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研究生: 黃俊福
Chun-fu Huang
論文名稱: 鐵路平交道事故危險程度之分析
The analysis of dangerous degrees for railway level crossing accidents
指導教授: 吳健生
Jiann-Sheng Wu
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 132
中文關鍵詞: 卜瓦松迴歸平交道事故平交道負二項迴歸類神經倒傳遞網路
外文關鍵詞: Back-Propagation Neural Network, Negative Binomial regression, Poission regression, Level crossing accidents, Level crossing
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  • 鐵路運輸是在陸上運輸系統中肇事率最小的運輸系統,但往往每當發生事故輕者阻礙交通、重者車毀人亡,其中又以鐵路與公路二大運輸系統之平面交會處的平交道最易發生事故,而平交道事故也最常帶來極大生命及財產損失,因此本研究其目的在於建立一套鐵路平交道事故之分析模式可以用來預測未來可能發生肇事情形,也可以藉此了解鐵路平交道事故之相關因素。本研究透過民國87 年台灣省政府交通處出版一套四冊之平交道改善規劃,包括當時交通事故資料、平交道種類、道路幾何型態、列車班次數與平均每年每日交通量等曝光量資料,並藉由台灣鐵路局運務處部門民國91年至96年行車事故資料,整理成各處平交道事故資料,最後透過卜瓦松迴歸、負二項迴歸、類神經倒傳遞網路,三種模式分別來構建平交道事故次數、死亡人數、受傷人數三種預測模式,並找出最適模式及相關顯著影響因素以供未來相關鐵路單位做為未來肇事預測。
    研究結果發現,事故次數結果顯示以卜瓦松模式與負二項模式預測皆優於類神經倒傳遞網路預測結果;影響平交道相關模式的因素中,以全日列車班次為最重要影響因子。


    In all kind of the land transportation, the railway transportation system has the lowest rate of accident. While once an accident is happened, it usually causes life and property loss. Especially the level crossing which is crossed between railway and highway. Slight accident will tie up traffic, and serious accident will cause death and car crash. This research forecasts the possiblity of accident happening by setting a railway crossing accident analysis model. Based on the research, we can realize more about the correlation factor. The research uses data from Crossing Improvement Plan published by Taiwan Provincial Government in 1998 as references. It consists of both historical accident data and railway level crossing related data in Taiwan, such as crossing types, highway geometric characteristics, daily trains and average annual daily traffic (AADT), etc. We try to reorganize the traffic accident data since 2002 to 2007, collected from Transportation Department, Taiwan Railway Administration, to the level crossing accident data. Finally, the research could be applied to Poisson Regression Model, Negative Binomial regression, and Back-Propagation Neural Network for evaluating the prediction of the level crossing accident frequency models, fatalities models, and hurt models then to find the fittest model with the major factor which is relative significantly. It can provide the relation with the TRA for forecasting accident in the future.
    As a consequence of this research, we can find Poisson Regression Model and Negative Binomial regression are better than Back-Propagation Neural Network. The most significant factor of effect on level crossing model is the number of pass trains.

