Analysis of Road Traffic Accidents with Reference to Road Geometric Features and Traffic Flow Characteristics

Abstract

Road infrastructure planning and design is the prime responsibility of transportation experts for the safe mobility of human and goods traffic. Safer mobility leading to road safety management is one of the core responsibilities of policymakers and traffic safety experts. This theme requires a comprehensive road safety management system to technically monitor, analyse, and improve the safety level of road networks backed with the financial supportive mechanism by policymakers. This research focuses on the development and analysis of the relationship between road infrastructure development and safety performance of road network system. Road systems in different countries are classified and managed at different administrative levels i.e., motorways/freeways (federal level), expressways/highways (provincial/state level), major arterial/district roads (district levels) and collectors/local roads/streets (municipal level). Policy development, resource allocation, and safety management are also performed at these administrative levels separately. To analyse the road safety performance of motorways, a comprehensive two-stage framework has been purposed. In the first section, a composite road safety risk index (RSRI) has been developed considering variables like the number of road accidents, the number of fatalities/injuries, volume/capacity, vehicles kilometres travelled, and vehicles hours travelled using Data Envelopment Analysis (DEA) to evaluate the risk performance of road safety level of motorways. In the second section, the major contributing factors were analysed to review the policymaking concerning infrastructure engineering using different data mining techniques i.e., Artificial Neural Networks (ANNs) and Decision Tree (DT), etc. Considering the examples from two major regions i.e., Europe and Asia, motorways of two countries have been considered to implement and analyse the methodology. From the European region, motorways of Belgium (E-313 & E-314) have been selected to study the application of the methodology. Similarly, from the Asian region, the motorway of Pakistan (M-2) has been selected for the same purpose. The generated output also helped in the development of a straight-line Geographical Information System (GIS) based map to visualize the risk level of motorway sections. So, this methodology also helped in studying the impact of different road traffic characteristics (i.e., traffic flow, speed) and geometric design features (i.e., horizontal, and vertical curve) on the calculated road safety risk index. A budget distribution mechanism was also discussed to prioritize the allocation and utilization for road safety improvement. Furthermore, the proposed methodology was also tested for comparative analysis of Asian and European countries with a perspective of a road safety engineer. This study has been conducted considering road traffic fatalities with references to population and registered vehicles. The relationship between DEA-based calculated risk regarding Speed limits (kph) for rural and motorways, speed law enforcement, funding in the national budget for road safety, population, and registered vehicles have been investigated. A statistical relationship was observed between road safety risk and factors influencing risk value. It showed that motorway speed limit (kph), road safety funding in the national budget, and enforcement of speed law are three key factors, which should be targeted during road safety policy improvement and infrastructure development. Overall, this research can be utilized to study the road safety situation at all administrative levels of road network systems. This research will not only help in meaningful accident data analysis for transportation engineers but will also help policymakers in better budget allocation and road safety management.

Planning en ontwerp van wegeninfrastructuur is de eerste verantwoordelijkheid van vervoersdeskundigen voor een veilige mobiliteit van mensen en goederen. Een veiliger mobiliteit die leidt tot verkeersveiligheidsbeheer is een van de kernverantwoordelijkheden van beleidsmakers en verkeersveiligheidsdeskundigen. Dit thema vereist een uitgebreid systeem voor het beheer van de verkeersveiligheid om het veiligheidsniveau van de wegennetten technisch te controleren, te analyseren en te verbeteren, ondersteund door een financieel ondersteunend mechanisme van de beleidsmakers. Dit onderzoek richt zich op de ontwikkeling en analyse van het verband tussen de ontwikkeling van de wegeninfrastructuur en de veiligheidsprestaties van het wegennet. In verschillende landen worden de wegennetten ingedeeld in categorieën en beheerd op verschillende administratieve niveaus. Beleidsontwikkeling, toewijzing van middelen en veiligheidsbeheer vinden ook op deze bestuurlijke niveaus afzonderlijk plaats. Om de verkeersveiligheidsprestaties van snelwegen te analyseren is een uitgebreid kader in twee fasen opgesteld. In het eerste deel is een samengestelde verkeersveiligheidsrisico-index (RSRI) ontwikkeld op basis van variabelen zoals het aantal verkeersongevallen, het aantal doden/gewonden, volume/capaciteit, afgelegde voertuigkilometers en afgelegde voertuiguren met behulp van Data Envelopment Analysis (DEA) om de risicoprestaties van het verkeersveiligheidsniveau van snelwegen te evalueren. In het tweede deel werden de belangrijkste bijdragende factoren geanalyseerd om de beleidsvorming inzake infrastructuurtechniek te herzien met behulp van verschillende dataminingtechnieken, zoals kunstmatige neurale netwerken (ANN's) en beslisboom (DT), enz. Aan de hand van voorbeelden uit twee grote regio's, namelijk Europa en Azië, zijn snelwegen van twee landen in aanmerking genomen om de methode toe te passen en te analyseren. Uit de Europese regio zijn snelwegen in België (E313 & E314) geselecteerd om de toepassing van de methodologie te bestuderen. In Azië is voor hetzelfde doel de Pakistaanse snelweg (M-2) geselecteerd. De gegenereerde output hielp ook bij de ontwikkeling van een kaart op basis van een geografisch informatiesysteem (GIS) om het risiconiveau van snelwegtrajecten te visualiseren. Deze methodologie hielp dus ook bij het bestuderen van de impact van verschillende verkeerskenmerken (d.w.z. verkeersstroom, snelheid) en geometrische ontwerpkenmerken (d.w.z. horizontaal en verticaal verloop) op de berekende verkeersveiligheidsrisico-index. Er werd ook een mechanisme voor budgetverdeling ontwikkeld om de toewijzing en het gebruik voor de verbetering van de verkeersveiligheid te prioriteren. Bovendien werd de voorgestelde methodologie ook getest voor een vergelijkende analyse van Aziatische en Europese landen vanuit het perspectief van een verkeersveiligheidsingenieur. Deze studie is uitgevoerd met betrekking tot verkeersdoden met verwijzing naar bevolking en geregistreerde voertuigen. De relatie tussen het op DEA gebaseerde berekende risico met betrekking tot snelheidslimieten (km/u) voor landelijke en autosnelwegen, handhaving van de snelheidswetgeving, financiering in de nationale begroting voor verkeersveiligheid, bevolking en geregistreerde voertuigen is onderzocht. Er werd een statistisch verband vastgesteld tussen het verkeersveiligheidsrisico en de factoren die de risicowaarde beïnvloeden. Hieruit bleek dat de maximumsnelheid op snelwegen (km/u), de financiering voor verkeersveiligheid in de nationale begroting en de handhaving van de snelheidswetgeving drie sleutelfactoren zijn waarop men zich moet richten bij de verbetering van het verkeersveiligheidsbeleid en de ontwikkeling van infrastructuur. In het algemeen kan dit onderzoek worden gebruikt om de verkeersveiligheidssituatie op alle administratieve niveaus van het wegennet te bestuderen. Dit onderzoek zal niet alleen bijdragen tot een zinvolle analyse van ongevallengegevens voor transportingenieurs, maar zal ook beleidsmakers helpen bij een betere toewijzing van het budget en een beter beheer van de verkeersveiligheid.