基于道路静态风险场理论的高速公路风险区域判别方法

本发明属于道路交通安全，涉及一种高速公路风险区域判别方法，尤其涉及一种基于道路静态风险场理论的高速公路风险区域判别方法。

背景技术：

1、道路车辆运行是由交通流中的车辆在道路上的一系列运动组成的，这种运动带来的是交通流行驶状态的随机性。而这种随机性是由人、车、路、环境综合影响形成的，任何一种因素的不良状态，都可能导致车辆运动的失控从而产生道路行车风险，进一步对整个道路交通系统的安全运行造成影响。道路风险产生的过程就是道路和环境作用于驾驶员和车辆上，加上驾驶人主观驾驶的随机性和车辆自身属性的客观性综合作用，使得车辆行驶产生了不可预知的危险。

2、风险场是物理场理论的拓展，其本质是将物理场的属性引申至风险研究领域，以风险量的波动来衡量场的状态。根据势场理论的基本思想，引入道路风险研究过程中所考虑的各项因素及研究过程，势场理论在道路风险方面的研究逐渐深入。

3、虽然目前交通领域势场理论相关研究已有一定基础，但是在工程实践中多应用于微观车辆交互场景，涉及道路因素的势场理论研究并不深入。如何从道路本质安全角度构建道路风险场，是当前研究所需要解决的核心问题。在道路风险评估中引入势场理论，从而直观刻画风险作用的本质，揭示风险产生的机理，对于道路安全研究具有重要意义。

4、基于现有技术的上述缺陷，迫切需要研究一种基于道路静态风险场理论的高速公路风险区域判别方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了在公路设计阶段量化道路风险区域，提出一种基于道路静态风险场理论的高速公路风险区域判别的方法，该方法结合道路构造物、线形、路侧设施三种道路要素对行车安全的影响，基于事故率、事故严重程度等统计数据对风险量进行标定，建立道路静态综合风险场理论模型，从而提出风险区域的判别方法，更好地评价道路的行车风险。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于道路静态风险场理论的高速公路风险区域判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、1)、确定待判别高速公路风险区域的构造物类型、护栏类型和路段类型；

5、2)、基于所述构造物类型确定构造物场源风险量qgzw、基于所述护栏类型确定护栏场源风险量qlc以及基于所述路段类型确定路段场源风险量qlx；

6、3)、基于所述构造物场源风险量qgzw计算构造物静态风险场强基于所述护栏场源风险量qlc计算路侧静态风险场强并基于所述路段场源风险量qlx计算线形静态风险场强e′v；

7、4)、基于所述线形静态风险场强构造物静态风险场强和路侧静态风险场强计算得到所述待判别高速公路风险区域的静态风险场综合场强

8、5)、基于所述静态风险场综合场强ecp，得到平均风险场强并基于所述平均风险场强eavg，确定所述待判别高速公路风险区域的评价等级。

9、优选地，所述构造物类型包括一般路段、隧道、互通和桥梁；所述护栏类型包括柔性护栏、半刚性护栏和刚性护栏；所述路段类型包括直线-小纵坡路段、直线-大上坡路段、直线-大下坡路段、小半径曲线-小纵坡路段、小半径曲线-大上坡路段、小半径曲线-大下坡路段、大半径曲线-小纵坡路段、大半径曲线-大上坡路段和大半径曲线-大下坡路段。

10、优选地，在所述步骤1)之前还包括：统计各构造物的长度l、全年通行量v、全年交通事故次数n，各护栏内的事故伤亡人数λ，并对小客车的运行速度v进行预测。

11、优选地，所述步骤2)中，基于所述构造物类型确定构造物场源风险量qgzw具体为：

12、(1)、根据全年交通事故次数n、全年通行量v和构造物的长度l，利用公式计算1年间每百万车每公里事故率rc，单位为次/(百万车·km)；

13、(2)、基于1年间每百万车每公里事故率rc计算构造物场源风险量其中为一般路段的1年间百万车公里事故率率，rci为所述待判别高速公路风险区域所属的构造物类型的1年间百万车公里事故率。

