一种高速公路设计方案安全性评价方法
【专利摘要】一种高速公路设计方案安全性评价方法，属于高速公路安全性评价【技术领域】。本发明为了解决现有的评价方法评价参数固定、评价指标数量有限、输出结果单一，从而导致了安全性评价不完整，不能全面的评价设计方案。提出了一种高速公路设计方案安全性评价方法，本发明从设计方案的一致性、连续性，符合规范性，事故次数预测等多方面综合地评价高速公路的安全性。建立适合我国道路现状的评价模型，针对道路设计方面对道路的安全性进行评价，以期有效指导我国道路工作者的相关工作，同时降低道路安全隐患并提升道路项目整体安全性。本发明适用于高速公路设计方案安全性的评价。
【专利说明】一种高速公路设计方案安全性评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高速公路的安全性评价方法，尤其涉及一种高速公路设计方案安 全性评价方法，属于高速公路安全性评价【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 高速公路是直接为国民经济和社会发展服务的。高速公路设计应以实现行车安全 顺畅、社会成本低廉、环境协调友好、服务质量高效等设计目标为宗旨。
[0003] 当前，高速公路的设计方案在设计指标满足规范要求的前提下，更重视初期建设 的低成本、高速度与建设期的生产安全等，而对交通安全审查与评估缺乏系统性的认识。
[0004] 武汉理工大学龙雪琴于2007年在提出了高速公路运营期道路安全评价系统，包 括交通事故分析、运行速度评价、事故多发段鉴别、符合性评价和视距检验五个模块。但是， 该系统"事故多发段路段判断"模块是基于历年的基础数据所开发的，只能对已有的事故多 发段进行判断，而不能预测道路以后可能发生的事故次数或潜在的事故多发段路段；另外， 该系统数据录入方法采用的是将生成Autocad图的同时导出的各项指标表（.xls格式）经 整理后导入到数据库中，而不能将VB程序和Autocad图直接链接，程序使用还有不便利之 处。
[0005] 长安大学张巍于2006年提出基于BP人工神经网络的道路安全评价方法，通过分 析道路交通安全的影响因素，确定交通安全评价指标，应用了人工神经网络中较成熟的BP 神经网络，且运用MATLAB软件进行神经网络的创建，并把道路安全评价比较成熟的路段作 为样本，对BP神经网络进行训练，运用训练好的网络进行实例评价。但该方法采取的评价 指标数量有限，BP神经网络的效率和精度也有待提高。
[0006] 近年来我国高速公路事业迅猛发展，但对高速公路设计阶段的安全评价工作还没 有完全展开，这与许多国家相比差距很大，如能将高速公路设计方案的安全性审查评价机 制引入我国现行的高速公路设计中，对提高高速公路设计人员的安全设计意识、提高公路 设计项目的安全性将产生巨大的推动作用。最终将切实降低高速公路的事故率及伤亡人 数，极大的保障了人民群众的人身和财产安全。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提出一种高速公路设计方案安全性评价方法，以解决现有的评价 方法评价参数固定、评价指标数量有限、输出结果单一，从而导致了安全性评价不完整，不 能全面的评价设计方案。
[0008] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0009] 本发明所述的一种高速公路设计方案安全性评价方法，所述方法包括以下步骤：
[0010] 步骤一、以相关的规范指南为依据，对高速公路设计方案进行合规性评价，评价的 范围包括平面线形设计参数的评价、纵断面线形设计参数的评价以及视距评价；
[0011] 提取设计方案的数据：从设计方案中提取道路设计参数，包括平面线形、纵断面线 形、视距参数。
[0012] 依据《公路项目安全性评价指南》（JTG/T B05-2004)、《公路工程技术标准》（JTG B01-2003)、《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)相关规范指南，取得基本指标层中相关指 标，如平面线形安全性评价标准表、纵断面线形安全性评价标准表、停车视距表等。
[0013] 步骤二、设计一致性的评价，包括数据提取、划分路段类型、运行速度评价、一致性 与协调性评价；
