專利名稱：基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)
指標(biāo)的安全檢測方法。
背景技術(shù)：
在人_車_路系統(tǒng)中，路作為整個體系的載體，起著至關(guān)重要的作用，而公路的各項線形指標(biāo)決定了行車的安全性和舒適性。公路線形是平面線形、縱斷面線形和橫斷面的集合體。目前我國是在滿足汽車運動學(xué)和力學(xué)要求前提下，采用"計算行車速度"即設(shè)計車速進行路線設(shè)計，計算行車速度對一特定路段而言是一固定值，其作為基礎(chǔ)參數(shù)，用于規(guī)定該路段滿足運營安全所需的最小曲率和最小視距等最低路線技術(shù)指標(biāo)。據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》，一條公路的計算行車速度確定后，其相應(yīng)的圓曲線半徑、車道寬度、超高、加寬、縱坡、視距、豎曲線半徑等設(shè)計要素的最低指標(biāo)便確定了。只要設(shè)計所采用的最小幾何指標(biāo)大于所選定的計算行車速度所對應(yīng)的最小幾何指標(biāo)，則認(rèn)為該設(shè)計是符合規(guī)范要求的。
然而近幾十年來國內(nèi)外研究表明僅單相獨立指標(biāo)符合規(guī)范要求的公路幾何線形，不能有效地保證汽車行駛的安全性。汽車在公路上行駛時，駕駛者一般是依據(jù)道路行車條件(線形幾何、路面、氣候、環(huán)境和交通流密度)及車輛本身性能來確定自己的車速。只要條件允許，駕駛者總是傾向于采用較高的速度行駛。當(dāng)汽車由設(shè)計指標(biāo)較高的路段突然駛?cè)胫笜?biāo)較低的曲線路段時，許多駕駛員因駕駛慣性等原因而不能及時意識到車速過高，或當(dāng)感覺車速過高時已來不及減速或減速不夠，這樣交通事故便在瞬間發(fā)生。
鑒于以設(shè)計車速為基礎(chǔ)的公路路線設(shè)計方法存在的不足，近年來，德國、法國以及澳大利亞等發(fā)達(dá)國家廣泛采用以運行速度為基礎(chǔ)的路線設(shè)計方法。我國在相關(guān)領(lǐng)域的研究還處于起步階段，欲完全采用運行車速進行路線設(shè)計還需更深入的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全檢測方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指
標(biāo)的安全檢測方法，其特征在于，該方法包括 確定端面車速分布形式及特征參數(shù)； 建立告訴高速幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)描述模型； 根據(jù)運行車速與線形綜合指標(biāo)的關(guān)系，構(gòu)建高速公路運行車速預(yù)測模型； 根據(jù)運行車速特征指標(biāo)與安全性檢測指標(biāo)的關(guān)系，構(gòu)建高速公路線形安全性檢測模型。 所述的確定端面車速分布形式及特征參數(shù)進一步包括根據(jù)高速公路地形特點及交通情況，以及公路交通量和交通流組成、事故狀況、設(shè)計文件等數(shù)據(jù)，運用系統(tǒng)分析、車輛動力學(xué)、人機工程學(xué)、心理生理學(xué)對影響車輛運行的道路條件、車輛性能、駕駛員特性以及
3其他交通控制措施進行內(nèi)外因分析處理，確定不同車輛的運行規(guī)律和差異；根據(jù)不同類型的測速儀器特點，確定測速路段的選取原則、測速位置、測速方案；通過對高速公路車輛運行車速分布檢驗，確定斷面車速分布形式及特征參數(shù)。 所述的建立高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)描述模型進一步包括根據(jù)公路線形的空間幾何特性，對公路路段進行特征歸類和表述，結(jié)合車輛運行速度的變化規(guī)律，運用層次分析法和系統(tǒng)分析法，在相關(guān)性、可比性、可行性的原則上，選取適當(dāng)指標(biāo)并量化；通過分析各類線形指標(biāo)與運行車速的相關(guān)性，以此選取顯著影響運行車速的線形指標(biāo)，構(gòu)建反映公路空間幾何特性且能體現(xiàn)相關(guān)類型路段不同斷面位置差異性的函數(shù)，對線形描述函數(shù)中各參數(shù)對線形綜合指標(biāo)的敏感性進行分析處理，建立高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的客觀描述模型。 