基于運行速度理念的西部地區(qū)公路線形設(shè)計及安全評價技術(shù)研究報告-報告簡本

1、-基于運行速度理念的西部地區(qū)公路線形設(shè)計及平安評價技術(shù)研究報告簡本0. 引言而隨著公路建立工程的開展，西部地區(qū)公路建立面臨新的特點和問題，如：指標選用存在一定的盲目性、路線設(shè)計無視視線形連續(xù)性、路線方案選擇與優(yōu)化時缺少從行車平安角度的評價，面對這些新的困難和問題，如果只是沿用現(xiàn)有的設(shè)計方法和理念、以及路線設(shè)計技術(shù)，顯然難以解決的，需要新的設(shè)計、評價方法、手段和技術(shù)支撐。再者，近年來公路交通平安問題嚴峻，對公路設(shè)計提出更高的平安性要求，從設(shè)計角度出發(fā)，在設(shè)計階段對交通平安的重視不夠、缺少從動態(tài)行車角度對技術(shù)指標的平安性驗證和檢驗、無法從駕駛員與乘客的心生理反響的角度對公路路線進展平安性以及舒適性

2、評價、路側(cè)設(shè)計與交通平安設(shè)施偏于程式化，不能滿足平安性需要。鑒于上述我國西部地區(qū)公路建立中面臨新的問題和特點，以及我國令人堪憂的嚴峻交通平安形勢，本工程開展對相關(guān)專題研究成果運行速度模型的分析驗證、對表征駕駛員心生理反映的指標進展研究、對路線一致性評價標準進展研究、對主要技術(shù)指標進展平安性驗證和檢驗，提出基于運行速度理念的公路路線設(shè)計技術(shù)和流程，研發(fā)高度集成的科學、實用的公路綜合性平安評價技術(shù)包括軟件系統(tǒng)等，以實現(xiàn)從設(shè)計階段入手，重視并提高公路交通平安水平，是非常迫切和必要的。1. 工程根本情況1.1 研究容及考核指標工程主要研究容包括以下方面：1全面研究總結(jié)國、外路線設(shè)計方法與指標體系2研究

3、運行速度、線形設(shè)計一致性和駕駛工作負荷等多項平安性評價指標、標準，總結(jié)提煉路線設(shè)計的平安評價方法與體系3研究并集成基于運行速度的公路設(shè)計平安性綜合評價技術(shù)4基于運行速度理念的西部地區(qū)公路路線設(shè)計方法體系研究5研究編寫基于運行速度理念的路線設(shè)計指南6研究開發(fā)基于公路運行速度的路線設(shè)計軟件系統(tǒng)并開展試設(shè)計工作1.2 工程實施方案本工程組從研究初始廣泛地收集、整理與分析現(xiàn)有國外相關(guān)技術(shù)資料，為研究工作的開展奠定堅實根底。研究過現(xiàn)場實驗、觀測和室模擬分析等方法，建立適合我國各等級公路交通特點、駕駛特性和駕駛員心生理反映的公路運行速度的關(guān)系模型，路線幾何線形一致性模型，提出公路運行速度平安性評價指標、評

4、價標準以及公路路線平安評價的方法和體系；結(jié)合公路路線線形組合、大型工點對車輛實際運行速度、駕駛工作負荷度的影響，提出路線幾何設(shè)計技術(shù)指標的一般推薦值，提出設(shè)計時應(yīng)注重的設(shè)計要點和一般原則；結(jié)合公路實際工程的路線設(shè)計工作需求，利用計算機輔助設(shè)計CAD和虛擬仿真VR等相關(guān)技術(shù)，研究開發(fā)并集成了公路路線平安綜合評價技術(shù)；總結(jié)提煉基于運行速度的公路路線設(shè)計技術(shù)、流程和多項平安綜合處置措施。工程總體技術(shù)路線見圖1-1。線形與駕駛行為的關(guān)系模型線形與心生理指標的關(guān)系模型速度與駕駛行為的關(guān)系模型速度與心生理指標的關(guān)系模型基于駕駛負荷度的平安性評價模型分級標準運行速度含速度差與平安性的關(guān)系模型1、國內(nèi)外設(shè)計方

