On the Treatment of Flow in Traffic Safety Analysis, - a non-parametric approach applied on vulnerable road users

Abstract

The treatment of flow in the area of traffic safety has a long tradition. The influence flow has on the number of accidents is, however, often considered so obvious that it tends to be trivial. In this thesis I can show that the relation between flow and accidents holds interesting information.



In order to compare countermeasures, or conduct other types of traffic safety comparisons where the flow varies, it is vital to know the full shape of the relation between accidents and flow. Such relations are called Safety Performance Functions (SPF). If we focus on the situation for individual road users the equivalent Risk Performance Functions (RPF) may be used to increase the compa-rability. The traditional comparison of accident rates is equal to assuming the SPF is a straight line, and thus the RPF is a constant.



The main aim of this thesis is to develop a ”transparent” system for estimating SPFs and RPFs. One step towards a transparent and, thus, interpretable treatment of accident and flow data is the development of a system for aggregating approaches in order to create aggregates with equal, or at least manageable, precision. The aggregation is based on relevant flow and is made in such a way that all aggregates represent the same number of the relevant road users.



In order to generate a non-parametric function, without built-in presumptions of the overall relationship between flow and acci-dents, moving averages line is used. A series of computer programs is developed in order to describe the accuracy of the resulting functions. Two computer intensive methods: simulation and bootstrap, are used. With both these methods, ”exact” confidence intervals are produced. Confidence intervals are computed by a process of interpolation. The stability of and the power of the computation of confidence intervals is tested with the use of synthetic data sets produced by a random process.



The method developed was applied to a data set consisting of accident records, conflict observations and traffic flow counts for different road user categories from 95 non-signalized intersections in the cities of Malmö and Lund. The result on bicycle and pedestrian safety is illustrated by graphs: SPFs and RPFs . The empirical application has confirmed that:



· the method of aggregating and averaging gives a function with good visual interpretability



· the bootstrap method gives an accurate and useful description of the stability of the estimated non-parametric function



· the relationship between conflicts and flow is complex but knowledge about such relations could improve traffic safety evalua-tions that include comparisons between groups of locations with different flow



· analyses of the non-parametric functions may be the base for suggesting active flow manipulation as a traffic safety measure



· information about the effect of flow on safety may be used to generate hypotheses about the processes underlying traffic safety problems

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

”Behandlingen av trafikflöde vid trafiksäkerhetsanalyser



- ett icke-parametriskt angreppssätt applicerat på oskyddade trafikanter”



Det finns en lång tradition av att beakta trafikflöden inom trafiksäkerhetsområdet. Inverkan av flödet har dock ofta betraktats som så självklart att det använts utan eftertanke. I denna avhandling kan jag däremot visa att relationen mellan flöde och olyckor innehåller mycket värdefull information. Kunskap om dessa samband har betydelse för många syften.



Trafikräkningar eller andra uttryck för exponeringen används ofta för att konstruera olyckskvoter. Olyckskvoter används ofta synonymt med begreppet ”risk”. Det ligger dock en stor ”risk” i att använda olyckskvoter på detta sätt. Begreppet risk används i dagligt språkbruk som begrepp för något farligt. Därmed innefattas både sannolikheten att en oönskad händelse skall inträffa och vilka konsekvenser denna händelse skulle innebära. Begreppet olyckskvot används därför ofta för att undvika denna samman-blandning. Erfarenheten visar dock att även olyckskvoter måste hanteras med stor försiktighet för att inte misstolkas.



Utifrån hur olyckskvoter använts har en gruppering av olyckskvoter gjorts. Indelningen baserar sig främst på hur resultaten har tolkats. De tre angrepssätten är:



· sannolikhetsansatsen



· effektivitetsansatsen



· standardiseringsansatsen



Den första som är den mest använda brukar användas för att beskriva trafiksäkerhet i allmänhet medan den andra utgår från ett ekonomiskt synsätt. Den tredje representerar olika försök att försöka ”neutralisera flödets inverkan”.



