Urban mobility safety in Barcelona: an evaluation of risk factors and techniques to achieve Vision Zero

Abstract

(English) In order to converge towards Vision Zero concept in road safety, traffic crashes need great study and analysis. This thesis is aimed at this goal, applied to the urban and metropolitan environment of Barcelona. The thesis is organized as a compendium of eight papers, each dealing with a specific safety risk factor. We use different techniques according to the objectives and data: traditional statistical models, time series analysis, and machine learning techniques. Random Utility Models such as Binary Probit Model, Chi-square Automatic Interaction Detector, Bayesian networks such as Tree Augmented Naïve tree, and Kohonen clustering. The methodology is generic and can be extrapolated to other cities, regions/countries, and datasets. When searching for risk factors of severe or fatal injuries, with the data of 47,153 traffic accidents that occurred in Barcelona between 2016 and 2019, we found the worst injured odds for males and 65 years (and older) persons, pedestrians and drivers (higher probabilities compared to passengers), weekends, afternoon, and night timings. Working hours timing and season (summer) have also influence in the number of severe crashes. During the COVID-19 pandemic, all levels of injuries that resulted from traffic crashes have shown approximately 39% (slight), 30% (severe), and 36% (fatal) injuries reduction. City areas surrounded by higher noise levels, may lead to more traffic crashes as a potential distraction factor, but further research is needed (noise and traffic levels are correlated). Barcelona had a total population of 1,636,762 inhabitants in 2019, distributed on 10 districts. Eixample (literally, “broadening” of the city, planned by civil engineer Ildefons Cerdà in 1856), which is the district that has the highest population, highest usage of private transport mode, and highest density of passenger cars/km2 compared to all other districts, has the highest risk of having all types of injuries resulting from traffic crashes. Elderly pedestrians are more likely to have severe or fatal injuries, especially during the morning period. When evaluating bicycle lanes and stations safety, the most vulnerable age category for cycling is 26 to 50 years old people during morning and evening timing. Of course, bicycle lanes and bicycle stations in zones that have a restricted speed limit of 30 km/h, showed a lower crash injury ratio. Finally, motorcycle crash injuries have worrying high values in Barcelona, a motorcycle-city. Alcoholism and pavement in poor condition can indeed increase the probability of having different levels of injuries. Young motorcyclists (25-40 years old) have higher odds for crash injuries, unlike elderly users who are less likely to be involved in motorcycle crashes. After analyzing all these factors in detail with the proper methodologies and available data, this document concludes with recommendations and future research lines. (Català) Per a convergir cap al concepte Visió Zero en seguretat viària, convé estudiar els accidents de trànsit detalladament. Aquesta tesi està enfocada a aquest objectiu, aplicat a l'entorn urbà i metropolità de Barcelona. La tesi està organitzada com un compendi de vuit articles, cadascun dels quals tracta un factor de risc de seguretat específic. Utilitzem diferents tècniques segons els objectius i les dades: models estadístics tradicionals, anàlisi de sèries temporals i tècniques d'aprenentatge automàtic. Models d'utilitat aleatòria, el detector d'interacció automàtica de txi-quadrat, les xarxes bayesianes i l'agrupament de Kohonen. La metodologia és genèrica extrapolable a d’altres ciutats, regions/països i dades. Quant a factors de risc de lesions greus o mortals, amb les dades de 47.153 accidents de trànsit ocorreguts a Barcelona entre el 2016 i el 2019, trobem les pitjors probabilitats de lesionar-se per a homes i persones majors de 65 anys, vianants i conductors, caps de setmana, i horaris de tarda i nit. L'horari de treball i la temporada (estiu) també influeixen en el nombre d'accidents greus. Durant la pandèmia de COVID-19, tots els nivells de lesions que van resultar d'accidents de trànsit han mostrat una reducció d'aproximadament 39% (lleu), 30% (greu) i 36% (mortal) per a les lesions. Els barris amb nivells de soroll més alts poden donar