高速公路限速策略优化方法与评价模型

为解决限制速度值确定不合理、限速方式不适用以及限速区间长度设置不恰当等问题, 对驾驶人行驶体验以及限速管理可信度的负面影响, 优化了高速公路限速区间最小长度、限制速度值、限速区间划分的确定方法, 进而提出了以安全车速与通行效率为依据的高速公路限速区间优化与评价模型。依据驾驶人视认距离、限速标志设置前置距离和驾驶人心理稳定距离, 标定计算模型中的限速区间最小长度。以行驶速度是否易发生突变为标准, 采用不定长法将不同路段划分为6种组合类型, 建立基于不同组合路段的限速预测模型。采用有序聚类分析法中基于划分和层次的分析方法, 以满足限速区间最小长度和交通延误最小2个方面为目标进行优化限速区间的划分。同时, 选取交通冲突率作为表征交通安全的指标, 选取交通延误时间作为表征交通效率的指标, 建立评价指标模型; 最后通过对比分析优化前后的指标来验证限速区间优化方法的有效性。以某山区高速公路为对象应用VISSIM开展限速优化仿真实验, 结果表明: 优化后安全评价模型参数值比原方案降低了约29.49%, 效率评价模型参数值比原方案提高了约21.90%, 优化后的高速公路整体安全性以及通行效率均得到提高。所提出的高速公路限速区间确定方法以速度突变为基准, 结合路段的属性及指标特点, 能够优化限速区间长度的制定和区间的划分。      

一种分析事故再现仿真结果不确定性的多响应面-均匀设计法

交通事故现场的痕迹由于受到其他车辆和行人等外界环境的影响而产生不确定性,但若将这些不确定性信息反映到事故再现结果中,即可增强再现结果的可信性。为能更好地从不确定痕迹定义域空间内找到事故再现仿真结果的取值区间,在均匀设计的基础上,提出一种改进的多响应面-均匀设计法(MUD法)。该方法首先用均匀设计生成实验样本点并进行实验;然后借助正交设计中的极差分析法分析实验结果而找出可能产生极值的子空间域;再在子空间域内生成新的样本点,并依托实验结果分析各子空间域及整个定义域空间内事故再现结果的极值;最终综合这些极值给出再现结果之取值区间。通过一个数值算例及真实的车人碰撞事故案例,发现MUD法能显著改善事故再现结果的精度,且仅需较少的仿真次数即能找出可能产生极值的子空间域。     

雨天环境下高速公路可变限速控制方法研究

降雨对高速公路交通安全和通行效率具有一定的负面影响.运用可变限速控制技术,根据高速公路实时交通流状态和降雨强度,对各路段限速值进行动态优化和调整,减小降雨带来的不利影响.阐述了雨天可变限速控制系统的总体方案,分析了降雨对能见度和路面摩擦系数的影响,建立了雨天环境下高速公路安全车速计算模型;在宏观动态交通流模型METANET基础上,提出了适用于雨天可变限速控制条件的改进模型,并以控制周期内所有车辆总行驶里程最大为目标,建立了雨天可变限速控制优化模型.利用Matlab软件仿真实验,结果表明,与固定限速方式相比,本文建立的可变限速控制方法可提高雨天环境下高速公路车辆运行速度,并降低各路段车速差,保障雨天环境下高速公路安全高效运行.     

速度管理技术研究

为了提高公路的通行效率和安全性,制定了公路速度管理技术方案流程,采用实地观测试验和速度统计分析方法研究并提出了限速区划分和取值方法;根据几何设计参数、隧道分布、安全水平将路段规律划分为大限速区和局部限速区;提出结合运行速度、行程车速、路侧环境、历史事故等技术参数设定基本限速值的方法和修正基本限速值的方法,并采用实证分析验证方法的可行性。结果表明:提出的速度管理方案制定流程、限速区的划分、限速值的取值方法、限速方法的选择等具有很好的实用价值,能有效地解决速度管理的关键技术问题。     

