基于主成分分析的穿村镇公路事故影响因素分析

摘 要：对于道路行车安全与交通事故的研究是交通研究的重要方向之一，但对于穿村镇公路事故分析相对较少。文章从网络中获取中国山东省穿村镇公路交通事故数据，通过主成分分析法对穿村镇公路交通事故影响因素进行研究，发现穿村镇公路交通事故主要影响因素是交通控制状态、道路线形、路面坡度等因素。这些发现为改善穿村镇公路交通安全提供了重要依据。最终研究建议加强交通控制、优化道路设计，并考虑路面坡度，以降低交通事故的发生率。这将有助于确保驾驶者和行人在穿村镇公路上的安全出行。

关键词：穿村镇公路；交通事故；主成分分析；影响因素分析

中图分类号：F540；U121 文献标志码：A DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.18.008

Abstract： The study of road safety and traffic accidents is one of the important directions of transportation research， but there are relatively few analyses of road accidents through villages and towns. In this paper， we obtained the traffic accident data of through-village town highway in Shandong Province， China， and studied the influence factors of through-village town highway traffic accidents through principal component analysis， and found thatu0LCBPxPvTdzaYV56hpUAA== the main influence factors of through-village town highway traffic accidents are traffic control status， road alignment， roadway gradient， and other factors. These findings provide an important basis for improving the traffic safety of highways through villages and towns. The final study recommended better traffic control， optimized road design， and consideration of road gradient to reduce the incidence of traffic accidents. This will help to ensure the safe travel of motorists and pedestrians on roads through villages and towns.

Key words： rural roads；traffic accidents；principal component analysis；impact factor analysis

0 引 言

道路行车安全和交通事故一直以来都是交通研究中极为重要的课题。然而，对于穿越村镇的公路行车安全和交通事故的研究却相对较少。山东省地处中国东部沿海地带，农业产业和村镇经济相对发达，所以公路网络在山东省内频繁贯穿村庄和镇区。这一地区的许多公路和道路穿越农村地带，将各个村庄和镇区紧密相连。正因如此，在山东省穿村过镇公路十分普遍。

通过对穿越村镇的道路交通事故影响因素进行深入了解和分析，有助于我们更全面地把握农村交通事故发生的本质与规律。这不仅为未来的进一步研究提供了基础和框架，更为中国穿村镇交通事故的研究和预防提供了重要参考。本文通过在网络上获取的2020年中国山东省交通事故数据，筛选出相关数据，利用主成分分析法对穿村镇公路交通事故的影响因素进行分析。在获得的事故数据中，事故相关信息基本包含在ACCIDENT、VEHICLE和PERSON数据表中。在理论上进行交通事故研究只需建立三个数据文件，分别为事故数据表、车辆数据表、人员数据表，其他相关数据则根据其研究对象归化于这三个文件中。通过深入分析这些因素，可以为提高穿村过镇公路的安全性和有效性提供有力支持，为未来的交通基础设施建设提供理论指导和决策支持。进行穿村镇公路的交通事故影响因素研究，可以为以后的穿村过镇公路规划、线形设计、交通管理，提供较好的理论基础[1]。

1 交通事故的影响因素

穿越村镇的公路交通系统是一个涉及多个方面因素的复杂动态系统，其中涵盖了人、车、路和环境等多个要素[2]。这些要素之间相互交织、相互影响，形成了一个错综复杂的网络。

首先，人因素是其中一个重要组成部分。驾驶员的驾驶技能、行为习惯、精神状态等都直接影响着交通系统的运行安全。车辆因素同样至关重要，包括车辆的技术状况、维护情况和车辆类型等。路面条件、道路设计、标志标线等路因素也在交通安全中发挥着重要作用。环境因素如天气、能见度等也是不可忽视的影响因素之一。

这些因素相互作用、相互影响，构成了穿越村镇的公路交通系统的动态运行机制。一个驾驶员的行为可能受到路况的影响，而车辆的技术状况也会对驾驶员的行为产生影响。而在不同的天气条件下，道路的安全性和车辆的驾驶方式也可能会发生变化，故从人、车、路、环境等方面研究分析各影响因素对穿村镇公路交通事故的作用机理[3]。

1.1 驾驶员因素

在交通系统的各因素中，车、路和环境都是由人连接串通起来达到均衡的，因此人是交通安全的主体。农村公路行车环境复杂多变，驾驶员的感知、判断和执行三个步骤必须紧密配合，任何一步出现问题，都可能引发交通事故[4]。不同年龄和不同性别的驾驶员在信息处理能力、判断能力和反应能力等方面存在较大差异。国内外相关研究显示，酒精是发生交通事故的一个重要影响因素[5]。当血液中酒精含量较低时，驾驶员的感知能力和判断力开始减弱；当血液中酒精含量中等时，其决策能力开始受到影响，反应变得迟钝；当血液中酒精含量较高时，驾驶员的协调性受到影响，反应力急剧下降[6]。

因此，在此方面共选择年龄、性别和是否酒驾三个影响因素进行分析。

1.2 车辆因素

车辆在交通系统中担任重要角色，车速过快和车速过慢都容易导致交通事故[7]。当车速过快时会降低驾驶员的反应能力。据测算，时速40公里时，驾驶人可以观察到90度至100度（视野度）范围内的物体; 时速为105公里时，就只能观察40度以内的物体了。超速行驶时，对前方突然出现的险情，难以及时、妥善处置。而当车辆低速行驶时，驾驶员容易疲劳，容易发生追尾事故。同时，驾驶车辆与准驾车型不符也是导致交通事故的一个重要因素[8]。驾驶人对于驾驶车辆经验不足，在面对危机情况时，容易惊慌失措，导致交通事故。

