不同运营状态下公路隧道交通安全保障工程措施研究

摘要

近年来，随着我国高速公路建设事业的飞速发展，尤其是山区高速公路的修建，公路隧道不断向着长、大的方向发展。然而，随之而来的公路隧道安全问题却日趋严重。因此，交通运输部对公路隧道交通安全保障技术进行专项研究。
　　 本文研究的目的是提出不同交通运营状态(正常、异常、养护维修状态)下的公路隧道安全保障工程措施，文章采用了可变限速控制、入口控制、车道控制、路网控制相结合的控制方法，为实现安全行车、实时救援、高效运行以及为高效管理提供有力的依据，本文结合西汉高速公路铁炉隧道的实际运营状况进行说明。
　　 本文应用交通调查、统计分析、层次分析、数学建模与求解、理论推导等方法对公路隧道的可变限速、不良天气下限速等问题开展研究。
　　 本文根据公路隧道交通特点与西汉高速公路隧道事故调研资料，分析公路隧道安全影响因素与因素间相互关系以及交通运营状态；以隧道安全行车条件为基础，建立综合影响因素公路隧道道路线形、设计车速、交通量、交通组成、危险点、事故指标、道路纵坡度、洞内外亮度差、洞内外路基宽度差值等影响因素的最高车速模型；以车辆运行安全效益、畅通效益与经济效益作为目标建立公路隧道初始限速值的决策模型，通过对车辆速度的控制，实现优化车辆间安全间距的目的；基于车辆安全行车条件，对公路隧道工程预警设施设置进行研究，结合西汉高速公路铁炉隧道的实际运营状况，提出正常、异常状态下公路隧道以车道控制、隧道入口控制、可变限速控制相结合的控制措施以及养护维修作业下交通控制模式、交通组织、控制预警设施的设置与安全措施；最后基于粒子群优化算法的基本原理，应用改进的免疫粒子群优化算法，采用MATLAB平台，对西汉高速公路铁炉隧道在不良天气下可变限速进行仿真计算，并对结果进行验证、比较、评价，效果良好，本文的创新点体现在仿真计算雨天、雪天及雾天不同天气下对应不同能见度、路面摩擦系数的限速值。

目录

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声明

第一章绪论

1.1课题来源

1.2研究背景

1.2.1公路隧道安全是社会关注的话题

1.2.2公路隧道存在安全隐患

1.2.3公路隧道安全保障技术研究的必要性

1.3研究现状

1.3.1安全预警研究现状

1.3.2防灾救援研究现状

1.3.3养护维修策略

1.3.4国内研究主要存在问题

1.4研究内容与技术路线

1.4.1主要研究内容

1.4.2研究技术路线

1.5本章小结

第二章公路隧道交通运营状态分类

2.1概述

2.2公路隧道交通特点分析

2.2.1公路隧道交通环境特点

2.2.2公路隧道车辆行驶特点

2.3公路隧道交通安全影响分析

2.3.1西汉高速公路隧道事故分析

2.3.2公路隧道交通安全影响因素

2.3.3交通安全影响因素相互关系

2.4公路隧道交通状态分类

2.4.1正常状态

2.4.2异常状态

2.4.3养护维修作业状态

2.5本章小结

第三章基于交通安全预警的限速模型

3.1概述

3.2.速度与安全

3.2.1车速相关概念

3.2.2行车速度与事故

3.2.3限速值与事故

3.3初始限速值决策模型

3.3.1安全行车条件

3.3.2限速因素权重的确定

3.3.3车辆综合限速模型

3.3.4初始限速值决策模型

3.4模型的优化函数与评价指标

3.4.1可变限速模型优化函数

3.4.2可变限速模型约束条件

3.4.3模型评价指标

3.5本章小结

第四章正常状态下交通安全控制措施

4.1概述

4.2安全保障工程设施

4.2.1诱导与控制设施

4.2.2交通数据采集设施

4.2.3工程预警设施设置

4.3交通控制方式

4.4交通安全控制措施

4.4.1铁炉隧道工程概述

4.4.2交通诱导与控制措施

4.4.3不良天气下的交通安全措施

4.5本章小结

第五章异常状态下交通安全控制措施

5.1概述

5.2拥挤/阻塞下安全保障控制措施

5.3交通事故下安全保障控制措施

5.3.1一单洞单车道中断且另一单洞双车道畅通状况

5.3.2一单洞双车道中断且另一单洞双车道畅通状况

5.3.3一单洞单车道中断且另一单洞单车道中断状况

5.3.4一单洞双车道中断且另一单洞双车道中断状况

5.3.5一单洞单车道中断且另一单洞双车道中断状况

5.4火灾事故下救灾减灾措施

5.4.1火灾发展阶段与危害

5.4.2火灾事故下救灾减灾设施

5.4.3火灾事故下救援疏散策略

5.5本章小结

第六章养护维修作业下交通安全控制措施

6.1概述

6.2养护维修作业下的交通安全问题

6.3养护维修作业下交通控制模式

6.4养护维修作业下的安全行车组织与预警设施设置

6.5养护维修作业下的安全措施

6.6本章小结

第七章基于粒子群优化算法的可变限速控制

7.1概述

7.2粒子群算法基本原理

7.2.1粒子群算法基本思想

7.2.2设计基本原则

7.2.3设计步骤

7.3粒子群算法模型

7.3.1基本粒子群算法

7.3.2引入惯性权重的粒子群算法

7.3.3引入收缩因子的粒子群算法

7.3.4免疫记忆粒子群优化算法

7.4基于免疫粒子群优化算法的可变限速控制

7.4.1粒子表示

7.4.2适应度函数

7.4.3实现步骤

7.4.4控制参数及经验设置

7.5基于MATLAB仿真分析与模型评价

7.5.1道路参数的确定

7.5.2仿真计算与评价

7.5.3限速控制辅助措施

7.6本章小结

第八章结论

8.1主要成果

8.2创新点

8.3成果意义

8.4论文研究展望

致 谢

参考文献

附录

在学期间发表的论著及取得的科研成果