Modelo de predicción de ocurrencia de accidentes en tramos de carretera mediante la medición continúa de variables de influencia

Abstract

El fenómeno accidente de tráfico constituye un hecho de notable significación, especialmente debido a las consecuencias negativas que provoca para personas, vehículos e instalaciones. En las últimas décadas, a pesar de la mejora de las condiciones de seguridad de las carreteras, se ha producido un aumento notable del número de accidentes, debido en gran parte al incremento del parque automovilístico y de la movilidad de la población. Ante esta evidencia, sigue vigente la necesidad de un incremento de la seguridad en dichas carreteras. La aproximación a este problema puede ser analizada desde una doble perspectiva: -Reducción del número de accidentes. -Reducción de la gravedad de los mismos. Dentro de este esquema conceptual la presente Tesis Doctoral se encuadra en el primero de los bloques, abordando el problema de la prevención del accidente, dado que ésta constituye la manera más efectiva para la mejora de la seguridad del tráfico. El proceso de prevención requiere la identificación de las causas del accidente, lo cual resulta de gran complejidad debido a que en él confluyen tres elementos -el hombre, el vehículo y el medio-, que interaccionan entre si. El fenómeno del accidente tiene lugar cuando se producen determinadas asociaciones de actos inseguros por parte de los conductores y condiciones inseguras en los factores asociados al vehículo y al medio. La influencia del conductor como parte fundamental de la función de control del sistema hace prácticamente imposible la definición de un número finito de tales asociaciones para explicar la mayoría de los accidentes. Por el contrario, se constata que condiciones objetivamente análogas pueden ocasionar accidentes en unas ocasiones y no en otras. No obstante lo anterior, cabe formular modelos que permitan ciertas aproximaciones al conocimiento de la influencia de algunas variables del sistema hombre-vehículo-medio, tomando en consideración los accidentes ya ocurridos y aplicando métodos estadísticos capaces de valorar dicha influencia con determinados niveles de significación. En el caso de las infraestructuras, es cierto que en un mismo tramo, curva, intersección, etc., unos conductores sufren accidentes y otros no. La mayoría circula con seguridad, pero no es menos cierto que en determinados tramos, curvas, intersecciones u otros lugares la acumulación de accidentes es mayor que en el resto. La identificación y evaluación de los factores que diferencian estos lugares de la vía de aquellos que presentan menor accidentalidad es de gran interés para la mejora técnica de la misma, aunque no se resuelva el problema de forma global. Ante esto, se propone como objetivo de esta Tesis la generación de modelos de predicción de la ocurrencia de accidentes en tramos de carretera basados en variables explicativas objetivas definidas a partir de los factores permanentes del medio. Dichos factores serán evaluados mediante un sistema de medida en continuo, soportado en un vehículo turismo de serie,desarrollado durante la presente investigación. Frente a esto, existe un conjunto de factores transitorios del medio que influyen sobre la ocurrencia de accidentes (condiciones climatológicas, obras en la calzada,...) no considerados en la presente Tesis Doctoral, y que provocarán errores en la predicción de la ocurrencia de accidentes a partir de los modelos estimados. La fase inicial del proceso de generación requiere el planteamiento del problema. Esto precisa de la definición del mismo en términos precisos, indicando: -El ámbito de aplicación del estudio. -Las variables que deben ser observadas y cómo medirlas. La etapa de determinación del ámbito de aplicación, esto es, la población que se pretende analizar, es fundamental ya que las conclusiones obtenidas sólo se aplicarán a los miembros de la misma. De este modo, la población considerada en el presente trabajo quedará definida como sigue: Tramos en curva de autovías españolas, donde serán identificados los principales factores de riesgo potencial asociados a las condiciones permanentes del medio presentes en los mismos, los cuales condicionan el comportamiento de los conductores influyendo sobre la ocurrencia de accidentes de tráfico. Seguidamente, debe ser definida la propiedad observada en dicha población y cuya variabilidad habrá de ser explicada por el modelo, la cual constituye la variable respuesta. Durante este trabajo, serán analizadas dos variables respuesta de distinta naturaleza: -Variable respuesta discreta: frecuencia de accidentes en tramos de curva en autovía. -Variable respuesta binaria: tramo de curva de concentración de accidentes. La etapa final de la fase de planteamiento del