因此，在此方面共选择车辆行驶速度和驾驶执证匹配程度2个影响因素进行分析。

1.3 道路因素

国内交通事故与道路因素相关的占比相对较少，只占1%左右，但并不说明交通事故的发生与道路因素的关联度较小，不利于驾驶的道路往往会增加交通事故发生的概率[9]。在穿村过镇公路相对特殊路段，设置完备的交通管理设施对于指引驾驶员安全行驶通过具有积极的影响[10]。交通管理设施包括交通标志、标线、视线诱导、照明、警示灯等设施。

因此，在此方面共选择路面环境、路面坡度、道路线形、路面性质、交通控制状态5个影响因素进行分析。

1.4 环境因素

环境对于农村公路交通安全具有显著影响，其主要包括地理环境、气候、季节等因素。地理环境主要包括山岭区、微丘区和平原等，山岭区道路曲折，线形多变，容易出现急弯等交通事故易发点。气候对交通行驶安全影响较大的主要是雨、雪、雾、沙尘暴等不良天气，此时驾驶员受到干扰，行车环境变得严峻[1]。季节与时间包括四季和早晚，驾驶员在不同的时间段内行车，其心理压力和生理反应也会不同[11]。

因此，在此方面共选择地理条件、是否工作日、季节、发生时间、光线条件、天气条件6个影响因素进行研究分析。

2 主成分分析理论

传统的交通事故影响因素分析主要是对一些简单的数据或图表进行罗列，如绝对指标、相对指标、平均指标等，没有办法从本质上处理这些数据，且无法判断交通事故的主要矛盾。而多元统计分析中的主成分分析方法是运用数学中降维的思想，能够较为全面地、精度较高地显现出交通事故的特征及发展规律[12]。运用主成分分析理论可以完全避免考虑设置指标的增多增加交通事故问题的复杂性，从而造成交通信息大量重叠的弊端[13]。

主成分分析在无监督统计分析中地位较高，居于主要地位。该方法能够消除不同量纲值的不利影响以及多元线性相关所带来的信息干扰。构建基于主成分分析法的交通事故影响因素模型，能对穿村镇公路交通事故进行深层次、多因素分析，揭示其主要影响因素[14]。

该方法是将原始随机向量的协方差矩阵根据优化原则变换为对角矩阵，具体算法如下。

在经过以上的变换后，获得新的随机变量之间互不相关。找出一组使第一主成分F1方差最大的单位特征向量，此时原始数据矩阵X的协方差矩阵的最大特征值即为第一主成分F1的方差[15]。使用上述方法进行类推可以获得所有的主成分。

3 主成分分析的应用

本文选取2020年中国山东省的穿村镇公路交通事故数据，使用SPSS软件作为分析平台，实现基于主成分分析法的穿村镇公路交通事故影响因素模型建立和分析。

3.1 变量标定（见表1）

3.2 结果分析

将整理的数据导入SPSS，对数据进行标准化处理，使用主成分分析模型进行分析，得到以下结果。

3.2.1 Bartlett球体检验和KMO抽样适合性检验

从检验结果中发现Bartlett检验的统计量的值为2 036.938，p值为0，小于0.05，说明显著性水平较高，各项指标间相关性较大，样本数据间可能存在关系；KMO检验的值为0.526，大于0.5，表明变量之间存在相关共同因子，总体来说，样本数据可以用主成分分析（见表2）。

3.2.2 碎石图

从图1可以看出，发现前6个主成分的特征值大于1，能表示大多数的信息，之后的主成分所能提供的有效信息增益越来越小。

3.2.3 成分矩阵（见表3）

3.2.4 特征向量值

对特征值进行排序，其中前6个成分特征值大于1（见表4）。

3.2.5 计算综合评价值

建立综合评价模型，确定事故主要影响因素。主成分综合评价公式如下。

式中：λ为主成分的特征值，m为主成分的个数，Z为主成分。

将主成分的相关数据代入上述公式，即可进行求解，得出交通事故各影响因素的综合评价值，按照该值相对大小进行排序，可以得出各影响因素对交通事故的影响程度[12]。

将主成分的特征值代入综合评价公式后得到如下结果。

将成分数据代入公式后，可知事故影响因素综合评价值，对其进行排序，结果如表5所示。

4 结 论

首先，通过综合评价，我们发现山东省穿越村镇的公路交通事故主要受到多种因素的影响，其中包括交通控制状态、道路线形、路面坡度、行驶速度、是否涉及酒驾以及路面环境等。在未来的交通管理中，应高度重视这些因素。针对穿村过镇道路线形较差、坡度较大、易超速以及在雨雪天气易发生事故的地段，有必要采取一系列有效措施。其中包括设置更加明显和合理的标志和标线，以提醒驾驶员注意路况变化和风险；引入更严格的交通信号管制，确保车辆行驶的有序性和安全性。同时，加大对酒驾行为的查处力度，通过严厉的处罚措施来有效遏制此类行为的发生。

通过综合的整治和有针对性的改善措施，可以从根本上减少交通事故的发生可能性，提升穿越村镇公路行车的整体安全性。这种全面性的措施不仅仅是为了应对已发生的事故，更是为了预防事故的发生，为驾驶员和行人提供更加安全的道路行驶环境。

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