专利名称：基于高速公路几何线形综合技术指标的安全检测方法
技术领域：
本发明涉及现代交通技术领域，特别是涉及一种基于高速公路几何线形综合技术
指标的安全检测方法。
背景技术：
在人_车_路系统中，路作为整个体系的载体，起着至关重要的作用，而公路的各项线形指标决定了行车的安全性和舒适性。公路线形是平面线形、纵断面线形和横断面的集合体。目前我国是在满足汽车运动学和力学要求前提下，采用"计算行车速度"即设计车速进行路线设计，计算行车速度对一特定路段而言是一固定值，其作为基础参数，用于规定该路段满足运营安全所需的最小曲率和最小视距等最低路线技术指标。据《公路路线设计规范》，一条公路的计算行车速度确定后，其相应的圆曲线半径、车道宽度、超高、加宽、纵坡、视距、竖曲线半径等设计要素的最低指标便确定了。只要设计所采用的最小几何指标大于所选定的计算行车速度所对应的最小几何指标，则认为该设计是符合规范要求的。
然而近几十年来国内外研究表明仅单相独立指标符合规范要求的公路几何线形，不能有效地保证汽车行驶的安全性。汽车在公路上行驶时，驾驶者一般是依据道路行车条件(线形几何、路面、气候、环境和交通流密度)及车辆本身性能来确定自己的车速。只要条件允许，驾驶者总是倾向于采用较高的速度行驶。当汽车由设计指标较高的路段突然驶入指标较低的曲线路段时，许多驾驶员因驾驶惯性等原因而不能及时意识到车速过高，或当感觉车速过高时已来不及减速或减速不够，这样交通事故便在瞬间发生。
鉴于以设计车速为基础的公路路线设计方法存在的不足，近年来，德国、法国以及澳大利亚等发达国家广泛采用以运行速度为基础的路线设计方法。我国在相关领域的研究还处于起步阶段，欲完全采用运行车速进行路线设计还需更深入的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于高速公路几何线形综合技术指标的安全检测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现基于高速公路几何线形综合技术指
标的安全检测方法，其特征在于，该方法包括 确定端面车速分布形式及特征参数； 建立告诉高速几何线形综合技术指标描述模型； 根据运行车速与线形综合指标的关系，构建高速公路运行车速预测模型； 根据运行车速特征指标与安全性检测指标的关系，构建高速公路线形安全性检测模型。 所述的确定端面车速分布形式及特征参数进一步包括根据高速公路地形特点及交通情况，以及公路交通量和交通流组成、事故状况、设计文件等数据，运用系统分析、车辆动力学、人机工程学、心理生理学对影响车辆运行的道路条件、车辆性能、驾驶员特性以及
3其他交通控制措施进行内外因分析处理，确定不同车辆的运行规律和差异；根据不同类型的测速仪器特点，确定测速路段的选取原则、测速位置、测速方案；通过对高速公路车辆运行车速分布检验，确定断面车速分布形式及特征参数。 所述的建立高速公路几何线形综合技术指标描述模型进一步包括根据公路线形的空间几何特性，对公路路段进行特征归类和表述，结合车辆运行速度的变化规律，运用层次分析法和系统分析法，在相关性、可比性、可行性的原则上，选取适当指标并量化；通过分析各类线形指标与运行车速的相关性，以此选取显著影响运行车速的线形指标，构建反映公路空间几何特性且能体现相关类型路段不同断面位置差异性的函数，对线形描述函数中各参数对线形综合指标的敏感性进行分析处理，建立高速公路几何线形综合技术指标的客观描述模型。 所述的构建高速公路运行车速预测模型进一步包括确定汽车运行车速与高速公路几何线形综合技术指标的关系，运用数学建模理论建立运行车速预测模型，并结合实际情况和交通仿真技术对模型进行验证和修正；同时运用统计学原理、人工神经网络理论、驾驶员心理学确定模型的预测方法，并用实测数据加以检验。 