所述的構(gòu)建高速公路運行車速預(yù)測模型進一步包括確定汽車運行車速與高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系，運用數(shù)學(xué)建模理論建立運行車速預(yù)測模型，并結(jié)合實際情況和交通仿真技術(shù)對模型進行驗證和修正；同時運用統(tǒng)計學(xué)原理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、駕駛員心理學(xué)確定模型的預(yù)測方法，并用實測數(shù)據(jù)加以檢驗。 所述的構(gòu)建高速公路線形安全性檢測模型進一步包括根據(jù)運行車速特征指標(biāo)與公路安全性的相互關(guān)系，確定符合我國車速分布特征的安全性評價指標(biāo)，建立高速公路幾何線形安全性評價模型；將理論與實踐相結(jié)合，運用路段事故資料數(shù)據(jù)、駕駛員心理生理學(xué)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)為模型評價標(biāo)準(zhǔn)建立具體的可操作的評價流程；構(gòu)建高速公路線形安全性檢測模型。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了直接采用眾多指標(biāo)進行公路線形設(shè)計質(zhì)量評價的困難，避免了單一評價指標(biāo)的局限性，提出了一種全面表征公路線形空間幾何特點的線形綜合指標(biāo)描述模型，通過預(yù)測路段運行車速，從而對高速公路線形設(shè)計安全性進行綜合量化評價，本技術(shù)具有以下優(yōu)點 (1)系統(tǒng)性。根據(jù)公路平、縱、橫三個方面的線形技術(shù)指標(biāo)對安全性的不同影響機理，選取空間曲率、曲率變化率、曲線轉(zhuǎn)角、縱坡度、車道寬度等技術(shù)指標(biāo)，分別構(gòu)建平面線形描述模型、縱面線形模型和橫斷面線形修正模型，最后考慮空間幾何學(xué)原理及公路線形設(shè)計特點，以平、縱線形綜合指標(biāo)為主，橫斷面線形指標(biāo)作為修正的方式，組合構(gòu)建三維公路線形綜合指標(biāo)描述模型，并進行參數(shù)標(biāo)定和敏感性分析，用以描述高速公路線形的客觀安全性； (2)普遍適用性。本技術(shù)充分考慮了公路上運行車速隨道路交通條件的變化沿車輛行駛方向的連續(xù)變化。公路線形綜合指標(biāo)作為表征公路線形平、縱、橫幾何特性的量化指標(biāo)與車速變化具有一定的相關(guān)性，同時某個斷面的運行車速V85不僅僅與該斷面的線形特征相關(guān)，而且受車輛駛過路段以及前方路段一定長度范圍內(nèi)線形的影響。以公路前后線形共同影響車速變化為基本點，根據(jù)駕駛員視覺需求和車輛的加減速性能，通過研究前后一定長度范圍內(nèi)公路線形綜合指標(biāo)累積值與當(dāng)前斷面運行車速的關(guān)系，建立基于高速公路幾何線形綜合指標(biāo)的運行車速預(yù)測模型，可對我國4 8車道的高速公路運行車速進行連續(xù)預(yù)測； (3)可操作性。結(jié)合我國高速公路總體安全服務(wù)水平，確定道路安全相對指標(biāo)，建立高速公路線形設(shè)計一致性評價標(biāo)準(zhǔn)，從而形成了一套可操作的基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全性評價技術(shù)；并應(yīng)用先進的計算機技術(shù)，編制了線形設(shè)計質(zhì)量安全性評價程序，建立了基于高速公路線形綜合指標(biāo)的運行車速預(yù)測及線形設(shè)計安全性評價系統(tǒng)。


圖l為本發(fā)明的原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1所示，基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全檢測方法，該方法包括 確定端面車速分布形式及特征參數(shù)； 建立告訴高速幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)描述模型； 根據(jù)運行車速與線形綜合指標(biāo)的關(guān)系，構(gòu)建高速公路運行車速預(yù)測模型； 根據(jù)運行車速特征指標(biāo)與安全性檢測指標(biāo)的關(guān)系，構(gòu)建高速公路線形安全性檢測模型。 所述的確定端面車速分布形式及特征參數(shù)進一步包括根據(jù)高速公路地形特點及
