本发明涉及道路平曲线半径及安全限速设置方法领域，具体是一种多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法。
背景技术：
我国道路设计规范明确规定，在道路的平面线形设计中，无论转角大小，都应设置平曲线。平曲线是道路线形重要组成部分，相较于道路直线段，有着较好的地形适应性、可循性、美观性以及便于设计勘测等优点，所以平曲线的使用十分广泛。然而道路平曲线路段上的交通事故数占事故总数的比例较高，统计数据数据表明，道路平曲线路段上发生事故的死亡率占全部事故死亡率的16.6％，其中雨天等能见度较低的天气条件下发生事故数占总事故的23.76％。我国东南沿海地区、东北地区及长江中下游等地区都有着较大的降雨强度，因此多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法对交通安全显得尤为重要。
基于驾驶员在雨天条件下的行车视距提出一种多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，为平曲线道路设计参数及安全限速值提供新的优化方法。申请号为201610301312.5的发明专利提出一种高速公路动态限速方法，利用天气状况检测模块检测异常天气，根据实时数据(包括交通状况数据、能见度、路面摩擦系数以及风速与风向)获得对应路段的限速值；但该方法限速取值未考虑平曲线对驾驶员行车视距的影响。申请号为201611127681.3的发明专利提出一种基于车辆侧翻侧滑虚拟试验的公路平曲线半径安全设计的优化方法，构建驾驶员-车辆-目标路段虚拟试验仿真平台，计算侧向加速度比率与载荷转移率值，确定目标值函数最小的平曲线半径；但该方法未考虑天气因素对停车视距的影响，仅采用单一车辆动力学性能指标难以准确设置平曲线最优半径值。
技术实现要素：
本发明的目的是为了避免上述现有方法所存在的不足之处，提供一种多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，以期利用驾驶员行车视距对多雨地区平曲线半径进行更为准确的优化，并对各雨天条件下平曲线的限速值进行合理设置。
本发明的技术方案如下：
一种多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)、计算平曲线路段行车视距；
(2)、计算平曲线路段停车视距；
(3)、对平曲线路段行车视距与停车视距的进行关系对比；
(4)、构建道路平曲线半径与限速设置计算模型；
(5)、对所述的道路平曲线半径与限速设置计算模型进行参数标定；
(6)、对既有规范值与基于视距的安全限速模型计算值进行对比分析；
(7)、利用所述的既有规范值与基于视距的安全限速模型计算值对比结果，对多雨地区道路平曲线半径及安全限速值进行设置。
所述的多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，其特征在于：所述的步骤(1)中计算平曲线路段行车视距包括构建基本型平曲线，分析驾驶员在平曲线路段视距变化情况，具体地，驾驶员最小行车视距计算如下：
R1＝R-l1/2-b-nd-l2(2)
R车＝R-l1/2-b-3nd/4(3)
式(1)中，St为平曲线最小行车视距，R车为车辆行驶曲线半径，R1为平曲线硬路肩右侧半径；
式(2)中，R为平曲线半径，d为单车道宽度，l1为中央分隔带宽度，b为左侧路缘带宽度，l2为硬路肩宽度，n为单向车道数；
具体地，平曲线路段正常视距下的道路长度计算如下：
式(4)中，S为平曲线路段正常视距下的道路长度。
所述的多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，其特征在于：所述的步骤(2)中计算平曲线路段停车视距包括反应距离、制动距离和安全距离，具体地，平曲线路段停车视距计算如下：
Ss＝S1+S2+S3(5)
式(5)中，Ss为平曲线路段停车视距，S1为反应距离，S2为制动距离，S3为最小安全距离；
式(6)中，V为设计速度，t为驾驶员反应时间；
式(7)中，V为设计速度，μ1为道路纵向附着系数，i为道路横坡值。
所述的多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，其特征在于：所述的步骤(3)中对平曲线路段行车视距与停车视距的进行关系对比，包括驾驶员的行车视距对应的道路长度以及驾驶员在雨天条件能见度阈值下的道路长度，都应大于车辆停车所走过的轨迹长度。
所述的多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，其特征在于：所述的步骤(4)中构建道路平曲线半径与限速设置计算模型包括驾驶员的行车视距和雨天条件能见度阈值，具体地，道路平曲线半径与限速设置计算模型构建如下：
