考虑空间视野的高速公路运行速度预测模型与应用分析

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StudyontheOperatingSpeedPredictionModelandApplicationofFreewayBasedonSpatialVisionADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：ZhangChiSupervisor：Prof．YangShaoweiChang’anUniversity,Xi’an，China 论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：办抄羹，，t啤，工月叫El论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：弘么∥a。，口年／L月)／日导师签名：彩¨中纠俑湖叫日 摘要目前，我国公路事业发展迅速，但也存在较为突出的交通安全问题。在公路设计阶段消除各种可能的安全隐患，制定和采取相应安全的公路设计策略尤为重要。车速是公路几何设计的控制技术指标，基于运行速度理念的公路线形设计理论与方法是解决公路安全设计问题的核心技术，也是公路安全设计的发展趋势。本文通过研究驾驶员速度控制与空间视野的关系，以空间有效视野体积值为中介指标，确定了公路平纵横及视距指标与运行速度之间的定量关系，建立了考虑空间视野的高速公路运行速度预测模型，并对基于运行速度的高速公路线形安全性设计与评价中的关键技术和理论，即高速公路运行速度预测模型及高速公路线形设计一致性评价模型及评价方法进行了深入研究。论文通过大量收集相关资料和文献，在进行了相关路段试验的基础上，对驾驶员视野大小与速度控制行为之间的关系进行了定性研究，提出了驾驶员空间视野体积的概念；利用反映公路空间几何特征的平、纵、横线形技术指标构建了公路三维线形表面模型，结合视距指标，提出了基于空间微分几何学方法的驾驶员空间有效视野体积值计算方法；针对高速公路代表车型——小客车和大型载重车的运行特点，在驾驶员空间有效视野模型基础上，考虑驾驶员的期望和车辆动力性能方面的要求，建立了考虑空间视野的高速公路运行速度预测模型并提出了模型的求解方法；以道路安全设计与线形设计一致性的理论为基础，针对行车中车速的协调性和连续性需求，提出了相邻路段车速差比值、相邻路段车速变化系数、客货差极差比三个高速公路线形设计一致性评价指标；建立了基于多项运行速度特征指标的高速公路线形设计一致性综合评价模型；并提出了线形设计一致性评价标准和评价方法；依托已建西汉高速公路，将高速公路运行速度预测模型及其在线形设计一致性评价方面的研究成果应用于工程实践。关键词：高速公路、空间视野、运行速度、预测模型、安全评价、评价指标 AbstractAtpresent，thehighwaysdeveloprapidly,butthetra伍csafetyproblemsarestilloutstanding．Itisveryimportanttoeliminatehiddendangersandtakesafetyroaddesignstrategy．Speedisthekeyparametersofroadgeometrydesign．Thealignmentdesignandevaluationbasedonoperatingspeedisalleffectivewaytosolvesafetydesignproblemsandthedevelopmenttrend．Takingthevolumeofspatialeffectivevisualasthemediatedindex，thequantitativerelationshipbetweenthehighwayhorizontalandverticallinesaswellassightdistanceandtheoperatingspeedisobtainedbystudyingthespeedcontrolandspatialvisual．Thepredictionmodelofexpresswayoperatingspeedbasedonspatialvisualfieldisestablished．Thentheoperatingpredictionmodelsandalignmentdesignconsistencyevaluationmodelswhicharethekeytechnologyandtheoryinalignmentsafetydesignandevaluationwerestudied．Onthebasisofalargecollectionofrelateddataanddocumentsaswellastestingonseveralroads，therelationshipbetweendriver’Svisualandhisspeedcontrolbehaviorisstudiedqualitatively．Thustheconceptofdriver’Sspatialvisualvolumeisputforward．Combiningthesightdistanceindex，thecalculationmethodofdriver’Sspatialeffectivevisualvolumebasedonspacedifferentialgeometryisalsoproposed，whichconsidersthemodelofroad3dalignmentsbuiltbythehorizontalandverticalalignmentindexesofroadspatialgeometricfeatures．Accordingtotheoperationfeaturesofcarsandtrucks，thepredictionmodelofexpresswayoperatingspeedbasedonspatialeffectivevisualanditscalculationmethodareconstructedbymeansofthespatialeffectivevisualvolumeanddriver’Sexpectationsaswellasthevehicledynamicperformance．Onthetheoryofroadsafetydesignandalignmentdesignconsistency,evaluationindexesofexpresswayalignmentdesignwhichcontainsspeeddifferenceratioanditsvariationcoefficientbetweenadjacentroad，andrangeratioofspeeddifferencebetweencarsandtrucksaredeterminedtomeetthespeedcoordinationandcontinuitydemand．Takentheoperatingspeedascharacteristicindexes，thealignmentdesignconsistencycomprehensiveevaluationmodelWasestablished，whiletheevaluationstandardsandmethodsofalignmentdesignconsistencyaregiven．Finally,theresearchresultsofoperatingspeedpredictionmodelsofexpresswayandalignmentdesignconsistencyevaluationareusedintheXi’alltoHanzhongexpressways．Keywords：expressway,spatialvisualfield，operatingspeed，predictionmodel，safetyevaluation，evaluationindex 目录第一章绪论l1．1研究背景．．11．1．1我国高速公路发展概况一11．1．2我国高速公路安全现状．11．1．3公路交通系统的安全性分析31．1．4立题依据31．2研究的目的及意义51．3国内外研究现状一61．3．1运行速度预测模型研究61．3．2公路线形一致性评价研究．．141．4本文主要研究内容181．4．1驾驶员动态视野与控速行为关系的研究．．181．4．2驾驶员空间有效视野模型研究．．181．4．3高速公路运行速度预测模型191．4．4高速公路线形设计一致性评价研究．．201．4．5模型验证及工程应用．．201．5研究思路及技术路线．．201．5．1研究思路201．5．2技术路线21第二章驾驶员动态视野与控速行为关系的研究．．232．1驾驶员动态视野232．1．1视觉基础理论232．1．2视觉心理与视知觉．．242．1．3动态视觉一252．1．4动态视觉特征分析．．272．2驾驶员控速行为分析282．2．1驾驶员信息感知29 2．2．2汽车轨迹决策292．2．3速度控制行为302．3驾驶员动态视野与控速行为的关系研究．322．3．1试验思路322．3．2试验仪器和设备．．332．3．3试验路段342．3．4数据处理352．3．5数据分析．．382．4本章小结40第三章驾驶员空间有效视野模型研究413．1驾驶员空间有效视野建模413．1．1驾驶员空间视野模型．．．．413．1．2驾驶员空间有效视野模型．．423．2公路三维线形表面模型443．2．1公路逐桩坐标计算模型．．453．2．2三维线形拟合方法453．2．3公路三维表面模型．．483．3空间有效视野模型计算方法．523．3．1模型基本假设523．3．2模型计算方法533．4本章小结．56第四章高速公路运行速度预测模型584．1驾驶员空间有效视野体积与运行速度相关性分析584．1．1数据采集方法．．584．1．2样本量604．1．3数据分析．．614．2运行速度预测模型的建立．．654．2．1模型的假设654．2．2建模思路66IV 4．2．3期望速度664．2．4轴向加速度674．2．5模型的计算。684．3运行速度预测模型的有效性检验704．3．1与实测数据的比较。704．3．2与现有运行速度预测模型的比较。724．4本章小结．．73第五章高速公路线形设计一致性评价研究。755．1速度与线形的关系。755．1．1速度与线形指标的关系．．755．1．2速度与线形设计一致性的关系．．765．2线形设计一致性评价指标及标准775．2．1分析方法。775．2．2相邻路段车速差比值WR．775．2．3相邻路段车速变化系数VRC．795．2．4客货极差比CTR．805．2．5高速公路线形设计一致性评价标准815．3高速公路线形设计一致性评价流程845．4本章小结85第六章工程实例．866．1路段设计资料．866．1．1路段背景．．866．1．2公路平面线形资料。866．1．3路段纵断面设计资料。876．2运行速度预测886．2．1运行速度预测结果886．2．2车速预测结果分布906．3线形设计一致性评价926．3．1线形设计一致性评价路段的划分。92V 6．3．2线形设计一致性评价指标的计算．．936．3．3线形设计一致性评价结果95结论与展望．98主要研究结论．98主要创新点．99建议与展望．99参考文献101攻读学位期间取得的研究成果．105致谢l06 长安大学博士学位论文第一章绪论1．1研究背景1．1．1我国高速公路发展概况我国的高速公路发展比西方发达国家晚近半个世纪的时间，从80年代末开始起步，经历了80年代末至1997年的起步建设阶段和1998年至今的快速发展阶段。目前，全世界已有80多个国家和地区拥有高速公路，其中美国、中国、加拿大、德国、法国、意大利、英国、日本等国高速公路发展位居世界前列。高速公路不仅是一个国家现代化的标志，也是一个国家经济发展水平的标志。我国从1988年开始修建第一条高速公路到如今，发展迅速，“十五”期间共建成高速公路2．47万公里，是“八五"和“九五"建成高速公路总和的1．5倍。1999年高速公路总里程突破1万公里；2001年超过1．9万公里；2003年超过2．9万公里，跃居世界第二位；2005年达到4．1万公里；2009年，全国高速公路里程已达到6．5万公里。从零起步到1万公里，我国只用了不到12年时间，再到两万公里，只有短短3年，从两万公里到4．5万公里，也仅仅用了4年时耐¨。“十一五"期间，我国高速公路建设仍将“高速”发展，五年间，将新建高速公路2．4万公里以上，至2010年，总里程将达到7万公里，实现人口在100万及以上的城市及83％人口在50万以上的城市通过高等级干道连接。届时，国家高速公路网骨架将基本形成，总体上将实现“东网、中联、西通”的目标。根据交通部’’公布的《国家高速公路网规划》，从2005年起到2030年，国家将斥资两万亿元，新建5．1万公里高速公路，完成包括7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线，使中国高速公路里程达到8．5万公里【2】。高速公路的快速发展，大大缩短了省际之间、重要城市之间的时空距离，极大提高了我国公路网的整体技术水平，有力地促进了我国经济发展和社会进步。随着高速公路里程的不断延伸，规模效益逐步发挥，人们切身感受到高速公路带来的时间、空间观念的变化。1．1．2我国高速公路安全现状世界卫生组织在《防止公路交通伤害世界报告》中指出，全世界每年约有 第一章绪论120多万人死于公路交通事故，大约每天有3000多人死亡；受伤者更多达5000万人；各国如不采取强有力措施，到2020年公路交通事故预计将成为全球致残致伤的第3大原因，公路交通事故造成的死亡人数预计将增加80％左右13J。当前，公路交通事故在世界范围内已构成对人类生命安全和物质财产的巨大威胁。公路交通安全是一个世界性的问题，在我国尤为突出。表1．1为近年来我国公路交通事故统计数据【4】。虽然2002年以来，我国公路交通事故和死亡人数快速增长的势头得以初步遏制。但是，当前公路交通安全形势依然严峻。与国际对比来看，2004年我国汽车保有量只有美国的15％，日本的48％和德国的73％，公路死亡人数却分别为美国的2．3倍、日本的13．4倍、德国的18．4倍；万车死亡率分别为美国的5．5倍、德国的9．5倍、日本的12．2倍【5】。