电动二轮车驾驶人头部损伤再现不确定性方法

为了减少交通事故中不确定性信息在受伤害者损伤再现中造成的不利影响,采用拉丁超立方(LHS)试验设计和响应面蒙特卡洛相结合的方法对电动二轮车驾驶人头部损伤再现进行损伤不确定性分析。首先采用多体系统动力学方法对具有详细事故信息(含视频信息)和损伤记录的2起电动二轮车事故中的汽车碰撞速度进行再现和不确定性分析,并对比事故信息(视频信息、最终位置、电动二轮车驾驶人的运动学),进而验证事故再现结果的有效性。在此基础上,应用有限元方法将获得的电动二轮车驾驶人头部碰撞的边界条件加载至THUMS人体头部有限元模型,分析电动二轮车驾驶人头部损伤参数的不确定性与简明损伤准则AIS累计频率的分布关系,并对比电动二轮车事故案例中电动二轮车驾驶人的头部损伤法医鉴定记录。研究结果表明:蒙特卡洛不确定性分析方法能够较准确地预测电动二轮车事故中的汽车碰撞车速,采用该分析方法获得的电动二轮车驾驶人头部损伤等级与法医鉴定的脑部损伤记录高度吻合;蒙特卡洛不确定性分析方法可以适用于评估电动二轮车事故中电动二轮车驾驶人的头部损伤等级,研究结果可为电动二轮车驾驶人头部损伤研究提供理论依据和实证方法。     

山区高速公路合理限速分段研究

山区高速公路交通安全问题日趋严重,目前中国尚无统一的标准和算法得到限速值并据此进行限速路段划分。笔者通过对影响限速分段因素的分析,确定限速路段的最小长度,提出了基于有序聚类分析法的山区高速公路合理限速分段方法,并对该方法进行限速值速差检查。     

基于概率模型和数据驱动的动力总成悬置系统可靠性优化

针对电动汽车动力总成悬置系统（PMS）一部分参数为概率变量,一部分参数为离散数据的复杂不确定情形,开展了基于概率模型和数据驱动的电动汽车PMS可靠性优化设计研究。首先,基于任意多项式混沌（APC）展开和广义最大熵原理推导了一种求解该复杂不确定情形下PMS响应不确定性和可靠性的高效方法;然后,基于蒙特卡洛抽样,给出了该复杂不确定情形下求解PMS响应不确定性和可靠性的参考方法;接着,提出了一种基于APC展开法的灵敏度分析方法,进一步提出了一种考虑响应不确定性和可靠性的PMS优化设计方法;最后,通过应用算例验证方法的有效性,并对系统进行了灵敏度分析和可靠性优化。结果表明,所提出的方法可有效地处理电动汽车PMS一部分参数为概率变量、一部分参数为离散数据的复杂不确定情形,并能可靠地优化该情形下的系统固有特性,且方法具有较高的计算精度和计算效率。     

宝鸡引水工程黄土高边坡稳定可靠性分析评析

运用可靠性分析方法,通过陕西省宝鸡峡引水工程总干渠左岸黄土高边坡稳定与滑塌两个算例,评析了蒙特卡洛法与概率矩点估计法的适用性。结果表明:两种方法在黄土高边坡的稳定性分析中都能较好地得到与实际状态相符的结果并可预测其潜在的风险大小;鉴于概率矩点估计法的计算效率高于蒙特卡洛法,建议在黄土高边坡稳定性分析中优先选用概率矩点估计法。     

