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An integrated GIS-based and spatiotemporal analysis of traffic accidents: a case study in Sherbrooke

By Homayoun Harirforoush

Abstract

Abstract: Road traffic accidents claim more than 1,500 lives each year in Canada and affect society adversely, so transport authorities must reduce their impact. This is a major concern in Quebec, where the traffic-accident risks increase year by year proportionally to provincial population growth. In reality, the occurrence of traffic crashes is rarely random in space-time; they tend to cluster in specific areas such as intersections, ramps, and work zones. Moreover, weather stands out as an environmental risk factor that affects the crash rate. Therefore, traffic-safety engineers need to accurately identify the location and time of traffic accidents. The occurrence of such accidents actually is determined by some important factors, including traffic volume, weather conditions, and geometric design. This study aimed at identifying hotspot locations based on a historical crash data set and spatiotemporal patterns of traffic accidents with a view to improving road safety. This thesis proposes two new methods for identifying hotspot locations on a road network. The first method could be used to identify and rank hotspot locations in cases in which the value of traffic volume is available, while the second method is useful in cases in which the value of traffic volume is not. These methods were examined with three years of traffic-accident data (2011–2013) in Sherbrooke. The first method proposes a two-step integrated approach for identifying traffic-accident hotspots on a road network. The first step included a spatial-analysis method called network kernel-density estimation. The second step involved a network-screening method using the critical crash rate, which is described in the Highway Safety Manual. Once the traffic-accident density had been estimated using the network kernel-density estimation method, the selected potential hotspot locations were then tested with the critical-crash-rate method. The second method offers an integrated approach to analyzing spatial and temporal (spatiotemporal) patterns of traffic accidents and organizes them according to their level of significance. The spatiotemporal seasonal patterns of traffic accidents were analyzed using the kernel-density estimation; it was then applied as the attribute for a significance test using the local Moran’s I index value. The results of the first method demonstrated that over 90% of hotspot locations in Sherbrooke were located at intersections and in a downtown area with significant conflicts between road users. It also showed that signalized intersections were more dangerous than unsignalized ones; over half (58%) of the hotspot locations were located at four-leg signalized intersections. The results of the second method show that crash patterns varied according to season and during certain time periods. Total seasonal patterns revealed denser trends and patterns during the summer, fall, and winter, then a steady trend and pattern during the spring. Our findings also illustrated that crash patterns that applied accident severity were denser than the results that only involved the observed crash counts. The results clearly show that the proposed methods could assist transport authorities in quickly identifying the most hazardous sites in a road network, prioritizing hotspot locations in a decreasing order more efficiently, and assessing the relationship between traffic accidents and seasons.Les accidents de la route sont responsables de plus de 1500 décès par année au Canada et ont des effets néfastes sur la société. Aux yeux des autorités en transport, il devient impératif d’en réduire les impacts. Il s’agit d’une préoccupation majeure au Québec depuis que les risques d’accidents augmentent chaque année au rythme de la population. En réalité, les accidents routiers se produisent rarement de façon aléatoire dans l’espace-temps. Ils surviennent généralement à des endroits spécifiques notamment aux intersections, dans les bretelles d’accès, sur les chantiers routiers, etc. De plus, les conditions climatiques associées aux saisons constituent l’un des facteurs environnementaux à risque affectant les taux d’accidents. Par conséquent, il devient impératif pour les ingénieurs en sécurité routière de localiser ces accidents de façon plus précise dans le temps (moment) et dans l’espace (endroit). Cependant, les accidents routiers sont influencés par d’importants facteurs comme le volume de circulation, les conditions climatiques, la géométrie de la route, etc. Le but de cette étude consiste donc à identifier les points chauds au moyen d’un historique des données d’accidents et de leurs répartitions spatiotemporelles en vue d’améliorer la sécurité routière. Cette thèse propose deux nouvelles méthodes permettant d’identifier les points chauds à l’intérieur d’un réseau routier. La première méthode peut être utilisée afin d’identifier et de prioriser les points chauds dans les cas où les données sur le volume de circulation sont disponibles alors que la deuxième méthode est utile dans les cas où ces informations sont absentes. Ces méthodes ont été conçues en utilisant des données d’accidents sur trois ans (2011-2013) survenus à Sherbrooke. La première méthode propose une approche intégrée en deux étapes afin d’identifier les points chauds au sein du réseau routier. La première étape s’appuie sur une méthode d’analyse spatiale connue sous le nom d’estimation par noyau. La deuxième étape repose sur une méthode de balayage du réseau routier en utilisant les taux critiques d’accidents, une démarche éprouvée et décrite dans le manuel de sécurité routière. Lorsque la densité des accidents routiers a été calculée au moyen de l’estimation par noyau, les points chauds potentiels sont ensuite testés à l’aide des taux critiques. La seconde méthode propose une approche intégrée destinée à analyser les distributions spatiales et temporelles des accidents et à les classer selon leur niveau de signification. La répartition des accidents selon les saisons a été analysée à l’aide de l’estimation par noyau, puis ces valeurs ont été assignées comme attributs dans le test de signification de Moran. Les résultats de la première méthode démontrent que plus de 90 % des points chauds à Sherbrooke sont concentrés aux intersections et au centre-ville où les conflits entre les usagers de la route sont élevés. Ils révèlent aussi que les intersections contrôlées sont plus à risque par comparaison aux intersections non contrôlées et que plus de la moitié des points chauds (58 %) sont situés aux intersections à quatre branches (en croix). Les résultats de la deuxième méthode montrent que les distributions d’accidents varient selon les saisons et à certains moments de l’année. Les répartitions saisonnières montrent des tendances à la densification durant l’été, l’automne et l’hiver alors que les distributions sont plus dispersées au cours du printemps. Nos observations indiquent aussi que les répartitions ayant considéré la sévérité des accidents sont plus denses que les résultats ayant recours au simple cumul des accidents. Les résultats démontrent clairement que les méthodes proposées peuvent: premièrement, aider les autorités en transport en identifiant rapidement les sites les plus à risque à l’intérieur du réseau routier; deuxièmement, prioriser les points chauds en ordre décroissant plus efficacement et de manière significative; troisièmement, estimer l’interrelation entre les accidents routiers et les saisons

Topics: Traffic accidents, Hotspot, Crash rate, Geographic information system (GIS), Spatial and temporal analysis, Kernel-density estimation (KDE), Local Moran’s I index value, Exposure data, Traffic volume, Seasons, Accidents routiers, Point chaud, Taux d’accidents, Système d’information géographique, Analyse spatiotemporelle, Estimation par noyau, Indice local de Moran, Exposition au risque, Volume de circulation, Saisons
Publisher: Université de Sherbrooke
OAI identifier: oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/10574
Provided by: Knowledge UdeS
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