我国交通事故死亡人数已连续十多年居世界第一，成为世界上交通事故最为严重的国家之一。表1．1我国近年来交通事故统计表年份事故次数死亡人数受伤人数直接经济损失，元万车死亡率19902502974927115507236354811433．3819912648175329216201942835974932．1519922282785872914426494492963630．1919932423436350814225199907012127．24199425353766362148817133382722324．26199527184371494159308152000000022．40199628768573655174447172000000020．10199730000073861190128185000000017．50199834619278068222721193000000017．30199941286083529286080212401000015．45200061697493493412782266900000015．602001760327106367549000309000000015．462002773737109381562074332400000013．712003667507104372494174337000000010．8120045677539921745181027700000009．2020054502549873846991118800000007．6020063787818945543113914900000006．2020073272098164938044212000000005．1020082652047348430491910100000004．90国外高速公路发生的交通事故数量平均约为一般公路的300／'o．-51％，高速公路交通事故死亡人数平均约为一般公路的43％,-一76％。日本高速公路的伤亡事故率只有一般公路的1／2，事故死亡率为一般公路的1／3。而我国从1994至20042 长安大学博士学位论文年，高速公路百公里事故率、百公里死亡率和百公里受伤率平均为一般公路的4．4倍、3．4倍和2．5倍，高速公路交通事故情况要比一般公路严峻得多[61。从1998年开始，高速公路的致死率开始高于一般公路，而且差距越来越大，2004年差距达到11个百分点之多，致死率为29％，而英、美、日等国家的致死率只有1％～3％左右，我国与这些国家的差距明显。国务院发展研究中心产业经济研究部部长冯飞指出，在2020年以前，中国的机动车保有量除了农用车外，均呈现一种快速增长的趋势，所以中国的公路交通安全在未来几十年内都将承受巨大的压力。1．1．3公路交通系统的安全性分析公路交通系统是由人、车、路、交通环境四个子系统构成的一个复杂系统，这些子系统既独立作用又相互制约。只有公路交通安全系统的这四大子系统相辅相成，才能发挥公路交通系统的最优作用。在公路交通系统中相对固定的是人和车两个子系统，在短时间内很难改变这两个系统，而由公路几何线形、沿线景观和交通量等参量构成的公路和交通环境子系统则变化迅速。因而，在驾驶员、车辆因素确定后，公路和交通环境因素则在一定程度上成为决定公路交通系统的重要因素。公路交通事故“不应该以人的生命为代价"，但公路交通系统的运行是一个很难控制的随机过程，人的行为安全及车辆安全的提高是一项长期艰巨的任务，因而通过改善公路环境，优化公路设计，尽可能采取“主动”的预防措施和容错措施，弥补主观安全性的不足，提高客观安全性，已成为消除必然交通事故、降低偶然事故概率的有效途径。1．1．4立题依据车速是公路几何设计的主要控制参数，同时也是用户对公路交通客观条件认识程度的反映，直接影响公路设施的营运安全与效率。“设计是核心”，公路设计工作对公路建设质量好坏起着关键的作用，而安全是公路设计和建设需考虑的首要因素。目前我国是在满足汽车运动学和力学要求的前提下，采用设计速度进行路线设计，现行的公路标准和路线设计规范也是用设计速度对相关指标进行限定，而设计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3 第一章绪论运营安全所需要的最小曲率和最小视距等最低设计标准。经过多年来的设计实践，设计与研究人员发现这种设计方法本身存在一定缺陷，这种设计方法存在以下几点不足【7l：1．线形设计要素与实际行驶速度不相容因为设计速度对一特定路段而言是一固定值，这一值作为基础参数，规定了线形设计要素的最小指标值。但在实际的驾驶行为中，没有任何驾驶员会至始至终地去恪守这一固定车速。实际的行驶速度总是随着公路线形、交通环境、公路状况等各种条件的改变而变化。因此，满足设计速度要求的公路设计值，如平、纵曲线半径、视距、超高、加宽、纵坡等公路几何设计参数不一定能够满足驾驶员实际的行驶速度的需求。2．线形设计要素之间不相容由于设计速度规定的是车辆行驶的最低安全速度，各极限指标都是根据设计速度计算出来的最低指标，但在地形困难地区(如山岭和丘陵地区)，就必须将纵面线形和平面线形综合起来考虑，对孤立的要素适应的最小值，当组合使用时未必能满足安全要求。因此，不少国家都强调要避免或限制使用几个最小值同时组合。当高指标与低指标直接组合的时，车辆在高指标路段的实际行驶速度会比设计速度高，而立即过渡到只能满足设计速度的低指标时速度会产生突变，易引发交通事故。因此，这些方面正说明了设计速度法不尽合理。3．线形的行驶速度标准不一致由于设计速度仅规定了平曲线的最小半径值，对于直线路段是无限制能力的，因此按设计速度进行的公路设计不一定能保证实际行驶速度的一致性。对于半径不同的平曲线路段，车辆的实际行驶速度不是恒定的，当半径差别较时，车辆的实际行驶速度与设计速度的差别也较大。由于设计速度是一个定量，而实际行驶速度是不断变化的，当实际行驶速度随着平面指标的变化而变化较大时，就容易产生车速的冲突点，而产生冲突点的路段交通事故发生概率也较高，即是交通事故的高发路段。目前我国在运行速度相关领域的研究还处于起步阶段，研究方法还有待探索。目前仅有的一些研究结论都是建立在实测数据的基础上，由于条件所限，对影响运行速度的指标研究还较单一，研究成果的局限性较大；此外，4 长安大学博士学位论文已开展的运行速度研究大都采用了国外的研究模式和方法，而忽视了一些基础理论的研究工作，所取得的研究成果也大都建立在国外已有的基础理论上，但我国的国情与国外差别较大，因此造成在实际应用方面有所偏差。我国相应的运行速度理论还需进一步系统研究。1．2研究的目的及意义对于行驶在公路上的车辆，速度是由驾驶员对路况的判断进行控制的，而驾驶员对路况的了解，绝大部分都是通过其眼睛对实际情况的判断和对信息的收集。因此，决定汽车行驶速度的关键因素是驾驶员，驾驶员选择速度的关键在于其对公路信息的识别和判断。而目前公路线形设计主要指标是以“汽车行驶理论”为基础的公路设计理论，仅仅保障了汽车在运动学方面的最小安全性，而未充分考虑用路者的心理生理特性与要求，特别是驾驶员的视觉需求。目前的运行速度理论绝大部分还是建立在汽车行驶理论基础上的，考虑驾驶员特性方面的成果不多。因此，研究公路线形指标对驾驶员运行速度的影响，应从公路线形如何影响驾驶员视野范围，而驾驶员视野范围又如何影响运行速度这样一个逻辑思维来进行。本论文的研究目的是以驾驶员空间视野为中介，通过分析公路立体线形以及视距指标对驾驶员空间视野的影响，驾驶员空间视野变化对运行速度变化的影响，得出公路线形指标与运行速度之间的关系，建立考虑驾驶员空间视野的高速公路运行速度预测模型。在此基础上，提出新的基于运行速度理念的公路线形一致性评价方法，为公路设计阶段的安全评价提供依据。1．新的运行速度理论促使传统的公路线形设计理念变革传统的公路线形设计是将空间的公路立体线形按三视图的投影方式，分割为平面、纵断面和横断面单独设计。这种设计方式产生的弊端是对于经验不足的设计人员很难将平纵横兼顾起来进行设计。因此，经常会出现平、纵、横指标均满足规范要求，但是组合线形不协调形成事故高发路段。新的运行速度预测模型及其应用的研究有利于在设计阶段就能辅助设计人员进行平纵横三维组合指标的定量评价，优化新建公路设计，对已建公路进行有效的安全评价与改造，将会对公路线形安全设计理念和方法产生重要影响，对有效提升我国交通安全水平有重S 第一章绪论大意义。2．新的运行速度理论为交通事故机理研究提供了方向公路交通事故的产生是由于事件的连续发生所致，人、车、路是这一事件链的主要因素。对于任何一起交通事故，很难将其归结于某一单一的因素。其次，交通事故的不可观测性和随机性是公路安全研究的主要瓶颈。车速作为公路安全研究中最重要的概念之一，是驾驶员对公路空间几何线形、公路环境和心生理状态等多方面因素的一种综合反应，通过车速可以有效地建立起公路几何线形和公路安全的“桥梁"。同时，作为外在综合表现的可测性又成为了研究的可能。因此将车速作为中介参数，深入开展运行速度理论研究，将有助于揭示事故与公路及驾驶员的内在联系，为交通事故机理研究提供研究方向。3．为公路安全运营管理措施实施和标准制定提供科学依据目前，我国在未完全采用运行速度进行路线设计的条件下，新版《规范》引入了安全性评价的概念，要求对线形设计受地形条件或其他特殊情况限制的地段，采用运行速度进行检验，以改善技术指标或采用必要的交通安全技术、管理措施。同时为了保障交通安全，交通管理部门普遍采用限速措施。然而，由于我国目前还没有关于公路车速限制标准确定方法和系统有效的车速限制技术，从而导致限速位置设置不合理及限速效果不理想等问题。因此通过对我国公路运行速度分布特征的研究，建立适合我国公路条件、车辆性能、驾驶员行为的运行速度预测模型，在此基础上提出基于运行速度的公路路线安全性评价方法和标准，可为采取因地制宜的交通工程或运营管理措施提供科学依据。4．为未来的研究者探路在我国，目前还很少有人从定量测量公路空间线形的变化来研究高速公路设计及交通安全问题。随着本课题的开展，让人们看到用这种方法研究公路设计和交通安全问题的利与弊，从而使未来研究者对利的一面发生兴趣，继续深入研究下去，而对弊的一面则将尽力避免和克服。1．3国内外研究现状1．3．1运行速度预测模型研究国内外建立运行速度预测模型的方法主要分两类：第一类是统计回归模型，6 长安大学博士学位论文采取实测大量实际行驶速度，建立运行速度与线形指标的关系。第二类是相关因素制约模型，其研究方法不是直接建立速度与公路线形之间的关系，而是建立各种限制速度与公路性质等的关系，然后再根据这些速度定出运行速度。1．国外研究现状近年来，美国、德国、澳大利亚、加拿大等国对平面线形、纵面线形指标与运行速度的关系进行大量研究，以下是有代表性的研究成果。1)1990年Lamm等人对平曲线特征与运行速度的关系进行了分析，研究发现影响车速最主要的参数为圆曲线半径，建立的运行速度预测模型如下【8】：％：94．398一—3188—．656F=o．79(1．1)厂式中：珞厂叶曲线上运行的第85位车速(km／h)。卜圆曲线半径(m)；酽L—-可决系数。2)1994年Islam，Senevirtne建立平曲线上不同位置的运行速度模型。研究认为平曲线不同特征点处(曲线起点、曲线切线点、曲线终点)运行速度存在明显差异，建立的三个位置运行速度回归模型分别为[91。％5=95．41—1．48D一0．012D2e2=o．99(1．2)K5=103．03—2．41D一0．029D2R2=0．98(1．3)K5=96．11-1．07D92=O．90(1．4)式中：玩厂瑚别为平曲线起点、终点、切线点处的第85位车速(km／h)；D一曲度(。)。3)1997年McFadden，Elefiefiadou等人考虑曲度、平曲线长度、平曲线偏角以及曲线前直线上速度等因素所研究的运行速度预测模型如下‘10】：％5=41．62-1．29D+0．0049Lc一0．12A+0．95形R2=0．90(1．5)式中：％厂—平曲线上运行的第85位车速(km／h)；D一曲度(。)；厶-—平曲线长度(m)；△——平曲线偏角(。)。7 第一章绪论4)2005年BucchiA．，BiasuzziK．，SimoneA．对意大利C级乡村公路较大坡度以及平曲线半径在25m～170m范围内的急弯路段运行速度模型进行了研究，将预测的运行速度与设计速度进行比较，运用运行速度与设计速度差标准对单曲线路段的线形设计一致性进行评价。运行速度预测模型如下【11】：％=66．164一O．124DC(1．6)‰=55．366—3．46E一04DC(1．7)蚝5=65．745—0．119DC-1．35E-O．5DC2(1．8)式中：D卜曲度(。)；毋——平曲线偏角(。)。以上模型主要是对平面线形的研究，国外对纵断面线形指标与车速的关系也进行了大量研究。5)DanielR．Jessen等学者为了简化模型，将对车速影响较大的坡度、交通量纳入模型，从而重新诠释了竖曲线运行速度的特征，为各项后继工作的开展奠定了基础。方程如下【12】：蚝o％=68．5+0．382V计算一0．703Gl一0．00174下ADT(1．9)K5％=73．9+0．400Vet算一0．124G1一O．00143Tkyr(1．10)％5％=85．5+0．346V爿_算一0．0749Gl一0．00181下A【)T(1．11)式中：乃∞厂一竖曲线平均运行速度(km／h)；‰9广竖曲线第85位运行速度(km／h)；玛，9厂一竖曲线第95位运行速度(krn／h)；矿柏广一计算行车速度(krn／h)；G广-进入竖曲线的纵坡坡度(％)；乃D广年平均日交通量。6)美国德克萨斯州运输学院的Fitzpatrick博士在理论上对竖曲线的曲率与车辆运行速度的关系进行了分析，是近期较早提出由于竖曲线曲率的存在而使视距受限，从而决定运行速度的理论。分析竖曲线运行速度的预测方程如下【13】：985-"111．07一]175r．98(1．12)8 长安大学博士学位论文式中：％厂—平曲线上运行的第85位车速(km／h)；卜竖曲线曲率变化率，即坡度每变化1％在水平方向前进的距离。近年来，运行速度预测的研究开始向三维回归模型发展。7)2001年GM．Gibreel等人，对不同类型车辆自由流交通条件下，在安大略省20个凸形竖曲线与平曲线以及凹形竖曲线与平曲线的组合路段的运行情况进行了调研，通过对数据的分析得出了两类多元回归模型，研究发现二维和三维模型预测的运行速度存在很大差异，得出的曲线上5个点的回归模型如下【14】：珞1=91．811+o．Olr+o．468L衫2—0．006G；一0．878In(A)一0．826ln(Lo)(1．13)％2=47．96+7．217In(，)+1．