PRACT Predicting Road ACcidents - a Transferable methodology

PRACT Predicting Road ACcidents a Transferable methodology across Europe
Dipl.-Ing. Stephan Ruhl
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen
Arbeitsausschuss 2.13 „Verkehrssicherheitsbewertung von Straßen“ – Bergisch Gladbach, 16.03.2016
Agenda
1. Einleitung
2. Literaturanalyse und Fragebogen
3. CMF / APM Review und Repository
4. CMF Entwicklung und Übertragbarkeit
5. Dissemination
6. Zusammenfassung Output
Dipl.-Ing. Stephan Ruhl
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1. Einleitung
• Förderung: CEDR
• Projektteam:
 Università degli Studi di Firenze (Italy) – Prof. La Torre
 National Technical University of Athens (Greece) – Prof. Yannis
 Technische Universität Berlin (Germany) – Prof. Richter
 Imperial College London (UK) – Prof. Graham
Dipl.-Ing. Stephan Ruhl
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1. Einleitung
Projekthintergrund
• Verkehrssicherheitsmanagement und präventive Maßnahmen bedeutsam zur
Erhöhung der Verkehrssicherheit
• Verkehrssicherheitsmanagement erfordert Verkehrssicherheitsbewertungen
• Erforderlich für Verkehrssicherheitsbewertungen:
 Vorhersagetools zur Identifizierung von Sicherheitsproblemen
 Identifizierung geeigneter Sicherheitsmaßnahmen
 Abschätzung der Effekte von Sicherheitsmaßnahmen
• Möglichkeiten von Verkehrssicherheitsanalysen:
 Accident Prediction Models (APM)
 Crash Modification Factors (CMF)
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1. Einleitung
Projektgrundsätze
• Entwicklung einheitlicher Accident Prediction Models (APMs) und Crash
Modification Factors (CMFs) über ganz Europa hinweg sowie für
unterschiedliche Straßenklassen ist unrealistisch
• Entwicklung spezifischer APMs und CMFs für spezielle Gebiete erfordert
umfangreiche Datengrundlagen sowie Erfahrungen
 aufwendig und kostenintensiv
Ziel
• Entwicklung einer europäischen APM Struktur
• Anwendung in verschiedenen Straßennetzen nach Kalibrierung
• APMs und CMFs auf andere Randbedingungen übertragen
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1. Einleitung
TK 1.1
Inventory and
critical review of
existing APMs
(NTUA)
TK 1.2
Inventory of
existing Data
Sources
(TUB)
WP2 – Identification and
prioritisation of CMF needs
Daniel Graham (ICL)
TK 2.1
Inventory and critical
review of available CMFs
(TUB)
TK 2.2
Identification of
CMF needs
(UNIFI)
TK 2.3
Development of key missing CMFs
(ICL)
WP3 – Development of the Guidance Document
Francesca La Torre (UNIFI)
TK 3.1
Analysis of the transferability of
selected APMs and CMFs
(ICL)
Dipl.-Ing. Stephan Ruhl
TK 3.2
Production of the Guidance Document
(UNIFI)
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WP4 – Implementation of an APMs and CMFs Repository
George Yannis (NTUA)
WP0 – Project Management
Francesca La Torre (UNIFI)
WP1 – Overview of existing
APMs and data sources
George Yannis (NTUA)
WP5 – Dissemination management and organization
Thomas Richter (TUB)
Projektablauf
2. Literaturanalyse und Fragebogen
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2. Literaturanalyse
• Regelwerke
(z.B. Highway Safety Manual)
• Handbücher
(z.B. The Handbook of
Road Safety Measures)
• Forschungsprojekte
(z.B. RIPCORD-iSEREST, RISMET)
• Online-Datenbanken
(z.B. FHWA CMF Clearinghouse)
• Identifizierung von Quellen für
APM/CMF-Analyse
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2. Fragebogen
• Rücklauf von 23 Fragebögen in 20 Staaten
von Straßenbauverwaltungen (19), Forschungseinrichtungen (4)
• Methoden der
Sicherheitsbewertung
• Verwendung von
APMs/CMFs
• Datenverfügbarkeit
(Straßendaten, Unfalldaten)
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2. Fragebogen
Entscheidungsprozesse über Sicherheitsmaßnahmen
• Kosten-Nutzen-Analyse mit 81 % am häufigsten genutzt
(Kapitalwertanalysen 38 %, Kosten-Wirksamkeits-Analysen 32 %,
andere Methoden 32 %)
• Sicherheitswirkung
von Maßnahmen
