Анализ и прогнозирование безопасности дорожных маршрутов



В результате проделанной работы удалось создать общедоступный веб-сервис, который на основе статистических данных об аварийности в Санкт-Петербурге за 2015 год, обрабатывает и анализирует произвольный маршрут, заданный пользователем (водителем или пешеходом). Выдает информацию о классе маршрута (опасный или безопасный) и дает рекомендации объехать или обойти наиболее опасные участки маршрута.

Ключевые слова: безопасность на дорогах, статистический анализ безопасности, классификация дорожных маршрутов

В данной работе исследуется проблема аварийности на дорогах общего пользования. Для исследования были собраны данные об аварийности на дорогах Санкт-Петербурга за 2015 год. При обработке данных была выдвинута основная цель работы, разработать общедоступный программный продукт направленный на повышение безопасности на дорогах.

Актуальность повышения уровня безопасности на дорогах продиктована тем, что дорожно транспортные происшествия (ДТП) являются частой причиной ущерба гражданам и угрозе их жизни и здоровью. Безопасность дорожного движения является одной из важных социально -экономических и демографических задач Российской Федерации.

Согласно данным государственной инспекции безопасности дорожного движения (ГИБДД), за 2015 год на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области произошло 7243 аварии. Из этого следует, что в прошлом году в среднем в день происходило около 20 аварий, что значительно меньше, чем показатели за 2014 год — 29 аварий. Однако получается, что практически каждый час на улицах Санкт-Петербурга происходит одна авария.

При обработке статистических данных о количестве и месте аварий в Санкт-Петербурге нами была поставлена задача придумать метод и реализовать общедоступный и понятный программный продукт-сервис, который строит маршрут как для водителей, так и для пешеходов, детально анализируя его и классифицируя как опасный или безопасный. Если существует несколько вариантов маршрутов, то сервис предложит наименее опасный из них. Также программа сообщит об особо опасных участках дороги, которые встретятся пользователю на его пути.

Таким образом, пользователь (водитель или пешеход) получает не только стандартную информацию, которую могут предложить современные карты или сервисы, но и детально разобранный по отрезкам (от перекрестка до перекрестка) маршрут с информацией об аварийности на каждом участке и классе всего маршрута (опасный или безопасный). В этом заключается новизна данной выпускной квалификационной работы.

При разработке метода были использованы данные с сайта ГИБДД. Данный сервис опирается на уже существующие программные решения в этой области: был использован вспомогательный сервис Google API, а именно технология Google Maps Directions API [3]. С помощью данной технологии строится маршрут, при этом пользователь видит только обычную карту с проложенным маршрутом, в то время как программа, используя данную технологию, получает координаты перекрестков, длину каждого участка, название улицы, а также общие сведения о маршруте — загруженность дорог и общее время пути.

Используя полученные данные, программа проводит заложенные в нее вычисления, а именно считается аварийность маршрута на 1 км и риск попасть в аварию на этом маршруте; в качестве ответа выдает класс построенного маршрута и выделяет наиболее опасные участки дороги.

Основные задачи

Для решения выше описанной проблемы были собраны и обработаны данные об аварийности на территории Санкт-Петербурга за 2015 год. О каждой аварии известна следующая информация: день, когда произошла авария, район, в котором произошла авария, точный адрес ближайшего к месту аварии здания, вид аварии, количество машин, участвовавших в данной аварии, количество раненных и погибших.

Основные задачи исследования:

1. Осуществить анализ уровня безопасности построенного маршрута для водителя;
2. Осуществить анализ уровня безопасности построенного маршрута для пешехода;
3. Разработать общедоступный программный продукт, который позволяет анализировать любой маршрут построенный пользователем, с возможностью расширить сервис для всех регионов России.

Математическая постановка задачи

Пусть из пункта в пункт существует несколько маршрутов, назовем их . Каждый маршрут состоит из нескольких участков — отрезков (от перекрестка до перекрестка), перекрестком будем считать смену одной улицы на другую. Обозначим участки маршрута следующим образом :

где принимает значения от 1 до и отвечает за выбор определенного маршрута, принимает значения от 1 до и отвечает за выбор конкретного отрезка -го маршрута.

Обозначим за длину каждого участка , измеряемую в километрах.

Введем переменную , которая будет обозначать день недели, может принимать значения от 0 до 6, 0 — понедельник, 1 — вторник и т. д.

Обозначим за количество аварий, которое произошло в Санкт-Петербурге в -ый день недели. И введем переменную - количество аварий, которые произошли в -ый день недели на -ом отрезке -го маршрута.

