[发明专利]基于安全性的限速值确定方法

摘要

车速限制应保证效率与安全，而效率与安全之间存在着相互制约的关系。本发明是基于在安全性约束条件下，采用五个步骤，步骤一：公路车速限制应保证事故死亡率小于可接受的容忍值，基于这一原则，制定限制速度关于安全性的约束条件模型；步骤二：确定限制速度和85％位车速关系模型；步骤三：建立交通事故预测模型；步骤四：交通安全服务水平量化，选取事故率作为安全服务水平的量化指标，步骤五：以85％位车速和设计速度为基准，构建高等级公路的时间费用函数，以时间费用最小作为构建运行效率的目标函数。本发明建立了以运行效率为目标函数的限速优化模型。通过该限速优化模型，可以求得特定效益取向下的最佳限速值。

主权项

基于安全性的限速值确定方法，其特征在于按以下步骤进行：步骤一：公路车速限制应保证事故死亡率小于可接受的容忍值，基于这一原则，制定限制速度关于安全性的约束条件模型见式(2)；C(VPSL，DGeometry)≤Ccritical    (2)式中：DGeometry——线形变量，比如坡度、曲率等；C()——事故率，采用预测事故率作为其指标；Ccritical——公路期望事故水平的事故率；Vpsl——限制速度步骤二：确定限制速度和85％位车速关系模型85％位车速即在观测到的车辆总数中，有85％的车辆的地点车速小于或等于该值；通过采集高速公路和一级公路车速、限制速度、纵坡、平曲线半径数据，利用Stata9.0软件进行统计分析，采用向后剔除的回归分析法得到大、小车85％位车速与限速的线性关系模型，见式(3)和式(4)；小车：V85_car＝a1LnCsl-a2(3)大车：V85_truck＝a3LnTsl-a4(4)式中：V85_car——小车85％速度，km/h；Csl——小车限制速度，km/h；LnCsl——Ln(小车限制速度)；V85_truck——大车85％速度，km/h；Tsl——大车限制速度，km/h；LnTsl——Ln(大车限制速度)；a1、a2、a3、a4——待定系数，通过数据统计分析软件获得；步骤三：利用采集数据85％位车速、纵坡、曲率，用统计分析软件Stata9.0采用逐步概率模型回归方法，分别建立以大车和小车因素自变量的两个交通事故预测模型，模型如(5)、(6)所示；小车：E(Crashy)＝Expo*EXP(a5+a6V85_car+a7Inverser)(5)大车：E(Crashy)＝Expo*EXP(a8+a9V85_truck-a10Grade)(6)参数代表意义：L——路段长度Hourflow——小车和大车单向的平均小时绝对交通量之和，veh/h；EXPO——交通风险暴露指数，即L和Hourflow的乘积Inverser——曲率Grade——纵坡坡度E(Crashy)——平均每年发生的事故数a5、a6、a7、a8、a9、a10——待定系数，通过数据统计分析软件获得；将式(3)代入到式(5)，得到基于小车限制速度的交通事故预测模型，见式(7)；将式(4)代入到式(6)，得到基于大车限制速度的交通事故预测模型，见式(8)；小车：Crashy＝Expo*EXP(a11+a1a6LnCsl+a7Inverser)(7)大车：Crashy＝Expo*EXP(a12+a3a9LnTsl+a10Grade)(8)参数代表意义：a11、a12——待定系数，通过统计分析软件获得，其余参数意义同上；步骤四：交通安全服务水平量化本着实际应用的原则，选取事故率作为安全服务水平的量化指标，事故率是高等级公路路段每年每公里的事故数；事故率的高低是道路安全水平的直接体现，可以定量地反映道路运营安全水平；根据高等级公路事故服从泊松分布的特性，采用广义线性回归得到高等级公路的事故均值度量方程，见式(9)；把事故均值度量方程的预测值认为是期望的公路安全水平Ccritical＝L*EXP(a13+a14Hourflow+a15Hourflow2+a16Hourflow3)(9)式中：a13、a14、a15、a16——待定系数，通过数据统计分析软件获得；把式(7)、式(8)、式(9)代入式(2)得到基于大、小车的安全性约束条件模型：小车：Expo*EXP(a11+a1a6LnCsl+a7Inverser)≤L*EXP(a13+a14Hourflow+a15Hourflow2+a16Hourflow3)(10)大车：Expo*EXP(a12+a3a9LnTsl+a10Grade)≤L*EXP(a13+a14Hourflow+a15+Hourflow2+a16Hourflow3)(11)参数代表意义同上；根据国产汽车的主要技术参数可知，小车平均最高车速为160km/h，大车平均最高车速为85km/h；另外，中华人民共和国道路交通安全法实施条例第六十七条规定，高速公路限速标志标明的最高时速不得超过120km/h；小车： V