problema consiste en la determinación de las variables explicativas objetivas integrantes de la parte sistemática o previsible del modelo. Dichas variables son definidas a partir de los principales factores permanentes del medio de influencia en la ocurrencia de accidentes en la población en estudio. Así, los factores considerados son presentados seguidamente: -Parámetros geométricos de la calzada: < Trazado en planta: - Longitud de recta y curva. - Radio. - Peralte. - Transiciones de radio y peralte. < Trazado en alzado: - Longitud de la rasante. - Inclinación de la rasante: rampa y pendiente. - Acuerdos de las rasantes. < Trazado combinado en planta y alzado. < Sección transversal: - Número y anchura de carriles. - Anchura de arcén. - Vías adicionales: vías lentas, carril para bicicletas y ciclomotores. -Parámetros de los ramales: < Configuración del carril de acceso/salida. < Punto de intersección con vía principal. -Señalización. -Visibilidad geométrica de elementos de la vía: < Tramo de curva. < Ramales. < Señalización. < Distancia máxima de visibilidad. -Intensidad del tráfico. A partir de estos factores son definidas las variables explicativas consideradas durante el proceso de estimación del modelo de predicción de la ocurrencia de accidentes, las cuales dependen en gran medida del tipo de vía analizado. El presente trabajo de investigación aborda la aplicación del proceso de modelización a tramos de curva de autovía. Las variables identificadas inicialmente se listan seguidamente: -Variables asociadas a la geometría. < Velocidad máxima en curva. < Velocidad de aproximación. < Factor de influencia de la velocidad en la curva. < Factor de influencia de las curvas precedentes. < Factor de influencia de la visibilidad del punto de inicio de la curva. < Factor de influencia de la visibilidad del trazado de la curva. < Factor de influencia de la señalización de la curva. < Longitud de curva. -Variables asociadas a los ramales. < Factor de influencia de configuración del ramal. < Factor de influencia de la velocidad en el ramal. < Factor de influencia de la visibilidad del ramal. < Factor de influencia de ramales adyacentes. -Variables asociadas a la intensidad del tráfico. < Intensidad Media Diaria. Posteriormente y durante el proceso de ajuste del modelo, serán generadas nuevas variables como resultado de la combinación de las anteriores. La bondad del análisis de significación de dichas variables se fundamenta en la precisión en la medida de los factores permanentes del medio. Esta medición constituye habitualmente una tarea laboriosa, no existiendo sistemas de medida específicos de aplicación a la investigación accidentológica para el registro en continuo de dichos factores. Ante esto, se lleva a cabo una segunda fase de desarrollo de un sistema para la medida en continuo de estos factores del medio, basado en un vehículo instrumentado. Para ello, es empleado como plataforma un vehículo turismo de serie. Dicho vehículo es equipado con los siguientes equipos de medida, definidos a partir de los factores del medio previamente identificados: - Equipo de medida de la velocidad sin contacto. Esta señal, de elevada precisión, permite el posicionamiento del vehículo en la trayectoria recorrida. - Volante instrumentado, para la adquisición del ángulo girado por el conductor. A partir de esta medida, es calculado el ángulo girado por las ruedas directrices del vehículo. -Servo-inclinómetro de dos ejes para la medida de los ángulos de inclinación longitudinal y transversal (ángulos de cabeceo y balanceo, respectivamente) girados por la carrocería del vehículo durante la marcha. -Ordenador embarcado para el registro de las señales adquiridas y el posterior procesamiento de las mismas. -Cámara de vídeo, para la grabación del trazado de la calzada desde, aproximadamente, el punto de vista del conductor. El análisis de estas imágenes posibilita la obtención de algunas variables las cuales no pueden ser medidas directamente mediante el resto de los sensores embarcados. Al mismo tiempo, permite el posicionamiento de los hitos kilométricos reales en la trayectoria adquirida, lo cual es requerido para la localización de los accidentes acaecidos en la misma. Posteriormente, dichas señales son procesadas mediante un programa informático generado durante el presente trabajo, el cual realiza las siguientes acciones: -Acondicionamiento y cambio de referencia de las señales, pasando del dominio del tiempo al dominio del espacio. -Implementación de dichas señales en un modelo de simulación de la dinámica vehicular de 10 grados de libertad, el cual incluye el modelo de Dugoff de comportamiento del neumático frente a esfuerzos longitudinales y transversales. A partir de éste, es generada la trayectoria en planta de la calzada. -Generación de la