Spatial analysis of road safety and traffic behaviour using high resolution multi-parametric data
Authors: Ζιακόπουλος Απόστολος 
Published: September 2021

Ο κύριος στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η χωρική ανάλυση συχνοτήτων απότομων οδηγικών συμβάντων σε οδικά τμήματα με χρήση πολυπαραμετρικών δεδομένων, ήτοι (i) δεδομένα υψηλής ανάλυσης οδηγικής συμπεριφοράς υπό πραγματικές συνθήκες από αισθητήρες έξυπνων κινητών τηλεφώνων, (ii) γεωμετρία οδικών τμημάτων και χαρακτηριστικά οδικού δικτύου από ψηφιακούς χάρτες και (iii) δεδομένα κυκλοφορίας υψηλής ανάλυσης. Για αυτό το σκοπό, συλλέχθηκαν δεδομένα οδήγησης υπό πραγματικές συνθήκες μέσω μιας καινοτόμου εφαρμογής έξυπνων κινητών τηλεφώνων, δεδομένα από λεπτομερείς ψηφιακούς χάρτες καθώς και δεδομένα κυκλοφορίας. Τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε επεξεργασία μέσω εξειδικευμένων χωρικών αλγορίθμων οι οποίοι εκέλεσαν κρίσιμες λειτουργίες όπως ο υπολογισμός πρόσθετων γεωμετρικών χαρακτηριστικών, η συγχώνευση βάσεων δεδομένων και η αντιστοίχιση οδηγικών και κυκλοφοριακών δεδομένων σε οδικά τμήματα. Προέκυψαν πλούσιες βάσεις χωρικών δεδομένων με βάση τις οποίες υπολογίστηκαν ολικοί και τοπικοί συντελεστές I του Moran και βαριογράμματα (variograms) συγχωνευμένα και ανά κατεύθυνση. Πραγματοποιήθηκαν χωρικές αναλύσεις ανά οδικό τμήμα σε δύο παράλληλους άξονες: (i) Ανάπτυξη μοντέλων πρόβλεψης απότομων συμβάντων σε περιοχή δοκιμής αστικού οδικού δικτύου, με σκοπό την μεταφορά τους σε περιοχή ελέγχου και την αξιολόγηση της προβλεπτικής τους ικανότητας και (ii) Ανάπτυξη μοντέλων εμβαθυμένης επεξήγησης απότομων συμβάντων, με συμπερίληψη της οδηγικής συμπεριφοράς και της κυκλοφορίας, τα οποία αναπτύχθηκαν σε περιοχή αστικής λεωφόρου ανά κατάσταση κυκλοφορίας. Σκοπός ήταν να διερευνηθούν επιπλέον υποκείμενες στατιστικές συσχετίσεις για την περαιτέρω κατανόηση των φαινομένων των απότομων επιταχύνσεων και επιβραδύνσεων. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν μοντέλα Γεωγραφικά Σταθμισμένης Παλινδρόμησης Poisson (Geographically Weighted Poisson Regression – GWPR), μοντέλα Μπευζιανής Υπό Όρους Αυτοπαλινδρόμησης (Bayesian Conditional Autoregressive Prior – CAR), καθώς και αλγόριθμοι Ραγδαίας Βελτιστοποίησης Συναρτήσεων Απωλειών με τυχαία επικύρωση (Random Cross-validation Extreme Gradient Boosting – RCV-XGBoost) και με χωρική επικύρωση (Spatial Cross-validation Extreme Gradient Boosting – SPCV-XGBoost). Από τις χωρικές αναλύσεις προέκυψαν πολυάριθμα ενδιαφέροντα αποτελέσματα: Εντοπίστηκε χωρική αυτοσυσχέτιση στις συχνότητες απότομων επιβραδύνσεων και απότομων επιταχύνσεων ανά οδικό τμήμα, και υπολογίστηκε το εύρος επιρροής κατά περίπτωση για κάθε περιοχή μελέτης. Στα αστικά δίκτυα, προέκυψε ότι ορισμένα γεωμετρικά χαρακτηριστικά επηρεάζουν τις συχνότητες απότομων επιβραδύνσεων ανά οδικό τμήμα: το μήκος του τμήματος παρουσιάζει θετική συσχέτιση, ενώ η κλίση και η πολυπλοκότητα της γειτονιάς παρουσιάζουν αρνητική συσχέτιση. Διαφορετικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά επηρεάζουν τις συχνότητες απότομων επιταχύνσεων ανά οδικό τμήμα: το μήκος του οδικού τμήματος, η καμπυλότητα και η παρουσία σηματοδότησης παρουσιάζουν θετική συσχέτιση. Επίσης ποσοτικοποιήθηκε η θετική συσχέτιση του αριθμού διελεύσεων για τους δύο τύπους απότομων συμβάντων, ενώ πιο αδύναμες συσχετίσεις παρουσιάστηκαν για τον αριθμό λωρίδων και τον τύπο οδού, ανάλογα με τα χρησιμοποιούμενα μοντέλα. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν επιτυχώς χωρικές προβλέψεις μεσοσταθμίζοντας τα αποτελέσματα των τεσσάρων μοντέλων και επιτυγχάνοντας ακρίβεια 87% για τις απότομες επιβραδύνσεις και 89% για τις απότομες επιταχύνσεις.Στα οδικά τμήματα αστικών λεωφόρων, το μήκος των τμημάτων και ο αριθμός των διελεύσεων παρουσίασαν σταθερά θετικές συσχετίσεις με τη συχνότητα απότομων συμβάντων. Επιπλέον, καθορίστηκε ότι διαφορετικές μεταβλητές συσχετίζονται σημαντικά με την εμφάνιση απότομων συμβάντων ανά κατάσταση κυκλοφορίας: Η διαφορά ταχύτητας μεταξύ κυκλοφορίας και οδηγού προέκυψε ότι ασκεί θετική επιρροή στις απότομες επιβραδύνσεις, σε συνθήκες ελεύθερης ροής, ενώ η επιρροή του μέσου όρου τρέχοντος κυκλοφοριακού φόρτου διαπιστώθηκε ότι είναι αρνητική. Σε συνθήκες συγχρονισμένης ροής, η μέση κατάληψη είναι θετικά συσχετισμένη με τις απότομες επιβραδύνσεις, ενώ η επίδραση του κυκλοφοριακού φόρτου βρέθηκε ότι ήταν περιστασιακά αρνητική. Η επιρροή της μέσης κατάληψης βρέθηκε σταθερά θετική στις απότομες επιταχύνσεις σε συνθήκες ελεύθερης ροής, όπως και ο μέσος όρος των δευτερολέπτων χρήσης κινητών τηλεφώνων από τους οδηγούς. Σε συνθήκες συγχρονισμένης ροής, ο κυκλοφοριακός φόρτος προέκυψε ότι συσχετίζεται θετικά τη συχνότητα απότομων επιταχύνσεων. Και στις δύο καταστάσεις κυκλοφορίας, οι γεωμετρικές μεταβλητές και τα χαρακτηριστικά του οδικού δικτύου βρέθηκε ότι έχουν πολύ περιστασιακές και ασθενέστερες συσχετίσεις.