电动自行车交通安全管理系统的构建与应用

何俞林 曹睿贤 杨国辰 姜鹏飞

摘要：电动自行车在给人们带来生活便捷的同时，也带来了不容忽视的交通安全问题。突出表现为部分电动自行车驾驶人安全行车、守法意识不高，突出表现为不按规定车道骑行、逆行、超速行驶、闯红灯等交通违法行为时有发生，导致交通事故频发。本文基于数据可视化技术（Tableau技术）针对南京市电动自行车的时空分布以及事故发生率等交通安全信息进行动态统计，通过人工智能算法分析数据，打造电动自行车分布状况与安全控制的交通管理系统，旨在实现城市电动自行车安全、高效的电动数据式智慧监管。

关键词：电动自行车;交通安全;智能管理

1.研究背景及意义

1.1研究背景

近年来，公共自行车、共享单车和电动自行车已经成为我国城市非机动车发展的重要方向之一。西方发达国家的电动自行车历史也比较早，购买电动自行车时，购买者不需要像其他地区购买者那样进行登记注册、申领牌照，驾驶人同样也不需要通过考试领取驾照和上路佩戴头盔，但是对电动自行车的立法管理却非常严格。英国法规规定：驾驶人年龄必须达到14周岁才有资格考取相对应的驾驶证。车身重量低于40kg，最大功率不高于250瓦;当驾驶人停止脚踏时，电动自行车辅助动力应同时停止，防止难以控制的交通事故出现;最高行超过25km/h辅助电力就会减少。

我国国内大部分城市都十分重视电动自行车的管理，尽管没有哪个城市管理措施成熟先进，都处于探索改进阶段。通过地方立法的形式加强管理的城市有海口、南昌、太原。管理措施有“禁、限、疏”三种模式。在全国，珠海市走在了“立法禁电”的先列。广州市2016年发布公告道路上所有行驶的电动自行车都被视为非法。上海交警总队借鉴机动车驾驶人记分管理制度。针对某些外卖平台电动自行车推出实行记分管理和内部叠加处罚制度以1个季度为记分周期，配送员凡是1个记分周期内记满12分的，按满分次数给予相应天数的停运处罚，并责令参加志愿者服务;1个记分周期内满分达到3次的，解除雇佣关系，并将人员信息纳入黑名单，不再录用。在日常交通管理工作中，一旦配送员因交通违法被公安交警查处的，现场民警除依法对配送员进行处罚外，还将在企业印制发放的“交通文明记分卡”。上登记配送员交通违法行为，再交由企业依据违法信息对配送员进行记分，并按照记分管理制度进行企业内部叠加处罚。2名配送员因1个记分周期内满分达到3次被公司清退。

1.2研究意义

电动自行车作为目前城市之中重要交通工具之一，以其环保、方便、低能耗及高性价比等优势，深受大家的喜爱，我国的电动自行车购买率稳步上升。根据最新数据统计，2022年我国电动自行车的保有量预计突破4亿。然而，它在满足人们日常短距离出行需求的同时，也存在着许多隐患。2020年7月1日，全国第一部专门针对电动自行车的地方性法规《江苏省电动自行车管理条例》正式施行。到目前为止，虽然各类交通违法行为都有所减少，但由于闯红灯、逆行、超速等违法行为时有发生，所涉及的交通事故数量在全省交通事故总数中占比接近二分之一。也给交通管理部门带来了很大的难题。因此，亟需一种有效的手段来加强电动自行车管理。

2.可视化系统的设计与实现

数据可视化主要是借助于图形化手段，清晰有效地传达与沟通信息。但是，这并不就意味着，数据可视化就一定因为要实现其功能用途而令人感到枯燥乏味，或者是为了看上去绚丽多彩而显得极端复杂。为了有效地传达思想概念，美学形式与功能需要齐头并进，通过直观地传达关键的方面与特征，从而实现对于相当稀疏而又复杂的数据集的深入洞察。然而，设计人员往往并不能很好地把握设计与功能之间的平衡，从而创造出华而不实的数据可视化形式，无法达到其主要目的，也就是传达与沟通信息。数据可视化与信息图形、信息可视化、科学可视化以及统计图形密切相关。

2.1系统需求分析

本文以“属地网格化精准治理”为基本建模理念，针对南京市大数据局公布的交通安全违法及事故情况构建基础数据库。通过数据筛选、并集、交集、差集、高级分组、字段提取等方法，提取近一年内南京市电动自行车的违法信息及事故信息。构建可实现属地网格化精准治理的电动自行车交通安全监管模型，数据可视化的本质是将数据映射成对应的图表绘制在系统页面上。城市电动自行车数据的可视化系统中主要包含对基本统计图表和地图可视化的实现，以及地图轨迹和热力图的实现。精通过数据分析并进行可视化分级分布呈现，为城市实现数据式智慧监管及精准治理提供可靠依据。本系统目的是为南京市交通管理部门设计开发一个数据可视化系统，针对南京市电动自行车的区域分布，事故发生率等交通安全信息进行动态统计，实现城市电动自行车管控数据平台的数据可视化。确监督追溯电动自行车不文明行为的源头。