534lIl(三矿)一0．258G1—0．653A—O．008Lo-I-0．02exp(E)(1．14)K3=76．42+0．023r+2．3×10_4K2—0．008exp(A)一1．23x10-4L02+O．062exp(E)(1．15)％4=82．78+0．011r+2．067In(K)一0．361G2+O．036exp(E)一1．091x10一L02(1．16)珞5=109．45—1．257G2—1．586In(Lo)(1．17)式中：三广竖曲线长度(m)；卜超高(％)；彳——坡度差(％)；G厂一坡度(％)。其他国外学者对不同车型建立的运行速度预测模型汇总表1．2所示【151。8)除了传统的回归模型，巴西模型是制约因素模型的典型代表。巴西模型主要用于优化公路设计，同时也可用于路网的经济评价和优化养护方案。该模型考虑了公路的几何线形和路面状况，以机械性能和驾驶行为为依据，建立了车辆运行速度与车辆构造参数、汽车动力性能和公路特性之间的定量关系，对物理机械原理和行为限制等因素作了明确的说明，使模型的车速预估性能大为改善。模型用公式可表示【15】：y=rain(‰，％R腮，％唧，％硼陋，％姗)(1．18)9 第一章绪论式中：％础髓一由制动功率限定的速度(km／h)；矽，DR舰广由行驶功率限定的速度(krn／h)：珞D(，G旷一由弯道限定的速度(km／h),％獬陋一由公路平整度限定的速度(kin／h),％四霄一期望车速(km／h)。表1．2国外运行速度预测回归模型汇总作者国家模型Taraginl954美国Ks=88．87-2554．76／R澳大利McLeanl978圪5=101．2—0．0675CCR亚澳大利McLeanl979％=53．80+0．464VF一3260／R+85000／R2亚Kermanl982英国K，=圪一圪3／398RGlermonl986美国圪5=103．96-4524．94／R‰=102／1—346／[(57300／CCR)“5j圪5=88．72—0．084CCR[Lw=3．0m】Sepal986法国圪5=89．55—2862．69／R旺形=3．0m】％=92．69—0．080CCR[Lw=3．3m】圪5=93．83—2955．40／R陋形=3．3m】圪5=95．77—0．076CCR陋形=3．6m】LamrnandK，=96．15—2803．70／R陋形=3．6m】美国Choueiri1987％5=94．39-3188．57／R=93．85-0．045CCR％=55．84-2809．32／R+0．634LW+0．053SW+0．0004AADTK5=109．09—3837．5S／RK5=32．20+0．839Va+2226．9／R一533．6／Rv2Kanellaidisl990希腊％=129．88一(623．1／RV2)Lamml993德国‰=106／8207—7．20CCR 长安大学博士学位论文Ottesenand美国圪5=103．04-0．0477CCR=103．70-3403／RKrammes1994％=P(4‘56M伽铂删Morralland加拿大Talaric01994％=95．41—1．48DC一0．012(DC)z[pointofcurve]％=103．30—2．41DC一0．029(DC)2[middleofcurve]Islamand美国K5=96．11—1．07DC[pointoftangency]Seneviratne1994‰=103．66—1．95DC％=102．45—1．57DC+0．0037Lc-0．IODFKrammesl995美国K5=41．62—1．29DC+0．0049L—O．12DF+o．95巧Lamml995希腊％=106／10150．1—7．676CCR圪5=91．03—0．050CCRAK5．Pc=3．64—1．78DCChoueiri1995黎巴嫩厶％埘=2．00DC△％玎=4．32—1．44DCVoigtl996美国K5=99．61—2951．37／R△圪5舭=3．30+1．58DC厶‰舭=1．84+1．39DC+4．39P。+O．07G2A1．Masaeidl995约旦△圪5舭=(5081／R2)+(5081／&)[continuouscBrves]At,，舭=109．30一(3498／Lr)一0．71[(DF。×D呸)／(D暇+D旺)】【continuouscurves】Abdelwahabl998约旦△％=0．9433DC一0．0847DFPasettiand美国比=103．90—0020．so／e)Fambrol999比=106．30一(3595．29／R)陋：o≤G<4】Fitzpatrick2000美国K，=96．46一(2744．49／R)陋：4≤G<9】ll 第一章绪论K5=100．87一(2720．78／R)[Mc：-9_注视点P宦、>．』二盛基边缘距离／线指标和横向宽度的影响否利用视野边缘坐标计算注视点处空利用路基边缘坐标计算注视点处空间有效视野构成棱台的底面边长间有效视野构成棱台的底面边长野高程>注视点两侧路＼>一：二、基边缘高程／面指标和横向超高的影响否视野竖向受到阻挡注视点处有利用注视点处视野竖向高程计算空间效视野体积为0有效视野构成棱台的底面高桩号增加6作为下一注视点利用临近两注视点处的棱台底面积和将1．5S注视点到最远影响点间的微段桩号间距计算此段棱台体积棱台体积叠加即可得到全段棱台体积图3．4空间有效视野计算的总体思路图具体的计算过程见以下示例：假设驾驶员位于桩号S处，行驶在公路中线上，初始行驶速度为n公路宽度为职DJ为1．5s注视点，彳，曰J是空间有效视野范围的最近端边界，仍为最 长安大学博士学位论文远影响点，么2历是有效空间视野范围的远端边界，工J为1．5s注视点的距离，厶为最远影响点的注视距离，视野水平角为a，如图3．5和3．6所示。驾驶员视点高度为h，视野仰角为鼻，1．5s注视点处视野高度为局，最远影响点处视野高度为飓，如图3．7和3．8所示。由于空间有效视野构成的是一个不规则棱台，因此计算该棱台体的体积需要采用分割法，将整体棱台分隔为微段棱台，通过在封闭的边界范围内积分的方式来求得空间有效视野的体积。图3．5直线段平面有效空间视野范围曩远影响点1．醛注视点缸／么掣毽平角a，1．／／n^天1驴J，I；‘】圈OIIW—j．_—一一一一一／—掌女：Ir蝴_薯龠毒目曩一一r7畦l———一!I———————一l—．．．．一II一一一一h1．LI．I图3．6曲线段平面有效空间视野范围图3．7平坡段纵面有效空间视野范围 第三章驾驶员空间有效视野模型研究图3．8陡坡段纵面有效空间视野范围棱台的体积y茛计算公式为：(3．24)式中：H为棱台体的长度；sJ为棱台底面面积；$为棱台顶面面积。第一步，计算4Dl=厶×tan(-,／2)，如果AjOj>W／2，则ADJ=w／2，否则A仍不变；用同样的方法可以得出易DJ的长度，从而得到A，易的长度。第二步，根据公路三维表面模型，计算驾驶员所在桩号处地面高程为乙A，点的地面高程为zI，，局点的地面高程为磊。第三步，根据仰角口和视点高度h，可以求出DJ点的视野高度马：Z+h+1．a×tan(O)。比较乙-，磊，与14,的大小，如果2：I，和磊，均比魁大，则证明路面不会遮挡视线，继续往下计算，否则中止计算该处体积做O处理。第四步，按照公式(3．25)计算sJ．S=(z—l+zBl一2H,)×彳l马／2(3．25)第五步，取微段6，按照计算S的方法，计算桩号为S十L。+占处＆的面积。第六步，根据公式(3．24)计算微段棱台体积y羹。，其中肛6。第七步，按照公式(3．26)计算S桩号处的有效空间视野范围的体积!／ol为Vol=I(H×(墨+岛+丽)／3)dLL2(3．26)h3．4本章小结驾驶员的视野范围是动态的，根据车速的变化而变化，而对于公路范围内的 长安大学博士学位论文信息是影响驾驶员速度决策最关键的因素。公路的平面、纵断面及横断面线形指标直接反应了公路线形的空间几何特征，不同的指标条件下对应驾驶员的有效视野范围也不同。车辆的运行速度受到公路空间几何线形指标的综合影响，为了有效的进行运行速度的预测，本章对驾驶员空间有效视野进行了深入研究和探讨，主要有以下几部分内容：1．对驾驶员空间视野模型进行了相关影响参数的研究，并提出受公路线形指标约束的空间有效视野模型。2．为了将空间有效视野模型与公路空间几何线形指标进行联系，研究了公路三维线形表面模型的建立方法。通过对各种建模方法的比较，得出了拟合精度高计算简便的三次B样条曲线建模法构建公路三维线形表面模型。3．在构建的公路三维线形表面模型的基础上，通过考虑空间几何学原理及公路平纵横线形及视距的综合影响，得出了空间有效视野模型的计算方法。以驾驶员空间有效视野模型为切入点，将转变传统运行速度预测模型的研究思路，从而为准确进行考虑驾驶员空间视野的运行速度预测模型研究奠定基础。 第四章高速公路运行速度预测模型第四章高速公路运行速度预测模型运行速度是公路路线设计中最重要的控制参数。运行速度设计方法适应了公路路线设计的发展趋势，弥补了现时在公路设计中采用设计速度所带来的不足，以车辆的实际行驶速度作为路线几何要素的“设计速度”。建立运行速度预测模型，用以推算车辆在各个路段的运行速度，为路线设计阶段或线形优化阶段提供重要的定量指标，是基于运行速度的路线一致性评价及设计方法推广应用的前提和关键。本章在第三章驾驶员空间有效视野模型研究的基础上，通过分析驾驶员空间有效视野体积变化与运行速度变化的相关性，得到公路平纵横及视距指标与运行速度的关系，进行考虑驾驶员空间视野的高速公路运行速度预测模型研究。．4．1驾驶员空间有效视野体积与运行速度相关性分析驾驶员空间有效视野体积能够反映出公路平、纵、横方面的几何特性及不同线形间的差异和变化，运行速度受公路线形指标的综合影响，本文构建的驾驶员空间有效视野体积是否与车速有一定的相关性，还需要进一步分析。根据驾驶员空间有效视野体积的定义及定性分析，当驾驶员空间有效视野体积值比较大时，对应公路线形设计指标中半径较大(或者直线段)、下坡纵坡较大、横断面宽度较大、曲线转角较小的情况。往往这些情况下车速也较高，如大半径曲线或者直线段车速高于小半径曲线，大下坡路段速度高于平缓或者上坡路段、横断面宽度较大路段速度高于横断面宽度较窄路段等；驾驶员空间有效视野体积值比较小时，对应的公路线形设计指标中半径较小、上坡纵坡较大、曲线转角较大、横断面宽度较小的情况。往往这些情况下车速较低，如小半径曲线上车速通常低于直线段上，大上坡路段速度低于平缓路段等。4．1．1数据采集方法根据对我国高速公路上主要交通组成特征及车辆性能的初步分析，本文主要以高速公路路线设计的标准车型小客车和占有率高同时又是事故高发车型的大型载重车为观测对象，分车型进行数据采集工作。速度采集方法一：设备采用手持雷达测速仪，该设备的优点是可以定点随机大量观测，并可人为控制测量时段，用人少、工作量小，且便于携带，如图4．1 长安大学博十学位论文所示。速度采集方法二：采用对高速公路实时监控视频资料后期处理的方式采集运行速度，该方法一般用在有视频监控且不方便人员进行雷达测速的路段，如图4．2所示。图4．1雷达测速仪法采集运行速度图4．2视频分析法采集运行速度观测位置主要选择在车辆车速容易发生变化的线形特征点，测速仪的布设如图4．3所示。图4．3观测运行速度布点示意图具体布设原则如下： 第四章高速公路运行速度预测模型(1)直线路段根据对高速公路直线路段车辆运行特性的分析，直线路段观测地点布设3个位置，分别设在距直线起点Om、150m的地方，用以观测直线路段的加减速行驶特性，第3点设在距直线起点超过300m的地方，用以测定驾驶员的大致稳定车速。(2)曲线路段考虑到曲线路段的运行速度受前后直线上车速以及线形本身的影响，为此在与曲线相邻路段及曲线路段分别布设5个位置：①地点1：曲线前接直线的路段，观测地点设在距缓和曲线起点之前60～80m，原则上考虑此位置驾驶员受前方线形影响将要改变车速而还未改变的地点。②地点2：缓和曲线的起点即平曲线的起点，此处驾驶员可能完成从直线到曲线过渡的车速选择。③地点3：平曲线的中点，车速主要受平曲线线形指标的影响。④地点4：平曲线的终点即缓和曲线的终点，原则上考虑此位置驾驶员受前方线形影响将要改变车速而还未改变的地点。⑤地点5：曲线后接直线的路段，观测地点设在距缓和曲线终点后60---,80m，此处驾驶员可能完成从曲线到直线过渡车速选择，但仍受行驶过的曲线的影响。对于曲线前后接曲线的路段，布设位置与单个曲线段布设相类似。(3)纵坡路段对于直线纵坡路段，观测位置以下坡为例，主要是下坡起点、坡中点、下坡终点。平纵组合路段，以上述曲线路段的观测地点为主。4．1．2样本量为使测量的数据更具有代表性以及可比性，更有利于分析研究，在测量车速时应具备以下基本条件：白天、天气晴好、路面干燥、自由流交通(车头间距5s或车辆间距120m以上)。控制断面车速样本量的目的是控制观测速度值的精度。断面车速调查所需观测的最小车辆数，即样本量按下式计算：刀：(等)2(4．1)15式中：力为最小样本量；芒为置信度水平系数，一般取95％的置信水平，即t取1．96；万为断面车速的标准离差，一般取8．5km／h；助车速测定值的允许误差60 诽行竺薹祟，二竺觯蝴研样本量觑嘶左右。蚍用雷捌速仪羔篓竺竺黧套髓自身安全的情炸应舸能隐≤，轰薹茹i篓竺竺耋霎竺!警舰熳数据失真；同时，要考虑雷达枪丢磊要篙萎要竺篓三!冀肼姗‰喇燃果迸行i姜；麓喜篓誓运行速度，哟测速锄惋车速，a为仪器射线方向与实磊荔裂高佐和善兰篓!竺要兰喜兰公路上行K1+115～K3+。34段进行驾驶员空间有效视野～’一1一从阮圳体积与运行速度的初步相关性分析。和个!It4·3路段实测运行速度变化图61 第四章高速公路运行速度预测模型图4．4空间有效视野体积值变化图路段特点分析：此段试验路平面由一段950m半径的平曲线接一段350m半径的平曲线构成S型曲线，两半径差别较大；纵断面是一段连续上坡，但纵坡均小于3％。由图4．3可看出350m半径在高速公路中对大小车运行速度均有较大影响，纵坡值对小车影响不大，但对大车运行速度影响较大。由图4．4可看出在缓坡路段大半径曲线对空间有效视野体积值无明显影响，但小半径曲线对空间有效视野体积值的影响很明显，整体趋势与实测运行速度的变化趋势吻合度较高，相关性明显。2．试验路段二选取调研的蓝商高速公路下行K74+600---K72+000段进行驾驶员空间有效视野体积与运行速度的初步相关性分析。本路段平面包含两个交点，是由两段基本型曲线组成，圆曲线半径分别为890m和1300m，缓和曲线长度分别为250m和170m。