所述的构建高速公路线形安全性检测模型进一步包括根据运行车速特征指标与公路安全性的相互关系，确定符合我国车速分布特征的安全性评价指标，建立高速公路几何线形安全性评价模型；将理论与实践相结合，运用路段事故资料数据、驾驶员心理生理学数据、系统仿真技术为模型评价标准建立具体的可操作的评价流程；构建高速公路线形安全性检测模型。 与现有技术相比，本发明解决了直接采用众多指标进行公路线形设计质量评价的困难，避免了单一评价指标的局限性，提出了一种全面表征公路线形空间几何特点的线形综合指标描述模型，通过预测路段运行车速，从而对高速公路线形设计安全性进行综合量化评价，本技术具有以下优点 (1)系统性。根据公路平、纵、横三个方面的线形技术指标对安全性的不同影响机理，选取空间曲率、曲率变化率、曲线转角、纵坡度、车道宽度等技术指标，分别构建平面线形描述模型、纵面线形模型和横断面线形修正模型，最后考虑空间几何学原理及公路线形设计特点，以平、纵线形综合指标为主，横断面线形指标作为修正的方式，组合构建三维公路线形综合指标描述模型，并进行参数标定和敏感性分析，用以描述高速公路线形的客观安全性； (2)普遍适用性。本技术充分考虑了公路上运行车速随道路交通条件的变化沿车辆行驶方向的连续变化。公路线形综合指标作为表征公路线形平、纵、横几何特性的量化指标与车速变化具有一定的相关性，同时某个断面的运行车速V85不仅仅与该断面的线形特征相关，而且受车辆驶过路段以及前方路段一定长度范围内线形的影响。以公路前后线形共同影响车速变化为基本点，根据驾驶员视觉需求和车辆的加减速性能，通过研究前后一定长度范围内公路线形综合指标累积值与当前断面运行车速的关系，建立基于高速公路几何线形综合指标的运行车速预测模型，可对我国4 8车道的高速公路运行车速进行连续预测； (3)可操作性。结合我国高速公路总体安全服务水平，确定道路安全相对指标，建立高速公路线形设计一致性评价标准，从而形成了一套可操作的基于高速公路几何线形综合技术指标的安全性评价技术；并应用先进的计算机技术，编制了线形设计质量安全性评价程序，建立了基于高速公路线形综合指标的运行车速预测及线形设计安全性评价系统。
图l为本发明的原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，基于高速公路几何线形综合技术指标的安全检测方法，该方法包括 确定端面车速分布形式及特征参数； 建立告诉高速几何线形综合技术指标描述模型； 根据运行车速与线形综合指标的关系，构建高速公路运行车速预测模型； 根据运行车速特征指标与安全性检测指标的关系，构建高速公路线形安全性检测模型。 所述的确定端面车速分布形式及特征参数进一步包括根据高速公路地形特点及
交通情况，以及公路交通量和交通流组成、事故状况、设计文件等数据，运用系统分析、车辆
动力学、人机工程学、心理生理学对影响车辆运行的道路条件、车辆性能、驾驶员特性以及
其他交通控制措施进行内外因分析处理，确定不同车辆的运行规律和差异；根据不同类型
的测速仪器特点，确定测速路段的选取原则、测速位置、测速方案；通过对高速公路车辆运
行车速分布检验，确定断面车速分布形式及特征参数；所述的建立高速公路几何线形综合
技术指标描述模型进一步包括根据公路线形的空间几何特性，对公路路段进行特征归类
和表述，结合车辆运行速度的变化规律，运用层次分析法和系统分析法，在相关性、可比性、
可行性的原则上，选取适当指标并量化；通过分析各类线形指标与运行车速的相关性，以此
选取显著影响运行车速的线形指标，构建反映公路空间几何特性且能体现相关类型路段不
同断面位置差异性的函数，对线形描述函数中各参数对线形综合指标的敏感性进行分析处
理，建立高速公路几何线形综合技术指标的客观描述模型；所述的构建高速公路运行车速
预测模型进一步包括确定汽车运行车速与高速公路几何线形综合技术指标的关系，运用
数学建模理论建立运行车速预测模型，并结合实际情况和交通仿真技术对模型进行验证和
