯红灯行为。