wichtiger als
z.B. Kosten und
Lebensdauer
• Nutzung von APMs/CMFs stark eingeschränkt (70 % selten bzw. nie)
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2. Fragebogen
Entscheidungsprozesse
• Auswahlkriterien für
vorhandene CMFs
(Datenspanne,
Untersuchungsgebiet,
statistische Methode,
Stichprobenumfang)
• Bewertung von Notwendigkeit, Verfügbarkeit, Übertragbarkeit verschiedener
CMFs auf Autobahnen und zweistreifigen Landstraßen
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2. Fragebogen
Verfügbarkeit Straßendaten
• Daten verfügbar, aber geringe Verwendung in Sicherheitsbewertungen
• häufig Analyse von Unfallhäufungsstellen
• ähnliche Tendenzen für betriebliche und verkehrliche Daten
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2. Fragebogen
Verfügbarkeit Unfalldaten
• differenzierte Unfalldaten oftmals vorhanden, aber nicht genutzt für
Sicherheitsbewertung
• Unfallschwere vergleichsweise häufig verwendet
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3. CMF / APM Review und Repository
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3. CMF Review
Grundlegende Methoden
CMF Development
Before-After Studies
Cross-Sectional Studies
• Before-After without
comparison group
(Naïve Before-After
Comparison)
• Simple cross-sectional
comparison
• Multivariate crosssectional regression
model
• Before-After with
comparison group
• Empirical Bayes BeforeAfter
• Full Bayes Before-After
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3. CMF Review
Multivariate Unfallmodelle
• Problemfälle
 Modellgüte (abhängig von zahlreichen Einflussgrößen)
 Auswahl des generellen Ansatzes (zahlreiche Innovationen verfügbar)
[Mannering/Bhat 2014]*:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Poisson regression model
Negative binomial/Poisson–gamma
models
Duration models
Bivariate/multivariate models
Zero-inflated Poisson and negative
binomial models
Random effects models, spatial and
temporal correlation models
Generalized estimating equation models
Neural network, Bayesian Neural network,
and vector machine models
Hierarchical/multilevel models
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Negative multinomial model
Poisson-lognormal and Poisson–
Weibull models
Gamma model
Conway–Maxwell–Poisson model
Censored regression models
Generalized additive models
Random parameters count models
Finite-mixture/latent-class and Markov
switching models
Negative binomial-Lindley model
Count model recast as a generalized
ordered- response system
*Mannering F.L., Bhat C.R. (2014). Analytic methods in accident research: Methodological frontier and future directions. Analytic
Methods in Accident Research, Volume 1, January 2014, Pages 1-22
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3. CMF Review
Ansatz PRACT
• 2 Straßenkategorien:
 Autobahnen
 zweistreifige Landstraßen
• Definition von 6 CMF Kategorien nach Straßenelementen:
CMF categories
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1
Freeway segments
2
Speed change lanes
3
Ramp segments
4
Crossroad ramp terminals
5
Rural road segments (2-way 2-lane)
6
Rural road intersections
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3. CMF Review
Ansatz PRACT
• Definition von 92 CMF Typen
 alle CMFs aus Highway Safety Manual
 zusätzlich alle CMFs mit hoher Bewertung (> 50%) deren Notwendigkeit
(Ergebnisse Fragebogen)
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3. CMF Review
Ansatz PRACT
• zweistufiger CMF Review basierend auf Literaturanalyse
1. Screening (welche Studien enthalten welche CMFs)
2. kritischer CMF Review für alle 92 CMF Typen
 Basisinformationen (CMFactor oder CMFunction, CMF Kategorie, CMF Typ …)
 Informationen CMF Entwicklung (Anzahl Untersuchungselemente, Standardfehler,
statistische Methode, Anzahl Unfälle, Zeitraum…)
 Informationen zur Studie (Autor, Veröffentlichungsdatum)
 Straßennetzinformationen (Untersuchungsgebiet, Länge, Verkehrsstärkebereich…)
