基于BP神经网络的水上交通事故预测研究

过 住 水 上 交 通 事 故 的 预 测 主 要 是 将 事 故 预 测 看 作 是 水 运 越 发 达 ，货 物 运 输 量 越 人 ，航 运 量 也 越 夫 ， 势 必 埘 水
随 时 间变 化 的 单 变 量 模 型 ，对 影 响 事 故 发 展 趋 势 的 多 种 因
素没有 加 以考虑 ，模犁 不 能揭示 预测 变 量的 内在规 律，
传 向输 出 层 。若 输 出 层 的 实 际输 出 与 期 望 的输 出 不 符 ， 则 程 度 ， 同时 也 可 判 定 网 络 是 否 出现 过 拟 合状 态 ， 因 为 网 络
转 入 误 差 的 反 向 传 播 阶 段 。误 差 反 传 是 将 输 出误 差 以 某 种 形 式 通 过 隐层 向输 入 层 逐 层 反 传 ， 并 将 误 差 分 摊 给 各 层 的 所 有 单 元 ，从 而 获 得 各 层 单 元 的误 差 信 号 ， 此 误 差 信 号 即
通 事 故 的 因素 也错 综 复 杂 。 日本 从 事 水 上 交 通 安 全 研 究 的 ３ ＢＰ 网络 建模 的过 程 。 作 为影 响 宏观 水 ＿交通 事故 的预测 指 标 。 Ｊ ：
３１Ｒ ． Ｐ神 经 网络 原 理
在 样 本 数 据 的 选 择 时 ，将 １９ ９ ５～ ２ ０ ０ ３年 ９年 的数据
３ ３模 型 的 实现 ．
ｇａ － ． ００ １ ｌ＝ ． １ 网络 的精 度 最 高 。 ｏ ｌＯ ０ ０ ０ 、 ｒ Ｏ Ｏ 时 网 络 随 机抽 取 了 ９ 的数 据 作 为 训 练 样 本 进 行 训 练 ， 年
为 了避 免 各 个 影 响 因子 之 间 的 数量 级 差 异 ，提 高 Ｂ Ｐ网 选 择 最 优 的 预 测 结 果 （ １ ， 网 络 训 练 循 环 ３次 后 即 图 ） 络 的 稳 定 性 和 收敛 性 ， 在 建 立 预 测 模 型 前 需 对 每 个 因子 进 达 到 了 设 定 的 训 练 误 差 ， 第 １ ２组 数 据 说 明 网络 的 拟 Ｏ１
０４～ ２ ０ ０６年 ３年 的数 据 作 为变 量 Ｂ 法 是 一 种 监 督 式 的 学 习 ， 算法 主要 思想 是 学 习过 作 为 网 络 的训 练 数 据 ，２ ０ Ｐ算 程 由信 息 的 正 向 传 播 与 误 差 的 反 向传 播 两 个 过 程 组 成 。正 数 据 ，２ ０ ０ ７～ ２ ０ 年 ３年 的 数据 作 为 预测 数 据 。其 中训 练 ０９ 向传 播 时 ，输 入 样本 从输 入 层 传 入 ，经 各 隐 层 逐层 处 理 后 ， 数 据 作 为 网络 的 训 练 样 本 ；变 量 数 据 用 来 判 定 网 络 的 拟 合
表 １１ ９ － ０ ９年我国水上 交通事故 数量及影 响因素指标统 计 ５ ２ ０ ９
８ ｌ学 术 园地 ２
ｌＡＣＡＩＥＭＩ ＡＩ ） Ｃ Ｆ ＲＬＡＮＤ
经 过 反 复 试 验， 当 隐 含 层 的 节 点 数 设 为 ２ （ ０ 即
持 了较 好 的 检 验 区 间 ，
及 本 文 选 取 的相 关 影 响 因 素 指 标 统 计 ，运 用 上 述 模 型 进 行 ５ ２ ， 网络 保 持 了较 好 的 检 验 区 间 ， 因此 该 模 型 作 为 宏 观 ．％ 水 上 交 通 事 故 的预 测 。 水 上 交 通 事 故 的 预测 模 型 是 可 行 的 。
此 该 模 作 为宏 水 ｊ灾通 事 故 ：
因 此 在 进 行 中 长 期 的 预 测 时 ，预 测 精 度 就 会 有 所 下 降 。