本路段纵断面包含四个变坡点，第一个变坡点桩号为K73+930；第二个变坡点桩号为K73+480；第三个变坡点桩号为K73+130；第四个变坡点桩号为K72+272。具体组成如图4．5所示： 长安大学博士学位论文纵坡及竖曲线／H啪h僦＼¨直线及平曲线弋期卜侈一一--塞塞塞皇I塞里程桩号∞“●日’’q9蓍图4．5试验路段二平纵断面组合图图4．6路段实测运行速度变化图图4．7空间有效视野体积值变化图路段特点分析：此段试验路平面由一段890m半径的平曲线接一段1300m半径的平曲线构成反向曲线，两半径均较大；纵断面是一段连续上坡，但坡度较大，平均纵坡大于3％接近4％的极限值。由图4．6可看出平曲线对大小车运行速度均没 —一◆磊瑟◆茹嚣霸选取调研的西汉高速公路上行K78+500～脯"厶u—p。～K80+927。 长安大学博士学位论文图4．9空间有效视野体积值变化图路段特点分析：此段试验路平面指标较低，最小的圆曲线半径为400m；纵断面是一段连续下坡，最大纵坡为3．5％。由图4．6可看出平曲线和纵断面对大小车运行速度均有较大影响。由图4．7可看出在该试验路段空间有效视野体积值受平纵指标影响均较明显，整体趋势与实测运行速度的变化趋势基本吻合，有一定的相关性。综上所述，在不同的线形组合条件下，均表明空间有效视野体积值的变化规律与实测运行速度值的变化规律有较好的相关性，因此，可以通过研究空间有效视野体积值的变化得到运行速度的变化规律，进一步可以通过定量分析空间有效视野体积值的变化得到运行速度的预测结果。4．2运行速度预测模型的建立4．2．1模型的假设在驾驶员空间有效视野体积与运行速度相关性分析基础上，对运行速度预测模型作出如下假设：1．公路上运行速度随公路交通条件的变化沿车辆行驶方向连续变化；2．公路上最大运行速度等于该路段的期望速度，且在足够长的直线平坡路段上车辆以期望速度行驶；3．公路上驾驶员以某行驶速度驾驶车辆，在直线平坡路段对应的空间有效视野体积值定义为该速度的标准空间有效视野体积值。4．公路上某个断面的运行速度主要受车辆驶过路段的运行速度值以及前方路段一定长度范围内线形的影响。以上四个假设，遵循高速公路车辆实际行驶的一般规律，注重前后线形对运 第四章高速公路运行速度预测模型行速度的影响，符合驾驶员的期望，考虑了运行速度在时间和空间上的连续性变化特点，为运行速度预测模型的构建创造了条件。4．2．2建模思路在运行速度预测模型的研究方面，国外学者作了大量的研究工作，尽管由于条件所限，研究方法和手段都不可避免的存在一些不足之处，但随着认识的深入，研究方法也得到不断的改进和完善。本文以期通过建立运行速度预测新的研究思路，尽可能弱化不利因素的影响，科学合理地进行运行速度准确预测。主要的建模思路是在驾驶员空间有效视野模型建立的基础上，以公路前后线形共同影响车速变化为基本点，根据驾驶员视觉对其控速行为的影响，用前方视野范围内的空间有效视野体积值表示前方线形对下一点运行速度的影响；用当前点运行速度的标准空间有效视野体积值与前方空间有效视野体积值的大小关系进行加减速的判断，通过迭代的方法可以计算出下一点的运行速度值，并根据车辆的加减速性能对运行速度值进行检验，以此类推，即可以预测路线上各个断面的运行速度。在运行速度预测的过程中需要注意两点限制因素：1．运行速度的预测值不超过该公路条件下的期望速度值。2．需要用车辆的加减速性能对连续两点间的运行速度进行检验，使其满足车辆的行驶动力学性能，特别是大车在长大上坡路段，其运行速度受车辆的性能影响很大。4．2．3期望速度期望车速是指在特定的公路条件下，车辆行驶过程中在不受或基本不受其他车辆约束的条件下，驾驶员心目中希望达到的最高“安全”行驶车速。一般以符号瞻表示。一般期望车速与实际行驶速度存在着差异。当实际行驶速度与期望车速相差一定数值时，驾驶员便会采取相应措施改变当前行驶速度直至达到期望车速。虽然期望车速存在于驾驶员个体的心目中，但该车速的大小在驾驶员驾车过程中却一直会对所驾驶车辆的实际行驶速度值的高低产生影响。在公路及交通环境许可的条件下，若期望车速越高，则在实际驾车过程中所驾驶车辆的实际行驶速度亦越高，在行汽车实际行驶速度的高低，随期望车速的高低有正相关关系变化。 长安大学博士学位论文根据模型的假设二，将期望速度设定为了运行速度的上限，对预测模型非常重要。若期望速度定的过低，则不能反映高速的部分，反而忽略了可能产生高速行驶的路段，从而造成潜在的安全隐患。期望速度定的过高，也有可能使预测速度超出实际运行速度很多，特别是在平直路段和指标较好的路段会使预测初始速度增大，难以反映车速的实际变化情况，从而导致全段运行速度预测的失真。本文是根据参考文献[23]提出模型中采用的期望速度值，如表4．1所示。表4．I汽车期望速度期望速度(ka／h)设计速度(1【m／h)小车大车6095708011080i0019．590120135904．2．4轴向加速度轴向加速度是因汽车在纵断面上加速和减速行驶产生的。轴向加速度方向为汽车前进方向，轴向加速度的大小与汽车的动力性能和行驶阻力有关。1．汽车轴向加速度【71】结合汽车行驶阻力、驱动力和动力因数，汽车的轴向加速度口，可用下式表示：口：=孚(D—lf，)(4．2)式中：A为海拔荷载修正系数；y为公路阻力系数；D为汽车动力因数。当汽车位于竖曲线上时，纵坡采用曲线上任意点的切线纵坡值，计算公式为(4．3)式，当为凹型竖曲线时取正号，凸型竖曲线取负号。f=丢=fl±上Rs(4．3)式中：fJ为竖曲线起点或任意已知点的纵坡度(％)，上坡为正，下坡为负；凰为竖曲线半径(m)；，为竖曲线上任意点到竖曲线起点或任意已知点的距离(m)。2．汽车的换挡行驶汽车在坡道上行驶时，对于上坡有加速换档和减速换档操作。对于下坡行驶， 第四章高速公路运行速度预测模型一般减速换档操作比较困难，同时，因下坡行驶中加速度为正，汽车处于加速行驶状态，不会出现减速换档操作，若要减速行驶，只能采用制动措施减速。但下坡行驶中加速换档是存在的，认为驾驶员在下坡也有加速换档操作。在汽车动力特性图中，如果相邻两档的动力特性曲线相交，则采用相交点的速度作为换档速度瞻。设第k档的动力因数为Dk,第七十J档的动力因数为D七十J，则D2kD川(4．5)陂一％耽2+娩一QH屹+慨一‰)=o(4．6)将各排挡下的P、Q、W代入上式，就可解出换档速度Vn(km／h)。如果相邻两档的动力特性曲线不相交，第k档的加速换档速度采用该当的最高速度‰七，减速换档速度采用第舡J档的最高速度％≯7，有望使行驶速度达到最大。汽车行驶状态是加速换档还是减速换档可根据轴向加速度的正负确定。轴向加速度是连续的，只有当等速行驶时其值为零。4．2．5模型的计算考虑驾驶员空间有效视野范围的高速公路运行速度预测模型的总体计算思路如图4．11所示。利用迭代验算的方法，以标准空间有效视野体积值、轴向加速度、期望速度等作为限制条件，连续计算沿公路中线各逐桩点的运行速度值。根据图4．11可以看出，运行速度预测过程中主要进行三方面的验算：1．标准空间有效视野体积值的验算根据第三章介绍的空间有效视野模型可以计算出驾驶员所在桩号处的空间有效视野体积，通过迭代计算得出与此空间有效视野体积值相同的标准空间有效视野体积值所对应的运行速度。根据公式(4．7)进行验算：I砌{一VoJfVol，则说明驾驶员的空间有效视野体积值在增加，驾驶员看的范围更大，因此驾驶员有加速的趋势，此时将计算标准空间有效视野体积值的运行 长安大学博士学位论文速度值增大o，这里。取0．1(该值代表预测运行速度的精度)。通过不断迭加的o，可利用Vol，计算出i+l点对应的运行速度Vol，州。当voz,a。时，说明计算结果不能满足汽车行驶动力学要求，此段落利于汽车加速运行，则按照a。进行加速。3．期望车速的验算通过以上两次验算得到的运行速度还得满足最初的假设条件，即运行速度最大值不能超过期望车速。因此，最后一步验算就是将预测的运行速度值与期望车速进行比较，如果运行速度大于期望车速K，则此点运行速度采用期望速度值圪，反之，采用计算得到的运行速度值。 第四章高速公路运行速度预测模型图4．11运行速度预测模型计算简要流程图4．3运行速度预测模型的有效性检验考虑驾驶员空间有效视野的高速公路运行速度预测模型反映了公路平纵横线以及视距对车辆行驶速度的综合影响，但所建模型是否能有效和准确的应用于实际高速公路的运行速度预测，需要对模型进行有效性检验。本文采取与实测数据和与现有预测模型两种比较方式对预测模型的有效性进行检验。4．3．1与实测数据的比较按照运行速度预测模型计算预测车速值，将预测值与路段实测车速值进行比较，从而评定运行速度预测模型在实际工程应用中的有效性。实测路段选择蓝田至商洛高速公路K11+000～K12+560段，路段的平纵组合资 长安大学博士学位论文料见图4．12所示。纵坡及竖曲线。憾一h惝。梦直线及平曲线／函kl；＼—小嗍渊，㈣＼十里程桩号蕈。晕一一“n●日口^●__一“^●n“图4．12实测路段平纵指标图此段属于全程监控路段，本文通过采集全测速段的视频监控资料，并进行视频资料的内业分析处理得到各特征点的运行速度实测值。图4．13,--,4．14为实测运行速度与预测运行速度对比图。图4．13实测小车运行速度与预测小车运行速度对比图4．14实测大车运行速度与预测大车运行速度对比71 第四章高速公路运行速度预测模型由以上预测与实测速度对比图可以看出，预测的小车运行速度与实测运行速度吻合程度较高，其中有部分路段小车实测速度大于预测速度，分析其原因主要是由于小车的超速造成的；预测的大车运行速度与实测运行速度吻合程度良好，大车受到平纵指标的的影响比小车受到的影响更显著，但大部分实测速度均小于预测值，分析其原因主要是由于目前该路段超载货车比例较大，因此大车动力性能受到较大影响而使其实际运行速度值低于预测值。通过分析结果数据，预测值与实测值的差值都小于5km／h，因此，预测值与实测值的一致性较高，预测模型的有效性较好，预测结果较为可靠。4．3．2与现有运行速度预测模型的比较目前，我国在进行高速公路运行速度预测中，使用最多的是交通部颁布的公路行业推荐性标准《公路项目安全性评价指南》(JTG／TB05--2004)(后称《指南》)中推荐的运行速度预测模型。该模型是在大量调查大小车实地运行速度的基础上，采用统计回归经验公式的方法建立运行速度预测模型，在使用过程中按照高速公路平纵指标的组合进行分段，利用预测公式预测各分段特征点处的运行速度值。图4．15"-'4．16为实测运行速度与《指南》采用模型预测运行速度对比图。图4．15现有模型预测小车运行速度与预测小车运行速度对比 长安大学博士学位论文图4．16现有模型预测大车运行速度与预测大车运行速度对比通过两种预测模型的预测运行速度对比可以看出有以下三方面的特点：1．《指南》中的运行速度模型是按照分段的段落特征点进行运行速度预测，预测结果只能得到各特征点的运行速度值，特征点之间的运行速度值是通过线形内插的方法得到，当特征点间隔较大时预测得到运行速度的连续性较差，且结果较为离散。本论文提出的预测模型的运行速度预测结果是与全部桩号是一一对应的，运行速度密度是可根据逐桩的间距进行调整因此连续性好，各桩号处的运行速度值是单独计算而得因此精度相对较高。2．《指南》中的运行速度预测结果是在公路线形变化点上进行速度的变化，并未考虑驾驶员的提前预判这一特征。本论文提出的预测模型采取的是“现态决定次态”的预瞄理论，即驾驶员根据视野前方一定距离内的线形变化条件来进行此刻的速度控制，速度的变化是在公路线形变化前进行的，本文的预测模型更符合实际驾驶员的行驶特性。3．《指南》中的运行速度模型仅能考虑平纵线形指标对运行速度的影响。本论文提出的预测模型能综合公路平纵横及视距指标的综合影响，因此，本文提出的预测模型考虑因素更全面适用范围更广。4．4本章小结本章在驾驶员空间有效视野模型的基础上，提出了一种全新的高速公路运行速度预测模型，主要完成的内容如下： 第四章高速公路运行速度预测模型1．通过对实际调研路段的运行速度实测，分析了驾驶员空间有效视野体积变化与运行速度变化的相关性，提出考虑驾驶员空间有效视野的高速公路运行速度预测模型建模新思路；2．在利用期望速度和轴向加速度对运行速度预测值进行验证的基础上，提出了运行速度预测模型的计算方法，完成了运行速度预测模型的建立。3．采用预测结果与实测结果对比分析的方法对运行速度预测模型的有效性进行了验证，将本文的运行速度预测模型与《指南》中的运行速度预测模型进行对比分析，进一步验证了本文预测模型的广泛适用性。运行速度预测模型的研究是进行高速公路线形一致性评价的基础，本章建立的运行速度预测模型可以对我国各种断面情况下的高速公路上小车和大车进行连续性预测运行速度。当然，由于我国幅员辽阔，各个区域的地形差异较大，高速公路的交通组成和交通量差别较大，因此造成预测模型的结果也会有区域的差异性，但随着时间的推进和调研的深入，预测模型可进一步发展和完善。74 长安大学博士学位论文第五章高速公路线形设计一致性评价研究线形设计是公路设计的核心，它最终决定了公路的走向、规模、空间位置以及公路在驾驶员视觉中的反映。如何评价公路线形设计质量，目前在我国的标准和规范中只是一般的定性描述，并无明确的定量指标，执行起来有一定的随意性。基于运行速度的公路线形评价方法是公路安全设计的主要内容，也是公路安全设计的发展趋势。线形设计的一致性b幻，从狭义上讲主要是指：公路线形设计与驾驶员的期望驾驶速度相适应的特性。从广义上讲是公路各设计要素的改变应该与驾驶行为相匹配。在公路设计中，借助线形设计一致性检验进行交互设计对于公路安全水平的提高有很大益处。本章研究基于运行速度相关的线形设计一致性评价方法，以运行速度作为中介指标，把路线几何设计对公路安全的综合影响转化为车辆在路段上行驶过程中前后速度变化的大小，并以路段中运行速度特征指标的连续变化值来评价公路线形设计的优劣。将运行速度预测结果用于线形设计一致性评价，提出新的用于评价线形设计一致性的运行速度特征指标，在此基础上，着重研究基于多项运行速度特征指标的高速公路线形设计一致性综合评价模型和评价方法。5．1速度与线形的关系车速是公路线形、车辆行驶特性和驾驶员主观期望共同作用的结果，也是车辆在公路上行驶过程中对线形质量最为直观的反映。因此，车辆的行驶速度与公路线形有着密切的相关性。5．1．1速度与线形指标的关系由于目前的公路设计是以设计速度为基本理论，当汽车的行驶速度大于设计速度时，在一些平纵组合路段及竖曲线路段就会存在安全隐患，对公路整体的安全性也造成很大影响。根据汽车动力学推导可得到如下公式：趑i,m一靠‘(5．