    目錄 摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 v 圖目錄 viii 表目錄 ix 第一章 緒論 1 1.1研究動機 1 1.2研究目的 1 1.3研究範圍 2 1.4研究內容與方法 2 第二章 文獻回顧 5 2.1國外鐵路平交道事故研究 5 2.2國內鐵路平交道事故研究 9 2.3小結 12 第三章 模式構建 14 3.1統計迴歸模式 14 3.1.1一般化線性模式 14 3.1.2卜瓦松迴歸模式 16 3.1.3負二項迴歸模式 18 3.1.4模式檢定 20 3.2類神經網路模式 22 3.2.1類神經基本架構 23 3.2.2倒傳遞類神經網路 25 3.2.3參數設定 32 3.3預測績效評估準則 34 第四章、資料蒐集與分析 35 4.1台鐵平交道近況分析 35 4.2台鐵平交道資料蒐集 40 4.3變數分析 43 第五章、模式建立與實證分析 53 5.1軟體應用方法 53 5.2迴歸模式變數篩選 53 5.3 卜瓦松迴歸模式結果 55 5.3.1事故次數類別 55 5.3.2死亡人數類別 62 5.3.3受傷人數類別 67 5.3.4綜合結果分析 74 5.4 負二項迴歸模式結果 75 5.4.1事故次數類別 75 5.4.2死亡人數類別 82 5.4.3受傷人數類別 87 5.4.4綜合結果分析 93 5.5 類神經網路模式結果 94 5.6預測能力之比較分析 97 5.7易肇事平交道預測結果 103 5.8小結 110 第六章、結論與建議 112 6.1結論 112 6.2建議 114 參考文獻 116 圖目錄 圖1.1 研究流程圖 4 圖3.1 神經元之主要功能 23 圖3.3 倒傳遞類神經網路流程圖 32 圖4.1 平交道各線別統計圖 41 圖4.3 各縣市各年度交通量成長趨勢圖 49 圖4.4 平交道類型分布 51 圖4.5 平交道相交道路類型分布 51 圖4.6 台鐵軌道設置圖 52 圖5.1 篩選變數流程圖 54 圖5.2 類神經網路架構圖 94 表目錄 表2-1 國外平交道事故文獻回顧整理 8 表3-1 各種指數分配列表 16 表3-2 MAPE之評估準則 34 表4-1 民國90-97年台鐵平交道設置情形 35 表4-2 所有現行台鐵平交道數量統計表 36 表4-3 民國90-96年台鐵行車事故與傷亡人數統計 37 表4-4 臺鐵行車事故與平交道事故比較 38 表4-5 民國93-97年平交道肇事因素 39 表4-6 台鐵民國91年至96年鐵路平交道肇事統計資料 39 表4-7 前省交通處平交道普查資料表 40 表4-8 各年度事故資料表 42 表4-8 變數定義表 43 表4-9 連續性變數之敘述性統計表 46 表4-10 各區間內全日列車班次表 48 表4-10 台鐵平交道類型說明 50 表4-11 本研究各類型平交道數量統計 50 表5-1(a) 全部變數卜瓦松事故次數校估結果 58 表5-1(b) 有顯著卜瓦松事故次數校估結果 59 表5-1(c) 較適卜瓦松事故次數校估結果 60 表5-1(d) 卜瓦松事故次數校估結果 61 表5-2(a) 全部變數卜瓦松死亡人數校估結果 64 表5-2(b) 有顯著卜瓦松死亡人數校估結果 65 表5-2(c) 較適卜瓦松死亡人數校估結果 66 表5-2(d) 卜瓦松死亡人數校估結果 67 表5-3(a) 全部變數卜瓦松受傷人數校估結果 70 表5-3(b) 有顯著卜瓦松受傷人數校估結果 71 表5-3(c) 較適卜瓦松受傷人數校估結果 72 表5-3(d) 卜瓦松受傷人數校估結果 73 表5-4 卜瓦松迴歸各類型模式預測結果 74 表5-5 卜瓦松迴歸各類型模式預測MAPE結果 75 表5-6(a) 全部變數負二項事故次數校估結果 78 表5-6(b) 有顯著負二項事故次數校估結果 79 表5-6(c) 較適負二項事故次數校估結果 80 表5-6(d) 負二項事故次數校估結果 81 表5-7(a) 全部變數負二項死亡人數校估結果 84 表5-7(b) 有顯著負二項死亡人數校估結果 85 表5-7(c) 較適負二項死亡人數校估結果 86 表5-7(d) 負二項死亡人數校估結果 87 表5-8(a) 全部變數負二項受傷人數校估結果 90 表5-8(b) 有顯著負二項受傷人數校估結果 91 表5-8(c) 較適負二項受傷人數校估結果 91 表5-8(d) 負二項受傷人數校估結果 92 表5-9 負二項迴歸各類型模式預測結果 93 表5-10 負二項迴歸各類型模式預測MAPE結果 93 表5-11 類神經網路MAPE值 95 表5-12 修正後聯集類神經網路MAPE值 96 表5-13 修正後交集類神經網路MAPE值 97 表5-14 六年事故資料模式比較表 97 表5-15 單因子檢定ANOVA表 98 表5-16 單年度事故次數模式比較表 100 表5-17 單年度事故次數ANOVA表 100 表5-18 單年度事故次數成對母體平均數差異檢定 101 表5-19 單年度死亡人數模式比較表 102 表5-20 單年度死亡人數ANOVA表 102 表5-21 單年度受傷人數模式比較表 103 表5-22 單年度受傷人數ANOVA表 103 表5-23 易發生事故次數之肇事平交道 104 表5-24 易發生死亡人數之肇事平交道 104 表5-25 易發生受傷人數之肇事平交道 105 表5-26 預測易發生事故次數之肇事平交道 106 表5-27 預測易發生死亡人數之肇事平交道 106 表5-28 預測易發生受傷人數之肇事平交道 107 表5-29(a) 卜瓦松事故次數之改善平交道結果 108 表5-29(b) 負二項事故次數之改善平交道結果 108 表5-30(a) 卜瓦松死亡人數之改善平交道結果 109 表5-30(b) 負二項死亡人數之改善平交道結果 109 表5-31(a) 卜瓦松受傷人數之改善平交道結果 110 表5-31(b) 負二項受傷人數之改善平交道結果 110

    一、中文部分
    1.JJ. Scott Long著,鄭旭智等譯 (2002),「類別與受限依變項的迴歸統計模式」,pp.120-134,弘智文化。
    2.劉應興編譯 (2003),「類別資料分析導論」,華泰文化。
    3.劉應興編譯 (1998),「非線性迴歸與相關分析」,華泰書局。
    4.葉怡成 (2003),「類神經網路模式應用與實作」,第八版,儒林書局。
    5.台灣省政府交通處 (1998、1999),「台灣地區鐵路平交道改善規劃 (一) ~ (四)」。
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    7.交通部運輸研究所 (2008),「建立台鐵安全系統績效指標之研究(期末報告初稿)」。