本 文 从 影 响 水 上 交 通 事 的 相 关 因 素 分 析 入 手 ，采 用 目前 和 吨 位 作 为 船 舶 条 件 的影 响指 标 。 交通 条｛： 港 ｌｌ 外 ｑｔ ｊ ８ ｌ』 使 用 最 为 广 泛 的 误 差 反 向 传 播 算 法 （ 称 Ｂ 法 ，ｂ ｃ 货 物 运 输 的 方 便 程 度 ，港 口泊 化 数 量越 多 、船 舶 等 倚 简 Ｐ算 ａｋ ｐ ｏ ａａ ｉｎ ， 立 基 于影 响 因 素 的 Ｂ 神 经 网络 预 测 模 型 ， ｒｐ ｇ ｔ ｏ ） 建 Ｐ
货 物 平 均 运 输 距 离 和 港 口数量 作 为 交 通 条 什 的 影 响 指 。
根 据 以上 的 分 析 ，本 文 选 择 将 货运 量 、 货物 剧 转 、 舟 帅 ｛ ｊ
吨 位 、 船 舶 数 量 、 货 物 平 均 运 输 距 离 、 汕他 个 数 ６ 指 坝 ２ 水上 交通 事 故影 响 因素 的分 析 。 水 上 交 通 系 统 是 一 种 复 杂 的非 线 性 系 统 ，影 响 水 Ｉ ： 交
８ ｆ学 术 园 地 ｆ ＣＡＤＥ￣Ｉ ＡＩ Ｌ Ｏ Ａ Ｊ Ｃ Ｆ Ｒ ＡＮ Ｉ Ｄ
基于
王东 朝忠 艾健 重庆交通大学肮海学院
摘 要 ：本文分 析了影 响宏观水 上交通事 故的 因素 ，论述 了基于 Ｂ Ｐ神经 网络的水 上交 通 事故预测模 型 的建模过程 。通过 实例分析 ，该模 型作为水上 交通事故 预测是可 行的 。 关键词 ：水上交通 事故 ＢＰ神 经 网络 预测
１ 引言 ．
专 家 学 者 认 为 ，水 Ｉ 通 事 故 的 奉致 条什 ｕ 交 川 ～ 为
随着 我 国经 济 的不 断发 展 以及 对 外 贸易 的不 断增 强 ，
然 条 件 、船 员 条 件 、航 运 条 件 、 船 冉 条 什 、 干 交 通 条 件 ５ ｎ ¨
水 路 运 输 业 也 变 得越 来 越 繁 忙 。截 至 ２ １ ，全 国港 口货 个 方面 。自然条 件 丰 要指 气 象 、／文 等条 件 ， 宏 观 预 测 １ ． ０ ０年 Ｋ ｌ Ｊ
层 均 采 用 ｔｎ ｉ ａ ｓ ｇ型 激 励 函 数 ， 网 络 训 练 函 数 采 用
选 取 训 练 与 测 试 结 果 误 差 最 小 所 对 应 的 隐 含 层 神 经 元 数 作 ｔ ａ ｎ ｄ ｒ ｉ ｇ ｍ与 ｔ ａ ｎ ｄ ｒ ｉｇ ｘ相 结 合 ， 参 数 采 用 ｅ ｏｈ ＝ Ｏ ０ 、 ｐ ｃ ｓ ｌ０ ０ 为最 后 确 定 的 隐含 层 节 点 数 。
过 拟 合 ，模 型 的泛 化 能 力 可 能 反 而 下 降 ；预 测 数 据 作 为 网
络 的检 验 样 本 。
因为 Ｂ Ｐ网 络 在 训 练 每 次 初 始 化 网 络 时 ， 网络 的 权
作 为 修 正 各 单 元 权 值 的依 据 。这 种 信 号 正 向传 播 与误 差 反 值 和 阀 值 都 是 随 机 的 ， 而 且 训 练 终 止 时 的 误 差 也 不 完 全 向 传 播 的各 层 权 值 调 整 过 程 ，是 周 而 复 始 地 进 行 的 。权 值 相 同 ， 所 以 每 次 训 练 后 的 结 果 也 不 尽 相 同 。 为 了 找 到 较
输 变 得 更 加 繁 忙 ， 船 舶 通 航 密 度 不 断增 大 ， 严 重 影 响 着 船 熟 练 程 度 、 心 里 素 质 、身 体 素 质 等 条件 ， 考 虑航 运 公 州 舶 的航 行 安 全 。 同 时 船 舶 的 日趋 大 型 化 、专 业 化 ， 更 进 步加 大 了船 舶 发 生 事 故 的危 险 。因 此 水 上 交 通 事 故 的 预 测
经 过 反复试 验，当 隐含层 的节 点数 设 为 ２ （ ０ 即
故 输 入 结 点 为 ６个 ，预 测对 象 为 历 年 水 上 交 通 事 故数 ， 因 ６ ０ ×２ ×１结 构 的 神 经 网 络 模 型 ） ， 隐 含 层 、 输 出
此 输 出层 为 １ 节 点 。 隐含 层 节 点 数 的 确 定 采 用 试 算 法 ， 个
