基于运行速度理念的西部地区公路线形设计及安全评价技术研究报告-报告简本

1、-基于运行速度理念的西部地区公路线形设计及平安评价技术研究报告简本0. 引言而随着公路建立工程的开展，西部地区公路建立面临新的特点和问题，如：指标选用存在一定的盲目性、路线设计无视视线形连续性、路线方案选择与优化时缺少从行车平安角度的评价，面对这些新的困难和问题，如果只是沿用现有的设计方法和理念、以及路线设计技术，显然难以解决的，需要新的设计、评价方法、手段和技术支撑。再者，近年来公路交通平安问题严峻，对公路设计提出更高的平安性要求，从设计角度出发，在设计阶段对交通平安的重视不够、缺少从动态行车角度对技术指标的平安性验证和检验、无法从驾驶员与乘客的心生理反响的角度对公路路线进展平安性以及舒适性

2、评价、路侧设计与交通平安设施偏于程式化，不能满足平安性需要。鉴于上述我国西部地区公路建立中面临新的问题和特点，以及我国令人堪忧的严峻交通平安形势，本工程开展对相关专题研究成果运行速度模型的分析验证、对表征驾驶员心生理反映的指标进展研究、对路线一致性评价标准进展研究、对主要技术指标进展平安性验证和检验，提出基于运行速度理念的公路路线设计技术和流程，研发高度集成的科学、实用的公路综合性平安评价技术包括软件系统等，以实现从设计阶段入手，重视并提高公路交通平安水平，是非常迫切和必要的。1. 工程根本情况1.1 研究容及考核指标工程主要研究容包括以下方面：1全面研究总结国、外路线设计方法与指标体系2研究

3、运行速度、线形设计一致性和驾驶工作负荷等多项平安性评价指标、标准，总结提炼路线设计的平安评价方法与体系3研究并集成基于运行速度的公路设计平安性综合评价技术4基于运行速度理念的西部地区公路路线设计方法体系研究5研究编写基于运行速度理念的路线设计指南6研究开发基于公路运行速度的路线设计软件系统并开展试设计工作1.2 工程实施方案本工程组从研究初始广泛地收集、整理与分析现有国外相关技术资料，为研究工作的开展奠定坚实根底。研究过现场实验、观测和室模拟分析等方法，建立适合我国各等级公路交通特点、驾驶特性和驾驶员心生理反映的公路运行速度的关系模型，路线几何线形一致性模型，提出公路运行速度平安性评价指标、评

4、价标准以及公路路线平安评价的方法和体系；结合公路路线线形组合、大型工点对车辆实际运行速度、驾驶工作负荷度的影响，提出路线几何设计技术指标的一般推荐值，提出设计时应注重的设计要点和一般原则；结合公路实际工程的路线设计工作需求，利用计算机辅助设计CAD和虚拟仿真VR等相关技术，研究开发并集成了公路路线平安综合评价技术；总结提炼基于运行速度的公路路线设计技术、流程和多项平安综合处置措施。工程总体技术路线见图1-1。线形与驾驶行为的关系模型线形与心生理指标的关系模型速度与驾驶行为的关系模型速度与心生理指标的关系模型基于驾驶负荷度的平安性评价模型分级标准运行速度含速度差与平安性的关系模型1、国内外设计方

5、法研究与总结2、国外平安评价指标、方法、技术研究依托工程应用与分析现场速度、驾驶行为、心生理指标采集分析室内驾驶模拟仓速度、驾驶行为、心生理指标采集分析实验研究模型建立研发公路路线平安性综合评价技术包括软件技术编写平安设计指南总结平安设计方法和体系依托工程试设计与总结西部地区公路运行速度分析模型高速公路公路运行速度应用模型编写课题研究报告 评审研发技术提炼设计方法图1-1 总体研究技术路线2关键技术与技术难点本工程研究和解决了如下的关键技术问题：1针对公路设计提出多指标平安性评价标准和评价方法体系本工程通过对公路线形设计指标的行驶平安问题，开展针对公路线形指标一致性的理论研究，同时进展大量室室