交通情況，以及公路交通量和交通流組成、事故狀況、設(shè)計文件等數(shù)據(jù)，運用系統(tǒng)分析、車輛
動力學(xué)、人機工程學(xué)、心理生理學(xué)對影響車輛運行的道路條件、車輛性能、駕駛員特性以及
其他交通控制措施進行內(nèi)外因分析處理，確定不同車輛的運行規(guī)律和差異；根據(jù)不同類型
的測速儀器特點，確定測速路段的選取原則、測速位置、測速方案；通過對高速公路車輛運
行車速分布檢驗，確定斷面車速分布形式及特征參數(shù)；所述的建立高速公路幾何線形綜合
技術(shù)指標(biāo)描述模型進一步包括根據(jù)公路線形的空間幾何特性，對公路路段進行特征歸類
和表述，結(jié)合車輛運行速度的變化規(guī)律，運用層次分析法和系統(tǒng)分析法，在相關(guān)性、可比性、
可行性的原則上，選取適當(dāng)指標(biāo)并量化；通過分析各類線形指標(biāo)與運行車速的相關(guān)性，以此
選取顯著影響運行車速的線形指標(biāo)，構(gòu)建反映公路空間幾何特性且能體現(xiàn)相關(guān)類型路段不
同斷面位置差異性的函數(shù)，對線形描述函數(shù)中各參數(shù)對線形綜合指標(biāo)的敏感性進行分析處
理，建立高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的客觀描述模型；所述的構(gòu)建高速公路運行車速
預(yù)測模型進一步包括確定汽車運行車速與高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系，運用
數(shù)學(xué)建模理論建立運行車速預(yù)測模型，并結(jié)合實際情況和交通仿真技術(shù)對模型進行驗證和
修正；同時運用統(tǒng)計學(xué)原理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、駕駛員心理學(xué)確定模型的預(yù)測方法，并用
實測數(shù)據(jù)加以檢驗；所述的構(gòu)建高速公路線形安全性檢測模型進一步包括根據(jù)運行車速
特征指標(biāo)與公路安全性的相互關(guān)系，確定符合我國車速分布特征的安全性評價指標(biāo)，建立
高速公路幾何線形安全性評價模型；將理論與實踐相結(jié)合，運用路段事故資料數(shù)據(jù)、駕駛員心理生理學(xué)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)為模型評價標(biāo)準(zhǔn)建立具體的可操作的評價流程；構(gòu)建高速
公路線形安全性檢測模型。 本發(fā)明運用交通工程、系統(tǒng)工程、交通流理論、汽車行駛動力學(xué)、駕駛員心理生理學(xué)原理以及其他領(lǐng)域的相關(guān)知識，利用實際道路觀測與交通仿真相結(jié)合、理論分析與數(shù)值分析相結(jié)合、工程應(yīng)用及跟蹤觀測相結(jié)合等技術(shù)手段，提出基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全性評價技術(shù)。具體技術(shù)方案分為四部分 (1)廣泛查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，在充分總結(jié)、對比、分析國內(nèi)外研究成果和成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，借鑒先進經(jīng)驗，分析我國目前相關(guān)研究的現(xiàn)狀和存在的不足；結(jié)合我國高速公路地形特點及交通情況，對典型車輛(貨車、客車、小汽車)的運行情況進行調(diào)研，廣泛收集公路交通量和交通流組成、事故狀況、設(shè)計文件等數(shù)據(jù)和資料，運用系統(tǒng)分析、車輛動力學(xué)、人機工程學(xué)、心理生理學(xué)等理論對影響車輛運行的道路條件、車輛性能、駕駛員特性以及其他交通控制措施進行內(nèi)外因分析，研究不同車輛的運行規(guī)律和差異；在比較不同類型測速儀器特點的基礎(chǔ)上，對調(diào)研中測速路段的選取原則、測速位置、測速方案等進行研究；通過對高速公路車輛運行車速分布檢驗，確定斷面車速分布形式及特征參數(shù)。 (2)以公路線形的空間幾何特性為著眼點，將公路路段進行特征歸類和表述，結(jié)合車輛運行速度的變化規(guī)律，運用層次分析法和系統(tǒng)分析法，在相關(guān)性、可比性、可行性的原則上，選取適當(dāng)指標(biāo)并量化。