    8.交通部台灣鐵路局 (2007),96年鐵路年鑑。
    9.林錦田、莊振昌 (1999),「平交道改善專案報告」,台鐵資料季刊,第302期,頁1-49。
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    11.林豐福、張開國、吳熙仁 (1999),「以科技儀器提昇平交道防護功能之研究」,台鐵資料季刊,第302期,頁50-63。
    12.施伯杰 (2008),「以故障樹與事件樹分析法探討平交道事故風險」,碩士論文,國立成功大學交通管理科學研究所。
    13.施鈞明 (2004),「應用系統模擬於平交道之風險分析」,碩士論文,國立成功大學交通管理科學研究所。
    14.唐鵬州 (2006),「平交道模擬模式構建與肇事風險分析」,碩士論文,國立成功大學交通管理科學研究所。
    15.陳火庸 (2006),「台鐵行車事故肇事因子之研究」,碩士論文,逢甲大學交通工程與管理學系碩士在職專班。
    16.黃維崧 (2006),「影響台鐵平交道事故因素之研究」,碩士論文,國立交通大學運輸科技與管理學系。
    17.楊凱評 (2007),「平交道事故頻率與衝擊分析」,碩士論文,國立成功大學交通管理科學研究所。
    18.詹坤益 (2002),「先進平交道安全控制蓄意闖越行為之系統設計」,碩士論文,國立成功大學交通管理科學研究所。
    19.蔡孟紋 (2006),「平交道事故分析之研究」,碩士論文,國立成功大學交通管理科學研究所。
    20.鄭子良 (2002),「先進偵測系統對鐵路平交道安全之影響研究」,碩士論文,國立中央大學土木工程學系。
    21.駱思斌 (2002),「鐵路事故嚴重程度之研究」,碩士論文,國立成功大學交通管理科學研究所。
    二、英文部分
    1.U.S. Department of Transportation, (1986), “Railroad-Highway Grade Crossing Handbook,” Second Edition, FHWA-TS-86-215.
    2.Austin, R.D. and Carson, J.L. (2002), “An Alternative Accident Prediction Model for Highway-Rail Interfaces,” Accident Analysis and Prevention, vol. 34, pp. 31–42.
    3.Chang, L.Y., (2005),“Analysis of Freeway Accident Frequencies:Negative Binomial Regression Versus Artificial Neural Network,” Safety Science, vol. 43, No.8, pp. 541-557.
    4.Lee, C.K. and Hu, S.R. (2007), “Accident Risk at a Railway Level Crossing,” Proceedings of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, vol. 6.
    5.Lee, J., Nam, D.,and Park D. (2005), “Analyzing the Relationship between Grade Crossing Elements and Accidents,” Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, vol. 6, pp. 3658 – 3668.
    6.Lewis,C.D.(1982), Industrial and Business Forecasting Methods,Southampton:The Camelot Press Ltd.
    7.Martin,C.A. and Witt,S.F, (1989), “Accuracy of Econometric Forecasts of tourism,” Annals of Tourism Research, vol. 16, pp. 407-428.
    8.McCullagh, P., Nelder, J. A.,(1989),“Generalized Linear Models,” Chapman and Hall.
    9.McFadden, D., Train, K. and Typ, W. E.(1977), “An Application of Diagnostic Test For Independence Form Irrelevant Alternative Property of the Mutinimial Logit Model,” Transportation Research , vol. 637, pp. 39-46.
    10.Oh, J., Washington, S.P.,and Nam, D. (2006), “Accident Prediction Model for Railway-highway Interfaces,” Accident Analysis and Prevention, vol. 38, pp. 346–356.
    11.Park, Y.J. and Saccomanno F.F. (2005), “Evaluating Factors Affecting Safety at Highway-Railway Grade Crossings,” Transportation Research Record, No. 1918, pp. 1-9.
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    13.Saccomanno, F.F. and Lai X.M., (2005), “A Model for Evaluating Countermeasures at Highway-Railway Grade Crossings,” Transportation Research Record, No. 1918, pp. 18-25 .

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