[发明专利]基于公路三维空间线形的道路安全性分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于公路三维空间线形的道路安全性分析方法及系统，其中方法包括以下步骤：获取公路线形的三维空间的设计数据；结合设计数据和预设的路段组合类型将公路线形划分为多个路段；根据设计数据计算路段的加权曲率差、平均曲率变化率和挠率差；结合加权曲率差、平均曲率变化率、挠率差和道路安全性分析模型获取路段的风险系数，根据风险系数对道路进行安全性分析。本发明从空间曲线几何不变量曲率着手，获取路段的加权曲率差、平均曲率变化率和挠率差，求解路段的风险系数，通过量化的方法对公路线形的组合进行安全性分析，摆脱了传统公路设计对于线形组合的定性描述的限制，可广泛应用于交通安全分析领域。

技术领域

本发明涉及交通安全分析领域，尤其涉及一种基于公路三维空间线形的道路安全性分析方法及系统。

背景技术

公路线形(即道路线形)质量，既影响驾驶者驾驶过程中的操作情况与生理心理的状况，又决定车辆在行驶过程中的安全保障与路段的通行能力保证，同时也影响公路的整体运营与投入回报比，公路线形设计质量的好坏，是影响道路安全和经济性最根本的原因。在公路线形中考虑公路附近的地形、地物等控制点，同时在确保公路线形满足当前公路交通行业的设计标准与规范的同时，最大程度保障行车安全，已然成为当前国内道路工程方向的所重点关注与研究的内容。

宏观上，驾驶人在驾驶车辆时的行为会受制于公路线形的反馈。公路本质上是三维立体构造，大部分交通事故都与公路自身线形条件存在较为明显的联系。微观上，公路线形由平面线形与纵面线形组合而成，不同线形的组合会导致三维空间的线形连续性的衰退，路段之间存在三维空间曲率与挠率不连续的现象，这使汽车无法按照其行驶特性安全舒适地进行运动，从而导致公路事故的发生。因而，通过公路线形连续性快速、准确分析公路行车安全性具有重要意义。

国内对涉及公路三维线形的研究并不多，主要从公路三维视距、三维可视化技术、三维线形设计方法等着手。视距作为公路线形设计的重要要素之一，其设计合理与否直接关系到行车安全与迅速，是目前公路线形使用质量的重要指标之一。三维视距的研究均是建立在对既有平、纵线形的简单拟合和叠加的基础上，很少涉及对平纵组合后的空间曲线的三维几何特性的分析以及线形本身对三维视距的影响。模型计算和视距分析时主要考虑的是平面曲线、行车道、路面和障碍物等对行车视距的影响，以此来评估驾驶员沿设计线形行驶时的视线遮挡情况和视距盲点，进而辅助线形设计，并未涉及对线形组合方式或线形设计方法的优化和改进。对于三维线形设计，国内建立了以高速公路空间曲率为主要指标的道路安全评价模型以及空间曲线不变量约束下的公路几何线形三维设计理论与方法。对于三维线形下的公路安全性评价暂未有深入研究。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本发明的目的是提供一种基于公路三维空间线形的道路安全性分析方法及系统，以加权曲率差和平均曲率变化率作为公路空间下的路线安全主要影响参数，并考虑挠率差，来对道路安全性进行分析。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于公路三维空间线形的道路安全性分析方法，包括以下步骤：

获取公路线形的三维空间的设计数据；

结合设计数据和预设的路段组合类型将公路线形划分为多个路段；

根据设计数据计算路段的加权曲率差、平均曲率变化率和挠率差；

结合加权曲率差、平均曲率变化率、挠率差和道路安全性分析模型获取路段的风险系数，根据风险系数对道路进行安全性分析。

进一步，所述结合设计数据和预设的路段组合类型将公路线形划分为多个路段，包括：

根据设计数据获取公路线形的平面线形数据和纵断面线形数据；

结合平面线形数据、纵断面线形数据和预设的路段组合类型将公路线形划分为多个路段；