灾害性天气下高速公路运行安全控制技术研究

摘要

作为国家骨架公路网最主要组成部分的高速公路网原则上应保证全天候运行，各类灾害性天气，如雾、风、雨、路面结冰等不良的天气状况，是制约高速公路网安全运行的不可避免的自然现象。灾害性气象环境条件下，必须采取相应的管理与控制措施确保高速公路运行的效率和安全，预防交通事故。为此，需要对灾害性天气下高速公路网的运行环境，研究合理的交通管理与控制措施，制定适宜的行车控制标准。基于此，本论文针对“灾害性天气下高速公路运营安全控制技术”展开研究。
　　 论文依托“杭州湾跨海大桥工程”和“上海市高速公路灾害性天气事故预防管理系统研究”项目，以高速公路为研究对象，针对灾害性天气下的运行环境，通过行车分析和驾驶模拟仿真实验等，构建灾害性天气下的高速公路安全运行管理系统，制定相关的运行车速控制标准。并将成果应用于灾害性天气下沪宁高速路和杭州湾跨海大桥的安全运行管理与控制中。
　　 通过对雾、风、雨、冰雪等气象的定义和相关参数的汇总，在分析各类气象条件下的高速公路网运行环境的基础上，对高速公路交通气象特征进行了研究，提出了交通气象的分类。在此基础上，分析了灾害性天气对高速公路运行安全的影响程度和范围，制定了灾害性天气下高速公路运行安全管理系统框架，提出了灾害性天气下道路安全管理对策算法和决策方法，制定了相应的动态实时管理对策，建立了动态运营安全管理决策模型，包括决策流程及信息发布方案。为了达到实时、智能化的安全管理，弥补以往管理系统的不足，充分考虑灾害性天气环境下道路系统中人、车、路三方面的关系，建立了以信息采集、信息处理以及信息发布为一体的灾害性天气下高速公路路网安全运营管理系统。
　　 运行速度控制是高速公路安全运行管理系统中主要的安全运行对策，对以往高速公路安全运行速度的计算分析成果进行了归纳总结，提出了雾、雨两种灾害天气下的高速公路路段及出入匝道口车速的建议值。
　　 以杭州湾跨海大桥为工程背景，对杭州湾跨海大桥进行完整路段的道路及场景建模，生成包括海中平台、服务区、互通立交的三维仿真道路场景模型，在有三通道投影的柱面屏幕上显示出能使实验者有较强沉浸感的视景。模拟试验了灾害性天气下高速公路的交通行为，研究了正常天气和灾害性天气下高速公路道路用户的驾驶行为、驾驶人员的生理心理特征和运行速度特征，综合分析了大气能见度、路面摩阻系数、风速等运行环境参数与驾驶人员心率、皮电、呼吸、加减速等的相互关系。得到了驾驶员生理参数、加减速运行参数等与环境参数的关系式和大量的统计规律，模拟试验数据和关系分析结果，对于研究高速公路交通行为和制定相关控制对策具有重大的参考价值。
　　 应用驾驶模拟试验数据，通过定性和定量的分析，建立了高速公路路段稳态速度和事件状态下的加、减速度模型、出入口运行速度模型，并应用速度模型对灾害性天气下的运行速度控制标准进行解释和修订。
　　 研究成果在沪宁高速公路安全运行管理系统和杭州湾大桥灾害性天气安全保障系统中得到应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 高速公路运行经济社会效益及其重要性

1.1.2 灾害性天气下高速公路运行安全现状

1.1.3 灾害性天气对高速公路运行安全的影响

1.2 国内外研究状况

1.2.1 灾害性天气下高速公路交通环境、交通行为与事故机理的研究

1.2.2 灾害性天气下道路运行安全管理系统的研究

1.2.3 高速公路灾害天气下运行安全控制技术研究

1.2.4 高速公路灾害天气气象检测技术研究

1.3 研究内容

1.3.1 灾害性天气下高速公路运行环境分析与安全管理系统构建

1.3.2 灾害天气下驾驶模拟仿真实验研究

1.3.3 基于驾驶模拟试验的灾害天气下高速公路运行速度模型

1.3.4 依托工程应用

1.4 技术路线

第2章 灾害性天气下交通运行环境分析与安全管理系统的构建

2.1 灾害性天气下高速公路运行环境分析

2.1.1 雾环境

2.1.2 雨环境

2.1.3 风环境

2.1.4 冰雪

2.1.5 复合气象环境

2.1.6 高速公路交通气象环境分类

2.2 灾害性天气高速公路事故预防管理系统与功能与构成

2.2.1 系统的功能

2.2.2 系统的机构组成

2.2.3 信息采集子系统

2.2.4 决策支持子系统

2.2.5 信息发布子系统

2.2.6 通信系统

2.2.7 评价系统

2.3 灾害性天气道路安全管理对策

2.3.1 道路交通管制

2.3.2 道路工程措施

2.3.3 联动措施

2.3.4 对策分析与评价

2.3.5 决策优化模型与方法

2.4 高速公路雾天事故预防管理系统工程案例

2.4.1 路网的确定

2.4.2 信息的采集

2.4.3 雾天安全管理对策

2.5 本章小结

第3章 雨雾环境下安全运行速度计算分析

3.1 雨雾环境下的自由流安全运行车速数值计算

3.1.1 安全行车条件

3.1.2 基于停车视距的雾环境下的安全运行车速计算分析

3.1.3 基于交通标志认知距离的安全运行车速计算

3.1.4 雨环境下的安全行车模型

3.1.5 考虑停车视距的雨环境下的限速计算分析

3.2 雨雾环境条件下交通流安全的行车控制标准

3.2.1 跟驰状态安全条件

3.2.2 换车道安全条件

3.3.3匝道入口车辆不同汇流位置下的安全条件

3.3.4 匝道出口车辆不同分流位置下安全条件

3.3.5 计算分析结果与速度推荐值

3.3 雨雾环境车速控标准

3.4 本章小结

第4章 高速公路交通运行驾驶模拟仿真实验

4.1 驾驶模拟仿真实验研究现状

4.1.1 国内驾驶模拟研究现状

4.1.2 国外驾驶模拟研究

4.1.3 驾驶模拟仿真技术在道路安全评价方面的研究

4.2 驾驶模拟仿真实验设计

4.2.1 实验模拟工程背景

4.2.2 试验设备

4.2.3 仿真路线几何线形和相关道路交通设施定

4.2.4 环境参数的设定

4.2.5 驾驶员的选择

4.3 驾驶模拟实验数据的采集

4.3.1 测试参数

4.3.2 数据的采集

4.4 数据的整理

4.4.1 数据预处理方法

4.4.2 速度、皮电值、胸呼和腹呼数据处理

4.4.3 速度与心率、呼吸率分析相关数据处理

4.5 相关性分析

4.5.1 速度与环境相关性分析

4.5.2 速度与线形关系分析

4.5.3 速度与心率、呼吸率的分析

4.5.4 速度-皮电之间的关系

4.6 本章小结

第5章 灾害性天气下高速公路运行车速模型与应用

5.1 基本模型的选用

5.1.1 简单多元线性回归

5.1.2 含滞后变量的模型

5.2 直线路段运行速度分析

5.2.1 路段减速度模型

5.2.2 稳态运行速度

5.3 出入口速度模型

5.3.1 出入口加减速运行特征数据

5.3.2 模型的选用

5.3.3 出入口速度自回归分析

5.4 杭州湾大桥控制对策

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 内容及结论

6.2 本文创新点

6.3 发展与展望

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果

参考文献

附表