[0014] 步骤三、交通事故的预测，采取事故次数预测和伤亡人数预测两种方法综合评价， 其中：
[0015] 对不同地形条件下高速公路交通事故发生进行预测。针对不同地形条件下，采用 合理的变量，可以得到高速公路不同路段的事故率，进行事故多发点鉴别，为安全性改造提 供依据。
[0016] 根据不同地形条件，采用不同的事故预测模型和伤亡人数预测模型，地形条件分 为山岭区、重丘区和平原区；
[0017] 从设计方案和历史资料中提取起终点桩号，路段类型，车道数，AADT (年平均日交 通量）参数；
[0018] 事故预测：根据提取的参数，分别进行事故次数预测、事故受伤人数预测和事故死 亡人数预测；
[0019] 步骤三一、交通事故次数的预测模型是：
[0020] Ν, =Να
【权利要求】
1. 一种高速公路设计方案安全性评价方法，其特征在于所述方法包括以下步骤： 步骤一、以相关的规范指南为依据，对高速公路设计方案进行合规性评价，评价的范围 包括平面线形设计参数的评价、纵断面线形设计参数的评价以及视距评价； 步骤二、设计一致性的评价，包括数据提取、划分路段类型、运行速度评价、一致性与协 调性评价； 步骤三、交通事故的预测，采取事故次数预测和伤亡人数预测两种方法综合评价，其 中： 步骤三一、交通事故次数的预测模型是：
式中：Ni--路段单元i上的预测事故率，即年均单位里程上的事故数，单位为 次·（km ·年）-1 ; NBi--路段单元i上预测出的基本事故率，即几何线形处于理想条件下仅受交通量影 响的事故率，单位为次·（km ·年）-1 ; β j--第j类线形指标对基本事故率的修正系数； 步骤三二、交通事故伤亡人数预测采用零堆积（ZINB-Probit)预测模型。
2. 根据权利要求1所述的一种高速公路设计方案安全性评价方法，其特征在于步骤一 所述的合规性评价的具体过程为： 步骤一一、平面线形设计参数的评价：根据平面线形安全性评价标准表，对平面线形设 计参数进行指标评价； 其中，相邻圆曲线半径协调性的评价如下：根据设计方案中的直线段长度，判断前后圆 曲线是否为相邻圆曲线；若直线段长度为〇,表明前后圆曲线之间无直线连接，为相邻圆曲 线；进而根据相邻圆曲线的转向确定相邻圆曲线的分类； 货车圆曲线超高的评价如下：采用货车的超高横坡与设计超高横坡进行对比，若设计 坡度小于货车评价超高值，则超高值不满足，货车超高横坡i的评价公式：
(1) 其中，V为高速公路货车设计速度，R为平曲线半径； 步骤一二、纵断面线形设计参数的评价：根据纵断面线形安全性评价标准表，对纵断面 线形设计参数进行指标评价； 步骤一三、视距的评价：根据停车视距表，对视距参数进行指标评价。
3. 根据权利要求2所述的一种高速公路设计方案安全性评价方法，其特征在于步骤 一三还包括： 平曲线防眩设施处的视距评价：若防眩设施距平曲线最侧车道视线的横向距离大于最 大横净距，则满足要求； 坚曲线视距的视距评价如下：依据式（2)和（3)，代入坚曲线半径、视线高度、障碍物高 度、前照灯高度、前照灯扩散角参数，评价各凸型坚曲线和凹型坚曲线的实际可视距离（S$ _)，然后通过对比实际可视距离与检查视距（S se)的关系来确定坚曲线处是否存在视距不 良问题：若S实际< S检查则满足；否则，不满足： 凸型坚曲线处驾驶员实际可获得的视线距离按下式评价：
(2) 凹型坚曲线处驾驶员实际可获得的视线距离按下式评价：
(3) 式中， R-坚曲线半径，单位m ; 屯--视线高度，取1.2m; d2--障碍物高度，取〇. lm; h--灯高，取0.75m; δ--前照灯扩散角，取Γ。
4. 根据权利要求3所述的一种高速公路设计方案安全性评价方法，其特征在于步骤二 所述的设计一致性评价的具体过程为： 步骤二一、数据提取：从设计方案中提取路段的起点及终点桩号，车辆类型，路段运行 速度，评价方向； 步骤二二、划分路段类型：根据曲线半径和纵坡坡度与波长的大小，将路线划分为平直 路段、小半径平曲线路段、纵坡路段、弯坡组合路段和短直线路段； 步骤二三、运行速度评价：根据高速公路的设计速度以及评价车型估计一个初始运行 速度，然后逐段进行评价； 步骤二四、一致性与协调性评价：一致性评价，分别评价每一段设计速度Vd与运行速 度Vout的差值| Λ V |，若< 20,则一致性良好，反之较差；协调性评价，分别评价每一段运 行速度Vout，η与上一段运行速度Vout，η-1的差值| Λ V |，若| Λ V | < 10,则协调性良 好；若10 < | Λ V|彡20,则协调性较好；若| Λ V| > 20,则协调性较差。
