冯 雯，李可军

(1. 昆明理工大学 分析测试中心，云南 昆明 650093；2. 中国科学院云南天文台,云南 昆明 650011；3.中国科学院太阳活动重点实验室(国家天文台),北京 100012)



交通事故死亡人数与太阳活动的统计关系分析

冯 雯1，李可军2,3

(1. 昆明理工大学 分析测试中心，云南 昆明 650093；2. 中国科学院云南天文台,云南 昆明 650011；3.中国科学院太阳活动重点实验室(国家天文台),北京 100012)

分析1951—2009年间的中国交通事故死亡人数和太阳黑子数的有关资料, 用交叉小波、整体平均经验模式分解、相关分析等数学方法来探讨太阳长期活动统计上对交通事故死亡人数的影响。结果表明:中国交通事故死亡人数与太阳活动的11年周期活动存在具有统计意义的正相关关系，严重交通事故的发生的确受太阳活动的影响。

交通工程；交通事故；交通安全；太阳活动；相关分析

0 引 言

随着中国经济、社会平稳快速发展，中国道路建设规模的不断扩大、建设速度的突飞猛进，机动车日益普及，加上人口数量逐年增加，公路货物和机动车乘客的运输量日益增加，重大道路交通事故也日益严重。目前交通事故引起的人员伤亡和财产损失已经成了威胁社会安定与影响经济发展的一个重要因素[1]。关注道路交通安全、减少交通事故发生是全体社会公民的职责。

交通事故的发生有主观因素和客观因素两方面的原因。主观因素方面的原因是指造成交通事故的当事人本身内在的因素，主要表现为违反交通规定、机动车操作不当或疏忽大意，对应思想方面的原因、生理或心理方面的原因以及技术不熟练、经验不充足等方面的原因。客观因素方面的原因是指引发交通事故的车辆、环境和道路方面的不利于驾驶的因素[2]。据研究报道，太阳活动可能也是从主观原因和客观原因两方面造成交通事故的原因之一[3-8]。太阳剧烈活动的爆发，可以通过高能粒子、电磁辐射和磁流来强烈影响近地空间的电磁背景环境，进而对人体的神经系统和器官产生影响，驾驶员生理或主观心理产生变化，继而导致交通事故的发生[9-15]。太阳活动还可能会先影响天气气候，进而在环境和道路方面产生不利于交通的因素(雨、雪、雾霾等)，最终间接成为造成交通事故频繁发生的客观因素[16-21]。因此，国内外对交通事故与太阳活动的统计分析都显示出二者存在关联[3-8]。这将成为交通事故预测物理模型的重要考虑因素。

造成交通事故发生的因素是多方面的，各种因素的影响往往还随时间而变化，错综复杂。非主流的单因素往往隐含在整体交通事故发生数内，这给单因素分析带来不利。笔者将用整体平均经验模式分解方法、交叉相关方法等先进的数学方法对1951—2009年间中国交通事故死亡人数和太阳黑子数的有关资料进行研究，分析二者间的关系，探究太阳活动对中国交通事故死亡人数的影响。

1 交通事故死亡人数与太阳活动关系分析

1.1 交通事故资料

交通事故资料采用由中国宏观数据挖掘分析系统提供的从1951—2009年59年间的中国交通事故死亡人数(DP)，如图1(a)。交通事故死亡人数从1951年开始，在小波动中，呈现缓慢的增长趋势；自80年代中期开始，转变为在大波动中呈现快速的增长趋势；到2002年之后，出现急剧的下降趋势。图1(b)表征太阳活动的资料采用此期间的年平均太阳黑子数(SN)。

图1 1951—2009年中国交通事故死亡人数及年平均太阳黑子数

1.2 关联分析

经验模式分解是一种对非线性、非平稳数值信号进行时间-频率分析的数学处理方法。它对原始信号序列逐级进行平稳化处理，把不同周期的波动信号从原始序列中分离出来，并且该波动信号是平稳的, 最后得到的是趋势成分信号。不同尺度(周期)的波动被定义成为本征模函数(Intrinsic Mode Function, IMF)[22-25]。IMF是原始信号在不同时间尺度上的平稳的窄带信号，相对原始信号序列要简单得多。实际的时间序列往往信号成分比较复杂，甚至有用的弱信号被强信号成分或背景噪声所淹没[22-24]。经验模式分解方法的一个缺陷就是模式混淆, 为了克服这个问题, Z.H.Wu，等[26]在对白噪声进行EMD 深入研究的基础上, 提出了整体平均经验模式分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD)方法, 该方法利用高斯白噪声具有频率均匀分布的统计特征, 使加入高斯白噪声后的混合信号在不同尺度上具有连续性, 因此有效地解决了模式混淆问题。对中国交通事故死亡人数进行整体平均经验模式分解，得到趋势项成分和IMF波动成分，如图2。