物 吞 吐 量 达 ８ ． 亿 吨 ，较 ２ ０ 年 增 长 １ ．％ ０２ ０８ ４ ６ ，是 新 中 国建
以认 为 每 年 的气 象 条件 基 本 市 、 此 该影 响 索 ／ Ｈ ， １
立之 初 的 ８０多倍 。 随着 水 上 运 输 业 的发 展 ，水 上 交 通 运 考 虑 。 船 员 条 件 要 指 船 舶 驾 驶 人 员的 受 教 育程 度 、 、 ０ 务
水 上交 通 事 故 进行 预 测 。
３． 型 的 建立 ２模
络 自动 重 新 进 入 下 一 次 的 训 练 ， 直 到 满 足 训 练 误 差 时 训
练 停 止 。本 文 设 定 检 验 样 样 本 的 训 练 相 对 误 差 为 每 一 年
建立 Ｂ 神 经 网络 水 上 交通 事 故 预 测 模 型 ，首 先 要 确 定 预 测 结 果 与 真 实 值 的 相 对 误 差 小 于 ３ Ｐ ０或 检 验 样 本 总 的 的 输 人 层 、 隐 含 层 和 输 出 层 的节 点数 。根 据 前 文 影 响 因 素 的 训 练 标 准 差 小 于 ９ Ｏ为 网络 训 练 的停 止 条 件 ， 循 环 训 练 次 分 析 确 定 将 货 运 量 、 货 物 周 转 量 、 船 舶 吨 位 、船 舶 数 量 、 货 物 平 均 运 输 距 离 、 泊 位 个 数 ６项 指 标 作 为 网络 的输 入 ， 数 设 定 为 ２ ０次 。 ０
行 数 据 归 一 化 处 理 。 根 据 《 国交 通 年 鉴 》 及 《 国统 计 中 中 年 鉴 》中 １９ —０ ９年我 国水 上 交 通 事 故统 计 数 据 （ 表 １ ９５２０ 见 ）
合 程 度 较 高 ， 最 后 ３组 检 验 样 本 的 网 络 最 小 输 出 标 准 差
为 ６ ． 起 ／年 （ ２ ， 相 对 误 差 分 别 为 ６ ０ ，６ ７ 、 ３８ 图 ） ． ％ ． ％
就 变 得 尤 为重 要 。
招 聘 船 员 时 ，要 求 船 员 必 须 具 备遁 仟 条 件 （ 家 定 的 村 国 ｉ 关业 务技 能 证 书 、 体等 各 方 而素 质 ） 此 宏 眦 预测 时 ， 身 ， 船 员 冈素 也 不 予考 虑 。 运 条 什 ＝要 指 水 运业 的发 达 』 航 边，
的 时 间越 短；航 道 数 量越 多 、 程 越 长 ， 舯肮 仃密 度 越 小 。 里 船
பைடு நூலகம்
由于 该模 型 的 自组 织 、 自适 应 、 并 行 处 理 等 特 性 以及 很 强 而 航 道 里 程 本 文 采 ＿ 货 物 的平 均运 输 距 离 米 农 永 ， 此 将 ｝ 丰 Ｊ
的 非 线 性 映 射 能 力 ， 使 得 其 在 水 上 交 通 事 故 预测 中 具 有 传 统 单 项模 型尢 法 比拟 的优 越 性和 适 应 性 。
不 断 调 整 的过 程 ， 也 就 是 网络 的 学 习 训 练 过 程 。此 过 程 一 好 的 训 练 结 果 ， 减 轻 预 测 过 程 的 负 担 ， 可 设 置 循 环 进 行
直进 行 到 网络 输 出 的 误 差 减 少 到可 接 受 的程 度 ，或 进 行 到 训 练 ， 同 时 设 置 检 验 样 本 的 训 练 误 差 ， 在 网 络 的 每 次 训 预 先 设 定 的 学 习次 数 为 止 。本 文 将 采 用 三 层 Ｂ 经 网 络对 练 时 ， 若 网 络 训 练 输 出 误 差 不 满 足 设 定 训 练 误 差 时 ， 网 Ｐ神
【 通 造 成 影 响 。冈 此 可 选 用 货 运 量 和 货 运 周转 作 为 Ｈ 交 ， Ｌ 运 条件 的影 响指 标 。 船舶 条 件 宏观 旨 舶 的数 和吨 位 ， 船 微 观 上 指 船 舶 的船 况 等 ， 因此 宏 观 预 测 【选 择 丹 舶 数 鞋 『 １ 竹