5. 根据权利要求4所述的一种高速公路设计方案安全性评价方法，其特征在于步骤 二二中，具体路段划分方法如下： 平直路段：平面线形为直线或半径大于等于l〇〇〇m的平曲线，且纵坡小于3 %，或纵坡 大于3%，但坡长小于等于300m的路段； 小半径平曲线段：平面线形为半径小于l〇〇〇m的平曲线，且纵坡小于2%路段； 纵坡路段：平面线形为直线或半径大于等于l〇〇〇m的平曲线，且纵坡大于等于3%，坡 长大于300m的路段； 弯坡组合路段：平面线形为半径小于l〇〇〇m的平曲线，且纵坡大于等于2%的路段； 短直线路段：当直线段位于两小半径曲线段之间，且长度小于临界值200米时，则该直 线视为短直线，车辆在此路段上的运行速度保持不变。
6. 根据权利要求5所述的一种高速公路设计方案安全性评价方法，其特征在于步骤 二三中运行速度评价的具体方法如下： 通过现场观测或设计速度与初始运行速度的对应关系表，估算各种设计速度对应的小 客车和大货车的运行速度，作为设计路段的初始运行速度％，运行速度评价方法依据《公路 项目安全性评价指南》中的附录B。
7.根据权利要求6所述的一种高速公路设计方案安全性评价方法，其特征在于步骤 三一所述的交通事故次数的预测模型具体分为： 步骤三一一、山岭区高速公路事故预测模型： 队=NBi* β β HCi* β HLi* β cd 式中，队--路段单元i上的预测事故率，即年均单位里程上的事故数，单位为 次·（km ·年 Γ1 ; NBi--路段单元i上预测出的基本事故率，即几何线形处于理想条件下仅受公路交通 量影响的事故率，单位为次·（km ·年Γ1，基本事故率NB = 9. 35Χ10_7(ΑΑ?Τ/2/υ 1 487,其 中AADT为年平均日交通量，β μ为车道修正系数； --路段单元i上的纵坡修正系数，纵坡修正系数β i = 〇. lli2_〇. 190i+l. 075,其 中i为该路段单元的纵坡坡度； βΗα--路段单元i上的平曲线半径修正系数，平曲线半径修正系数
，其中Rre为平曲线半径； βΗπ--路段单元i上的直线长度修正系数，其中为直线长度， 直线长度修正系数
^cd--路段的车道数修正，若为双向四车道，则= 1 ;若为双向六车道，则= 1.5, 若为双向八车道，则= 2; 步骤三一二、重丘区高速公路事故预测模型： 队=NBi* β β HCi* β HLi* β cd 式中，队--路段单元i上的预测事故率，即年均单位里程上的事故数，单位为 次·（km ·年 Γ1 ; NBi--路段单元i上预测出的基本事故率，即几何线形处于理想条件下仅受公路交通 量影响的事故率，单位为次·（km·年Γ1，基本事故率NB = 4. 18X10_7(AADT/2/i3ed)15°2,其 中AADT为年平均日交通量，β μ为车道修正系数； --路段单元i上的纵坡修正系数，纵坡修正系数β i = 〇. 157i2-0. 226i+l. 082， 其中i为该路段单元的纵坡坡度； βΗα--路段单元i上的平曲线半径修正系数，平曲线半径修正系数
其中Rre为平曲线半径； β m--路段单元i上的直线长度修正系数，其中为直线长度 直线长度修正系数fta =
^cd--路段的车道数修正，若为双向四车道，则= 1 ;若为双向六车道，则= 1.5, 若为双向八车道，则= 2; 步骤三一三、平原区高速公路事故预测模型： Ni = NBi* β cd 式中，队--路段单元i上的预测事故率，即年均单位里程上的事故数，单位为 次·（km ·年 Γ1 ; NBi-路段单元i上预测出的基本事故率，即几何线形处于理想条件下仅受公路交通 量影响的事故率，单位为次·（km ·年Γ1， 基本事故率 ΝΒ = 4· 07X 1(T9AADT2-L 13X 1(T4AADT+L 8136 ; ^cd--路段的车道数修正，若为双向四车道，则= 1 ;若为双向六车道，则= 1.5, 若为双向八车道，则βε(1 = 2。
8.根据权利要求7所述的一种高速公路设计方案安全性评价方法，其特征在于步骤 三二所述的交通事故伤亡人数的预测模型具体分为： 步骤三二一、山岭区高速公路伤亡人数预测模型： 受伤人数： Di = (Ι-p) λ i