图2 本征模函数和趋势项成分

依据文献[25]给出的方法进行了本征模函数的统计检验。4个本征模函数都在95%置信水平有意义，如图3。和11年的太阳活动周期接近的是第1和第2个本征模函数，它们的周期分别为8.8和14.3年。

图3 4个本征模函数的统计检验

图4给出中国交通事故死亡人数的第1个和第2个本征模函数(它们的周期和黑子数周期接近)和黑子数的交叉相关系数随它们之间相位变化的关系。第1个(或第2个)本征模函数时间序列相对黑子数时间序列每移动1个数据点(时间平移1年)，去掉不成对的首尾数据点，再计算它们的交叉相关系数，重复进行，就得到图4给出的曲线。本征模函数时间序列相对黑子数时间序列向前移(从过去到未来的时间方向)为正的位移。由图4可知，在没有相对相位移动时；第2个本征模函数与黑子数的相关系数最大，为0.313,在95%置信水平有统计意义，二者同相位正相关。太阳活动强时，交通事故发生的可能性大。第1个本征模函数与黑子数在无相位移动时，相关系数为-0.191，没有统计意义，二者间呈现微弱的反相关。

图4 本征模函数与黑子数的交叉相关系数随它们之间相位变化的关系

1.3 小波分析

图5给出中国交通事故死亡人数和黑子数的交叉小波功率谱图。箭头向右表示二者同相位，即正相关；箭头向左表示二者反相位，即反相关；箭头向下表示中国交通事故死亡人数相位上领先黑子数90°；箭头向上表示中国交通事故死亡人数相位上落后黑子数90°。细实线以下区域为受边缘效应影响较大的区域。粗实线为95%的置信线。水平虚线表示周期为10年的位置。水平点线表示周期为11年的位置。由图5可见，95%的置信区间(具有高共同能量)出现在太阳活动的11年周期附近，说明二者在太阳活动周期附近是有关联的。在8～14年的周期尺度内，从1951年到1970年早期，图中箭头基本上朝右，说明太阳活动与交通事故死亡人数是正相关的；在1970年初到1980年代末，箭头基本上朝下，二者无相关。1990年到2009年期间，8～10年的周期尺度表现为反相关；11～14年的周期尺度表现为正相关，同时黑子数相位上略领先死亡人数(箭头主要为向右或右偏向上)，这期间是中国气候变暖最明显的时期[27]。

图5 中国交通事故死亡人数和黑子数的交叉小波功率谱图

2 剧烈太阳爆发对交通事故发生的影响机理

太阳爆发活动对交通事故的影响机理方面的研究，目前处于探索阶段。大量的文献都从医学的角度对作用机理进行了阐述，也给出了一些医学证据[3-6,28]，这里列举某些可能的作用机理。

太阳剧烈爆发活动产生的高能粒子、电磁辐射以及磁流等能量输出会干扰地球磁场。地磁场的异常变化会直接对人体的神经系统和器官产生波动影响。在地磁异常时,人的植物神经系统交感神经主要部分的紧张状态会在一定程度上有所提高；而人的植物神经系统的副交感神经部分，则只有少数人会趋于紧张状态。人的植物神经系统失去平衡，各种各样的功能障碍就会接踵出现。当人处于紧张活动状态时，人的处理问题的能力会下降，人的分析判断能力会降低，出错的可能性增加；人的应急反应会迟缓，快速应变危机的能力下降[3,6-15]，因此，严重交通事故发生的可能性会增加，交通死亡人数会增加。这就是说，强太阳活动直接影响人体生理和心理而正相关地导致交通人数会增加。