修正；同时运用统计学原理、人工神经网络理论、驾驶员心理学确定模型的预测方法，并用
实测数据加以检验；所述的构建高速公路线形安全性检测模型进一步包括根据运行车速
特征指标与公路安全性的相互关系，确定符合我国车速分布特征的安全性评价指标，建立
高速公路几何线形安全性评价模型；将理论与实践相结合，运用路段事故资料数据、驾驶员心理生理学数据、系统仿真技术为模型评价标准建立具体的可操作的评价流程；构建高速
公路线形安全性检测模型。 本发明运用交通工程、系统工程、交通流理论、汽车行驶动力学、驾驶员心理生理学原理以及其他领域的相关知识，利用实际道路观测与交通仿真相结合、理论分析与数值分析相结合、工程应用及跟踪观测相结合等技术手段，提出基于高速公路几何线形综合技术指标的安全性评价技术。具体技术方案分为四部分 (1)广泛查阅国内外文献，在充分总结、对比、分析国内外研究成果和成熟技术的基础上，借鉴先进经验，分析我国目前相关研究的现状和存在的不足；结合我国高速公路地形特点及交通情况，对典型车辆(货车、客车、小汽车)的运行情况进行调研，广泛收集公路交通量和交通流组成、事故状况、设计文件等数据和资料，运用系统分析、车辆动力学、人机工程学、心理生理学等理论对影响车辆运行的道路条件、车辆性能、驾驶员特性以及其他交通控制措施进行内外因分析，研究不同车辆的运行规律和差异；在比较不同类型测速仪器特点的基础上，对调研中测速路段的选取原则、测速位置、测速方案等进行研究；通过对高速公路车辆运行车速分布检验，确定断面车速分布形式及特征参数。 (2)以公路线形的空间几何特性为着眼点，将公路路段进行特征归类和表述，结合车辆运行速度的变化规律，运用层次分析法和系统分析法，在相关性、可比性、可行性的原则上，选取适当指标并量化。通过分析各类线形指标与运行车速的相关性，以此选取显著影响运行车速的线形指标构建反映公路空间几何特性且能体现相关类型路段不同断面位置差异性的函数，对线形描述函数中各参数对线形综合指标的敏感性进行分析，建立高速公路几何线形综合技术指标的客观描述模型。 (3)通过理论分析与试验相结合的方法，研究汽车运行车速与高速公路几何线形综合技术指标的关系，运用数学建模理论建立运行车速预测模型，并结合实际情况和交通仿真技术对模型进行验证和修正；同时运用统计学原理、人工神经网络理论、驾驶员心理学研究模型的多种预测方法，并用实测数据加以检验。
(4)在深入分析运行车速特征指标与公路安全性相互关系基础上，提出符合我国
车速分布特征的安全性评价指标，建立高速公路几何线形安全性评价模型；将理论与实践
相结合，运用路段事故资料、驾驶员心理生理学数据、系统仿真技术对模型评价标准进行研
究，建立具体的可操作的评价流程，最终提出基于高速公路几何线形综合技术指标的安全
性评价技术。 实施例 基于高速公路几何线形综合技术指标的安全性评价技术主要是通过运用建立的
描述公路线形空间几何特性的综合模型和运行车速预测模型对已建或拟建高速公路进行
运行车速预测，确定运行车速特征指标，根据线形设计一致性评价方法和评价标准对高速
公路进行运行车速协调性和线形设计一致性等方面的分析，具体实施方法如下 (1)确定研究路段，研究对象主要包括4 8车道的拟建和已建的高速公路，车辆
类型主要包括A型车(小客车)与D型车(大型载重车)，收集高速公路平、纵、横线形设计