6、外实验，根据不同典型路段、运行速度的变化与事故率的关系分析，以及驾驶员在不同道路条件和车辆运行速度下驾驶工作负荷度变化关系分析，得出不同等级公路线形条件下的平安性评价指标和评价标准。为公路路线设计指标的选用和线形搭配提供定量评价与分析，提高公路行车平安性和舒适性，为设计出高品质、高平安性的公路工程提供技术支撑。2研究提出公路路线平安设计指标的一般推荐值研究高速、一级公路和二三级双车道公路的运行速度应用模型分布特点，结合各级公路的试设计工作，找出公路平纵横几何指标、线性组合与运行速度间的规律与特点。在公路工程技术标准与相关专业设计规要求下，初步给出在公路初始设计阶段设计人员期望得到的运行速度所应

7、采用的几何设计指标。指导设计者在工程设计初始方案时就已经考虑设计的一致性，关注几何指标与驾驶行为的一致性等问题。3研发并集成公路运行速度设计的平安性综合评价技术研发基于公路运行速度的路线设计软件系统和设计协调性评价、心生理舒适性评价的集成技术，适用于我国各地区的公路建立工程。该系统和集成技术与我国目前最为普及的公路辅助设计软件系统集成，直接利用设计的几何数据便可以方便完成运行速度测算分析。结合不同设计单位的多个依托工程工程公路的应用和修改完善，集成多项评价技术，并开发了相应的软件系统。该分析系统可以对不同等级公路进展平安性的审核与评价，解决平纵线形设计和平安评价分析的具体操作和贯彻问题。该成果

8、技术可以在行业所有勘察设计和咨询企业中进展推广和应用。4总结提炼出基于运行速度理念的西部地区公路路线设计技术与流程引入西部地区公路的运行速度测算结果，利用“公路线形运行速度平安性事故率关系模型、“驾驶工作负荷度公路路线评价模型对公路线形和设计方案的平安性、舒适性进展定性和定量的验证和评价；结合本工程另一研究成果 “设计一致性的路线平安评价模型对设计方案或线形指标进展平安性的检验和评价，从而指导线形设计和调整。通过依托工程的评价技术应用和试设计工作，提出具体公路路线设计的一般设计原则和设计步骤，研究建立基于运行速度的公路设计指标的运用方法。总结提炼出基于运行速度理念的公路路线设计技术和流程。3工

9、程研究主要成果及创新3.1 主要研究成果1承接同期开展的西部交通科技工程“西部地区公路运行速度特征与应用模型研究，通过现场速度观测比照分析、实际工程工程的平安评价研究和检测，分析和验证了高速公路、一级公路、双车道公路以及桥隧、互通区等运行速度模型的准确性，标定了模型中主要参数。2结合多个设计工程的平安性评价实践，研究提出了各模型的适用围、应用条件和应用方法步骤。3通过研究驾驶员的动态认知过程与认知特点，筛选出表征驾驶员工作负荷度的主要心生理指标；通过理论分析与室模拟、室外实车实验，建立了驾驶工作负荷模型，提出了基于驾驶工作负荷度的路线平安评价指标分级阀值。采用统计回归分析方法，建立了多种线形组

10、合的线形指标与驾驶工作负荷度之间的关系模型，首次提出了基于驾驶工作负荷度的路线平安评价标准，创新路线平安性评价方法。图3-1驾驶工作负荷随路段参数的变化示意图表3-1 驾驶工作负荷度阈值平安级别小型车大型车驾驶工作负荷度种类指标变化阈值驾驶工作负荷度种类指标变化阈值高风险路段高驾驶工作负荷度K0.060高驾驶工作负荷度K0.070低驾驶工作负荷度K-0.012低驾驶工作负荷度K-0.011较高风险路段较高驾驶工作负荷度0.030K0.06较高驾驶工作负荷度0.035K0.070较低驾驶工作负荷度-0.012K-0.001较低驾驶工作负荷度-0.011K-0.001平安路段正常驾驶工作负荷度-0

11、.001K0.030正常驾驶工作负荷度-0.011K0.03504通过分析公路平、纵、横线形指标对公路平安性的影响，研究路段运行车速特征指标与平安性评价指标的关系，首次提出针对高速公路和一级公路的路线一致性评价模型和指标即空间曲率评价指标，建立了一致性评价标准。空间曲率与事故率呈抛物线关系，如图3-6所示。式中：I为事故率次/百万车公里，为累积空间曲率。图Error! No text of specified style in document.2空间曲率与事故率相关性模型根据我国高速公路平安性效劳水平的平安性分级标准，当I=0.65次/百万车公里，空间曲率累计值为0.2899，当I=0.8次