式(8)中，V为设计速度，t为驾驶员反应时间，μ1为道路纵向附着系数，i为道路横坡值，S3为最小安全距离，S为平曲线路段正常视距下的道路长度，SY为雨天条件能见度阈值下的道路长度。
所述的多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，其特征在于：所述的步骤(5)中对所述道路平曲线半径与限速设置计算模型进行参数标定，包括道路横坡值i、单车道宽度d、道路附着系数μ1、左侧路缘带宽度b、中央分隔带宽度l1、驾驶员反应时间t和最小安全距离S3；优选地，道路横坡值i＝8％、道路宽度d＝3.75m、道路纵向附着系数μ1分别选取1，0.8，0.6，0.4，0.3，0.2、左侧路缘带宽度b＝0.5m、中央分隔带宽度l1＝1m、驾驶员反应时间t＝2.5m、最小安全距离S3＝5m。
所述的多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，其特征在于：所述的步骤(6)中对既有规范值与基于视距的安全限速模型计算值进行对比分析，包括设有超高的平曲线路段和未设有超高的平曲线路段，具体地，既有规范最高限速计算模型构建如下：
式(9)中，V为设计速度，μ2为道路横向力系数，i为道路横坡值；
按式(10)计算的道路横向力系数：
μ2＝(-4E-6)(160-200μ1)2+0.14μ1+0.0904(10)
式(10)中，μ1为道路纵向附着系数，μ2为道路横向力系数，E-6为10-6。
所述的多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，其特征在于：所述的步骤(7)中利用所述既有规范值与基于视距的安全限速模型计算值对比结果，对多雨地区道路平曲线半径及安全限速值进行设置，包括设置超高及未设置超高的平曲线路段，不同设计速度路段所对应平曲线的设计半径极限值，以及小雨、中雨、大到暴雨条件下的安全限速值。
本发明的有益效果：
本发明能够用于指导多雨地区道路平曲线半径值的优化设计，为道路设计规范者提供科学的理论支撑和技术支持，并针对不同降雨强度给出安全限速值，达到了保证驾驶员出行安全的目的。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为平曲线内侧车道行车视距计算示意图。
图3为设有超高平曲线规范值与视距模型限速值对比示意图。
图4为设有超高平曲线半径与横坡值组合限速值对比示意图。
图5为未设超高平曲线内侧道路规范值与模型限速值对比示意图。
图6为未设超高平曲线外侧道路规范值与模型限速值对比示意图。
图7为未设超高平曲线内侧道路半径与横坡值组合限速值对比示意图。
图8为未设超高平曲线外侧道路半径与横坡值组合限速值对比示意图。
具体实施方式
本发明基于驾驶员道路行车视距，构建道路平曲线半径与限速设置计算模型，并与既有规范值作对比，利用对比结果对多雨地区道路平曲线半径及安全限速值进行设置。下面结合附图对多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法做进一步详细的说明。
如图1所示，为本发明公开的一种多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法的流程图，包括如下步骤：
步骤1、计算平曲线路段行车视距：
平曲线上的行车视距由曲线外侧到内侧逐渐降低，从平曲线内侧车道计算行车视距，如图2所示，驾驶员最小行车视距计算如下：
R1＝R-l1/2-b-nd-l2(2)
R车＝R-l1/2-b-3nd/4(3)
式(1)中，St为平曲线最小行车视距，R车为车辆行驶曲线半径，R1为平曲线硬路肩右侧半径；
式(2)中，R为平曲线半径，d为单车道宽度，l1为中央分隔带宽度，b为左侧路缘带宽度，l2为硬路肩宽度，n为单向车道数；
具体地，平曲线路段正常视距下的道路长度计算如下：
式(4)中，S为平曲线路段正常视距下的道路长度。
步骤2、计算平曲线路段停车视距：
停车视距是指车辆以一定速度行驶中，驾驶员自看到前方障碍物时起，至到达障碍物前安全停车止所需要的最短行驶距离。停车视距由反应距离、制动距离及安全距离组成。其中反应距离是指驾驶员发现前方的阻碍物后，经过决策决定采取制动措施的这一时刻到车辆的制动器开始工作的这段时间内汽车所行驶的距离。制动距离是指汽车从制动器开始工作时刻到车辆完全停住这段时间内行驶的距离。
平曲线路段停车视距计算如下：
Ss＝S1+S2+S3(5)
式(5)中，Ss为平曲线路段停车视距，S1为反应距离，S2为制动距离，S3为最小安全距离；