通過分析各類線形指標(biāo)與運行車速的相關(guān)性，以此選取顯著影響運行車速的線形指標(biāo)構(gòu)建反映公路空間幾何特性且能體現(xiàn)相關(guān)類型路段不同斷面位置差異性的函數(shù)，對線形描述函數(shù)中各參數(shù)對線形綜合指標(biāo)的敏感性進行分析，建立高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的客觀描述模型。 (3)通過理論分析與試驗相結(jié)合的方法，研究汽車運行車速與高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系，運用數(shù)學(xué)建模理論建立運行車速預(yù)測模型，并結(jié)合實際情況和交通仿真技術(shù)對模型進行驗證和修正；同時運用統(tǒng)計學(xué)原理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、駕駛員心理學(xué)研究模型的多種預(yù)測方法，并用實測數(shù)據(jù)加以檢驗。
(4)在深入分析運行車速特征指標(biāo)與公路安全性相互關(guān)系基礎(chǔ)上，提出符合我國
車速分布特征的安全性評價指標(biāo)，建立高速公路幾何線形安全性評價模型；將理論與實踐
相結(jié)合，運用路段事故資料、駕駛員心理生理學(xué)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)對模型評價標(biāo)準(zhǔn)進行研
究，建立具體的可操作的評價流程，最終提出基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全
性評價技術(shù)。 實施例 基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全性評價技術(shù)主要是通過運用建立的
描述公路線形空間幾何特性的綜合模型和運行車速預(yù)測模型對已建或擬建高速公路進行
運行車速預(yù)測，確定運行車速特征指標(biāo)，根據(jù)線形設(shè)計一致性評價方法和評價標(biāo)準(zhǔn)對高速
公路進行運行車速協(xié)調(diào)性和線形設(shè)計一致性等方面的分析，具體實施方法如下 (1)確定研究路段，研究對象主要包括4 8車道的擬建和已建的高速公路，車輛
類型主要包括A型車(小客車)與D型車(大型載重車)，收集高速公路平、縱、橫線形設(shè)計
資料及線形指標(biāo)數(shù)據(jù)。 (2)根據(jù)線形設(shè)計資料整理路線設(shè)計指標(biāo)，包括半徑、坡度、轉(zhuǎn)角、緩和曲線長度、橫斷面總寬度等，根據(jù)精度要求自行調(diào)整間距，計算逐點的線形綜合指標(biāo)值和從起點累積到該點的線形綜合指標(biāo)累積值。計算前、后方線形影響范圍內(nèi)線形綜合指標(biāo)的累積值。包括后方200m加減速長度范圍內(nèi)的線形綜合指標(biāo)值F (后200m)、前方250m、 100m有效注視范圍內(nèi)的線形綜合指標(biāo)值F (前250m) 、 F (前100m)。 (3)應(yīng)用速度預(yù)測模型預(yù)測速度值。按照線形指標(biāo)分類分別對應(yīng)I類指標(biāo)A型車速度預(yù)測模型、II類指標(biāo)A型車速度預(yù)測模型、I類指標(biāo)D型車速度預(yù)測模型、II類指標(biāo)D型車速度預(yù)測模型進行速度預(yù)測。 (4)根據(jù)路段單元的劃分結(jié)果以及運行車速預(yù)測數(shù)據(jù)，計算用于線形一致性分析的各類型車速特征指標(biāo)，包括車速變異系數(shù)、客貨車速極差比、斷面車速差、車速降低系數(shù)、路段車速離散度。根據(jù)車速特征指標(biāo)的計算結(jié)果及高速公路線形設(shè)計安全性評價方法和評價標(biāo)準(zhǔn)進行路段線形設(shè)計安全性分析，確定被分析的路段所處的運營安全等級。
權(quán)利要求