5、法研究與總結(jié)2、國外平安評價指標、方法、技術(shù)研究依托工程應(yīng)用與分析現(xiàn)場速度、駕駛行為、心生理指標采集分析室內(nèi)駕駛模擬倉速度、駕駛行為、心生理指標采集分析實驗研究模型建立研發(fā)公路路線平安性綜合評價技術(shù)包括軟件技術(shù)編寫平安設(shè)計指南總結(jié)平安設(shè)計方法和體系依托工程試設(shè)計與總結(jié)西部地區(qū)公路運行速度分析模型高速公路公路運行速度應(yīng)用模型編寫課題研究報告 評審研發(fā)技術(shù)提煉設(shè)計方法圖1-1 總體研究技術(shù)路線2關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點本工程研究和解決了如下的關(guān)鍵技術(shù)問題：1針對公路設(shè)計提出多指標平安性評價標準和評價方法體系本工程通過對公路線形設(shè)計指標的行駛平安問題，開展針對公路線形指標一致性的理論研究，同時進展大量室室

6、外實驗，根據(jù)不同典型路段、運行速度的變化與事故率的關(guān)系分析，以及駕駛員在不同道路條件和車輛運行速度下駕駛工作負荷度變化關(guān)系分析，得出不同等級公路線形條件下的平安性評價指標和評價標準。為公路路線設(shè)計指標的選用和線形搭配提供定量評價與分析，提高公路行車平安性和舒適性，為設(shè)計出高品質(zhì)、高平安性的公路工程提供技術(shù)支撐。2研究提出公路路線平安設(shè)計指標的一般推薦值研究高速、一級公路和二三級雙車道公路的運行速度應(yīng)用模型分布特點，結(jié)合各級公路的試設(shè)計工作，找出公路平縱橫幾何指標、線性組合與運行速度間的規(guī)律與特點。在公路工程技術(shù)標準與相關(guān)專業(yè)設(shè)計規(guī)要求下，初步給出在公路初始設(shè)計階段設(shè)計人員期望得到的運行速度所應(yīng)

7、采用的幾何設(shè)計指標。指導設(shè)計者在工程設(shè)計初始方案時就已經(jīng)考慮設(shè)計的一致性，關(guān)注幾何指標與駕駛行為的一致性等問題。3研發(fā)并集成公路運行速度設(shè)計的平安性綜合評價技術(shù)研發(fā)基于公路運行速度的路線設(shè)計軟件系統(tǒng)和設(shè)計協(xié)調(diào)性評價、心生理舒適性評價的集成技術(shù)，適用于我國各地區(qū)的公路建立工程。該系統(tǒng)和集成技術(shù)與我國目前最為普及的公路輔助設(shè)計軟件系統(tǒng)集成，直接利用設(shè)計的幾何數(shù)據(jù)便可以方便完成運行速度測算分析。結(jié)合不同設(shè)計單位的多個依托工程工程公路的應(yīng)用和修改完善，集成多項評價技術(shù)，并開發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。該分析系統(tǒng)可以對不同等級公路進展平安性的審核與評價，解決平縱線形設(shè)計和平安評價分析的具體操作和貫徹問題。該成果

8、技術(shù)可以在行業(yè)所有勘察設(shè)計和咨詢企業(yè)中進展推廣和應(yīng)用。4總結(jié)提煉出基于運行速度理念的西部地區(qū)公路路線設(shè)計技術(shù)與流程引入西部地區(qū)公路的運行速度測算結(jié)果，利用“公路線形運行速度平安性事故率關(guān)系模型、“駕駛工作負荷度公路路線評價模型對公路線形和設(shè)計方案的平安性、舒適性進展定性和定量的驗證和評價；結(jié)合本工程另一研究成果 “設(shè)計一致性的路線平安評價模型對設(shè)計方案或線形指標進展平安性的檢驗和評價，從而指導線形設(shè)計和調(diào)整。通過依托工程的評價技術(shù)應(yīng)用和試設(shè)計工作，提出具體公路路線設(shè)計的一般設(shè)計原則和設(shè)計步驟，研究建立基于運行速度的公路設(shè)計指標的運用方法?？偨Y(jié)提煉出基于運行速度理念的公路路線設(shè)計技術(shù)和流程。3工