lloc a més accidents de trànsit com a possible factor de distracció, però cal més investigació sobre això (els nivells de soroll i trànsit estan correlacionats). Barcelona tenia una població total de 1.636.762 habitants el 2019, repartits en 10 districtes. Eixample (projectat per l'enginyer de camins Ildefons Cerdà el 1856), que és el districte amb més població, més ús del transport privat i més densitat de turismes/km2, té el risc més gran de tenir tot tipus d'accidents de trànsit. Els vianants d'edat avançada tenen més probabilitats de patir lesions greus o fatals, especialment durant el període matutí. En avaluar la seguretat dels carrils bici i les estacions, els ciclistes més vulnerables són els de 26 a 50 anys durant l'horari del matí i la tarda. Per descomptat, a les zones que tenen un límit de velocitat restringit a 30 km/h, es va trobar una taxa de lesions per xoc més baixa. Les lesions per accidents de moto tenen valors elevats a Barcelona, ciutat de motos. L'alcoholisme i el paviment en condicions dolentes poden augmentar la probabilitat de tenir diferents nivells de lesions. Els motociclistes joves (25-40 anys) tenen més probabilitats de patir lesions per accidents, a diferència dels usuaris d'edat avançada. Després d'analitzar tots aquests factors detalladament amb les metodologies adequades i les dades disponibles, el document conclou amb recomanacions i futures línies de recerca. (Español) Para converger hacia el concepto Visión Cero en seguridad vial, conviene estudiar los accidentes de tráfico en detalle. Esta tesis se enfoca a este objetivo, aplicado al entorno urbano y metropolitano de Barcelona. La tesis está organizada como un compendio de ocho artículos, cada uno de los cuales trata un factor de riesgo de seguridad específico. Utilizamos diferentes técnicas según los objetivos y datos: modelos estadísticos tradicionales, análisis de series temporales y técnicas de aprendizaje automático. Modelos de utilidad aleatoria, como el modelo probit binario, el detector de interacción automática de chi-cuadrado, las redes bayesianas, y el agrupamiento de Kohonen. La metodología es genérica y puede extrapolarse a otras ciudades, regiones/países y conjuntos de datos. Al buscar factores de riesgo de lesiones graves o mortales, con los datos de 47.153 accidentes de tráfico ocurridos en Barcelona entre 2016 y 2019, encontramos las peores probabilidades de lesionarse para hombres y personas mayores de 65 años, peatones y conductores, fines de semana, y horarios de tarde y noche. El horario de trabajo y la temporada (verano) también influyen en el número de accidentes graves. Durante la pandemia de COVID-19, todos los niveles de lesiones que resultaron de accidentes de tráfico han mostrado una reducción de aproximadamente 39 % (leve), 30 % (grave) y 36 % (mortal) para las lesiones. Los barrios con niveles de ruido más altos pueden dar lugar a más accidentes de tráfico como posible factor de distracción, pero se necesita más investigación al respecto (los niveles de ruido y tráfico están correlacionados). Barcelona tenía una población total de 1.636.762 habitantes en 2019, repartidos en 10 distritos. Eixample (proyectado por el ingeniero de caminos Ildefons Cerdà en 1856), que es el distrito con mayor población, mayor uso del transporte privado y mayor densidad de turismos/km2, tiene el mayor riesgo de tener todo tipo de accidentes de tráfico. Los peatones de edad avanzada tienen más probabilidades de sufrir lesiones graves o fatales, especialmente durante el período matutino. Al evaluar la seguridad de las ciclovías y estaciones, los ciclistas más vulnerables son los de 26 a 50 años durante el horario de la mañana y la tarde. Por supuesto, en las zonas que tienen un límite de velocidad restringido a 30 km/h, se encontró una tasa de lesiones por choque más baja. Las lesiones por accidentes de moto tienen valores preocupantemente elevados en Barcelona, una ciudad de motos. El alcoholismo y el pavimento en malas condiciones pueden aumentar la probabilidad de tener diferentes niveles de lesiones. Los motociclistas jóvenes (25-40 años) tienen mayores probabilidades de sufrir lesiones por accidentes, a diferencia de los usuarios de edad avanzada que tienen menos probabilidades. Tras analizar todos estos factores en detalle con las metodologías adecuadas y los datos disponibles, el documento concluye con recomendaciones y futuras líneas de investigación.