1)式中：r车速(kin／h)；，——弯坡路段的纵坡值(％)； 第五章高速公路线形设计一致性评价研究k——直坡段最大纵坡值(％)；f。——平曲线超高值(％)。当平纵组合路段实际的纵坡值大于f’时，合成坡度将超过允许值，该条件下，车辆通过路段时，稳定性将大幅度下降，尤其是车速过高或车辆的重心较高时，发生失控或倾覆的几率更大。特别是在实际纵坡接近极限值的情况下，当驾驶员超过设计速度行驶，会在平纵组合路段产生交通事故的概率将大大增加。由于凸型竖曲线对视距影响较大，尤其是当凸型竖曲线前方接小半径平曲线时，视距不足使驾驶员没有足够的时间判断前方的线形，从而影响行车安全。对于凸型竖曲线的视距用公式(5．2)进行检验：S=(2R)1／2x(Hm“2+m“2)(5．2)式中：争坤车视距(m)；砌一目高，取1-2m；胁r_—物高，取0．1m；卜凸型竖曲线半径(m)。5．1．2速度与线形设计一致性的关系根据美国的相关研究表明口羽，根据观测，并非是单点的运行速度，而是运行速度的变化轨迹影响着交通性能。公路相邻平曲线的运行速度落差大，则该曲线的安全性就差。具体数据如表5．1所示。表5．1运行速度变化趋势与交通事故率的相关性交通周转量事故率运行速度梯度平曲线个数3年累计事故数(百万车公里)(次／百万车公里)△v85≤10kⅢ／h451814833206．06O．4610kin／h20km／h1474717．052．76合计528717473373．57O．52一般情况下，当公路的几何特征与驾驶员的期望相一致的路段，驾驶员不容易犯错误，当公路的几何特征与驾驶员期望不一致时，驾驶员可能仍然按主观的期望驾驶车辆，这样在这样的路段就容易产生交通事故。从公路线形设计的角度分析，线形设计上的突变，例如在连续高指标路段突然出现孤立的低指标路段，将造成与驾驶员的期望不一致，容易造成交通事故，并在此段显示出交通事故的 长安大学博士学位论文聚集性。因此可以认为连贯的运行速度是线形设计一致性的产物，采用基于运行速度的指标作为评价线形设计一致性的参数具有一定的可靠性。5．2线形设计一致性评价指标及标准在初步分析高速公路运行速度数据基础上，借鉴国外较为先进的研究成果，采取基于事故率的分析方法对路段安全性与车辆运行速度的各项特征指标进行相关性分析，提出三个新的运行速度特征指标用于线形设计一致性分析。5．2．1分析方法目前国内外关于公路安全性的分析主要有专家经验法、事故数法、事故率法、鉴别指数法、质量控制法、相关因素分析法、累积频率曲线法等盯羽。上述各类分析方法，其适用范围因国情、地区间差异及研究目的不同而有所区别。高速公路交通事故的分布是极不均匀的，某些地点或路段表现出极明显的事故倾向性，这就为高速公路安全性的微观分析提供了可能。根据高速公路线形设计一致性分析的目的，通过比较各种分析方法的适用性，发现事故率法同时考虑事故路段交通量和路段长度，是一种对既有事实的分析方法，具有一定的客观性和广泛性，易于提取量化指标，因此，选取基于事故率的分析方法对路段安全性与车辆运行速度的各项特征指标进行相关性分析。事故率具体计算方法如下：，：一，=一竺兰!Q!(5．3)～：，．^J刀×365×州DT×L式中：Z-_一事故率(次／百万车公里)；U-----路段上调研年份内事故总数；r调研年份数；AADT一该路段上的年平均日交通量；￡一路段长度(km)。5．2．2相邻路段车速差比值WR1．指标的计算方法相邻路段车速差值是保证线形设计质量的关键参数，即保证同一设计区段内，驾驶员能够采用连贯的驾驶方式行车，避免或最大程度的减少操作错误，提高安全性。但是，在车辆实际运行中，车辆从80km／h减速到60l【In／h和从120km／h减 第五章高速公路线形设计一致性评价研究速到1001【IIl／h的速度变化率是不一样的，其变化幅度对于行车状况的影响也是不同的，前者发生事故的可能要大于后者。因此，仅用相邻路段的运行速度差绝对值来评价线形设计一致性是不够的，基于这样的考虑，本文提出相邻路段车速差比值VVR定义为相邻路段车速之比，该指标计算如下：WR=(5．4)式中：W．卜相邻路段运行速度差比值；y广一当前路段的运行速度，kin／h；n一广一前一路段的运行速度，km／h。2．wR与事故率的关系模型从相邻路段运行速度差比值的定义可以看出，WR为当前路段运行速度与前一路段的运行速度差与当前路段运行速度之比。因此，定性上认为WR越大，安全性越低，即随着WR的增大，事故率逐渐升高。根据对实地调研事故数据的回归分析如图5．2所示，提出断面车速差与事故率的关系模型：I=aWR2+bWR+c(5．5)式中：卜路段事故率，次／百万车公里；W．卜相邻路段运行速度差比值；a，b，r待定系数。采用多元非线性回归的方式进行系数标定，标定系数a=4．396，b=0．291，c=0．5：最终得到的模型如下，得到模型关系曲线如图5．1所示。工=4．396yI，酽+0．291m+O．5R2=0．750(5．6)图5．1事故率与相邻路段车速差比值yvR曲线图 长安大学博士学位论文5．2．3相邻路段车速变化系数VRO1．指标的计算方法利用相邻路段运行速度速差比值WR对相邻路段进行评价主要考虑的是速度变化的相对值，并没有反映速度变化率的大小。例如速差同为15km／h的两个路段，一个路段长为200m，另一个路段长为1000m，显然其线形设计指标的一致性是不同的。这种情况是无法用运行速度差值比值来进行反映的，只能用运行速度变化率的快慢来进行描述。因此引入相邻路段车速变化系数VRE，该指标计算如下：VRC：互二鱼(5．7)25．92S式中：VRC——相邻路段车速变化系数，m／s2；y广一当前路段的运行速度，km／h；n一厂—-前一路段的运行速度，km／h；S——两路段的间距，m。2．VRC与事故率的关系模型从相邻路段车速变化系数的定义可以看出，VRC为当路段间运行速度变化快慢的指标。由于车辆在公路上有加速也有减速过程，因此，VRC的值有正也有负，理论上车辆匀速行驶较加减速过程更有利于行车安全，定性上认为VRC在0左右一定范围内对车辆行车安全的影响是一致的，随着VVR值向两侧的偏离，车辆的行车风险以较快的速度增大。根据对实地调研事故数据的回归分析如图5．3所示，提出相邻路段车速变化系数VRC与事故率的关系模型：I=log(axVRC2+bxVRC+c)(5．8)式中：!-_—一路段事故率，次／百万车公里；VRC——相邻路段车速变化系数，m／s2：a，b，r待定系数。采用非线性回归的方式对模型中参数进行拟合，标定系数a=O．826，b=1．231，c=2．5；最终得到的模型如下，得到模型关系曲线如图5．2所示。I=log(O．826xVRC2+1．231xVRC+2．5)R2=0．850(5．9) 第五章高速公路线形设计一致性评价研究图5．2事故率与相邻路段车速变化系数VCR曲线图从图5．39以看出，曲线并不是关于Y轴对称的，当车辆车速降低过快时，发生事故的概率大大增加；曲线上车辆主要以减速过程为主，尽管加速过快时，事故率也较高，但相比较而言，减速行为比加速行为更为危险。无论加速或减速，当车辆以较为稳定的车速即运行速度变化较小行驶时，事故率最低。5．2．4客货极差比OTR1．指标的计算方法通常情况下，高速公路上小客车车速较高，大货车(大型载重车)由于动力性能远不如小客车，车速普遍较低。这样，货车的运行速度过慢不仅会导致跟车运行的后续车辆视距不足，也会对超车的小客车的运行安全性产生影响，无疑增加了事故发生的概率。为此，定义客货差为小客车与大货车运行速度的差值，即断面客货差=小客车卜大货车以这样就得到路段内各断面的客货差。通过提取路段上客货差的极大值以及平均值，初步分析小客车和大货车车速差值变化特征与安全性的关系。同时，考虑到客货差极大值以及平均值都没有将路段客货差的离散性表现出来，引入路段客货差极差比CTR，其计算方法如下tmax(m；)一mm(m。)C豫=上墅—_二一=—尘坠一(5．10)聊式中：CTtF-------路段客货差极差比，km／h,m广路段各断面客货差值，km／h,聊——路段各断面客货差均值，km／h。80 长安大学博士学位论文2．客货极差比CTR与事故率的关系模型国内外对客车与货车车速差的研究以分级为主，建立模型进行分析的较少。根据研究表明，客货极差比与事故率呈正相关的趋势，即事故率随着客货极差比的增大而增大。根据对实地调研事故数据的回归分析如图5．4所示，提出客货极差比CTR与事故率的关系模型：I=aCTR2+bCTR+c(5．11)式中：I-_—-路段事故率，次／百万车公里；C豫—一客货极差比值；a，b，r待定系数。采用多元非线性回归的方式进行系数标定，标定系数a=2．655，b=0．118，c=0．15；最终得到的模型如下，得到模型关系曲线如图5．3所示。r=2．655yy酽+0．118m+0．15R2=0．936(5．12)图5．3事故率与客货极差比CrR曲线图5．2．5高速公路线形设计一致性评价标准高速公路线形设计一致性评价标准的确立是建立在高速公路事故率分级标准的基础上的，而高速公路事故率分级标准是通过事故多发点的分级标准来确定的。国外针对公路交通事故多发点的研究起步较早，并取得一定的成果。不同国家对事故多发点的定义有所区别：1．丹麦丹麦是采用统计鉴定法建立各类公路路段上的事故预测模型：E(％)=口×畔xLj(5．13)81． 第五章高速公路线形设计一致性评价研究式中：E(％)——路段J的事故预测数；Ⅳf——路段J的交通量(辆／d)；厶——路段J的长度(10．80差需要重新设计 第五章高速公路线形设计一致性评价研究在高速公路线形设计一致性评价指标分级标准的基础上，根据表5．2的分析结论，可求出高速公路线形设计一致性评价标准，用于指导高速公路线形设计一致性分析，如下表所示。表5．3高速公路线形设计一致性评价标准一评价指标＼好一般差WRWR≤0．090．090．18髓C—1．45≤滕0．90．9<1聪1．3—2．45≤W形<一1．45VRC<-2．45VRC>1．3C册C7胃≤0．450．450．55在拟建高速公路的线形设计中，通过运行速度预测值可计算得到不同路段的一致性评价指标，根据以上的一致性评价标准即可进行线形设计一致性评价分析。由于以上三个评价指标是根据事故率的分析方法得到的，因此任一指标评定为差级都将对高速公路的安全性造成较大影响，在评价结论中以三个指标中最不利的指标的评价结果为最终结论。通常情况下，安全等级程度一般时，公路线形已能够为车辆提供一个较为稳定的运行环境；对于安全等级为差的公路线形则需要根据实际情况做出重新调整，以使新的预测的运行速度特征指标满足线形设计一致性需求，保障车辆的行车安全。5．3高速公路线形设计一致性评价流程基于运行速度预测模型的高速公路线形设计一致性评价主要是通过运用运行速度预测模型对已建或拟建高速公路进行运行速度预测，确定线形设计一致性评价指标，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线形设计一致性的评价，主要流程如下图所示： 长安大学博士学位论文图5．5高速公路进行线形设计一致性的评价流程图5．4本章小结本章根据高速公路线形设计一致性理论，提出了以运行速度为基础高速公路线形设计一致性评价指标，主要完成的内容有以下几点：1．根据线形设计一致性研究的特点，针对行车中车速的协调性和连续性需求，提出新的线形设计一致性评价指标，并确定了线形设计一致性评价的分析方法；2．对相邻路段车速差比值、相邻路段车速变化系数、客货差极差比等运行速度特征指标与公路线形及事故率的相关性进行了深入分析；3．在对运行速度特征指标的深入研究基础上，根据事故率分级标准，提出线形设计一致性评价标准；4．提出基于运行速度的线形设计一致性评价流程。高速公路线形设计一致性评价是运行速度预测应用研究的重要方面，也是公路安全设计的重要内容。高速公路线形设计一致性评价研究为我国基于运行速度的路线设计方法的应用奠定了良好的基础。 第六章工程实例第六章工程实例本章以西汉高速公路为例，介绍高速公路运行速度预测模型及其在线形设计一致性评价中的应用。6．1路段设计资料6．1．1路段背景西汉高速公路穿越秦岭和巴山，连接关中平原和汉中平原，通往成都平原，是国家高速公路网北京至昆明高速公路在陕西境内的重要组成部分，也是陕西省“三纵四横五辐射”高速公路网的重要路段。于2002年9月开工，概算总投资138．78亿元，建设工期5年，主线全长255公里，北起户县涝峪口，接西安至户县高速公路，途经户县、宁陕、石泉、佛坪、洋县、城固、南郑、汉台、勉县等9县(区)，南止勉县元墩，连接勉县至宁强高速公路。全线设互通式立交13处，综合服务区5处；桥梁540座；隧道136座，其中户洋段桥隧工程占线路总长的76％。本实例路段位于西汉高速的K34+300-～K45+000段，全长10．7km。高速公路所经地区的地形为山岭重丘区，设计速度为60km／h，路基宽度24．5米。公路位于沟谷地带，山大沟深，地形条件复杂，桥梁隧道诸多，路线坡陡弯急。路面为沥青混凝土结构路面，交通设施齐全。6．1．2公路平面线形资料路段平面设计资料如表6．1所示。表6．1路段平面设计资料偏交点号桩号R(m)L。(m)ZHI{1『QZYHHZ向起点K34+300JD2K34+649．832Y950180K34+348．976K34+528．976K34+646．194K34+763．412K34+943．412JD3K35+176．521Z300130K34+943．412K35+073．412K35+160．725K35+248．039K35+378．039JD4K35+720．370Y26085K35+586．673K35+671．673K35+716．558K35+761．442K35+846．442JD5K36+027．941Z17070K35+846．442K35+916．442K36+001．798K36+087．153K36+157．153JD6K36+335．989Y17070K36+157．153K36+227．153K36+310．97lK36+394．788K36+464．788295．2JD7K36+626．014Z90K36+464．788K36+554．788K36+620．156K36+685．523K36+775．5235JD8K36+954．695Y25480K36+775．523K36+855．523K36+942．424K37+029．325K37+109．325JD9K37+374．225Y35070K37+265．558K37+335．558K37+373．059K37+410．560K37+480．560JDlOK37+624．