当太阳活动剧烈爆发时，大量的太阳高能粒子流和宇宙射线会穿过地球大气层。而飘浮于地球大气层中结构简单的病毒基因此时很容易断裂而发生重组，从而使病毒发生变异，出现新的病毒；同时使人类淋巴细胞合成蛋白的功能降低，健康人的血液中纤维蛋白溶解系统的功能状态发生了变化，纤维蛋白溶解的活性减小了。因此太阳活动会导致心血管疾病、传染病、流感等的发病[3,5,10-11]。带病的驾驶员比身体健康的驾驶员更容易发生交通事故，同时使受伤的驾驶员更容易死亡[3]。剧烈太阳活动对人体致病而影响严重交通事故发生，导致交通人数会增加。

总结上述两个方面，可以看到，强太阳活动会从生理和心理两方面对交通事故产生影响，且这种影响基本上是同相位的“即时”作用。但可能会出现地区差别，因为强太阳活动对地球的影响会有显著的纬度差别。加上地球上各种物理参数，如温度和密度出现地区差别也会使得强太阳活动产生的影响出现地区差别。地球上各种物理参数往往也是随时间变化的，因而太阳活动在某个地区对交通事故产生的影响会随时间呈现出差异变化。

雨雪和雾霾等恶劣天气会使道路难行走、造成大气能见度低，严重交通事故发生的可能性因此会大大增加。科学研究表明：中国大陆地区降水量与太阳活动，总的来看，在绝大部分地区呈正相关关系[20-21],太阳活动作用于天气气候而对交通事故产生影响。但天气气候变化对太阳活动的响应往往要滞后1～2 年[16]。这种相位的区别以及多种作用方式会使得太阳活动与交通事故的关系复杂化。气候是有地区差别的，地区差别也会使得太阳活动对严重交通事故在中国大陆地区的影响复杂化。

3 结 语

交通事故死亡人数的第1个和第2个本征模函数具有和太阳活动11年周期相近的周期，第2个本征模函数和黑子数在99%置信水平相关联。太阳活动的确影响严重交通事故的可能发生。

中国交通事故死亡人数和黑子数的交叉小波的高共同能量区间出现在太阳活动的11年周期附近，二者在太阳活动周期附近是有关联的。严重交通事故的发生受多种因素的影响，如气候等。而气候与太阳活动统计上相关联，且滞后太阳活动。这种滞后效应将导致严重交通事故可能并不具有和太阳活动相同的周期，而是太阳活动在相位上可能领先严重交通事故的发生，在长于11年周期上与严重交通事故相关联。这为交叉小波分析所证实。

24周太阳活动将在2013—2014年出现峰值，未来几年是太阳活动的极大期，因此，推测未来几年严重交通事故会出现走高的波动，提请交通部门和驾驶员注意。

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Statistical Relationship Between Death Population of Road Traffic Accidents and Sunspot Activity

Feng Wen1, Li Kejun2,3

(1. Research Center of Analysis & Measurement, Kunming University of Science & Technology, Kunming 650093,Yunnan, China; 2. Yunnan Observatories, CAS, Kunming 650011, Yunnan, China; 3. Key Laboratory of Solar Activity, National Astronomical Observatories, CAS, Beijing 100012, China)

The relationship between death population of road traffic accidents and solar activity was investigated through ensemble empirical mode decomposition analysis, cross-correlation analysis, cross-wavelet analysis, and etc., which was based on the information of yearly mean sunspot number and annual death population (DP) of road traffic accident events in China from 1951 to 2009. The results obtained show that DP is statistically positively correlated with the 11-year-cycle solar activity. DP is not only closely related with human activities, but also affected by solar activity indeed.

traffic engineering; traffic accident; traffic safety; solar activity; correlation analysis

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.01.20

2013-10-09；

2014-02-12

国家自然科学基金项目(11273057，11221063);国家重点基础研究发展计划资助项目(2012CB957801，2011CB811406)

冯 雯(1969—)， 女,云南昆明人,工程师,主要从事日地关系物理方面的研究。E-mail: fengwen69@sina.cn。

李可军(1966—)，男，湖北汉川人，研究员，博士，主要从事太阳物理方面的研究。E-mail: lkj@ynao.ac.cn。

U492.8

A

1674-0696(2015)01-091-04