基于聚类和优序图法的事故再现结果融合方法

科学合理地融合多个事故再现结果具有重要现实意义，针对现有事故再现结果融合方法不能处理结果中包含潜在风险区间的问题，采用聚类算法与优序图法相结合的方式对多个事故再现结果进行融合。首先提出基于聚类的基础融合法，其先离散多个事故再现结果，再对离散后的数据进行聚类得到类结果，最后整理聚类结果可得融合结果。基础融合法操作简单、高效但不能处理再现结果中的潜在风险区间。进而通过引入优序图法提出基于优序图法的改进融合法，所提改进方法先从基础融合法的结果中得到各聚类区间概率与各聚类中心之间的距离表，并根据距离表中的距离极值将距离分段；再按照正态分布原则可知，各聚类中心之间的距离十分接近，现遵循距离越小分值越高的前提给予每段距离一定分值，距离表可根据分值得到各聚类中心的权重计算表;然后对权重计算表使用优序图法计算出各聚类中心的权重即各聚类区间权重；最后结合各聚类区间概率及其对应的权重得到融合结果。数值算例与真实案例均表明:改进融合法不仅可高效融合再现结果，还能识别出潜在风险区间并降低其在融合过程中的影响，从而提升融合结果的客观性，得到更理想的符合正态分布的结果，为融合包含潜在风险区间的多个事故再现结果提供有效解决方案。     

基于安全车速差的高速公路特长隧道环境驾驶人行为风险特性研究

为研究高速公路特长隧道环境下驾驶人行为风险特性,选取2座典型特长隧道进行实车试验,通过采集熟练驾驶人和非熟练驾驶人的速度数据,将此作为主观预期车速,结合道路行车环境的客观安全车速,构建基于安全车速差的驾驶人行为风险量化方法。在划分隧道路段为入口段、行车段和出口段的基础上,通过切分行车区间,对比分析出入口段2类驾驶人行为风险变化特性及整个隧道路段和普通高速路段的行为风险变化曲线。结果表明： 1)在隧道内部,相对于非熟练驾驶人,熟练驾驶人表现出更高的行为风险值;在隧道外部,则非熟练驾驶人的行为风险值更高一些。2)所有类型驾驶人在普通高速路段行为风险值最高,在隧道入口段的行为风险值最低。上述结果说明： 在隧道路段,熟悉试验道路的驾驶人车速行为并不安全,行为风险值相对较高。     

浓雾下高速公路可变限速控制方法

为解决浓雾时高速公路行车交通安全问题,并改变原有的固定限速措施,提出以安全允许速度为基准的可变限速控制方法。以道路交通安全法对浓雾下车速的规定为基准,考虑交通法里并未提及道路线形条件、路面状况等因素对限速值进行计算,并采用监测器数据近似代替个体车辆数据进行数据优化,得到浓雾行车安全车速及安全行车间距取值。基于此限速信息对动态可变限速信息牌的设置提供依据,进一步确定可变限速控制流程。VISSIM仿真试验结果表明：与固定限速控制相比,实施可变限速控制路段的最低平均车速提高了12.16%,平均速度最大差值降低了26.37%。表明浓雾下高速公路可变限速控制方法相比传统固定限速手段能有效地在保障出行安全的同时提高出行效率。     

人车碰撞事故再现仿真结果不确定性问题研究

利用仿真软件可以充分利用事故现场信息实现对人车碰撞事故的再现分析,但这些信息通常包含不确定性。考虑这些不确定的信息对仿真结果的影响,可使所得结果更可靠、合理。针对人车碰撞事故仿真模型复杂、无显式表达式的特点,将响应面方法及试验设计方法引入到再现分析中,通过构建复杂人车事故再现模型的近似响应函数,进而结合已有不确定性分析方法研究仿真结果的不确定性问题。最后,讨论了响应面函数的选取并给出了不确定性分析的步骤。以一人车碰撞试验为例,分析了车辆碰撞行人车速的不确定性,算例结果表明,响应面方法可用于辅助分析人车碰撞事故再现仿真结果的不确定性问题。     

基于平均车速和车速标准差的路段安全分析方法

以我国几条典型高速公路交通事故统计资料为基础,研究了车辆平均车速、车速标准差对路段交通安全的影响。首先分析了车辆平均车速、车速标准差对路段事故率的影响机理;然后利用统计样本进行了路段事故率与平均速度、速度离散性、车速标准差系数的偏相关分析,从计算结果发现分析路段事故率与车速离散性的相关系数最大,表明影响分析路段交通安全的主要因素是车速分散性;最后采用质量控制法,筛选出同类型路段事故多发路段,并提出了同类型路段车速离散性临界值的确定方法。研究结果表明,在平均车速低于设计车速时,为降低道路事故率,应着重控制车速分散性。     