9、程研究主要成果及創(chuàng)新3.1 主要研究成果1承接同期開展的西部交通科技工程“西部地區(qū)公路運行速度特征與應(yīng)用模型研究，通過現(xiàn)場速度觀測比照分析、實際工程工程的平安評價研究和檢測，分析和驗證了高速公路、一級公路、雙車道公路以及橋隧、互通區(qū)等運行速度模型的準確性，標定了模型中主要參數(shù)。2結(jié)合多個設(shè)計工程的平安性評價實踐，研究提出了各模型的適用圍、應(yīng)用條件和應(yīng)用方法步驟。3通過研究駕駛員的動態(tài)認知過程與認知特點，篩選出表征駕駛員工作負荷度的主要心生理指標；通過理論分析與室模擬、室外實車實驗，建立了駕駛工作負荷模型，提出了基于駕駛工作負荷度的路線平安評價指標分級閥值。采用統(tǒng)計回歸分析方法，建立了多種線形組

10、合的線形指標與駕駛工作負荷度之間的關(guān)系模型，首次提出了基于駕駛工作負荷度的路線平安評價標準，創(chuàng)新路線平安性評價方法。圖3-1駕駛工作負荷隨路段參數(shù)的變化示意圖表3-1 駕駛工作負荷度閾值平安級別小型車大型車駕駛工作負荷度種類指標變化閾值駕駛工作負荷度種類指標變化閾值高風險路段高駕駛工作負荷度K0.060高駕駛工作負荷度K0.070低駕駛工作負荷度K-0.012低駕駛工作負荷度K-0.011較高風險路段較高駕駛工作負荷度0.030K0.06較高駕駛工作負荷度0.035K0.070較低駕駛工作負荷度-0.012K-0.001較低駕駛工作負荷度-0.011K-0.001平安路段正常駕駛工作負荷度-0

11、.001K0.030正常駕駛工作負荷度-0.011K0.03504通過分析公路平、縱、橫線形指標對公路平安性的影響，研究路段運行車速特征指標與平安性評價指標的關(guān)系，首次提出針對高速公路和一級公路的路線一致性評價模型和指標即空間曲率評價指標，建立了一致性評價標準?？臻g曲率與事故率呈拋物線關(guān)系，如圖3-6所示。式中：I為事故率次/百萬車公里，為累積空間曲率。圖Error! No text of specified style in document.2空間曲率與事故率相關(guān)性模型根據(jù)我國高速公路平安性效勞水平的平安性分級標準，當I=0.65次/百萬車公里，空間曲率累計值為0.2899，當I=0.8次

12、/百萬車公里，空間曲率累計值為0.3283，因此得出基于空間曲率的線形一致性評價標準如表3-2所示。表Error! No text of specified style in document.1基于空間曲率指標的一致性標準平安等級好一般差空間曲率指標0.28990.2899<0.3283>0.32835針對雙車道公路交通特征，借鑒國相關(guān)的研究成果，結(jié)合雙車道公路事故預測模型，建立了雙車道公路線形一致性評價標準。事故預測模型的擬合如下，其中，h為路段平曲線用長度加權(quán)的彎曲度，hc為路段貨車比例，e*po為交通關(guān)聯(lián)因素，crk為單位公里接入口個數(shù)。根據(jù)事故率標準，并根據(jù)單位時間路段的

13、事故次數(shù)平均值與事故率關(guān)系，并加以修正，得到相對應(yīng)的路段的事故次數(shù)標準，表3-3為平安性較好的標準圍，表3-4為平安性較差的標準圍。其中：單位時間路段事故數(shù)，起/公里年；I事故率，起/百萬車公里；AADT年平均日交通量，輛/日；Li路段長度，公里。表Error! No text of specified style in document.3平安性較好的雙車道公路標準折算后貨車比，%年均日交通量，輛/日H3535<H5020000.6480.87440001.2571.69560001.8292.46780002.3653.190120003.4414.642150004.1735.62

14、8表Error! No text of specified style in document.4平安性較差的雙車道公路標準折算后貨車比， %年均日交通量，輛/日H3535<H502000>0.797>1.0754000>1.546>2.0856000>2.249>3.0348000>2.909>3.92412000>4.233>5.71015000>5.132>6.9236在現(xiàn)有公路平安性評價指標速度差的根底上，系統(tǒng)引入駕駛工作負荷度和空間曲率評價等指標，建立適用我國各等級公路的綜合平安性評價標準和指標體系；通過研

