动态行车环境下确定隧道出入口线形一致性特征参数的方法

摘要

本动态行车环境下确定隧道出入口线形一致性特征参数的方法，包括如下步骤：1.将隧道出入口连接段和隧道出入口内部两部分各自以出入口为原点平均划分为若干区段，2.测量各区段在白天和黑夜两种环境下前后的照度变化3.计算两车之间的车头时距T(L)，4.计算平均通过时t，5.选取最大值t

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定隧道出入口线形一致性特征参数的方法。

背景技术

随着近几年高速公路通车里程的快速增长,尤其是高速公路不断向山区延伸,由于地形 的局限性,高速公路隧道数目日益增多。隧道与其他道路单元相连接的特殊环境导致了隧道 出入口事故高发，隧道出入口线形一致性能保证行车过渡的安全性与驾驶舒适性，同时也对 过渡环境的顺适应渐变具有一定理论意义与实践价值。

通过检索发现，目前国内相关规范对隧道出入口线形一致性有专门的要求，而与隧 道相关专利均集中在完善基础设施(光照、通风、消防)方面，如中国实用新型专利《一种 高速公路隧道消防系统》【CN201420252394.5】中，设计了一种能够实现监测、报警和灭火 自动化的装备；中国实用新型专利《一种隧道自然通风降温结构》【CN201320525156.2】 中，提出了一种可以保证司乘与维修人员正常通行与工作的降温结构的方法；此外，中国发 明专利《设置在公路隧道口处的减光棚》【CN200710055236.2】中，设计了一种能够降低驾 驶人员进入隧道产生明暗适应程度的装备。这些专利无疑对完善隧道设施建设起到了一定的 作用，但是并未提出结合驾驶人心理生理的隧道出入口线形一致性的方法，无法准确保证隧 道出入口过渡段行车的安全性。

关于车头时距模型的研究，国内学者分别从交通流特性、车辆特性与驾驶人员特性等方面出 发，建立了不同的分布模型，但这些模型都存在着不足之处，基于交通流演变而来的模型更 适用于城市道路；车辆随机到达概率分布模型和建立在驾驶人员特性、车辆特性与车头时距 关系上的分布模型主要研究对象过于单一，缺少结合“人-车-路-环境”动态系统的综合考 虑。现如今虽基于传统车头时距模型对交通领域其他方面进行了扩展，但考虑因素并不全 面。因此目前国内外缺少基于动态环境对隧道出入口车头时距模型构建的研究。本次以隧道 敏感因素“照度”为自变量构建适用于隧道出入口的车头时距模型，相比以往传统模型研究 更加具有准确性和针对性。

目前国内外对隧道出入口线形一致性的研究主要体现在工程设计与学术研究两方 面。国内工程设计针对目前隧道洞口附近线形提出新规定，2014年颁布的《公路工程设计 标准》对隧道出入口线形设计进行量化，规定“隧道出入口处前后3s线形一致性，有条件 下取5s设计车速行程”。国内学者集结安全设计、行车视距理论、安全行车速度等方面对隧 道出入口线形设计进行学术研究，如王琰通过调研数据分析提出的将运行速度控制隧道出入 口5s线形一致性指标。总之，我国对隧道出入口线形一致性指标一直处于探索与研究的阶 段，仍不能给出一个定量的设计标准，对隧道出入口3s线形一致性定义不明确。与国内相 比，欧美国家对隧道出入口线形一致性设计均没有具体规定，在学术研究方面针对隧道出入 口线形一致性研究也较少，一般只会在基础设施的设计过程中考虑线形的影响，如 SerminOnaygil等提出隧道出入口线形应通过增加隧道接近段适应距离的行车时间来缓解隧 道出入口的视觉障碍。

综上而言，不论是现已公开的专利还是已经发表的研究成果，均缺乏对隧道出入口 车头时距模型方面的研究，进而在线形一致性方面只是机械的规定一个固定的时间，这不仅 不能够体现该方面的学术完整性，更重要的是难以科学的指导工程实践，更不能有效的降低 隧道出入口行车交通事故。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种在动态行车环境下以隧道敏感因素 “照度”为因子并在有机结合驾驶人员心理生理特性的基础上构建安全时距模型，进而确定 隧道出入口线形一致性特征参数的方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