任意概率不确定情形下的电动汽车悬置系统固有特性分析

针对电动汽车动力总成悬置系统 （Powertrain Mounting System，PMS） 参数可能被处理为不同类型概率变量的情形，提出了一种基于任意多项式混沌 （Arbitrary Polynomial Chaos，APC） 展开和最大熵原理 （Maximum Entropy Principle，MEP） 的电动汽车 PMS固有特性不确定性分析方法。采用概率模型描述任意概率不确定情形下的 PMS参数，通过APC展开获得任意概率不确定情形下PMS固有特性不确定性响应的前几阶统计矩，通过MEP拟合不确定性响应的概率密度函数 （Probability Density Function，PDF） 和累积分布函数 （Cumulative Distribution Function，CDF） 等信息，通过算例分析了5种概率不确定情形下的电动汽车PMS固有特性响应。分析结果表明，以蒙特卡洛法作为参考，所提出的方法可有效地分析不同概率不确定情形下的PMS固有特性响应，分析具有较高的计算精度和计算效率，能进一步获得响应满足设计要求的可靠度。     

半挂汽车列车高速公路弯道下坡路段运行安全研究

为提升半挂汽车列车在高速公路弯道下坡路段的运行安全,采用TruckSim仿真软件,构建了车辆模型、道路模型和驾驶人动力学仿真模型;基于蒙特卡罗可靠性分析法,分别建立了半挂汽车列车发生侧滑失效、侧翻失效、折叠失效和系统失效的功能函数,并选取设计速度80 km·h~(-1)的高速公路为研究路段,通过进行大量车辆动力学仿真试验,对不同圆曲线半径、纵坡坡度、路面附着系数、车速和车辆总质量对半挂汽车列车的运行安全的影响进行了数值分析。研究结果表明:半挂汽车列车发生侧滑和侧翻的概率随着圆曲线半径的增加而显著降低,在一般最小半径400 m的情况下,半挂汽车列车发生侧滑失效和侧翻失效的概率趋近于0;随着下坡坡度的增加,半挂汽车列车发生侧滑失效和侧翻失效的概率基本呈线性增长趋势;车速对于半挂汽车列车运行安全的影响尤为显著,当车速均值由60 km·h~(-1)增加到90 km·h~(-1)时,发生侧滑失效和侧翻失效的概率分别增加了634倍和336倍;车辆总质量的增加对半挂汽车列车侧翻有显著影响;在路面附着系数较低的条件下,半挂汽车列车的主要事故形态为侧滑和折叠,在路面附着系数较高的情况下,半挂汽车列车的主要事故形态为侧翻。因此,在道路设计中,应避免极限最小半径与陡坡组合,严格限速和限载可确保半挂汽车列车的运行安全性能。     

一种带区间变量混合模型的结构可靠性分析方法

工程结构分析和设计中存在着诸多不确定量,部分不确定量因信息量有限很难精确得到概率分布函数,只能给定变化区间.本文中在全概率模型可靠性分析的基础上引入区间变量,针对既有随机变量又有区间变量的混合模型,提出一种新的可靠性分析方法.它先利用优化方法找出原空间内概率密度最大的点,再结合一次渐近积分法,求解出混合模型的最大失效概率.最后通过两个数值算例和一个工程应用验证了该方法的有效性.     