 Unfallinformationen (Unfallschwere, Unfalltypen, Umfeldbedingungen…)
 Informationen zur Sicherheitsmaßnahme
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3. CMF Review
Zusammenfassung
• 1.557 CMFs aufgenommen
• 26 von 92 CMF Typen nicht abgedeckt
• Mehrheit von CMFs basierend auf US-Daten
• überwiegende Methoden:
1. Multivariate cross-sectional regression models
2. Empirical Bayes before-after studies
• Überblick aller Studien in Anhang von D4
• Übernahme in CMF Repository unter
bestimmten Mindestvoraussetzungen
(Methode, Anzahl Untersuchungsgegenstände)
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3. AMP Review
Zusammenfassung
http://www.pract-repository.eu/
• gleiche Herangehensweise
wie CMF Review
(2 Straßenkategorien,
6 APM Kategorien)
• 273 APM & SPF
aufgenommen
• Übernahme in
APM Repository
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4. CMF Entwicklung und Übertragbarkeit
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4. CMF Entwicklung
Ansatz PRACT
• CMFs mit hoher Notwendigkeit entsprechend Fragebogen
• CMF Entwicklung durch Datenverfügbarkeit beeinflusst
Methodology
Country/ Road Type
CMF
Work zones
Empirical Bayes
Before-After
Italy /
rural motorways
Average speed enforcement (section control)
High friction wearing course
Traffic composition
England /
two-way two-lane rural roads
Horizontal curvature
Vertical gradient
Negative Binomial
Model
Traffic composition
Germany /
two-way two-lane rural roads
Lane width
Horizontal curvature
Vertical gradient
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4. CMF Entwicklung
CMF Entwicklung Deutschland
• APM basierend auf SIB-Daten Brandenburg
• 2.583 km Landstraße, 3.528 Unfälle mit Personenschaden (2010 - 2014)
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4. CMF Entwicklung
Ergebnisse
Countermeasure/ feature
Country
Value/ function
Injury Type Crash Type
Presence of a work zone
Italy
0.84-3.11 depending on the work zone layout
(1.33 on average)
F+I
ALL
Speed enforcement (section control)
Italy
0.52-1.55 depending on injury and crash type
No significant effect on some injury and crash
types
Various
Various
High friction wearing course
Italy
0.27
F+I
ROR, wet
pavement
Horizontal curvature (HC)
England
no significant effect
F+I
ALL
Vertical gradient (V)
England
CMF = e 0.09*ΔV
F+I
ALL
% HGV (HGV)
England
CMF = e -7.58*ΔHGV
F+I
ALL
% two wheel traffic
England
no significant effect
F+I
ALL
Road width
Germany
CMF = e -0.17*ΔRW
F+I
ALL
Horizontal curvature (HC)
Germany
CMF = e 0.003*ΔHC
F+I
ALL
Vertical gradient (V)
Germany
no significant effect
F+I
ALL
% HGV (HGV)
Germany
no significant effect
F+I
ALL
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4. CMF Übertragbarkeit
Ziel
• Bewertung der CMF Übertragbarkeit für verschiedene Szenarien
• Ansatz zur Übertragung von CMFs auf andere Gebiete
Situation: Umsetzung einer Sicherheitsmaßnahme – keine lokalen CMFs
vorhanden, aber CMFs in Literatur – unterschiedliche Datenlagen
1. keine lokales CMFs entwickelbar, Prüfung Datenspanne vor Anwendung
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4. CMF Übertragbarkeit
2. keine lokales CMFs entwickelbar, bestimmte Daten liegen vor
• in betrachteten Gebiet gibt es Erfahrungen über Sicherheitswirkungen an
einzelnen Straßen (Unfallraten im Vorher-Nachher-Vergleich)
• CMF auf diese Straßen anwenden
• Vergleich tatsächlicher Unfallzahlen mit berechneten Unfallzahlen
Calculate the difference 𝑑𝑖 = 𝑋𝑖 ′- θ𝑋𝑖
𝑑ത
Calculate the t-statistic as 𝑇 = 𝑠𝑑
ൗ 𝑛
• wenn T signifikant, dann CMF nicht anwendbar auf Untersuchungsgebiet
• Methode gilt nicht für Cross-Sectional Models  Fall 1 Datenspanne prüfen
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4. CMF Übertragbarkeit
3. keine lokales CMFs entwickelbar
• zahlreiche CMFs in Literatur
• CMFs kombinieren
1ൗ
𝑠𝑖 2 ෣
= ෍ 𝑛 2 𝐶𝑀𝐹𝑖
σ1 𝑠𝑖
𝑛
𝐶𝑀𝐹𝑐𝑜𝑚𝑏
𝑖=1
Where 𝐶𝑀𝐹𝑖 is the ith CMF estimate and 𝑠𝑖
the standard error of the 𝑠𝑖 estimate.