trayectoria en alzado de la misma. La etapa final de esta segunda fase consiste en la validación del sistema de medida en continuo desarrollado, mediante el contraste de los factores del medio adquiridos en ensayos dinámicos en pista de pruebas y en carretera. Seguidamente se aborda una tercera fase de modelización que comienza con la selección de la muestra sobre la cual es llevada a cabo la medición, mediante el sistema de medida desarrollado, de los factores del medio previamente identificados. Durante este trabajo, se ha analizado 116 tramos de curva de las autovías N-I, N-401, N- IV y N-V, con un total de 225 kilómetros. A partir de la información adquirida mediante los sensores embarcados sobre los factores del medio, son calculadas las variables explicativas consideradas durante el proceso de estimación del modelo de predicción de la ocurrencia de accidentes. El proceso de modelización continúa con la selección del modelo de predicción más adecuado en función de la distribución de la variable respuesta considerada. El objeto del modelo de predicción pretendido en el presente trabajo consiste en el análisis de las diferencias de la frecuencia media de accidentes entre los tramos considerados, con valores de los factores del medio variables entre ellos. Las variaciones en dicha frecuencia media siguen una distribución Gamma, la cual será aproximada por simplicidad a una distribución de Poisson. Teniendo en cuenta dicha distribución, la aproximación estadística al problema de la modelización de la accidentalidad es abordada desde una doble perspectiva: a) Predicción de la frecuencia de accidentes acumulados en un tramo de curva de autovía. En este caso, la distribución de la frecuencia de accidentes entre tramos es aproximada mediante una distribución de Poisson, siendo la función logarítmica la función de unión empleada. b) Predicción de la probabilidad de ocurrencia de accidentes en un tramo de curva de autovía. En esta segunda aproximación, dicha predicción de la probabilidad requiere la definición de la variable respuesta binaria “tramo de curva de concentración de accidentes”, la cual es estimada conforme a un modelo de regresión logística. De este modo, y tomando en consideración las variables explicativas definidas al comienzo de esta Tesis así como el número de accidentes acumulados durante los años de 1994, 1995 y 1996, son estimados los parámetros del modelo, junto a un análisis de significación de las variables incorporadas al mismo. Durante este proceso, y aplicando un procedimiento de eliminación progresiva, son excluidas de la parte sistemática de dicho modelo aquellas variables que no resulten significativas. Una vez que el modelo más apropiado ha sido ajustado a los accidentes contabilizados, se lleva a cabo un análisis para la evaluación de la bondad de dicho ajuste mediante el parámetro -2.L(h) (parámetro proporcional a la tasa de discriminación). Así, el modelo estimado será óptimo cuando minimice dicho parámetro de evaluación. Posteriormente y como etapa final del proceso de ajuste del modelo, se aborda la diagnosis del mismo. Para ello, se aplican las siguientes técnicas estadísticas sobre los coeficientes estimados en dicho proceso: -Análisis de multicolinealidad: evaluación de la dependencia entre las variables explicativas. -Análisis de sensibilidad: estudio de la variabilidad inducida en el resto de los coeficientes estimados de las variables explicativas, cuando alguna de ellas es excluida del modelo. La fase final del presente trabajo de investigación consiste en la extracción de conclusiones a partir de los modelos generados. De este modo, serán abordados los siguientes aspectos: -Evaluación de los resultados de significación de las variables explicativas consideradas (basadas en factores permanentes del medio) sobre el fenómeno de ocurrencia de accidentes de tráfico, en relación al tipo de vía estudiado. -Aplicación de los modelos obtenidos a la predicción de la ocurrencia de accidentes en itinerarios no considerados durante su estimación. Dichos itinerarios deben pertenecer a vías con igual configuración (de igual tipo) que las analizadas durante el proceso de modelización. Como síntesis general de la presente Tesis Doctoral, es mostrada la metodología de elaboración de modelos de predicción de la ocurrencia de accidentes en tramos de carretera seguida en este trabajo, basada en la medición en continuo de las variables permanentes del medio de influencia. Dicha metodología, cuya estructura se muestra en la siguiente figura (Figura 0.1.), constituye una herramienta de investigación accidentológica de gran utilidad, que permitirá el estudio en profundidad de estos factores del medio para la propuesta de posibles acciones correctoras tendentes a la mejora de las condiciones de seguridad del tráfico