资料及线形指标数据。 (2)根据线形设计资料整理路线设计指标，包括半径、坡度、转角、缓和曲线长度、横断面总宽度等，根据精度要求自行调整间距，计算逐点的线形综合指标值和从起点累积到该点的线形综合指标累积值。计算前、后方线形影响范围内线形综合指标的累积值。包括后方200m加减速长度范围内的线形综合指标值F (后200m)、前方250m、 100m有效注视范围内的线形综合指标值F (前250m) 、 F (前100m)。 (3)应用速度预测模型预测速度值。按照线形指标分类分别对应I类指标A型车速度预测模型、II类指标A型车速度预测模型、I类指标D型车速度预测模型、II类指标D型车速度预测模型进行速度预测。 (4)根据路段单元的划分结果以及运行车速预测数据，计算用于线形一致性分析的各类型车速特征指标，包括车速变异系数、客货车速极差比、断面车速差、车速降低系数、路段车速离散度。根据车速特征指标的计算结果及高速公路线形设计安全性评价方法和评价标准进行路段线形设计安全性分析，确定被分析的路段所处的运营安全等级。
权利要求
基于高速公路几何线形综合技术指标的安全检测方法，其特征在于，该方法包括确定端面车速分布形式及特征参数；建立告诉高速几何线形综合技术指标描述模型；根据运行车速与线形综合指标的关系，构建高速公路运行车速预测模型；根据运行车速特征指标与安全性检测指标的关系，构建高速公路线形安全性检测模型。
2. 根据权利要求1所述的基于高速公路几何线形综合技术指标的安全检测方法，其特 征在于，所述的确定端面车速分布形式及特征参数进一步包括根据高速公路地形特点及 交通情况，以及公路交通量和交通流组成、事故状况、设计文件等数据，运用系统分析、车辆 动力学、人机工程学、心理生理学对影响车辆运行的道路条件、车辆性能、驾驶员特性以及 其他交通控制措施进行内外因分析处理，确定不同车辆的运行规律和差异；根据不同类型 的测速仪器特点，确定测速路段的选取原则、测速位置、测速方案；通过对高速公路车辆运 行车速分布检验，确定断面车速分布形式及特征参数。
3. 根据权利要求1或2所述的基于高速公路几何线形综合技术指标的安全检测方法， 其特征在于，所述的建立高速公路几何线形综合技术指标描述模型进一步包括根据公路 线形的空间几何特性，对公路路段进行特征归类和表述，结合车辆运行速度的变化规律，运 用层次分析法和系统分析法，在相关性、可比性、可行性的原则上，选取适当指标并量化；通 过分析各类线形指标与运行车速的相关性，以此选取显著影响运行车速的线形指标，构建 反映公路空间几何特性且能体现相关类型路段不同断面位置差异性的函数，对线形描述函 数中各参数对线形综合指标的敏感性进行分析处理，建立高速公路几何线形综合技术指标 的客观描述模型。
4. 根据权利要求3所述的基于高速公路几何线形综合技术指标的安全检测方法，其特 征在于，所述的构建高速公路运行车速预测模型进一步包括确定汽车运行车速与高速公 路几何线形综合技术指标的关系，运用数学建模理论建立运行车速预测模型，并结合实际 情况和交通仿真技术对模型进行验证和修正；同时运用统计学原理、人工神经网络理论、驾 驶员心理学确定模型的预测方法，并用实测数据加以检验。
5. 根据权利要求4所述的基于高速公路几何线形综合技术指标的安全检测方法，其特 征在于，所述的构建高速公路线形安全性检测模型进一步包括根据运行车速特征指标与 公路安全性的相互关系，确定符合我国车速分布特征的安全性评价指标，建立高速公路几 何线形安全性评价模型；将理论与实践相结合，运用路段事故资料数据、驾驶员心理生理学 数据、系统仿真技术为模型评价标准建立具体的可操作的评价流程；构建高速公路线形安 全性检测模型。
全文摘要
本发明涉及基于高速公路几何线形综合技术指标的安全检测方法，该方法包括确定端面车速分布形式及特征参数；建立告诉高速几何线形综合技术指标描述模型；根据运行车速与线形综合指标的关系，构建高速公路运行车速预测模型；根据运行车速特征指标与安全性检测指标的关系，构建高速公路线形安全性检测模型。与现有技术相比，本发明具有系统性、普遍适用性以及可操作性等优点。
文档编号G08G1/01GK101694745SQ200910053179
公开日2010年4月14日 申请日期2009年6月16日 优先权日2009年6月16日
发明者周小焕, 孔令旗, 杨漾, 王琰, 郭忠印, 阎莹 申请人:同济大学;