高速道路と鉄道の踏切における衝突重症度分析。ランダムサバイバルフォレスト法

A crash severity analysis at highway-rail grade crossings: The random survival forest method.

• Amin Keramati
• Pan Lu
• Amirfarrokh Iranitalab
• Danguang Pan
• Ying Huang

抄録

本論文では、29年間の解析期間におけるハイウェイ・レール踏切(HRGC)の衝突重症度を調査するために、競合リスクに対するランダム・サバイバル・フォレスト(RSF)という機械学習アプローチを提案している。RSFアプローチの利点は、(1)同一事象に対する複数事象の結果の競合性に対応できる特殊なタイプの生存解析であること、(2)リスク要因の事象特異的な選択が可能であること、(3)累積罹患関数(CIF)を用いて寄与因子の長期累積効果を決定できること、(4)高い予測性能を提供すること、(5)高次元の設定で有効であること、である。RSF法は、HRGCの安全性解析における複雑性、例えば、HRGCの衝突重症度と寄与因子との非線形関係やデータの不均一性を考慮することが可能である。本研究では、各衝突重症度レベルに対して最も予測可能な寄与因子を選択するために、変数重要度分析（VIMP）手法を採用しています。さらに、限界効果分析の結果、いくつかのHRGC対策の有効性が明らかになった。その結果、いくつかの示唆に富む知見が得られた。例えば、ゲート、標準点滅灯、可聴装置を既に備えているHRGCに停止標識を追加すると、最大7年間はPDO（物的損害のみ）事故の可能性が減少しますが、7年目以降はPDO事故が発生する可能性が高くなります。ゲートと標準的な点滅灯のある横断歩道に可聴装置を追加すると、衝突の可能性、PDO、傷害、死亡事故をそれぞれ 49%、52%、46%、50%減少させることができる。

This paper proposes a machine learning approach, the random survival forest (RSF) for competing risks, to investigate highway-rail grade crossing (HRGC) crash severity during a 29-year analysis period. The benefits of the RSF approach are that it (1) is a special type of survival analysis able to accommodate the competing nature of multiple-event outcomes to the same event of interest (here the competing multiple events are crash severities), (2) is able to conduct an event-specific selection of risk factors, (3) has the capability to determine long-term cumulative effects of contributors with the cumulative incidence function (CIF), (4) provides high prediction performance, and (5) is effective in high-dimensional settings. The RSF approach is able to consider complexities in HRGC safety analysis, e.g., non-linear relationships between HRGCs crash severities and the contributing factors and heterogeneity in data. Variable importance (VIMP) technique is adopted in this research for selecting the most predictive contributors for each crash-severity level. Moreover, marginal effect analysis results real several HRGC countermeasures' effectiveness. Several insightful findings are discovered. For examples, adding stop signs to HRGCs that already have a combination of gate, standard flashing lights, and audible devices will reduce the likelihood of property damage only (PDO) crashes for up to seven years; but after the seventh year, the crossings are more likely to have PDO crashes. Adding audible devices to crossing with gates and standard flashing lights will reduce crash likelihood, PDO, injury, and fatal crashes by 49 %, 52 %, 46 %, and 50 %, respectively.

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