式(6)中，V为设计速度，t为驾驶员反应时间；
式(7)中，V为设计速度，μ1为道路纵向附着系数，i为道路横坡值。
步骤3、对平曲线路段行车视距与停车视距的进行关系对比：
行车视距与停车视距关系对比指驾驶员的行车视距对应的道路长度应大于车辆停车所走过的轨迹长度。驾驶员在平曲线内行驶时的盲区较为显著，容易造成驾驶员紧张，为了保证车辆在平曲线内的行车安全，除了需要确保与前方车辆的安全距离，还应保证充足的行车视距。
能见度阈值是指驾驶员由于降雨强度的影响，能见度可能降至的最小值如表1所示。短时间内的强降雨条件对能见度有着较为显著的影响，此外，降雨时临近车道上溅起的水幕；刮雨器未能及时清理干净前挡风玻璃上的水珠等因素都能导致驾驶员视线模糊，同时对能见距离的感知精度降低。
表1降雨强度与能见度阈值
步骤4、构建道路平曲线半径与限速设置计算模型：
平曲线路段下车辆行驶过程中的视距限速模型是指当雨天影响下的能见度道路长度SY小于平曲线路段正常视距下的道路长度S时，将依据SY来计算极限平曲线极限半径或速度；同理，当雨天影响下的能见度道路长度SY大于平曲线路段正常视距下的道路长度S时，将依据S来计算极限平曲线半径或速度，计算过程如下：
式(8)中，V为设计速度，t为驾驶员反应时间，μ1为道路纵向附着系数，i为道路横坡值，S3为最小安全距离，S为平曲线路段正常视距下的道路长度，SY为雨天条件能见度阈值下的道路长度。
步骤5、对道路平曲线半径与限速设置计算模型进行参数标定：
我国《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)规定一般地区高速公路和一级公路最大横坡值不能超过10％，其他各级公路不能超过8％，对于积雪冰冻地区则不能超过6％，道路横坡值i＝8％、硬路肩宽度l2为0.5m、单车道宽度d＝3.75m、左侧路缘带宽度b＝0.5m、中央分隔带宽度l1＝1m、驾驶员反应时间t＝2.5m、最小安全距离S3＝5m进行计算验证。
表2所述各天气下的道路附着系数μ1分别选取1，0.8，0.6，0.4，0.3，0.2，选择沥青路面例对构建模型进行计算分析，在强降雨天气下，雨膜厚度均已超过4mm，已达到表2中暴雨水膜厚度的取值范围，所以各天气下的道路附着系数均满足于不同类型的沥青路面。
表2雨天道路附着系数
步骤6、对既有规范值与基于视距的安全限速模型计算值进行对比分析：
既有规范最高限速计算模型构建如下：
式(9)中，V为设计速度，μ2为道路横向力系数，i为道路横坡值；
按式(10)计算的道路横向力系数：
μ2＝(-4E-6)(160-200μ1)2+0.14μ1+0.0904(10)
式(10)中，μ1为道路纵向附着系数，μ2为道路横向力系数，E-6为10-6。
道路设计规范规定圆曲线的最小半径分为三种：圆曲线不设超高的最小半径，设置超高最小半径一般值和极限值。当道路设计规范的曲线半径小于不设超高的最小半径时，此时，曲线段应设置超高。纵向附着系数μ1分别选取晴天与降雨天气条件进行仿真对比分析，设有超高平曲线规范值与视距模型限速值对比结果如图3所示；设有超高平曲线半径与横坡值组合限速值对比结果如图4所示；未设超高平曲线内侧道路规范值与模型限速值对比结果如图5所示；未设超高平曲线外侧道路规范值与模型限速值对比结果如图6所示；未设超高平曲线内侧道路半径与横坡值组合限速值对比结果如图7所示；未设超高平曲线外侧道路半径与横坡值组合限速值对比结果如图8所示。
步骤7、利用既有规范值与基于视距的安全限速模型计算值对比结果，对多雨地区道路平曲线半径及安全限速值进行设置：
根据仿真对比结果，平曲线路段设计参数极限采用值仅从车身动力学公式角度进行设计标定，未充分考虑不利天气条件下驾驶员行车视距的要求，所以依据平曲线视距模型求解的结果，可以对平曲线路段设计参数进行优化，并得到不同雨天情况下道路平曲线的合理限速值。限速值结果如表3及表4所示。
表3设置超高平曲线限速值
表4未设置超高平曲线限速值
综上所述，本发明涉及的一种多雨地区道路平曲线半径及安全限速设置方法，其通过计算平曲线路段行车视距计算平曲线路段停车视距；利用平曲线路段行车视距与停车视距关系对比，构建道路平曲线半径与限速设置计算模型；对所述的道路平曲线半径与限速设置计算模型参数标定，对既有规范值与基于视距的模型计算值对比；利用所述的既有规范值与基于视距的模型计算值对比结果对多雨地区道路平曲线半径及安全限速值进行设置。从而起到完善多雨地区的平曲线道路设计，保证驾驶员与车辆安全行驶的功效。
上述实施例和图示并非限定本发明的产品形态和样式，任何属于技术领域的普通技术人员对其做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。