基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全檢測方法，其特征在于，該方法包括確定端面車速分布形式及特征參數(shù)；建立告訴高速幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)描述模型；根據(jù)運行車速與線形綜合指標(biāo)的關(guān)系，構(gòu)建高速公路運行車速預(yù)測模型；根據(jù)運行車速特征指標(biāo)與安全性檢測指標(biāo)的關(guān)系，構(gòu)建高速公路線形安全性檢測模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全檢測方法，其特 征在于，所述的確定端面車速分布形式及特征參數(shù)進一步包括根據(jù)高速公路地形特點及 交通情況，以及公路交通量和交通流組成、事故狀況、設(shè)計文件等數(shù)據(jù)，運用系統(tǒng)分析、車輛 動力學(xué)、人機工程學(xué)、心理生理學(xué)對影響車輛運行的道路條件、車輛性能、駕駛員特性以及 其他交通控制措施進行內(nèi)外因分析處理，確定不同車輛的運行規(guī)律和差異；根據(jù)不同類型 的測速儀器特點，確定測速路段的選取原則、測速位置、測速方案；通過對高速公路車輛運 行車速分布檢驗，確定斷面車速分布形式及特征參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全檢測方法， 其特征在于，所述的建立高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)描述模型進一步包括根據(jù)公路 線形的空間幾何特性，對公路路段進行特征歸類和表述，結(jié)合車輛運行速度的變化規(guī)律，運 用層次分析法和系統(tǒng)分析法，在相關(guān)性、可比性、可行性的原則上，選取適當(dāng)指標(biāo)并量化；通 過分析各類線形指標(biāo)與運行車速的相關(guān)性，以此選取顯著影響運行車速的線形指標(biāo)，構(gòu)建 反映公路空間幾何特性且能體現(xiàn)相關(guān)類型路段不同斷面位置差異性的函數(shù)，對線形描述函 數(shù)中各參數(shù)對線形綜合指標(biāo)的敏感性進行分析處理，建立高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo) 的客觀描述模型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全檢測方法，其特 征在于，所述的構(gòu)建高速公路運行車速預(yù)測模型進一步包括確定汽車運行車速與高速公 路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系，運用數(shù)學(xué)建模理論建立運行車速預(yù)測模型，并結(jié)合實際 情況和交通仿真技術(shù)對模型進行驗證和修正；同時運用統(tǒng)計學(xué)原理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、駕 駛員心理學(xué)確定模型的預(yù)測方法，并用實測數(shù)據(jù)加以檢驗。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全檢測方法，其特 征在于，所述的構(gòu)建高速公路線形安全性檢測模型進一步包括根據(jù)運行車速特征指標(biāo)與 公路安全性的相互關(guān)系，確定符合我國車速分布特征的安全性評價指標(biāo)，建立高速公路幾 何線形安全性評價模型；將理論與實踐相結(jié)合，運用路段事故資料數(shù)據(jù)、駕駛員心理生理學(xué) 數(shù)據(jù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)為模型評價標(biāo)準(zhǔn)建立具體的可操作的評價流程；構(gòu)建高速公路線形安 全性檢測模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于高速公路幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)的安全檢測方法，該方法包括確定端面車速分布形式及特征參數(shù)；建立告訴高速幾何線形綜合技術(shù)指標(biāo)描述模型；根據(jù)運行車速與線形綜合指標(biāo)的關(guān)系，構(gòu)建高速公路運行車速預(yù)測模型；根據(jù)運行車速特征指標(biāo)與安全性檢測指標(biāo)的關(guān)系，構(gòu)建高速公路線形安全性檢測模型。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有系統(tǒng)性、普遍適用性以及可操作性等優(yōu)點。
文檔編號G08G1/01GK101694745SQ200910053179
公開日2010年4月14日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者周小煥, 孔令旗, 楊漾, 王琰, 郭忠印, 閻瑩 申請人:同濟大學(xué);