PSL _ car ≤ V Design V PSL _ car ≤ 160 V PSL _ car ≤ 120 - - - ( 12 ) 大车： V PSL _ truck ≤ V Design V PSL _ truck ≤ 85 V PSL _ truck ≤ 120 - - - ( 13 ) 式中：VPSL——限制速度，km/h；VDesign——路段设计速度，km/h；步骤五：以85％位车速和设计速度为基准，构建高等级公路的时间费用函数，以时间费用最小作为构建运行效率的目标函数；由85％位车速达不到设计速度致使在途中时间增加而少创造的价值作为运行效率的时间费用，时间价值的计算以人均国内生产总值为据；运行效率的时间费用函数如式(14)所示，时间费用越小越好； min ( C t ) = min [ G 365 × 8 E · Q · ( L V 85 - L V Design ) - - - ( 14 ) 式中：Ct——高等级公路旅客在途时间费用，元；G——人均国内生产总值，元/人/年；E——平均载运系数，人/车；Q——小车或大车的交通量，辆/日；L——路段长度，km；V85——85％位速度，km/h；VDesign——路段设计速度，km/h；将式(3)、(4)代入(14)得大、小车限制速度模型：小车： Min = G 365 × 8 E car Q car ( L a 1 Ln ( V PSL _ car ) - a 2 - L V Design ) - - - ( 21 ) V PSL _ car ≤ V Design V PSL _ car ≤ 120 Expo * EXP ( a 11 + a 1 a 6 LnCsl + a 7 Inverser ) ≤ L * EXP ( a 13 + a 14 Hourflow + a 15 Hourflow 2 + a 16 Hourflow 3 ) 式中：Vpsl_car——小车限制速度，km/h；VDesign——路段设计速度，km/h；G——人均国内生产总值，元/人/年；Ecar——小车平均载运系数，人/车；Qcar——小车平均日交通量，辆/日；L——路段长度，km；EXPO——交通风险暴露指数，即L和Hourflow乘积；Inverser——平曲线曲率，1/m；Ccritical——公路期望事故水平的事故率；Hourflow——小车和大车单向的平均小时绝对交通量之和，veh/h；大车： Min = G 365 × 8 E truck Q truck ( L a 3 Ln ( V PSL _ truck ) - a 4 - L V Design ) V PSL _ truck ≤ V Design V PSL _ truck ≤ 85 V PSL _ truck ≤ 120 Expo * EXP ( a 12 + a 3 a 9 LnTsl + a 10 Grade ) ≤ L * EXP ( a 13 + a 14 Hourflow + a 15 Hourflow 2 + a 16 Hourflow 3 ) - - - ( 22 ) 式中：Vpsl_truck——小车限制速度，km/h；VDesign——路段设计速度，km/h；G——人均国内生产总值，元/人/年；Etruck——大车平均载运系数，人/车；Qtruck——大车平均日交通量，辆/日；L——路段长度，km；Hourflow——小车和大车单向的平均小时绝对交通量之和，veh/h；EXPO——交通风险暴露指数，即L和Hourflow乘积；Grade——纵坡坡度；Ccritical——公路期望事故水平的事故率。