Определение 1. Уровнем аварийности на участке в день будем называть долю аварий, которая приходится на этот участок, в общем числе аварий произошедших в Санкт-Петербурге в этот день. Обозначим аварийность буквой и будем считать по следующей формуле

.

Таким образом, получаем долю аварий в -ый день недели на -ом отрезке -го маршрута.

Определение 2. Под уровнем аварийности приходящейся на 1 км участка будем называть величину которая считается следующим образом

.

Теперь для каждого маршрута можно составить выборку из случайных величин, которую будем обозначать

,

где пробегает значения от 1 до , — от 0 до 6.

Определение 3. Под уровнем аварийности -го маршрута будем называть выборочное среднее которое считается следующим образом

Определение 4. Риском попасть в аварию будем называть выборочное среднее квадратическое отклонение, вычисленное для го маршрута. Обозначим как и будем вычислять по следующей формуле

Опираясь на вычисления, приведенные выше, а именно, анализируя уровень аварийности маршрута и риск попасть в аварию, маршрут классифицируется как опасный или безопасный. Если маршрутов несколько, то пользователю предлагается наименее опасный из них.

Анализируя уровень аварийности на участке , выявляются самые аварийные участки дорог, и предлагается пользователю по возможности их объехать.

Алгоритм анализа построенного маршрута

В данной работе используются данные ГИБДД об аварийности за 2015 год. Алгоритм анализа следующий:

1. Каждый маршрут делится на участки, от перекрестка до перекрестка. И на каждом участке считается количество аварий, которое там произошло ().
2. Подсчитанное количество аварий на каждом участке делится на общее количество аварий в данный день недели. Тем самым мы находим долю аварийности, приходящуюся на данный отрезок пути ().
3. Полученные данные из пункта два делим на длину каждого отрезка и находим долю аварийности, которая приходится на 1 км отрезка ().
4. Считаем среднюю аварийность на 1 км по всем отрезкам и получаем аварийность, которая приходится на 1 км всего маршрута ().
5. Далее находим выборочное среднее квадратическое отклонение по аварийности на 1 км по каждому отрезку и получаем риск попасть в аварию по данному маршруту ().
6. При анализе полученных данных из пункта 4 и 5 происходит классификация маршрута на опасный и безопасный. Также при анализе данных из пункта 3 выявляются наиболее опасные участки маршрута.

В случае, когда Google API предложит несколько вариантов маршрутов, то будет произведен аналогичный анализ для каждого маршрута. Рассмотрим случай, когда будет возвращено 3 варианта маршрута.

Рис. 1. Маршруты из А в В

Разберем подробнее то, что изображено на рис. 1. Из пункта в можно попасть тремя способами, первый маршрут состоит только из одного отрезка. Второй маршрут состоит из трех отрезков и соответственно третий маршрут из четырех отрезков Каждый маршрут проходит по алгоритму анализа, который представлен выше. Для каждого маршрута будет посчитано значение . И пользователю будет предложен тот маршрут у которого наименьшие показатели риска и аварийности в данный день недели, а также будет выведена информация о классе построенного маршрута.

Заключение

В результате проделанной работы удалось создать общедоступный сервис [5], который на основе статистических данных об аварийности в Санкт-Петербурге за 2015 год, обрабатывает и анализирует произвольный маршрут, заданный пользователем (водителем или пешеходом). Выдает информацию и дает рекомендации объехать или обойти наиболее опасные участки маршрута.

В работе используются данные об аварийности в городе Санкт — Петербург за 2015 год, но как отмечалось выше, программный продукт собран таким образом, чтобы с минимальными правками расширить работу сервиса для всех регионов России. Проблема состоит только в автоматизации получения данных об аварийности.

Также в данной работе маршрут классифицируется как опасный или безопасный по правилу, которое было выявлено опытным путем, было построено некоторое количество маршрут и, исходя из этих показателей, было выдвинуто правило. Но в случае, когда сервисом воспользуются свыше 500 человек, можно будет обновить сервис, добавив в него кластерный анализ. Таким образом, чтобы после каждого нового маршрута правило классификации пересчитывалось, и, тем самым, можно добиться более точной классификации.

Воспользоваться представленным сервисом можно на сайте avariyamnet.ru.

Литература:

1. Официальный сайт ГИБДД. http://www.gibdd.ru.
2. Буре В. М., Парилина Е. М. Теория вероятностей и математическая статистика, издательство «Лань», 2013. 416 c.
3. Google Maps API. https://developers.google.com/maps/?hl=ru
4. Робин Никсон, Создаем динамические веб-сайты с помощью PHP, MySQL и JavaScript, 2011. 418 с.
5. Сервис представленный в данной работе. http://avariyamnet.ru.