20lZ28580K37+480．560K37+560．560K37+619．687K37+678．815K37+758．815JDllK37+888．841Y130080K37+758．815K37+838．815K37+888．684K37+938．553K38+018．553JDl2K38+465．274Y23060K38+367．885K38+427．885K38+463．279K38+498．673K38+558．673JDl3K38+760．088Z20085K38+558．673K38+643．673K38+734．769K38+825．864K38+9lO．864 长安大学博士学位论文续表6．1路段平面设计资料偏交点号桩号It(m)L．佃)zttI-P／QZYlt1-17,向J-D14K39+097．468Y30080K38+973．674K39+053．674K39+095．178K39+136．682K39+216．682JDl5K39+500．071Z2460K39+367．162K39+499．942K39+632．722J-D]6K39+729．122Y22560K39+632．722K39+692．722K39+727．125K39+761．529K39+821．529J1)17K39+991．799Z44080K39+821．529K39+901．529K39+988．027K40+074．524K40+154．524J1)18K40+314．049Y29580K40+154．524K40+234．524K40+307．793K40+381．063K40+461．063JDl9K40+588．774Z2lO80K40+461．062K40+541．062K40+583．74lK40+626．420K40+706．420JD20K40+837．70lY71480K40+706．420K40+786．420K40+837．166K40+887．911K40+967．9l1J／)21K41+157．899Z7001200K40+967．9llK41+087．911K41+188．563K41+289．21575．571JD22K41+402．612Z350K41+289．215K41+364．786K41+405．853K41+446．921K41+536．92190．000JD23K41+697．419Y70080K41+536．921K41+616．921K4l+696．190K41+775．459K41+855．459JD24K42+061．608Z590120K41+855．459K41+975．459K42+058．507K42+141．555K42+261．555JD25K42+467．644Y270100K42+261．555K42+361．555K42+452．458K42+543．361K42+643．361JD26K42+886．140Z350100K42+643．36lK42+743．36lK42+869．095K42+994．829K43+094．829JD27K43+256．595Y260100K43+094．829K43+194．829K43+249．860K43+304．891K43+404．89lJD28K43+518．042Z26060K43+404．89lK43+464．89lK43+515．215K43+565．538K43+625．538J1)29K43+738．569Y17065K43+625．538K43+690．538K43+732．879K43+775．220K43+840．2201500．JD30K44+189．277YK43+991．213K“+188．138K44+385．063004终点K45+0006．1．3路段纵断面设计资料路段纵断面设计资料如表6．2所示。表6．2试验路段纵断面设计资料纵坡坡长变坡点桩号R(m)ZSSZ(％)(m)K34+3001．599350K34+65070000(凸)K34+440．437K34+859．5631．0001070K35+72040000(凹)K35+590K35+8501．650580K36+30044000(凸)K36+157K36+4431．000320K36+62014750(凹)K36+443K36+7973．400750K37+37014000(d5)K37+265K37+4751．900520K37+89028000(凹)K37+764K38+0162．800860K38+75013750(凸)K38+598．750K38+901．2500．600350K39+10040000(凹)K38+984K39+2161．180400K39+50033000(凹)K39+372．950K39+627．0501．950480K39+98028000(凹)K39+819K40+1413．100620K40+60020000(凸)K40+490K40+7102．000600K41+20020000(凹)K41+000K4i+4004．000500K41+70012000(凸)K41+532K41+8681．200360K42+06032000(凹)K41+868K42+2522．400400K42+46032000(凸)K42+252K42+6681．100400K42+86013714．286(凹)K42+668K43+0523．900390I(43+25023480．346(凸)K43+052K43+4482．213890K44+14050000(凹)K43+993．371K44+286．6292．800780K44+92022500(凹)K44+819．292K45+000K45+000 第六章工程实例6．2运行速度预测6．2．1运行速度预测结果利用高速公路运行速度预测模型进行运行速度预测，西汉高速公路部分路段小型车和大型车运行速度预测结果见表6．3。表6．3西汉高速公路部分路段运行速度预测结果有效视野体积小车速度大车速度桩号X坐标Y坐标Z坐标半幅宽度值(i113)(kin／h)(km／h)1(34+3003767235．57549544．9759．7．7912．25102476．6195701(34+3203767216．25549539．79528．1012．25102494．959568．8K34+3403767196．93549534．61528．49．12．25102521．129568．8K34+3603767177．62549529．42528．7412．25102556．399568．8K34+3803767158．32549524．17529．0612．25102601．4l9568．8K34+4003767139．05549518．83529．3812．25102587．749568．81(34+4203767119．8】549513．34529．7012．25102523．699568．8K34+4403767100．63549507．67530．09．12．25102502．629568．8K34+4603767081．53549501．76530．3412．25102519．279568．8K34+4803767062．51549495．58530．6412．25102564．549568．8K34+5003767043．59549489．08530．9512．25102628．379568．8K34+5203767024．81549482．22531．2412．25102700．569568．81(34+5403767006．17549474．97531．5312．25102773．849568．8K34+5603766987．68549467．33531．8212．25102849．99568．8K34+5803766969．37549459．30532．1012．25102934．459568．81(34+6003766951．22549450．88532．3712．25103033．369568．81(34+6203766933．26549442．09532．6412．25103152．419568．8K34+6403766915．49549432．92532．9012．25103297．299568．81(34+6603766897．9l549423．38533．1612．25103472．799568．8K34+6803766880．54549413．47533．4l12．25103670．249568．8K34+7003766863．38549403．20533．6512．25103736．619568．8K34+7203766846．44549392．57533．8912．25103797．899568．8K34+7403766829．72549381．59534．19．12．25103852．689568．8K34+7603766813．25549370．25534．3512．25103899．589568．8K34+7803766797．00549358．59534．5712．25103937．339568．8K34+8003766780．96549346．65534．7912．25103965．329568．8K34+8203766765．10549334．46535．0012．25103983．59568．8K34+8403766749．40549322．06535．2112．25103991．879568．8K34+8603766733．84549309．50535．4l12．25】039,t1．8793．868．8K34+880376671&38549296．81535．6112．25103137．4193．868．81(34+9003766703．00549284．03535．8112，25100455．3293．868．8K34+9203766687．66549271．19536．0112．25100666．7792．767．71(34+9403766672．34549258．34536．2112．2598382．5491．766．7K34+9603766656．95549245．56536．4l12．2595677．1791．566．5K34+9803766641．38549233．01536．6112．2593549．0490．165．1K35+0003766625．50549220．86536．81lZ．2592233．3588．963．9K35+0203766609．19549209．28537．0112．2591547．488．163．1K35+0403766592．38549198．45537．2112．25919．89．0987．862．8K35+0603766574．99549188．59537．4112．2591318．5287．661．61(35+0803766556．99549179．87537．61】2．2591668．3885．660．6K35+1003766538．46549172．36537．8112．2592530．3783．660．31(35+1203766519．46549166．1l538．0112．2594133．0781．659．2K35+1403766500．09549161．14538．2112．2596452．1381．659．2 长安大学博士学位论文续表6．3西汉高速公路部分路段运行速度预测结果有效视野体积小车速度大车速度桩号X坐标Y坐标Z坐标半幅宽度值(矿)(km／h)(km／h)1(35+1603766480．44549157．47538．4112．2598279．0181．659．2K35+1803766460．58549155．11538．6112．2598548．6482．859．2K35+2003766440．6l549154．09538．8112．2598555．5987．661．6K35+2203766420．62549154．39539．0112．2598325．1587．662．91(35+2403766,t00．69549156．03539．2l12．2599992．4887．663．31(35+2603766380．90549158．93539．4l12．2599992．4887．663．71(35+2803766361．30549162．90539．6112．2598992．4887．663．7K35+3003766341．89549167．72539．8112．2598992．4887．663．7K35+3203766322．66549173．19540．0112．2598992．4887．663．7K35+3403766303．55549179．12540．2112．2598992．4887．663．7K35+3603766284．53549185．29540．4l12．2598992．4887．663．71(35+3803766265．53549191．52540．6112．2598991．787．663．7K35+4003766246．59．549197．76540．8112．2598988．1987．663K35+4203766227．52549204．00541．0l12．2597979．587．661．61(35+4403766208．52549210．24541．2l12．2597963．1787．661K35+4603766189．52549216．47541．4l12．2597936．7687．660．61(35+4803766170．5l549222．71541．6l12．2597897．8287．6601(35+5003766151．51549228．95541．8l12．Z597489．6987．659．3K35+5203766132．51549235．19542．0112．25101596．5l87．659K35+5403766113．5l549241．42542．2112．2597982．0187．659K35+5603766094．50549247．66542．4l12．2592949．6187．659K35+5803766075．50549253．90542．6112．2589442．8987．358．51(35+6003766056．46549260．01542．8l12．2587435．7286．856．6K35+6203766037．