λ i = exp(0. 1125RHC-0. 0363Rvc-3. 558LvC-0. 0974i+0. 0001 (AADT /(2/^cd)+2. 7173LS) 式中：Pi--路段i发生事故的概率； λ i--路段i发生事故次数的数学期望； Di--预测得到的路段i上的受伤人数； Rhc--平曲线半径； i--纵坡坡度； Rvc--坚曲线半径； Lvc-坚曲线长度； AADT--年平均日交通量 ^cd--路段的车道数修正，若为双向四车道，则= 1 ;若为双向六车道，则= 1.5, 若为双向八车道，则= 2; 死亡人数： Dd =入 i λ i = exp(0. 1765LHC+0. 1537RHC+0. 0001 (AADT/2/β ed)+3. 5279LS -6. 7155) 式中：λ i-路段i发生事故次数的数学期望； Dd--预测得到的路段i上的死亡人数； Lhc--平曲线长度； Rhc--平曲线半径； Ls--路段长度； AADT--年平均日交通量； ^cd--路段的车道数修正，若为双向四车道，则= 1 ;若为双向六车道，则= 1.5, 若为双向八车道，则= 2; 步骤三二二、重丘区高速公路伤亡人数预测模型： 受伤人数： Di = (Ι-p) λ i Pi = normal (-〇. 0084 y +0. 5955LG-〇. 000039 (AADT/2/ β cd) -3. 4096LS +3. 2932) λ i = exp (-0· 0201 γ +1. 1673LG-0. 0001 (AADT/ (2/ β ed) -2. 2625LS) 式中：Pi--路段i发生事故的概率； λ i--路段i发生事故次数的数学期望； Di--预测得到的路段i上的受伤人数； Y-偏角； lg-坡长； Ls--路段长度； AADT--年平均日交通量； ^cd--路段的车道数修正，若为双向四车道，则= 1 ;若为双向六车道，则= 1.5, 若为双向八车道，则= 2; 死亡人数： Dd = (1-Pi) λ j Pi = normal (-〇. 3364LT+0. 000012 (AADT/2/ β cd) -3. 8456Ls+3. 0369) λ j = exp (0. 8487LT-0. 0001 (AADT/2/ β cd) -1. 9313LS) 式中：Pi--路段i发生事故的概率； λ i--路段i发生事故次数的数学期望； Dd--预测得到的路段i上的死亡人数； LT--直线长度； Ls--路段长度； AADT--年平均日交通量； ^cd--路段的车道数修正，若为双向四车道，则= 1 ;若为双向六车道，则= 1.5, 若为双向八车道，则= 2; 步骤三二三、平原区高速公路伤亡人数预测模型： 受伤人数： Di = (Ι-p) λ i
λ i = exp(-〇. 1704LHC-0. 3036RHC+0. 004Rvc+0. 13LG+0. 0001 (AADT /(2/^cd)+1.7524Ls) 式中：Pi--路段i发生事故的概率； λ i--路段i发生事故次数的数学期望； Di--预测得到的路段i上的受伤人数； Lhc--平曲线长度； Rhc--平曲线半径； i--纵坡坡度； Rvc--坚曲线半径； Lg-坡长； Ls--路段长度； AADT--年平均日交通量 ^cd--路段的车道数修正，若为双向四车道，则= 1 ;若为双向六车道，则= 1.5, 若为双向八车道，则β^ = 2; 死亡人数： Dd = (1-Pi) λ j
λ i = exp (-0· 775LHC-0. 1963RHC+0. 13LG+0. 0001 (AADT/ (2/ β cd) +2. 0601) 式中：Pi--路段i发生事故的概率； λ i--路段i发生事故次数的数学期望； Dd--预测得到的路段i上的死亡人数； Lhc--平曲线长度； Rhc--平曲线半径； lg-坡长； AADT--年平均日交通量； ^cd--路段的车道数修正，若为双向四车道，则= 1 ;若为双向六车道，则= 1.5, 若为双向八车道，则βε(1 = 2。
【文档编号】E01C1/00GK104294720SQ201410503501
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】侯相琛, 孟祥海, 马松林, 王晓宁, 安实, 王运卫, 黄志宇, 杨松, 赵群, 崔鹏, 吴倩 申请人:哈尔滨工业大学