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4. CMF Übertragbarkeit
APM/CMF Kalibrierung
• Ausreichende Datenlagen im Untersuchungsgebiet, APM/CMF aus Literatur
• Anpassung an betrachtetes Untersuchungsgebiet
 Kalibrierung vorhandener APMs/CMFs auf eigenes Untersuchungsgebiet
• Betrachtung der entwickelten CMFs in PRACT
• Erstellung umfangreicher Straßendatenbanken (4 PRACT Partner) zur Prüfung
• Berechnung von Kalibrierungsfaktoren
Quelle: Highway Safety Manual
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4. CMF Übertragbarkeit
APM/CMF Kalibrierung
1. zu kalibrierendes Unfallmodell auswählen (z.B. Literatur)
(Kalibrierungszeitraum max. 3 a)
2. Untersuchungsgebiet auswählen
(Datenspanne beachten, min. 30 - 50 Untersuchungsgegenstände,
topographische Randbedingungen beachten  mehrere Faktoren)
3. Kalibrierungsdatensatz erstellen
(erforderliche Straßeninformationen wie vorgegebenes Modell,
min. 100 Unfälle im Kalibrierungskollektiv)
4. Unfallmodelle auf einzelne Untersuchungsgegenstände anwenden
5. Berechnung Kalibrierungsfaktor für Unfallmodell
Quelle: Highway Safety Manual
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4. Prüfung CMF Übertragbarkeit
Umfassende Datenaufbereitung
• Autobahnen und Landstraßen
• HSM Abschnittsbildung verwendet
 jeder Partner hat gleiche Datengrundlage
• Prüfung der Übertragbarkeit der in PRACT entwickelten CMFs auf
diese Datengrundlage
 laufende Aufgabe
• Aufnahme der Empfehlungen in PRACT Handbuch
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5. Dissemination
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5. Dissemination
Projekthomepage
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http://www.practproject.eu/
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5. Dissemination
Konferenzbeteiligung
• Transport Research Arena
• Road Safety on 5 Continents
• European Road Infrastructure Congress
• Transportation Research Board (vorgesehen)
Abschließende Projektworkshops
• voraussichtlich 1. Juni in Manchester
• kleinere nationale Events jedes Projektpartners
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6. Zusammenfassung / Output
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6. Zusammenfassung Output
1. PRACT Repository
• Online Datenbank vorhandener APMs und CMFs
2. PRACT Guideline
• Modellbeschreibungen, Methoden der CMF Entwicklung
• Prozedur zur Übertragbarkeit vorhandener APMs und CMFs
• Beispielsammlung
3. PRACT Tool
• Kalibrierung von Modellen
• Berechnung von zu erwartenden Unfallbelastungen
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Kontakt
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
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Technische Universität Berlin
Fachgebiet Straßenplanung und Straßenbetrieb
Gustav-Meyer-Allee 25, TIB 3/3-3
13355 Berlin
Tel.: +49 30 314 - 72 560
E-Mail: [email protected]
Webseite: http://www.strassenplanung.tu-berlin.de/
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