15、究各指標的相互關(guān)系、適用性及可靠性，提出平安性評價的推薦性指標和驗證性指標，為進一步完善平安評價體系提供理論支撐。對于高速、一級公路設(shè)計的平安評價指標和評價標準見下表3-5。表35高速、一級公路設(shè)計的平安評價標準一覽表評價標準評價工程評價要求具體指標推薦評價標準規(guī)符合性滿足公路?標準?、?規(guī)公路路線平縱橫線形設(shè)計和橋梁、隧道、立交等大型構(gòu)造設(shè)計滿足標準規(guī)要求。橫斷面組成與寬度、平曲線半徑和長度、直線長度、坡度、坡長、爬坡車道、避險車道、匝道、標志標牌、護欄等推薦設(shè)計協(xié)調(diào)性評價路段空間曲率協(xié)調(diào)性評價基于幾何線形空間曲率累計值連續(xù)性對公路設(shè)計中平縱曲線組成的三維曲線進展評價空間曲率累計值0.328

16、3時，公路線形設(shè)計搭配不當，指標連續(xù)性差；0.28990.3283，公路線形設(shè)計根本平安、合理；0.2899時，說明公路設(shè)計線形指標均衡、三維空間曲率連續(xù)，設(shè)計方案設(shè)計平安、合理；相鄰路段速度差評價相鄰單元路段間運行速度的變化值進展評價速度差V10Km/h且速度梯度IV10Km/h/100m時，設(shè)計指標協(xié)調(diào)性好；速度差10Km/hV8520Km/h且速度梯度IV10Km/h/100m時，相鄰路段設(shè)計指標較好；速度差V8520Km/h或IV10Km/h/100m時，速度協(xié)調(diào)性不良，相鄰路段設(shè)計指標不均衡。推薦斷面速度減低系數(shù)或速度梯度評價評價車速的連貫性和離散性，用車速降低系數(shù)、速度梯度評價設(shè)計

17、一致性評價所有路段設(shè)計指標滿足運行速度對應(yīng)技術(shù)標準或指標參數(shù)要求。檢驗容包括：路線平、縱、橫各項設(shè)計指標和構(gòu)造物平、縱、橫各項設(shè)計指標的驗算；三維視距檢驗；路測平安設(shè)計與處置檢驗；互通式立交、匝道設(shè)計指標的檢驗；交通工程和平安輔助設(shè)施檢驗、特別是平安設(shè)施基于運行速度的設(shè)計驗算VV8520km/h的路段速度協(xié)調(diào)性較好；V V8520km/h的路段速度協(xié)調(diào)性不良，需對路線平、縱、橫設(shè)計、視距、平安設(shè)施和輔助設(shè)施和橋梁、隧道、立交等大型構(gòu)造物等按路段運行速度進展檢驗。驗算時需滿足一般最小值要求。如果僅滿足極限值時可視平安狀況通過其他處置措施加以完善推薦駕駛工作負荷評價駕駛工作負荷度基于駕駛工作負荷度

18、得路線平安、舒適性評價高駕駛工作負荷度和低駕駛工作負荷度，為高風險路段；較高駕駛工作負荷度和較低駕駛工作負荷度為較高風險路段、正常駕駛工作負荷度或稱標準工作負荷度為平安路段推薦經(jīng)過試用篩選后的我國雙車道公路路線設(shè)計的平安評價指標和評價標準見下表3-6。表36雙車道公路設(shè)計評價指標表評價標準評價工程評價容評價指標推薦評價標準設(shè)計符合性滿足公路?標準?、?規(guī)公路路線平縱橫線形和橋梁、隧道、平交口設(shè)計要滿足標準規(guī)要求。橫斷面組成與寬度、平曲線半徑和長度、直線長度、坡度、坡長、平交口、路測、標志、標線、標牌、護欄等推薦設(shè)計協(xié)調(diào)性評價相鄰路段速度差與速度梯度評價相鄰單元路段間運行速度的變化值進展評價速度

19、差V20Km/h且速度梯度IV10Km/h/100m時，設(shè)計指標協(xié)調(diào)性好；速度差V8520Km/h或或IV10Km/h/100m時，運行速度協(xié)調(diào)性不良，相鄰路段設(shè)計指標不均衡。推薦交通事故率評價評價公路線形下的交通事故率交通事故率I0.647H35或0.76135H50，則設(shè)計路段平安性較好；交通事故率0.647(或0.761)<I0.796(或0.936)，則該設(shè)計路段平安性一般，公路線形設(shè)計根本平安、合理；交通事故率I>0.796(或0.936)，則該設(shè)計路段平安性差。7通過對各級公路運行速度模型特征分析，首次提出了基于運行速度的公路路線幾何指標動態(tài)取值圍推薦值和指標采用原則，