För att göra jämförelser av trafiksäkerhetsåtgärder, eller över huvud taget göra jämförel-ser mellan platser eller tider där flödet varierar, är det väsentligt att i detalj känna till relationen mellan olyckor och flöde. Funktioner som beskriver dessa samband kallas Säkerhets Prestanda Funktioner (SPF). Om vi tar utgångspunkt i en enskild trafikant kallas på motsvarande sätt funktioner som beskriver den enskildes olycksrisk för Risk Prestanda Funktioner (RPF). Den traditionella användningen av olyckskvoter innebär att man antar att SPF kan beskrivas av en rät linje och att på motsvarande sätt, RPF är en konstant.



Huvudsyftet med denna avhandling har varit att utveckla ett ”transparent” system för att ta fram SPF och RPF. Ett steg i riktning mot ett transparent och därmed tolkningsbar behandling av olyckor och flöde har varit att utveckla ett system för aggregering av korsningar eller tillfarter på ett sätt som ger samma eller i varje fall hanterbar precision i de olika aggregaten. Aggregeringen grundar sig på antalet ”relevanta” trafikanter och medför att varje aggregat representerar lika många trafikanter.



För att skapa icke-parametriska funktioner, utan inbyggda antaganden om övergripande samband mellan flöde och olyckor, användes linjer av flytande trepunktsmedelvärden. Datorprogram har utvecklats för att beskriva noggrannheten i de resulterande funktio-nerna. Två varianter av datorintensiv statistik: simulering och bootstrap har använts för att beskriva noggrannheten i funktionsskattningarna. Med dessa båda metoder har ”exakta” konfidensintervall beräknats. Validiteten i dessa konfidensintervall har vidare testats genom att applicera den utvecklade metoden på syntetiska data där väntevärde och varians är känd. De syntetiska data seten är tillverkade med hjälp av en slump process.



Metoden är också tillämpad på ett verkligt datamaterial, bestående av olycksdata, konfliktstudier samt trafikräkningar från 95 korsningar i Malmö och Lund. Resultaten när det gäller cyklisters och fotgängares trafiksäkerhetssituation illustreras med hjälp av grafisk representation av SPF- och RPF grafer. De empiriska delen av studien konfirme-rar att:



· aggregeringsmetoden och utjämningsmetoden ger god visuell tolkningsbarhet



· bootstrap metoden ger en god beskrivning av stabiliteten i den icke-parametriska funktionssambanden



· sambandet mellan konflikter och trafikflöde är komplext



· utökad kunskap om dessa samband kan utveckla trafiksäkerhetsanalyser i alla de situationer där jämförelser görs mellan t.ex. platser med olika trafikflöde.



· analyser av de icke-parametriska flödessambanden kan utgöra grunden för aktiv manipulation av trafikflöden



· kunskap om sambandet mellan säkerhet och flöde kan användas för att generera hypoteser om de underliggande processerna bakom trafiksäkerhetsproblem

• author: Ekman, Lars
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Gårder, Per, Department of Civil Engineering, University of Maine, USA
• organization: Transport and Roads
• publishing date: 1996
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Infrastructure Engineering
• keywords: Social sciences, Samhällsvetenskaper, Teknik, Technological sciences, safety performance function, accuracy, simulation, bootstrap, bicyclist, pedestrian, risk, Traffic Safety, accident rate
• in: Bulletin / University of Lund, Lund Institute of Technology, Department of Traffic Planning and Engineering
• volume: 136
• pages: 99 pages
• defense location: Thursday, 30 May, 1996, 10:15 in room V:A V-Building, LTH
• defense date: 1996-05-30 10:15:00
• external identifiers: other:LUTVDG/(TVTT-1013)/1-120/1996
• ISSN: 0346-6256
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 92b9f039-a145-43af-a64a-a4a5a1d62827 (old id 17722)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:51:32
• date last changed: 2019-05-21 10:52:08