14、优选地，所述步骤2)中，基于所述护栏类型确定护栏场源风险量qlc具体为：

15、(1)、根据护栏内的事故伤亡人数λ和全年交通事故次数n，计算事故严重程度

16、(2)、基于所述事故严重程度nlc计算护栏场源风险量其中nlci为所述待判别高速公路风险区域所属的护栏类型的事故严重程度，为柔性护栏的事故严重程度。

17、优选地，所述步骤2)中，基于所述路段类型确定路段场源风险量qlx具体为：

18、(1)、根据全年交通事故次数n、全年通行量v和构造物的长度l，利用公式计算1年间每亿车每公里的事故率r′c；

19、(2)、基于1年间每亿车每公里事故率r′c，计算所述待判别高速公路风险区域的路段场源风险量其中为直线-小纵坡路段的1年间每亿车每公里事故率，r′ci为所述待判别高速公路风险区域所属的路段类型的1年间每亿车每公里事故率。

20、优选地，所述步骤3)中，计算构造物静态风险场强具体为：

21、(1)、基于运行速度v计算构造物静态风险场因子kgzw＝δv＝vi-vj，其中vi为i桩号断面的运行速度，vj为j桩号断面的运行速度；

22、(2)、基于所述构造物静态风险场因子kgzw和构造物场源风险量qgzw，计算构造物静态风险场强度其中r为等效距离，即场内位置点距风险源的距离与目标吸引常数的综合值，为单位方向矢量。

23、优选地，所述步骤3)中，计算路侧静态风险场强具体为：

24、(1)、基于护栏场源风险量qlc，分别计算左侧路侧静态风险场强度和右侧路侧静态风险场强度

25、

26、

27、其中，klc为路侧风险场增益系数，直线段取1，护栏位于曲线内侧取0.8，护栏位于曲线外侧取1.2；r*为道路不设超高的圆曲线最小半径，r为道路圆曲线半径；dl为道路上位置点与左侧护栏的距离，dr为道路上位置点与右侧护栏的距离；l为道路侧向宽度；

28、(2)、基于左侧路侧静态风险场强度和右侧路侧静态风险场强度得到路侧静态风险场强

29、优选地，所述步骤3)中，计算线形静态风险场强具体为：

30、(1)、基于运行速度v，采取线性内插的方法计算各位置处的线形静态风险场势能δva＝vbp-vep，其中，表示侧向位置j、桩号为i处的线形静态风险场势能，s为小客车距所属路段单元起点的距离，lv为所属路段单元的长度，vbp为所属路段起点的运行速度，vep为所属路段终点的运行速度；在仅知道内侧车道车速时，在线形内插方法的基础上，利用式进行各位置处的线形静态风险场势能计算，其中β为侧向分布系数；

31、(2)、基于固定断面的运行速度v，计算速度标准差其中，n为该断面通过小客车数量，vi为第i辆小客车通过该断面时的运行速度，速度变异系数其中速度势场强系数

32、(3)、在该路段中，选取两点坐标分别为(i1，j1)和(i2，j2)，基于路段场源风险量qlx、线形静态风险场势能和速度势场强系数klx，计算侧向线形静态风险场强度和纵向线形静态风险场强度其中，为线形静态风险场势能差，和分别为坐标(i1，j1)和(i2，j2)处的线形静态风险场势能，和分别指侧向和纵向距离矢量；

33、(4)、计算线形静态风险场强度

34、与现有技术相比，本发明的基于道路静态风险场理论的高速公路风险区域判别方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：

35、1、本发明将势场理论与道路静态条件结合，融合定性分析与定量分析的研究思路，依据道路风险的特性建立道路静态风险场理论，并依托高速公路实测交通数据提出风险区域判别方法，最终建立了一套新的高速公路风险区域判别方法，从而可以在公路设计阶段量化风险区域。

36、2、利用本发明的判别方法可实现对不同道路区域风险等级的预测和评价，并且，利用本发明的判别方法研究风险等级预测结果准确率达到78.79％，与实际风险等级结果相差一个等级内的准确率达到90.91％，因此，本发明的判别方法用于风险区域判别时的适用性和有效性良好。