[发明专利]一种干线公路冰雪环境下交通运行可靠度预测方法

摘要

本发明公开了一种干线公路冰雪环境下交通运行可靠度预测方法，它涉及交通运输管理领域。它包括如下步骤：步骤一、汽车某一时段在某一路段行驶的行程时间分析；步骤二、采用行程时间可靠度作为评价行程时间稳定性的指标；步骤三、计算冰雪灾害情况下的可靠度阈值。本发明可根据可靠度指标，判断干线公路网冰雪情况下，交通运行情况，并判断冰雪灾害是否发生，为交通运输管理提供理论支撑。

主权项

一种干线公路冰雪环境下交通运行可靠度预测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤一、汽车某一时段在某一路段行驶的行程时间分析：对调查公路在无雪和积雪两种状态下的速度数据分别进行统计、分组并进行拟合检验，得出行车速度符合正态分布，因此行程时间必然也符合正态分布；步骤二、采用行程时间可靠度作为评价行程时间稳定性的指标：行程时间可靠度是指在规定的时间内，车辆能从起点O到达讫点D的概率，该定义可以描述为：R(t)＝P(X≤Y)    (1‑1)式中：R(t)——行程时间可靠度；X——行程时间随机变量；Y——规定的时间阈值；设X为满足(μ_X,σ_X)的正态分布，Y为满足(μ_Y,σ_Y)的正态分布，为计算行程时间可靠度将公式(1‑1)变形为：R(t)＝P(X‑Y≤0)    (1‑2)根据正态分布的再生性，X‑Y满足的正态分布，则：$R\left(t\right)=P(X-Y\&le;0)=\mathrm{\&Phi;}(-\frac{{\mathrm{\&mu;}}_X-{\mathrm{\&mu;}}_Y}{\sqrt{{\mathrm{\&sigma;}}_X^2+{\mathrm{\&sigma;}}_Y^2}})---(1-3)$步骤三、计算冰雪灾害情况下的可靠度阈值：根据冰雪地区路面附着系数测定值计算各种路面相对于除雪后路面的平均附着系数，松雪路面的平均附着系数为0.574，冰雪板路面平均附着系数为0.372，完全结冰路面平均附着系数为0.284，无雪路面平均附着系数为1，根据汽车的运动方程，见公式(1‑7)：$T=\frac{{\mathrm{KAV}}^2}{21.15}+G(f+i)+\mathrm{\&sigma;}\frac{G}{g}a---(1-4)$式中：T——汽车的驱动力(N)、K——空气阻力系数、A——迎风面积(m²)、V——汽车的行驶速度(km/h)、G——车辆的重力(N)、f——轮胎的滚动阻力系数、i——道路纵坡(％)、σ——惯性力系数，根据车辆行驶的充分条件：式中：——轮胎与路面的附着系数、G_k——驱动轮荷载(N)，其中惯性力系数σ忽略不计，则汽车运动平衡方程可表示为：对于干线公路路面，f的取值范围在0.01到0.02之间，i＝8％，G_k取车重的0.7倍，则公式(1‑6)可变为：假设车辆在无雪路面上的行驶速度为V₁，松雪路面上的行驶速度为V₂，根据式(1‑7)可计算得：$\frac{V_1}{V_2}=1.37---(1-8)$则在松雪情况下的行驶时间t₂与无雪路面上的行程时间之比为：$\frac{t_2}{t_1}=1.37---(1-9)$将公式(1‑9)中的比值作为冰雪灾害的临界值，并规定当大于阈值的概率超过90％时，即认为该路段发生了冰雪灾害，该路段不可靠；可靠度的公式表示为：$R\left(t\right)=P(\frac{X}{Y}\&le;1.37)---(1-10)$即：$R\left(t\right)=P(\frac{X}{Y}\&le;1.37)=P(Y>0,X\&le;1.37Y)+P(Y\&lt;0,X\&GreaterEqual;1.37Y)$$(1-11)$因为X>0，Y>0，所以公式(1‑10)变形为：$R\left(t\right)=P(\frac{X}{Y}\&le;1.37)=P(Y>0,X-1.37Y\&le;0)---(1-12)$根据正态分布的可加性：$R\left(t\right)=P(X-1.37Y\&lt;0)=\mathrm{\&Phi;}(-\frac{{\mathrm{\&mu;}}_X-1.37{\mathrm{\&mu;}}_Y}{\sqrt{{\mathrm{\&sigma;}}_X^2+{\left(1.37{\mathrm{\&sigma;}}_Y\right)}^2}})---(1-13)$不可靠度可表示为：$1-R\left(t\right)=P(X-1.37Y>0)=1-\mathrm{\&Phi;}(-\frac{{\mathrm{\&mu;}}_X-1.37{\mathrm{\&mu;}}_Y}{\sqrt{{\mathrm{\&sigma;}}_X^2+{\left(1.37{\mathrm{\&sigma;}}_Y\right)}^2}})---(1-14);$可靠度模型为：$R\left(t\right)=\mathrm{\&Phi;}(-\frac{{\mathrm{\&mu;}}_X-1.37{\mathrm{\&mu;}}_Y}{\sqrt{{\mathrm{\&sigma;}}_X^2+{\left(1.37{\mathrm{\&sigma;}}_Y\right)}^2}})---(1-15);$当R(t)<0.5，公路运行基本可靠；0.5≤R(t)<0.7时，公路运行不可靠但未形成雪灾；0.7≤R(t)<0.9时，公路运行不可靠形成雪灾；R(t)≥0.9时，公路运行极不可靠雪灾严重。