28549265．68543．0312．2585196．2885．2541(35+6403766017．88549270．55543．2512．2585093．2583．8541(35+6603765998．23549274．25543．4912．2585177．9882．554K35+6803765978．37549276．49543．7412．2585445．0882．154K35+7003765958．38549277．19543．9912．2588696．3281．753．7K35+7203765938．41549276．36544．2612．2588181．5980．453．5K35+7403765918．55549273．99544．5412．2589644．2380．453．3K35+7603765898．93549270．1l544．8212．2590094．7880．453．3K35+7803765879．62549264．94545．1212．2591873．6681．553．3K35+8003765860．58549258．83545．4212．2589390．9281．553．3K35+8203765841．735'19252．13545．7412．2587602．618253．3K35+8403765822．97549245．20546．0712．2984382．318253．6K35+8603765804．13549238．48546．4012．4483673．358253．6K35+8803765785．02549232．59546．7312．5883221．428252．6K35+9003765765．52549228．20547．0612．7282768．6881．850．81(35+9203765745．66549225．93547．3912．7582290．738l49K35+9403765725．67549226．Ol547．7212．7582301．480．247．6K35+9603765705．83549228．44548．0512．7581021．8179．446．6K35+9803765686．4l5'19233．18548．3812．7581075．2578．646．6K36+0003765667．69549240．17548．7l12．7581439．2877．846．6K36+0203765649．91549249．30549．0412．7581901．237747．6K36+0403765633．32549260．46549．3712．7581305．5776．248．9K36+06037656l8．17549273．49549．7012．75829794．175．449．6K36+0803765604．64549288．21550．0312．7l82691．0574．649．61(36+1003765592．75549304．9．8550．3612．5782314．9572．849．61(36+1203765582．10549321．21550．6912．4383506．0672．848．3K36+1403765572．16549338．56551．0212．2882364．2772．847．1K36+1603765562．35549355．99551．3412．3684503．8172．846．2K36+1803765552．10549373．16551．6612．508209-4．357546．2 第六章工程实例续表6．3西汉高速公路部分路段运行速度预测结果有效视野体积小车速度大车速度桩号X坐标Y坐标Z坐标半幅宽度值(m，)(km／h)(km／h)K36+2003765540．85549389．69551．9712．6581649．027546．2K36+2203765528．1l549405．10552．2712．7580239．97546．2K36+2403765513．69549418．94552．5612．7580030．427546．2K36+2603765497．74549430．99552．8512．7580526．218l46．3K36+2803765480．49549441．09553．1212．7580259．948l46．3K36+3003765462．18549449．09553．3812．7579873．218146．8K36+3203765443．05549454．89553．6412．7580004．028147．6K36+3403765423．37549458．40553．8812．758208583．348．3K36+3603765403．4l549459．57554．1212．7583460．8683．550．5K36+3803765383．46549458．40554．3512．7583270．4383．855．2K36+4003765363．77549454．97554．5712．6284533．883．856．2K36+4203765344．44549449．82554．7712．4884370．5283．856．2K36+4403765325．43549443．63554．9812．3484943．4283．856．2K36+4603765306．54549437．05555．2112．2585441．6883．858．2K36+4803765287．62549430．56555．4612．2586159．2283．859．3K36+5003765268．58549424．47555．7412．258893986．361．3K36+5203765249．32549419．06556．0512．2588804．0486．361．3K36+5403765229．82549414．65556．3812．2589778．0686．261．2K36+5603765210．07549411．49556．7412．2591901．1l86．261．2K36+5803765190．16549409．68557．1312．2593902．0786．261．2K36+6003765170．17549409．22557．5512．2596272．4886．261．26．2．2车速预测结果分布按照上述方法，即可根据高速公路实际线形设计指标对任意路段小型车和大型车进行运行速度的连续预测。西汉高速公路K34+300一-K45+000共10．7公里长路段预测车速沿桩号分布情况见图6．1、图6．2。从图中可以看出，预测车速沿桩号方向连续变化，在此基础上可进一步进行线形设计一致性评价的研究。90 议袋迥扑_千噬扑K谥半匝眯好一郓匿谜锻靶嫂抖K匦眯蜒嚣聪越硝躲脚朴÷一．9匝N．9匝 第六章工程实例6．3线形设计一致性评价根据高速公路线形设计一致性分析流程，结合运行速度预测结果可对一条高速公路或者某个路段进行线形设计一致性评价。以下为西汉高速公路的实际应用情况。6．3．1线形设计一致性评价路段的划分评价路段的划分参考《指南》中的划分标准，将评价路段划分为：平直段、曲线段、纵坡段和弯坡段，共分为37个路段。划分结果见表6．4。表6．4评价路段划分结果表段落路段曲线半径纵坡起点桩号中点桩号终点桩号长度类型编号(米)(幻(米)1K34+300．0K34+646．194K34+943．412594．40曲线段95012K34+943．412K35+160．726I{35+378．04434．60曲线段30013K35+378．04K35+482．356K35+586．674208．60平直段14K35+586．674K35+716．558K35+846．443259．80曲线段2601．655K35+846．443K36+157．153K36+464．789618．30曲线段1701．656K36+464．789K36+620．0K36+775．524310．70曲线段295．2517K36+775．524K36+942．425K37+109．326333．80弯坡段2543．48K37+109．326K37+187．442K37+265．559156．20纵坡段3．49K37+265．559K37+370．0K37+480．56215．00弯坡段3503．410K37+480．56K37+619．688K37+758．816278．30曲线段2851．91lK37+758．816K37+963．629K38+367．886609．10平直段2．812K38+367．886K38+463．28K38+558．674190．80弯坡段2302．813K38+558．674K38+750．0K38+910．865252．20弯坡段2002．814K38+910．865K38+942．27K38+973．67562．80平直段0．615K38+973．675K39+095．179K39+216．683243．00曲线段3001．1816K39+216．683K39+234．55K39+632．723416．00平直段24601．9517K39+632．723K39+727．126K39+821．53188．80曲线段2251．9518K39+821．53K39+980．0K40+154．524333．50曲线段4401．9519K40+154．524K40+307．793K40+461．063306．50弯坡段2953．120K40+461．063K40+600．0K40+706．42245．30弯坡段2103．12lK40+706．42K40+837．165K40+967．91261．50弯坡段714222K40+967．91K41+200．0K41+304．785336．90弯坡段700223K41+304．785K41+420．852K41+536．92232．10弯坡段350424K41+536．92K41+700．0K41+855．458318．60弯坡段700425K41+855．458K41+957．729K42+060．0204．50曲线段5901．226K42+060．0K42+160．777K42+261．554201．60弯坡段5902．427K42+261．554K42+360．777K42+460．0198．40弯坡段2702．4 长安大学博士学位论文28K42+460．0K42+551．鹋K42+643．36183．40曲线段2701．129K42+643．36K42+751．68K42+860．0216．60曲线段3501．130K42+860．0K42+977．414K43+094．829234．80弯坡段3503．931K43+094．829K43+172．414K43+250．0155．20弯坡段2603．932K43+250．0K43+327．445K43+404．89154．90弯坡段2602．2133K43+404．89K43+515．214K43+625．537220．60弯坡段2602．2134K43+625．537K43+732．878K43+840．22214．70弯坡段1702．2l35K43+840．22K44+257．394K44+608．113767．90平直段2．836K44+608．113K44+712．672K44+817．23209．10弯坡段2602．837K44+817．23K44+883．615K45+000182．77弯坡段5002．86．3．2线形设计一致性评价指标的计算根据6．2节的路段运行速度预测结果，分别计算各路段的运行速度特征指标。西汉高速公路部分路段的线形设计一致性评价指标计算示例如下：1．相邻路段车速差比值WR表6．5部分路段V嘣平价结果运行速度km／h路段l小车WR大车、n『Il小车大车K34+300．09570K34+646．1949568．80O．02K34+943．41291．766．70．04O．03运行速度km／h路段2小车wR大车WR小车大车K34+943．41291．766．7K35+160．72681．659．2O．120．13K35+378．0487．663．70．070．07运行速度km／h路段3小车、胍大车wR小车大车K35+378．0487．663．7K35+482．35687．660OO．06K35+586．67486．858．50．010．02运行速度km／h路段4小车wR大车、胍小车大车K35+586．67486．858．5K35+716．55880．453．50．08O．09K35+846．4438253．60．02O．01运行速度km／h路段5小车WR大车WR小车大车K35+846．4438253．6K36+157．15372．846．20．130．16K36+464．78983．858．30．14O．21 第六章工程实例2．相邻路段车速变化系数VRC表6．6部分路段vllC评价结果运行速度km／h间隔距离路段l小车VRC大车VP,C小车大车(m)K34+300．09570K34+646．1949568．8346．194O一0．02K34+943．41291．766．7297．218—0．08-0．04运行速度km／h间隔距离路段2小车VRC大车VRC小车大车(m)K34+943．41291．766．7K35+160．72681．659．2217．314一O．3l一0．17K35+378．0487．663．7217．3140．180．1运行速度km／h间隔距离路段3小车VRC大车VRC小车大车(m)K35+378．0487．663．7K35+482．35687．660104．316O一0．17K35+586．67486．858．5104．318—0．05—0．07运行速度Im／h间隔距离路段4小车Ⅵlc大车Ⅵ配小车大车(m)K35+586．67486．858．5K35+716．55880．453．5129．884一O．32一O．17K35+846．4438253．6129．885O．08O．01运行速度Im／h间隔距离路段5小车VRC大车VRC小车大车(m)K35+846．4438253．6K36+157．15372．846．2310．710一O．18一O．1K36+464．78983．858．3307．636O．2lO．163．客货极差比CTR表6．7部分路段CTR评价结果运行速度km／h客货差极大值极小值极差均值路段lcTR小车大车(kin／h)(kin／h)(km／h)(km／h)(kin／h)K34+300．