پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

مدل‌سازی و پیش‌بینی تخلفات عدم رعایت فاصله زمانی ایمن در محورهای برون‌شهری با استفاده از داده‌های ساعتی ترددشماری (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی در سال ۱۴۰۴)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد‌، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 دانش آموخته کارشناس ارشد‌، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران
چکیده
هدف این پژوهش، ارائه چارچوبی داده‌محور برای مدل‌سازی و پیش‌بینی تخلفات عدم رعایت فاصله زمانی ایمن در محورهای برون‌شهری با استفاده از داده‌های ساعتی ترددشماری سامانه ۱۴۱ است. متغیر «تخلف فاصله غیرمجاز» بر اساس تعریف سامانه، عدم رعایت حداقل فاصله زمانی دو ثانیه‌ای با وسیله نقلیه جلویی را نشان می‌دهد و در این مطالعه به‌عنوان شاخص جانشین ایمنی برای پایش پیش‌دستانه ریسک به‌کار رفت. قلمرو مطالعه شامل ۱۳۶ محور یک‌جهته استان خراسان رضوی در سال ۱۴۰۴ است. داده‌های خام دوازده‌ماهه مجدداً خوانده و بر اساس چارچوب کنترل کیفیت شامل بررسی مدت کارکرد، حجم تردد غیرمثبت، سرعت نامعتبر، ناسازگاری شمارش کلاس‌ها، اختلاف تعداد برآوردشده و تکرار کلید محور-زمان پالایش شدند. از میان 1,166,102 رکورد ساعتی، 1,143,169 رکورد به‌عنوان داده آماده تحلیل حفظ شد. متغیر هدف، نرخ تخلف فاصله غیرمجاز به ازای هر ۱۰۰۰ وسیله نقلیه تعریف گردید. نتایج نشان داد نرخ شبکه‌ای این تخلف برابر با 203.90 تخلف به ازای هر ۱۰۰۰ وسیله نقلیه است. برای پیش‌بینی نرخ تخلف، داده‌ها در سطح محور-ماه-ساعت-روز هفته تجمیع و ماه‌های ۱ تا ۹ برای آموزش و ماه‌های ۱۰ تا ۱۲ برای آزمون استفاده شد. مدل جنگل تصادفی با R² برابر 0.944، MAE برابر 13.82 و RMSE برابر 21.24 عملکرد مناسبی در آزمون زمانی نشان داد. یافته‌ها حاکی از نقش برجسته حجم تردد ساعتی، سرعت متوسط، نرخ تخلف سبقت و تفاوت‌های محوری در توضیح نرخ تخلف فاصله است. نتایج پژوهش می‌تواند مبنایی برای طراحی سامانه هشدار زودهنگام، رتبه‌بندی محورهای پرریسک و برنامه‌ریزی مداخله‌های مدیریتی در ایمنی راه باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Modeling and Forecasting Unsafe Following-Distance Violations on Intercity Roads Using Hourly Traffic Count Data: Evidence from Razavi Khorasan Province

نویسندگان English

Hosein Mohammadi 1
Seyed Ali Ziaee 2
Sahar Alishahi 3
1 M.Sc., Grad., Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Iran.
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Iran.
3 M.Sc., Grad., Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Hakim Sabzevari University of Sabsevar, Iran.
چکیده English

The aim of this study is to provide a data-driven framework for modeling and predicting safe time headway violations on intercity axes using hourly traffic count data from the 141 system. The variable "illegal gap violation," as defined by the system, indicates non-compliance with the minimum two-second time headway from the preceding vehicle and was employed in this study as a safety surrogate measure for proactive risk monitoring. The study domain includes 136 one-directional axes in Razavi Khorasan Province during the year 2025 (1404 Persian calendar). Raw twelve-month data were reprocessed and refined according to a quality control framework encompassing operational duration checks, non-positive traffic volume, invalid speed, class count inconsistencies, estimated count discrepancies, and axis–time key duplication. Out of 1,166,102 hourly records, 1,143,169 records were retained as analysis-ready data. The target variable was defined as the illegal gap violation rate per 1,000 vehicles. Results indicated that the network-wide violation rate was 203.90 violations per 1,000 vehicles. For violation rate prediction, data were aggregated at the axis–month–hour–day-of-week level, with months 1 through 9 used for training and months 10 through 12 for testing. The Random Forest model demonstrated strong performance in temporal testing, achieving an R² of 0.944, an MAE of 13.82, and an RMSE of 21.24. Findings highlight the prominent roles of hourly traffic volume, average speed, overtaking violation rate, and inter-axis differences in explaining the gap violation rate. The results of this research can serve as a foundation for designing early warning systems, ranking high-risk axes, and planning managerial interventions in road safety.