12、/百万车公里，空间曲率累计值为0.3283，因此得出基于空间曲率的线形一致性评价标准如表3-2所示。表Error! No text of specified style in document.1基于空间曲率指标的一致性标准平安等级好一般差空间曲率指标0.28990.2899<0.3283>0.32835针对双车道公路交通特征，借鉴国相关的研究成果，结合双车道公路事故预测模型，建立了双车道公路线形一致性评价标准。事故预测模型的拟合如下，其中，h为路段平曲线用长度加权的弯曲度，hc为路段货车比例，e*po为交通关联因素，crk为单位公里接入口个数。根据事故率标准，并根据单位时间路段的

13、事故次数平均值与事故率关系，并加以修正，得到相对应的路段的事故次数标准，表3-3为平安性较好的标准围，表3-4为平安性较差的标准围。其中：单位时间路段事故数，起/公里年；I事故率，起/百万车公里；AADT年平均日交通量，辆/日；Li路段长度，公里。表Error! No text of specified style in document.3平安性较好的双车道公路标准折算后货车比，%年均日交通量，辆/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平安性较差的双车道公路标准折算后货车比， %年均日交通量，辆/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在现有公路平安性评价指标速度差的根底上，系统引入驾驶工作负荷度和空间曲率评价等指标，建立适用我国各等级公路的综合平安性评价标准和指标体系；通过研

15、究各指标的相互关系、适用性及可靠性，提出平安性评价的推荐性指标和验证性指标，为进一步完善平安评价体系提供理论支撑。对于高速、一级公路设计的平安评价指标和评价标准见下表3-5。表35高速、一级公路设计的平安评价标准一览表评价标准评价工程评价要求具体指标推荐评价标准规符合性满足公路?标准?、?规公路路线平纵横线形设计和桥梁、隧道、立交等大型构造设计满足标准规要求。横断面组成与宽度、平曲线半径和长度、直线长度、坡度、坡长、爬坡车道、避险车道、匝道、标志标牌、护栏等推荐设计协调性评价路段空间曲率协调性评价基于几何线形空间曲率累计值连续性对公路设计中平纵曲线组成的三维曲线进展评价空间曲率累计值0.328

16、3时，公路线形设计搭配不当，指标连续性差；0.28990.3283，公路线形设计根本平安、合理；0.2899时，说明公路设计线形指标均衡、三维空间曲率连续，设计方案设计平安、合理；相邻路段速度差评价相邻单元路段间运行速度的变化值进展评价速度差V10Km/h且速度梯度IV10Km/h/100m时，设计指标协调性好；速度差10Km/hV8520Km/h且速度梯度IV10Km/h/100m时，相邻路段设计指标较好；速度差V8520Km/h或IV10Km/h/100m时，速度协调性不良，相邻路段设计指标不均衡。推荐断面速度减低系数或速度梯度评价评价车速的连贯性和离散性，用车速降低系数、速度梯度评价设计

17、一致性评价所有路段设计指标满足运行速度对应技术标准或指标参数要求。检验容包括：路线平、纵、横各项设计指标和构造物平、纵、横各项设计指标的验算；三维视距检验；路测平安设计与处置检验；互通式立交、匝道设计指标的检验；交通工程和平安辅助设施检验、特别是平安设施基于运行速度的设计验算VV8520km/h的路段速度协调性较好；V V8520km/h的路段速度协调性不良，需对路线平、纵、横设计、视距、平安设施和辅助设施和桥梁、隧道、立交等大型构造物等按路段运行速度进展检验。验算时需满足一般最小值要求。如果仅满足极限值时可视平安状况通过其他处置措施加以完善推荐驾驶工作负荷评价驾驶工作负荷度基于驾驶工作负荷度

18、得路线平安、舒适性评价高驾驶工作负荷度和低驾驶工作负荷度，为高风险路段；较高驾驶工作负荷度和较低驾驶工作负荷度为较高风险路段、正常驾驶工作负荷度或称标准工作负荷度为平安路段推荐经过试用筛选后的我国双车道公路路线设计的平安评价指标和评价标准见下表3-6。表36双车道公路设计评价指标表评价标准评价工程评价容评价指标推荐评价标准设计符合性满足公路?标准?、?规公路路线平纵横线形和桥梁、隧道、平交口设计要满足标准规要求。横断面组成与宽度、平曲线半径和长度、直线长度、坡度、坡长、平交口、路测、标志、标线、标牌、护栏等推荐设计协调性评价相邻路段速度差与速度梯度评价相邻单元路段间运行速度的变化值进展评价速度