本动态行车环境下确定隧道出入口线形一致性特征参数的方法，包括如下步骤：

a)将隧道出入口连接段和隧道出入口内部两部分各自以出入口为原点平均划分为若干区 段，隧道出入口连接段各区段距离原点的距离分别为x_n…0，隧道出入口内部各区段距离原 点的距离分别为0…x_n；

b)利用测照度仪器分别测量平均划分的各区段在白天和黑夜两种环境下前后照度的变化， 并记为L；

c)根据公式T(L)＝T₀+ΔT₁＝T₀+αexp(φ|ln(L+ΔL)-ln L|)计算两车之间的车头时距T(L)， 式中，T₀为隧道出入口处最小安全时距，ΔL为相邻区段中后一区段照度值与前一区段照度 值的差值，φ为N名驾驶员明暗适应时间与照度变化值L之间关系标定值，α为进出隧道口 与洞内外最小车头时距的差值；

d)根据公式计算平均通过时间式中v为隧道出入口行车平均速度；

e)根据黑夜时段与白天时段，将隧道出入口连接段和隧道出入口内部各区段照度值代入步 骤c)计算出车头时距T(L)，并分别选取最大值t_max；

f)根据公式$T^{\prime \prime }=\left(\begin{array}{c}{t^{\prime }}_{\max },{t^{\prime }}_{\max }>\bar{t}\\ \bar{t},\bar{t}>{t^{\prime }}_{\max }\end{array}\right)$计算初始线形一致性时间T”，其中当黑夜时段由隧道出入口 连接段进入隧道出入口内部或白天时段由隧道隧道出入口内部驶向隧道出入口连接段时，如 t_max大于3s，则t'_max＝t_max，如t'_max小于等于3s，则t'_max＝3s；当白天时段由隧道出入口连接 段进入隧道出入口内部或黑夜时段由隧道隧道出入口内部驶向隧道出入口连接段时，如t_max大于6s，则t'_max＝t_max，如t'_max小于等于6s，则t'_max＝6s；

g)将步骤f)中计算得到隧道出入口连接段黑夜时段的T”定义为t，将隧道出入口内部黑夜 时段的T”定义为t'，将隧道出入口连接段白天时段的T”定义为T，将隧道出入口内部白天 时段的T”定义为T‘；

h)根据公式k+K得出最终线形一致性特征参数，其中k＝max(t,T)，K＝max(t',T')。

所述步骤b)中的测照度仪器为亮度计。

所述步骤b)中的测照度仪器为亮度计。

所述步骤c)中当车速为50km/h时，T₀取值为1.38，α取值为,0.00036，φ取值为 0.7997，当车速为60km/h时，T₀取值为1.58，α取值为,0.00084，φ取值为0.7997，当车 速为70km/h时，T₀取值为1.6，α取值为,0.00072，φ取值为0.7997，当车速为80km/h 时，T₀取值为1.74，α取值为,0.00132，φ取值为0.7997，当车速为90km/h时，T₀取值 为1.78，α取值为,0.0012，φ取值为0.7997。

本发明的有益效果是：本发明由于在考虑驾驶员心理生理特性的同时有机结合“动 态行车环境”因素，克服单一性设计弊端，有效协调“人-车-路-环境”交通运行系统。采 取隧道敏感因素“照度”为因子，以驾驶人员视觉适应性为基础构建安全时距模型。基于安 全时距模型确定隧道出入口线性一致性时间，在考虑驾驶人员视觉特性的基础上保证行车线 性要求，保障行车安全。确定不同隧道出入口线形一致性时空范围，提高隧道设计标准与施 工要求的精准性，保证驾驶员安全顺适通过，降低安全事故发生率。

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明。本动态行车环境下确定隧道出入口线形一致性特征参数 的方法，包括如下步骤：