کلیدواژه‌ها English

Traffic counting
Illegal gap violation
Two-second time headway
Safety surrogate measure
Machine learning
-AASHTO (2010). Highway Safety Manual. American Association of State Highway and Transportation Officials.
-Abdel-Aty, M., & Pande, A.  (2005). Identifying crash propensity using specific traffic speed conditions. Journal of Safety Research, (36)1, 97-108.
-Afandizadeh, S., et al., (2024).  Deep learning algorithms for traffic forecasting: A comprehensive review. Journal of Advanced Transportation.
-Breiman, L. (2001). Random forests. Machine Learning (45), 5-32.
-Chen, T., & Guestrin, C, XGBoost (2016).  A scalable tree boosting system. Proceedings of KDD.
-Federal Highway Administration (2026). Surrogate Safety Assessment Model (SSAM)  overview. Turner-Fairbank Highway Research Center.
-Gettman, D., & Head, L, Surrogate (2003).  safety measures from traffic simulation modelsFHWA-RD03-05.
-Gettman, D., Pu, L., Sayed, T., & Shelby, S, Surrogate (2008). Safety Assessment Model and Validation. FHWA-HRT08-051.
-Hayward, J. C. (1972).  Near-miss determination through use of a scale of danger. Highway Research Record   384. 24-34.
-Hydén, C. (1987). The development of a method for traffic safety evaluation: The Swedish traffic conflicts technique Lund University.
-International Transport Forum, (2024).Road Safety Annual Report.
-International Transport Forum, (2025). Road Safety Annual Report.
-Ke, G., Meng, Q., Finley, T., et al., LightGBM (2017).  A highly efficient gradient boosting decision tree. Advances in Neural Information Processing Systems.
-Li, J., et al., (2025). Traffic safety measures and assessment. Applied Sciences, (15), 19, 10532-10533.
-Liu, R., et al., (2025).  A review of traffic flow prediction methods in intelligent transportation systems. Applied Sciences, (15)7, 3866-3867.
-Lord, D., & Mannering, F, (2010).  The statistical analysis of crash-frequency data: A review and assessment of methodological alternatives. Transportation Research Part A 5(44), 261-305.
-Lundberg, S. M., & Lee, S. I,  A. (2017). Unified approach to interpreting model predictions. Advances in Neural Information Processing Systems.
-Minderhoud, M. M., & Bovy, P. H. L, (2001).  Extended time-to-collision measures for road traffic safety assessment Accident Analysis & Prevention 33, 89-97.
-Mostafa, A. M., et al., (2025). AI-based prediction of traffic crash severity for improving road safety. Scientific Reports.
-Nikolaou, D., et al,   (2023). Exploiting surrogate safety measures and road design characteristics for motorway safety analysis. Infrastructures (8)3, 40-41.
-Rifat, M. A. K., Kabir, A., & Huq, A. S. (2024).  An explainable machine learning approach to traffic accident fatality prediction. arXiv 2409, 11929.
-Roy, S., & Hasan, S.  (2024). Advance real-time detection of traffic incidents in highways using vehicle trajectory data­. arXiv 2408, 16773.
-Wang, J., et al., (2024).  Can historical accident data improve sustainable urban traffic accident prediction Sustainability (16)22,9642-9643.
-World Health Organization, (2023).Global status report on road safety.
-Yu, R., & Abdel-Aty, M.  (2014). Analyzing crash injury severity for a mountainous freeway incorporating real-time traffic and weather data. Safety Science  63, 50-56.