0957025K34+646．1949568．826．226．225L225．40．05K34+943．41291．766．725运行速度km／h客货差极大值极小值极差均值路段2CTR小车大车(kin／h)(m／h)(km／h)(k珊，h)(kin／h)K34+943．41291．766．725K35+160．72681．659．222．42522．42．623．8O．11K35+378．0487．663。723．9运行速度km／h客货差极大值极小值极差均值路段3cTR小车大车(kin／h)(kin／h)(km／h)(kin／h)(km／h) 长安大学博士学位论文续表6．7部分路段CTR评价结果运行速度km／h客货差极大值极小值极差均值路段lcTR小车大车(Im／h)(kin／h)(kin／h)(Im／h)(k驯，11)K35+378．0487．663．723．9K35+482．35687．66027．628．323．94．426．6O．17K35+586．67486．858．528．3运行速度km／h客货差极大值极小值极差均值路段4CrR小车大车(k弛，h)(km／h)(km／h)(km／h)(Im／h)K35+586．67486．858．528．3K35+716．55880．453．526．928．426．91．527．90．05K35+846．“38253．628．4运行速度km／h客货差极大值极小值极差均值路段5册I小车大车(kin／h)(Ira／h)(km／h)(kin／h)(kin／h)K35+846．4438253．628．4K36+157．15372．846．22728．427I．427．7O．05K36+464．78983．856．227．66．3．3线形设计一致性评价结果表6．8线形设计一致性评价结果路段安全安全安全小车VVR大车WR小车vRc大车VRCcTR编号等级等级等级0．OOO．02O．00—0．021好好0．05好0．04O．03一O．08—0．040．12O．13一0．31一O．172一般好0．11好0．07O．07O．18O．10．OO0．06O．00—0．173好好O．17好O．0l0．02一0．05—0．07O．080．09一0．32一O．174好好O．05好O．02O．01O．080．Ol0．130．16一0．18一O．15差好O．05好0．140．210．21O．16O．070．06一O．08—0．046好好O．19好0．040．07O．110．14O．02O．07一O．Ol—0．027好好0．04好O．05O．080．030．04O．030．06O．02—0．078好好O．23好O．00O．030．000．060．050．10一O．02—0．579一般好0．46一般0．040．11一O．03—0．66O．060．030．01O．1710好好O．36好O．02O．060．04O．06O．040．050．1l0．3311好好O．16好0．030．02O．08一O．060．200．14一2．84一1．5312差差0．51一般O．060．07—0．28—0．11O．050．09O．33O．0313一般一般0．37好0．140．160．910．7l0．030．04一0．05—0．0714好好0．25好0．OOO．070O．11 第六章工程实例表6．8线形设计一致性评价结果路段安全安全安全编号小车WR大车、n『lI等级小车VRC大车vRc等级c11l等级0．060．08一0．07—0．1215好好0．16好0．040．040．02O．080．080．11O．310．4416一般好0．2l好0．030．050．120．18—0．060．10一O．21一O．9417一般好0．52一般0．070．09O．12O．680．04O．060．10O．2418好好0．32好0．02O．030．03O．18O．070．15一0．37—0．7419一般好0．53一般0．040．11O．130．180．040．06O．100．3420一般一般0．伯一般0．050．16O．631．180．06O．04一O．17—0．2221好好0．21好O．020．040．03一O．190．030．01-0．04一O．1222好好0．1l好O．Ol0．02O．01一O．170．030．07一O．06—O．5323一般好0．49一般0．020．12—0．3l—0．760．020．050．03一0．3324好好0．17好0．010．08O．100．190．06O．05一0．20—0．1125好好0．09好O．030．020．13O．070．040．05一O．07—0．1326好好0．12好O．050．030．050．03O．030．05一0．12—0．0727好好0．23好O．070．04一O．17—0．220．060．04一0．34—0．4828好好0．27好0．06O．06—0．15一O．59O．010．030．040．0329好好O．08好O．020．010．050．0l0．040．06一O．12—0．4430好好0．32好0．040．050．03—0．310．030．02一O．02—0．儿31好好O．18好0．02O．01—0．07一0．130．05O．06一0．09一O．2332好好0．09好0．030．04一O．16一O．180．11O．14一O．68—0．7333一般好0．48一般0．130．12—0．57—0．66O．070．∞0．550．5534一般好0．50一般0．060．100．670．39O．030．04O．140．1335好好O．28好0．OlO．030．050．090．050．120．090．1036一般一般O．60差O．070．080．080．970．010．010．010．0337好好0．04好O．0l0．020．030．02通过对西汉高速的线形设计一致性评价，共有3段是安全性差的路段，是5、12、36路段，安全性一般路段较多共有10段，主要是2、9、13、16、17、19、20、23、33和34路段。经查阅线形设计资料后发现，由于西汉高速经过区域位于秦岭山区，因此地96 长安大学博士学位论文貌复杂高差变化较大，平纵指标的变化频繁且有局部路段接近极限值，而出现设计一致性差的路段均为平纵指标过低的路段。比如第5路段，是一段主要由170m半径的圆曲线组成的曲线段，其半径已经小于一般最小半径并接近极限最小半径值，该圆曲线前面接一段260m的圆曲线，后面接一段295m的圆曲线路段，从结论中可以看出此段小车的车速差比值WR为0．14，大车的车速差比值wR为0．21，说明这种组合对大小车都容易造成过大的速差，且对大车的影响要高于对小车的影响；第12路段的评价结论是CTR为一般值，但小车的WR和VRC为差值，主要原因是此段主要由230m半径的圆曲线组成的曲线段纵坡为2．8％，前面接一段609m的平直路段，这样的组合容易使驾驶员在平直路段加速到一个比较高的值，突然在小半径曲线路段需要将速度降低较多，因此这样的组合在设计过程中应该慎用；第36路段的评价结论是wR、VRC均为一般值，单CTR为差值，主要原因是此段平面指标为260m的圆曲线半径，纵断面指标为2．8％，前后段落分别为767m的平直路段和半径为500m的弯坡路段。从分析结论可以看出该路段对大车速度的影响作用较明显，因而使小车和大车间的速差过大，说明这样的指标组合对大车的运行速度影响较大。综上所述，本文基于运行速度预测模型的高速公路线形设计一致性评价方法较为科学有效，符合实际情况，能够较好的应用于实践。对于评价分析结果较差的路段应该予以足够的重视，及时采取交通工程及管理措施保障运营安全，对于处于设计阶段的路线应及时调整方案，直到符合线形设计一致性要求。 结论与展望结论与展望主要研究结论本文依托陕西省交通厅科技项目《陕西省山区高速公路路线关键指标应用研究》，以我国不同类型高速公路及运行车辆为研究对象，从公路交通系统中驾驶员的视觉与速度的关系为切入点，对考虑驾驶员空间视野的高速公路运行速度预测模型及高速公路线形设计一致性评价方法进行了深入研究，主要研究结论如下：1．建立了驾驶员空间有效视野模型为了综合评判公路线形的客观安全性，进而研究公路线形技术指标对运行速度的综合影响，本文以驾驶员动视觉特征为基础提出了驾驶员空间有效视野的概念。根据公路平、纵、横及视距四个方面的线形技术指标对空间有效视野范围的影响机理，利用公路线形指标构建公路三维线形表面模型，最后考虑空间几何学原理及公路线形设计特点，得出了定量计算空间有效视野体积的方法与流程。2．建立了考虑驾驶员空间视野的高速公路运行速度预测模型公路上运行速度随公路交通条件的变化沿车辆行驶方向连续变化，公路线形对运行速度的综合影响不是相互独立，也不等同于简单的线性叠加，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。本文在驾驶员空间有效视野模型建立的基础上，利用驾驶员的期望速度为最高限速的理论依据，根据车辆的加减速性能对当前运行速度的影响。通过研究利用空间有效视野体积值进行运行速度的计算方法，建立考虑驾驶员空间视野的高速公路运行速度预测模型。3．构建了基于运行速度特征指标的高速公路线形设计一致性评价模型以车速与线形设计一致性的相互关系为出发点，提出新的基于运行速度的线形一致性评价量化指标，借助运行速度特征指标这些能够体现公路线形变化的中介，把路线的几何设计对公路安全的综合影响转化为车辆在路段上行驶过程中前后运行速度特征指标变化的大小，通过研究相邻路段车速差比值、相邻路段车速变化系数、客货差极差比与事故率的关系，最终将车速、交通安全、公路线形有机结合为一个整体，建立基于运行速度特征指标的线形设计一致性综合评价模 长安大学博士学位论文型，为量化评价设计及运营阶段的高速公路线形设计安全性提供依据。主要创新点(1)以驾驶员动视觉特征为基础首次提出了驾驶员空间有效视野的概念。根据公路平、纵、横及视距四个方面的线形技术指标对空间有效视野范围的影响机理，利用公路线形指标构建公路三维线形表面模型，最后考虑空间几何学原理及公路线形设计特点，得出了定量计算空间有效视野体积的方法与流程。(2)在驾驶员空间有效视野模型建立的基础上，利用驾驶员的期望速度为最高限速的理论依据，根据车辆的加减速性能对当前运行速度的影响，通过研究利用空间有效视野体积值进行运行速度的计算方法，建立了考虑驾驶员空间视野的高速公路运行速度预测模型。(3)以车速与线形设计一致性的相互关系为出发点，提出新的基于运行速度的线形一致性评价量化指标，借助运行速度特征指标这些能够体现公路线形变化的中介，把路线的几何设计对公路安全的综合影响转化为车辆在路段上行驶过程中前后运行速度特征指标变化的大小，通过研究相邻路段车速差比值、相邻路段车速变化系数、客货差极差比与事故率的关系，最终将车速、交通安全、公路线形有机结合为一个整体，建立了基于运行速度特征指标的线形设计一致性综合评价模型。建议与展望高速公路运行速度预测模型及其应用研究是我国公路安全性设计中的重要组成部分，为我国基于运行速度的公路线形设计与评价方法的实施奠定了一定的基础。本文在研究过程中取得了一定的研究成果，在以下几个方面可以做进一步研究：1．本文构建的考虑驾驶员空间视野范围的高速公路运行速度预测模型，目前仅结合了公路平纵横和视距四方面的指标，但对运行速度产生影响的因素众多，还包括构造物、天气、光线等，而这些都对空间视野范围造成一定的影响，因此可以通过研究定量的这些条件对空间视野的影响来实现对运行速度预测模型的完善。 结论与展望2．高速公路安全性服务水平研究中，由于我国现有公路运营状况差异很大，即使在同一个省内，同一等级的公路之间在线形标准、路面质量、交通安全设施等方面都有很大不同。在这种条件下，确定事故数或事故率的标准值是十分困难的，加上这方面需要长期大量的事故数据作支撑，因此本文的研究成果还需实践中进一步完善；本文虽然从不同角度提出了多个线形设计一致性评价指标，但多个指标的综合运用还有待进一步研究。3．通过本文提出的新思路是针对高速公路进行研究，但也可以在新思路的基础上对其他等级的公路进行运行速度预测模型及应用的研究。 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致谢致谢光阴似箭、时光流逝，转眼之间博士研究生生活即将结束。回首过去，思绪万千。在美丽幽雅的长大校园里，我已度过了生命中无比珍贵的几载年华，完成了论文和学业，也开始了事业，增添了知识和能力，更收获了宝贵的人生财富!回想起一路走过的既艰辛又快乐的历程，公路学院里几载的成长和进步若仅凭一己之力是不可能完成的，感激之情不禁油然而生。首先要感谢的是我的硕士和博士导师杨少伟教授。论文的JIl页N完成离不开杨老师的悉心指导。从论文的选题、开题、写作到最后定稿的各个环节，无不倾注了导师的大量心血。七年来，从导师那里，不仅得到科学研究的系统训练，而且还亲身领略到了导师的大家风范，特别是导师高尚的人格、渊博的学识、严谨的治学态度、诲人不倦的师德，以及谦和的为人处事方式，都令我受益良多，成为我一生受之不尽的宝贵财富。同时也要感谢师母几年来对待我无微不至的关怀，令我虽远离双亲，却倍感家庭的温暖。“一日为师，终身为父”!谨此向恩师和师母致以最衷心的感谢!多年的学习、工作和生活都离不开赵一飞副教授和潘兵宏副教授的帮助，论文经你们关键性的点拨有了质的飞跃，感谢你们对我论文提出许多建设性的建议，使我的论文按期完成。赵老师严谨的治学态度、丰富的实践经验和崇高的敬业精神给我树立了光辉的榜样；潘老师对技术孜孜不倦的追求、勇于创新的科研态度和质朴的人生气质是我奋斗的目标。研究过程中，要特别感谢课题组的众多的师弟师妹们，最难忘的是你们顶着炎炎的烈日和寒冷的风雪在高速公路上辛苦的测速和调研，也正是有了你们无私的帮助和大力的支持，我才能坚持不懈，顺利完成论文的研究工作。在此表示深深的谢意!感谢在科研和工作中给予我关心和帮助的同事：张景涛老师、杨宏志老师、彭余华老师、李满良老师、慕慧老师。最后还要感谢我的家人，首先是我的父母。二十九年来，父母含辛茹苦的将我抚养成人，给予我伟大而无私的爱，始终在物质上、精神上支持着我。父母无私的爱和殷切的期望始终是我前进的莫大动力!除了父母以外，特别要感谢我的妻子，你默默的支持是我最坚强的后盾，正是因为有你的爱和关心才让我永远都不感到气馁，论文的顺利完成与你的支持是分不开的。人生一路走来，特别是攻读博士期间，要感谢的人太多太多。感激之情纵有万语千言，此刻也无法一一言表!请允许我再次衷心感谢所有支持和帮助我的人们!张驰2010年7月于长大交通科技大厦106