19、差V20Km/h且速度梯度IV10Km/h/100m时，设计指标协调性好；速度差V8520Km/h或或IV10Km/h/100m时，运行速度协调性不良，相邻路段设计指标不均衡。推荐交通事故率评价评价公路线形下的交通事故率交通事故率I0.647H35或0.76135H50，则设计路段平安性较好；交通事故率0.647(或0.761)<I0.796(或0.936)，则该设计路段平安性一般，公路线形设计根本平安、合理；交通事故率I>0.796(或0.936)，则该设计路段平安性差。7通过对各级公路运行速度模型特征分析，首次提出了基于运行速度的公路路线几何指标动态取值围推荐值和指标采用原则，

20、丰富完善了公路路线设计技术指标体系。8针对我国现行公路设计方法和技术指标体系，通过对公路运行速度、线形一致性和驾驶工作负荷度分析研究，首次提出了适合我国公路交通特点、驾驶特性和驾驶心生理反映的公路运行速度设计技术和流程。针对设计速度小于100Km/h的高速和一级公路工程，其设计方法如以下图：平安设施限速设施坡度、坡长折减竖曲线长度竖曲线半径长大纵坡设计规*符合性速度协调性设计一致性推荐圆曲线半径平曲线和直线长度路线转角取值驾驶工作负荷度平面设计纵断面设计公路路线平安性评价完善指标检验长陡坡、立交、桥隧否视距检验路线、桥隧、立交最终设计成果规划运行速度公路等级与设计速度设计初始方案公路功能定位是

21、交通量与组成地形条件自然条件.地形、前期可研推 荐设计指标缓和曲线长度超高检查路线、桥隧、立交注：本图中蓝色局部为基于运行速度的公路路线设计相对常规设计流程中增加的环节。图3-3 高速、一级公路平纵面设计方法及流程对于我国设计速度大于等于100Km/h的高速公路，仍采用基于设计速度的设计方法与流程。但对诸如平曲线半径、最大纵坡与坡长限制、视距和加减速车道长度等一些关键性设计指标的选取，都应在原设计速度设计后增加对应的运行速度验算和评价设计指标，要求设计指标适应和满足实际的运行速度，假设不满足应进展调整修正。运行速度平安检验完善路侧设计平安设施设计视距检验双向速度否超高、加宽检查最终设计成果平面

22、设计纵断面设计否设计初始方案符合性协调性一致性规划运行速度坡度、坡长折减竖曲线长度竖曲线半径长大纵坡设计推荐圆曲线半径平曲线和直线长度平交口设计缓和曲线长度桥隧路段接线平均纵坡地形条件推 荐设计指标会车视距超车视距注：本图中蓝色局部为基于运行速度的公路路线设计相对常规设计流程中增加的环节。公路等级与设计速度图34双车道公路平纵面设计方法及流程9编制?基于运行速度的公路路线设计指南?，为基于运行速度的公路路线设计技术和流程，以及公路平安性评价技术的的推广应用提供具体指导。10应用运行速度模型，研究开发了适用于各级公路、桥隧等特殊路段的公路运行速度测算分析技术软件系统，实现自动获取路线几何设计数据

23、、自动划分路段、结点速度测算、速度突变点判定、输出测算分析成果图表等功能；开发路线空间曲率测算、驾驶工作负荷度指标测算等软件技术，为设计者甄别速度突变等问题路段、优化路线、平安设计提供依据。图3-5运行速度计算界面11开发实现了公路虚拟环境下的运行速度测算、多种视距检验与分析、路面超高与行车舒适性分析等专项技术软件功能，为公路辅助设计与评价提供了高仿真技术和手段。图3-6 公路透视图12集成软件系统，结合试设计和平安性评价工程应用实践，首次研究开发包含运行速度分析、空间曲率分析、驾驶工作负荷度测算、通行能力分析、货车制动器热衰退计算、匝道及路侧净空区分析等的公路平安性综合评价技术，为公路设计中长大纵坡平安性分析、避险车道与爬坡车道设置、超高与汽车行驶稳定性分析、立交出入口平安