2.2可视化软件选取

当前国内外涌现了一大批数据可视化框架和工具，主要分为面向学术界用户和面向商业分析者两大类，学术界用的较多的是 R、ggplot、ggivs、Python 可视化库等。国外的数据可视化分析工具中，Tableau 是数据可视化领域较为成熟的产品，針对不同的需求分为三个软件版本，使用 Tableau 可以通过拖放式的交互创建出各种个性化的图表。而国内的国内的可视化工具平台有 BI 商业智能数据分析平台、百度图说等等。数据可视化平台大多基于 Web，在功能方面没有国外的平台丰富。由于本文研究内容需要大量的数据图表敌人呈现，最终选择Tableau可视化软件来进行系统的开发及实现。

2.3数据分析

为进一步降低电动自行车交通事故的隐患，分析电事故损伤程度及影响，采用多因素logistic模型对影响因素建模，为后续的定量分析提供数据支撑。计算公式如下：

其中，表示影响的第个因素，它可以是定性变量也可以是定量变量。

将统计得到的事故类型、违法行为、事故发生时间等因素的相关数据带入公式。此时p为电动自行车交通事故造成伤害的概率;、为影响因素自变量;为待标定参数。由于各个观测样本之间相互独立，因此，它们的联合分布为各边缘分布的乘积，就得到似然函数为：

使得似然函数取得最大值的参数估计值就是logistic模型的参数。

对L（β）取对数为

继续对这上式求偏导，得：

部分计算结果如下表所示。此处所得结果能够为后续系统的验证提供有效的数据支撑。

2.4电动自行车数量统计可视化

电动自行车统计数据可视化部分主要包含按照划分的不同区域内的数量。通过人员网格化信息，将南京市1323个不同的乡镇（街道、社区）网格化。将各个街道、社区电动自行车违法及事故的起数，并与相应街道人数进行比对得出各个街道、社区电动自行车千人违法率，涉及责任的（全责、主责、同等、次要）电动自行车驾驶人千人事故率，形成电动自行车重点违法社区、企业、个人的违法分布地图。

2.5电动自行车轨迹数据可视化

电动自行车轨迹数据可视化部分主要包含其在具体时间内的行驶路线。基于监控端口和LBS地图导航，融合GPS定位技术将电动自行车定位精度提高到厘米级。通过实时定位切入电动自行车运输管理，输入具体的车辆 ID 以及时间范围查询对应时间内的行驶轨迹。提高电动自行车远程管理的效率和精确度。依托南京市交通大数据，智能分析基于智能数据分析，对接手机APP实时展示其分布、动态事故率、各项交通指标情况等，对电动自行车进行全面直观的数据展示和分析。

2.6电动自行车流量数据可视化

电动自行车流量数据可视化部分主要展示监控区域中流量的分布情况，采用基于地图的热力图呈现，根据热力图颜色的深浅让用户可以观察到当前时间系统监控区域内流量的情况。用户点击进入流量数据可视化页面，加载地图资源，然后获取各点所在区域内流量数据，再将这些数据以热力图的形式绘制在地图对应位置上。

2.7系统测试

在确保系统功能的完整性和准确性之后，需要进一步对系统的性能进行测试。对系统的性能测试也可以称为压力测试。系统响应时间是系统从请求发出到响应结束所间隔的总时间，通常是针对同一类型的请求，经过多次测试而得出的平均响应值。对于本论文设计的数据可视化系统来说，系统响应时间主要包括各图表绘制完成的平均消耗时间作为系统性能的指标。通过在页面脚本中嵌入时间打点脚本记录页面加载时间，在良好的网络环境下对系统核心页面的响应时间进行了多次测试并计算平均响应时间。

3.结论

本文依托数据可视化定位技术实现城市电动自行车“数量分布+事故率控制”，配合城市管理、交警指挥中心等数据联动，实现电动数据式智慧监管。

（1）构建可实现属地网格化精准治理的电动自行车交通安全监管模型。基于南京市交通管理大数据，精确监督追溯电动自行车不文明行为的源头，从重点社区、重点企业、重点人员等层面构建电动自行车文明指数黑名单模型。

（2）实现电动自行车交通安全动态可视化。基于数据可视化技术技术通过人工智能算法分析数据将南京市电动自行车违法行为进行可视化分级分布，确保管理力度到位。可根据电动自行车数量分布、违法行为分布、事故发生率等信息，为精准治理提供依据。

（3）开发电动自行车交通安全风险动态监控系统。系统记录车辆的地区分布，可实时查看电动自行车分布情况、某些区域的事故风险，提高监管效率;在分布密集度超过上限或危险区域进行预警，通知相关管理部门进行有效监管，预防事故发生。

参考文献：

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[2]王卫杰，沈轩霆，王贵彬，等.电动自行车骑行者事故伤害程度影响因素分析[J].中国安全科学学报，2019， 29（2）：20-25. WANG Wei jie ，SHEN Xuan ting， WANG Gui bin， etal. Analysis off actors affecting injury to electric bicycle rider in crash [J].China Safety Science Journal，2019， 29（2）：20-25.（in Chinese）

[3]劉颖.城市电动车问题分析与对策研究[D].中国市政工程，2008

基金项目：

本论文由江苏省高等学校大学生实践创新创业训练计划（项目编号：202110329047Y）基于动态数据可视化技术（Tableau）的电动自行车交通安全管理系统的构建与应用创新训练项目支撑。