1.不同隧道对应的隧道出入口线形一致性特征参数采用一个固定参数明显不合适，因此本发 明将隧道出入口连接段和隧道出入口内部两部分各自以出入口为原点平均划分为若干区段， 隧道出入口连接段各区段距离原点的距离分别为x_n…0，隧道出入口内部各区段距离原点的 距离分别为0…x_n。

2.利用测照度仪器分别测量平均划分的各区段在白天和黑夜两种环境下前后照度的 变化，并记为L，其中的测照度仪器可以为亮度计。

3.根据公式T(L)＝T₀+ΔT₁＝T₀+αexp(φ|ln(L+ΔL)-ln L|)计算两车之间的车头时距 T(L)，式中，T₀为隧道出入口处最小安全时距，ΔL为相邻区段中后一区段照度值与前一区 段照度值的差值，φ为N名驾驶员明暗适应时间与照度变化值L之间关系标定值，α为进出 隧道口与洞内外最小车头时距的差值。照度的变化直接影响明暗适应时间，明暗适应时间直 接影响驾驶员的可视距离或者可视距离时间，因此照度对安全时距的影响主要取决于明暗适 应时间的长短，通过明暗适应测试发现明暗适应时间与照度对数明显相关，基于此结合刺激 反应定律，构建了安全时距模型。当车速为50km/h时，T₀取值为1.38，α取值 为,0.00036，φ取值为0.7997，当车速为60km/h时，T₀取值为1.58，α取值为,0.00084， φ取值为0.7997，当车速为70km/h时，T₀取值为1.6，α取值为,0.00072，φ取值为 0.7997，当车速为80km/h时，T₀取值为1.74，α取值为,0.00132，φ取值为0.7997，当车 速为90km/h时，T₀取值为1.78，α取值为,0.0012，φ取值为0.7997。

4.根据公式计算平均通过时间式中v为隧道出入口行车平均速度；

5.根据黑夜时段与白天时段，将隧道出入口连接段和隧道出入口内部各区段照度值代入步 骤c)计算出车头时距T(L)，并分别选取最大值t_max；

6根据公式$T^{\prime \prime }=\left(\begin{array}{c}{t^{\prime }}_{\max },{t^{\prime }}_{\max }>\bar{t}\\ \bar{t},\bar{t}>{t^{\prime }}_{\max }\end{array}\right)$计算初始线形一致性时间T”，其中当黑夜时段由隧道出入口连 接段进入隧道出入口内部或白天时段由隧道隧道出入口内部驶向隧道出入口连接段时，此两 种情况下驾驶员是需要进行明适应过程，此时如t_max大于3s，则t'_max＝t_max，如t'_max小于等于 3s，则t'_max＝3s。当白天时段由隧道出入口连接段进入隧道出入口内部或黑夜时段由隧道隧 道出入口内部驶向隧道出入口连接段时，此两种情况下驾驶员是需要进行暗适应过程，此时 如t_max大于6s，则t'_max＝t_max，如t'_max小于等于6s，则t'_max＝6s；

7.将步骤f)中计算得到隧道出入口连接段黑夜时段的T”定义为t，将隧道出入口内部黑夜 时段的T”定义为t'，将隧道出入口连接段白天时段的T”定义为T，将隧道出入口内部白天 时段的T”定义为T‘；

8.根据公式k+K得出最终线形一致性特征参数，其中k＝max(t,T)，K＝max(t',T')。

本发明由于在考虑驾驶员心理生理特性的同时有机结合“动态行车环境”因素，克 服单一性设计弊端，有效协调“人-车-路-环境”交通运行系统。采取隧道敏感因素“照 度”为因子，以驾驶人员视觉适应性为基础构建安全时距模型。基于安全时距模型确定隧道 出入口线性一致性时间，在考虑驾驶人员视觉特性的基础上保证行车线性要求，保障行车安 全。确定不同隧道出入口线形一致性时空范围，提高隧道设计标准与施工要求的精准性，保 证驾驶员安全顺适通过，降低安全事故发生率。