20、豐富完善了公路路線設(shè)計技術(shù)指標體系。8針對我國現(xiàn)行公路設(shè)計方法和技術(shù)指標體系，通過對公路運行速度、線形一致性和駕駛工作負荷度分析研究，首次提出了適合我國公路交通特點、駕駛特性和駕駛心生理反映的公路運行速度設(shè)計技術(shù)和流程。針對設(shè)計速度小于100Km/h的高速和一級公路工程，其設(shè)計方法如以下圖：平安設(shè)施限速設(shè)施坡度、坡長折減豎曲線長度豎曲線半徑長大縱坡設(shè)計規(guī)*符合性速度協(xié)調(diào)性設(shè)計一致性推薦圓曲線半徑平曲線和直線長度路線轉(zhuǎn)角取值駕駛工作負荷度平面設(shè)計縱斷面設(shè)計公路路線平安性評價完善指標檢驗長陡坡、立交、橋隧否視距檢驗路線、橋隧、立交最終設(shè)計成果規(guī)劃運行速度公路等級與設(shè)計速度設(shè)計初始方案公路功能定位是

21、交通量與組成地形條件自然條件.地形、前期可研推 薦設(shè)計指標緩和曲線長度超高檢查路線、橋隧、立交注：本圖中藍色局部為基于運行速度的公路路線設(shè)計相對常規(guī)設(shè)計流程中增加的環(huán)節(jié)。圖3-3 高速、一級公路平縱面設(shè)計方法及流程對于我國設(shè)計速度大于等于100Km/h的高速公路，仍采用基于設(shè)計速度的設(shè)計方法與流程。但對諸如平曲線半徑、最大縱坡與坡長限制、視距和加減速車道長度等一些關(guān)鍵性設(shè)計指標的選取，都應(yīng)在原設(shè)計速度設(shè)計后增加對應(yīng)的運行速度驗算和評價設(shè)計指標，要求設(shè)計指標適應(yīng)和滿足實際的運行速度，假設(shè)不滿足應(yīng)進展調(diào)整修正。運行速度平安檢驗完善路側(cè)設(shè)計平安設(shè)施設(shè)計視距檢驗雙向速度否超高、加寬檢查最終設(shè)計成果平面

22、設(shè)計縱斷面設(shè)計否設(shè)計初始方案符合性協(xié)調(diào)性一致性規(guī)劃運行速度坡度、坡長折減豎曲線長度豎曲線半徑長大縱坡設(shè)計推薦圓曲線半徑平曲線和直線長度平交口設(shè)計緩和曲線長度橋隧路段接線平均縱坡地形條件推 薦設(shè)計指標會車視距超車視距注：本圖中藍色局部為基于運行速度的公路路線設(shè)計相對常規(guī)設(shè)計流程中增加的環(huán)節(jié)。公路等級與設(shè)計速度圖34雙車道公路平縱面設(shè)計方法及流程9編制?基于運行速度的公路路線設(shè)計指南?，為基于運行速度的公路路線設(shè)計技術(shù)和流程，以及公路平安性評價技術(shù)的的推廣應(yīng)用提供具體指導。10應(yīng)用運行速度模型，研究開發(fā)了適用于各級公路、橋隧等特殊路段的公路運行速度測算分析技術(shù)軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)自動獲取路線幾何設(shè)計數(shù)據(jù)

23、、自動劃分路段、結(jié)點速度測算、速度突變點判定、輸出測算分析成果圖表等功能；開發(fā)路線空間曲率測算、駕駛工作負荷度指標測算等軟件技術(shù)，為設(shè)計者甄別速度突變等問題路段、優(yōu)化路線、平安設(shè)計提供依據(jù)。圖3-5運行速度計算界面11開發(fā)實現(xiàn)了公路虛擬環(huán)境下的運行速度測算、多種視距檢驗與分析、路面超高與行車舒適性分析等專項技術(shù)軟件功能，為公路輔助設(shè)計與評價提供了高仿真技術(shù)和手段。圖3-6 公路透視圖12集成軟件系統(tǒng)，結(jié)合試設(shè)計和平安性評價工程應(yīng)用實踐，首次研究開發(fā)包含運行速度分析、空間曲率分析、駕駛工作負荷度測算、通行能力分析、貨車制動器熱衰退計算、匝道及路側(cè)凈空區(qū)分析等的公路平安性綜合評價技術(shù)，為公路設(shè)計中長大縱坡平安性分析、避險車道與爬坡車道設(shè)置、超高與汽車行駛穩(wěn)定性分析、立交出入口平安