基于多因素的公路弯道停车视距计算模型研究

为了厘清弯道路段相关线形参数对停车视距的影响,在对弯道路段车辆行驶动力学分析的基础上,建立以制动初速度、平曲线半径、弯道超高、弯道纵坡及道路附着系数为自变量的弯道路段车辆制动模型;结合驾驶人和车辆的反应时间,根据运动学原理,构建弯道路段车辆安全停车视距修正模型,通过数值分析,提出弯道路段车辆停车视距计算方法,并将弯道路段车辆停车视距计算结果与《公路路线设计规范》规定值进行对比。结果表明,随着弯道纵坡坡度、超高的增大及弯道半径的减小,停车视距逐渐增加;模型计算值普遍大于规范规定值,特别是在高车速时二者的差别较大。     

半挂汽车列车高速公路弯道下坡路段运行安全研究（双语出版）

为提升半挂汽车列车在高速公路弯道下坡路段的运行安全，采用TruckSim仿真软件，构建了车辆模型、道路模型和驾驶人动力学仿真模型；基于蒙特卡罗可靠性分析法，分别建立了半挂汽车列车发生侧滑失效、侧翻失效、折叠失效和系统失效的功能函数，并选取设计速度80 km·h^-1的高速公路为研究路段，通过进行大量车辆动力学仿真试验，对不同圆曲线半径、纵坡坡度、路面附着系数、车速和车辆总质量对半挂汽车列车的运行安全的影响进行了数值分析。研究结果表明：半挂汽车列车发生侧滑和侧翻的概率随着圆曲线半径的增加而显著降低，在一般最小半径400 m的情况下，半挂汽车列车发生侧滑失效和侧翻失效的概率趋近于0；随着下坡坡度的增加，半挂汽车列车发生侧滑失效和侧翻失效的概率基本呈线性增长趋势；车速对于半挂汽车列车运行安全的影响尤为显著，当车速均值由60 km·h^-1增加到90 km·h^-1时，发生侧滑失效和侧翻失效的概率分别增加了634倍和336倍；车辆总质量的增加对半挂汽车列车侧翻有显著影响；在路面附着系数较低的条件下，半挂汽车列车的主要事故形态为侧滑和折叠，在路面附着系数较高的情况下，半挂汽车列车的主要事故形态为侧翻。因此，在道路设计中，应避免极限最小半径与陡坡组合，严格限速和限载可确保半挂汽车列车的运行安全性能。     

普通公路驾驶员期望车速调查分析与建模

为了解普通公路驾驶员的车速选择机理,对驾驶员进行了期望车速问卷调查,对驾驶员的个人信息、车辆特征、以及驾驶员对超速10%的认可态度等可能影响期望车速的因素进行了重点调查。根据限速值的不同,分80、60和40 km/h 3个等级进行了调查,并为各等级公路选取了代表路段,由具有类似驾驶经历的驾驶员认真填写。对435份有效问卷进行了分析,发现期望车速广泛存在于驾驶员心中,驾驶员在行车过程中会使车速尽量维持在期望车速附近。期望车速主要受限速值、驾驶员的驾龄、对超速10%的态度以及车辆性能等因素的影响,驾驶员的性别和年龄对期望车速的影响不显著。采用逐步回归法,得到了期望车速的计算方法。对期望车速的特点、交通安全措施以及调查方案中可供改进的地方进行了总结。     

基于安全与效率的交通事件下高速公路长大下坡限速值

选取冲突率和排队长度分别作为安全与效率的表征指标,通过对交通事件下车辆换道和最小跟驰安全间隙的分析,建立了长大下坡路段元胞自动机模型规则和仿真方案,得到了冲突率和排队长度随不同限速值的变化规律.根据安全与效率对限速值变化的灵敏度不同,采用加权平均方法计算最优限速值.最后,基于货车制动毂温度预测模型验证限速值对货车的适用范围.研究结果表明:三级服务水平下,平均纵坡为3％,4％,5％的长大下坡的限速值分别为60,60,50 km·h-1;四级服务水平下,平均纵坡为3％,4％,5％的长大下坡的限速值均为50 km·h-1;对于货车要进一步根据极限坡长进行判断,若实际坡长小于极限坡长,则采用仿真限速值,反之采用制动毂温度预测模型计算货车限速值.