基于貝葉斯網絡的交通事故預測方法研究

熊昕

摘 要：進入21世紀，我國的經濟得到了快速的發展，很多領域的智能化以及自動化程度也越來越高，隨著近幾年的交通工具的發展以及交通道路的建設，道路車流量也與日俱增，他們出行的頻率以及道路的交通復雜程度加深，所以道路交通事故發生的頻率在增多，雖然我國政府部門在交通事故方面采取了各種各樣的措施，但是道路交通安全的形式依然嚴峻。交通事故的發生給我們帶來個方面的損失，無論是從公民人身安全還是財產安全方面，除此之外還會影響到社會治安，比如說常見的有交通堵塞、交通延誤、火災等緊急的社會治安問題，嚴重影響到人們的正常生活，同時給國家的經濟和社會運行造成不好的影響。本篇文章以基于貝葉斯網絡的交通事故預測方法研究為課題，通過對貝葉斯網絡的研究和介紹，以及現今我國道路交通事故發生原因的分析以及發生的特點，我們利用貝葉斯網絡方面對交通事故進行了分析，兩者相互結合，形成道路交通事故特有的數據庫，從而為交通事故的預測提供一個很好的方法。貝葉斯網理論與其他的交通事故預測事故方法相比，有著很多不可比擬的優點，它能夠保證數據的可靠性和真實性，它能夠很好的對事故數據進行分析，為交通事故的預測和預防提供一個值得參考的數據，從而有利于相關部門做出切實可行的舉措。

關鍵詞：貝葉斯網絡；交通事故；預測方法

一、國內外研究現狀

（一）交通安全分析相關研究

引發不同事故的原因是不同的，但是原因和結果之間肯定有著一定規律的聯系。我國的道路交通事故一直是備受關注的社會問題，針對這個問題，國內外已經有了很多的研究，這個研究發展到現在一共經歷了三個發展時期：單因素理論是第一個發展階段的主要理論，多因素理論是對單因素理論的完善和發展是第二個階段的主要理論，最后一個階段就是系統致因理論階段，他更從系統層次對引發事故的理論進行了歸納總結。先從單因素理論說起，該種理論主要是從人的角度出發，對人的行動為研究的出發點，但是這種理論僅僅局限于人這個因素，沒有考慮到其他的因素，他認為交通事故石是由一種原因引起的，這是單因素理論；與單因素理論相比，多因素理論就是說道路交通事故是由多種原因引起的，由于這種理論更有全面性，該種理論主張交通事故原因的分析應該從三個方面入手，分別是“人、車、路”，所以它的應用范圍更為的廣泛；最后是系統致因理論，是國外學者在1980年左右提出的，與因素理論不同的是，這種理論更有系統性，對引發事故的原因進行了系統的研究。

針對以上三種理論不同的特點，歸納起來，單因素理論具有片面性，不能全面的反應交通事故發生的原因，但是單因素理論方法也有著自己的優點，那就是能夠直觀并且直接迅速的找出事故發生的主要原因，所以我們需要根據實際的情況選擇不同的理論進行分析，選擇適合的方法；多因素理論就是打破人們考慮問題的單向性、局部性思維，全面的來分析道路交通事故的原因，這種理論方面強調全面性，整體性，更有利于道路交通問題的解決。但是該種理論方法也有缺點，其實各種因素以及印發原因之間是存在相互聯系的，如果缺少對各種因素之間聯系的考慮，就很難做到深入分析，反而這種多因素方面顯得更為的混亂；最后的致因理論是一種系統性的方法，是從大量的交通事故原因當中進行規律性的總結和概括，由于其科學性比較強，所以是當前應用最為廣泛的一種交通事故分析預測的理論方法。

（二）貝葉斯網絡在安全分析中的應用

貝葉斯網絡技術是近幾年才發展起來的，因為該種技術具有很強的應對不確定性問題的方法，并且能夠對事故進行推理，分析事故發生的原因，進行安全性質的預測等等功能。其次就是貝葉斯網絡是一種網絡圖形式，通過這種形式來描述因果關系，更為簡單，容易被人理解，同時容易讓專家吸收經驗；除此之外，它也可以實現定量評估分析，對網絡進行定量化處理；貝葉斯網絡同時具有反推理的作用，能夠進行因果之間的分析和診斷；第五點是該種網絡便于整合各種信息，可以將專家的觀點與科學的預測結合起來，最后就是貝葉斯網絡在眾多的不同類型的軟件的支持下，得到了更好的利用。因為貝葉斯網絡具備與其他預測方法不同的優勢，所以貝葉斯網絡技術方法在事故預測方面受到了更多的支持，并且被廣泛的采用。

在國外，貝葉斯網絡主要應用的領域是核電站軟件系統的安全性評估以及各種事故預測。國外的相關學者研究和分析了故障樹和貝葉斯網絡兩種安全事故預測方法，與故障樹相比，貝葉斯網絡技術方法有著無法比擬的優勢，所以相關學者開始研究故障樹轉換為貝葉斯網絡的方法。國外的學者在貝葉斯網絡研究方面主要的成就有美國聯邦道路局開發了一款軟件，這款軟件主要用于道路安全調查以及安全設計軟件，這款軟件的名稱叫做“交互式道路安全設計模型”，其中就有貝葉斯網絡分析模塊，受到國外學者的影響，我國安全事故預測領域的專家在近些年更加傾向于預測的準確性以及安全性，可靠性的分析過程，只有貝葉斯網絡具備了這些特性，才能更有利于其作用的發揮。學者霍利民提出了一種創新性的貝葉斯網絡構建方法，建立在最小路集的基礎之上，這種新型的貝葉斯網絡技術目前主要在電力系統可靠性評估領域中應用比較廣泛。有關學者主要從節點，鏈接強度，事件以及邏輯門之間的映射關系這四個方面對貝葉斯網絡以及故障樹展開比較。除此之外，還有很多學者就貝葉斯網絡展開研究，創新出了很多安全事故預測方法，其中還有故障樹定量方法，貝葉斯網交通事故持續時間預估模型，車速交通事故預測模型，公路路側安全評價的貝葉斯網方法以及還有基于桶排除法的故障樹頂事件概率計算方法。

二、貝葉斯網絡的基本原理

（一）貝葉斯網絡基本概念

貝葉斯網絡是一種網絡，為這些問題的解決提供一個基本的思路，與其他問題相比，他在解決不確定性還有不完整的問題上有著很大的優勢，主要是通過貝葉斯公式表現出來，對其進行推理及應用。貝葉斯網絡模式是一種有向無環模式圖，這個模式圖主要是節點還有有方向的邊構成。相關公式介紹如下：

（1）首先我們先將兩個基本事件用字母表示，如果基本事件A發生的概率大于0，那么在基本事件A發生的概率，基本事件B發生的概率用表示，這就是條件概率的表達形式。