雨天高速公路綜合車速研究

摘 要:針對(duì)雨天高速公路行車，采用基于層次分析的綜合指數(shù)法對(duì)導(dǎo)致雨天行車的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行有效識(shí)別，提出不同能見度條件下的高速公路限速值，及不同降雨強(qiáng)度下的安全行車車速。

關(guān)鍵詞:層次分析法 降雨強(qiáng)度 能見度距離

中圖分類號(hào):U4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)02(c)-0126-02

1 引言

隨著我國高速公路的普及和汽車保有量不斷增加， 將會(huì)有越來越多的車流奔駛在高速公路上。雨天高速公路行車安全是一個(gè)很值得世界各國家研究的問題，因?yàn)槊磕暝谟晏烨闆r下引發(fā)的交通事故導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失是不容樂觀的。

至2009年全國共發(fā)生道路交通事故238351起，造成67759人死亡、275125人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失9.1億元，由雨天導(dǎo)致的交通事故占了事故總數(shù)的7%左右[1]。

然而目前我國對(duì)于雨天高速公路車速研究還停留在比較低的水平，提出不同能見度條件下的高速公路安全車速，及不同降雨強(qiáng)度下的安全行車車速，對(duì)提高高速公路在雨天的情況下的行車水平，確保高速公路的暢通、安全具有極其重要經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 雨天各種影響因素權(quán)重的確定

雨天影響高速公路限速的因素有很多，通過研究可以找到其中重要的也是最讓人們關(guān)心的影響因素是:能見度距離、設(shè)計(jì)車速、道路的線性、滑動(dòng)摩擦系數(shù)的大小、道路的寬度、交通量[2]。通過層次分析法[3-6]來確定影響雨天高速公路限速的各因素的權(quán)重。首先，把雨天高速公路限速的影響因素條理化、層次化，構(gòu)造出一個(gè)有序的遞階層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

其次，利用Saaty等人提出的1～9標(biāo)度對(duì)同一層次的兩個(gè)元素進(jìn)行相對(duì)比較，構(gòu)造判斷矩陣，其中判斷矩陣中各元素的含義及1～9標(biāo)度見表1。

通過以上的分析可以得出，雨天高速公路限速因素有:能見度距離H、設(shè)計(jì)車速V、道路的線性L、滑動(dòng)摩擦系數(shù)的大小F、道路的寬度D、交通量Q。它們對(duì)雨天高速公路限速影響的重要性分別為:

。若將它們兩兩地比較重要性，其比值可以構(gòu)造成66的判斷矩陣。

根據(jù)層次分析法的標(biāo)度，矩陣A變?yōu)?

用matlab軟件可以得到A最大特征根的特征向量(歸一化后)的權(quán)向量。

。

計(jì)算出判斷矩陣的一致性指標(biāo)和判斷矩陣的隨機(jī)一致性指標(biāo)比例[7]:

(1)

為判斷矩陣A的最大特征根，為影響雨天高速公路限速的因素個(gè)數(shù)

(2)

通過計(jì)算可以得到:

，，

。

因?yàn)楸?.1小很多，所以上述構(gòu)造的比較矩陣式可以接受的。

通過構(gòu)造的比較矩陣所得到的各種因素的權(quán)重，可以清晰的看到能見度是影響雨天車速的最重要的因素，而道路寬度和道路線性對(duì)雨天車速的影響最小。

3 安全行車限速

因?yàn)樵谟晏煨熊嚂r(shí)，能見度對(duì)行車安全的影響權(quán)重最大，所以以下以能見度來對(duì)行車綜合限速進(jìn)行探討。

在根據(jù)安全行車的條件下，可以推導(dǎo)出考慮了一系列因素(制動(dòng)減速度、坡度、能見度距離)下的限速值。安全行車限速[8]:

(3)

式子中表示制動(dòng)減速度，為限速車速，為能見度距離，為坡度，表示前后車輛最短安全距離。

根據(jù)文獻(xiàn)[8]可知有近91%的司機(jī)在看到前方障礙物時(shí)剎車的減速度大于3.4m/s2，所以在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候把取為3.4m/s2，取值為10m[9]。

通過式(3)可以得到不同能見度下的安全速度參考值，見表1。

可以做出上述三種不同坡度下的速度圖像，見圖2。

由圖2可知隨著能見度的增長，安全車速也在一定的提高;坡度的大小對(duì)車速的影響不是特別明顯，能見度和安全車速的大小關(guān)系接近為線性關(guān)系。

4 降雨強(qiáng)度與能見度之間的關(guān)系

在降雨天，影響能見度主要的因素是降雨強(qiáng)度，隨著不同的降雨強(qiáng)度，能見度也就不同，所以下面進(jìn)一步探討降雨強(qiáng)度與能見度之間的關(guān)系，進(jìn)而得到不同降雨強(qiáng)度下的安全行車速度。

對(duì)于雨滴的譜分布有分布[10]、指數(shù)分布、分布等，經(jīng)典的分布是由和提出的，其形式為

(4)

上式中的代表雨滴的直徑，單位;表示濃度，單位;表示尺度參數(shù)。

該譜分布具有一般雨滴譜的特點(diǎn)，對(duì)于穩(wěn)定降雨擬合效果較好，并且使用于比較穩(wěn)定的層狀云降雨。在分布的基礎(chǔ)上引入了形狀因子，即[10]分布:

(5)

分布對(duì)于各種類型降水譜的效果更好，但是其參數(shù)的確定比較的復(fù)雜。降雨強(qiáng)度R與譜分布函數(shù)的關(guān)系為:

(6)

結(jié)合雨滴的譜分布函數(shù)，單位體積內(nèi)群雨滴的消光系數(shù)(單位:)為:

(7)

降雨強(qiáng)度(單位:)為:

(8)

如果不考慮氣溶膠粒子等其它大氣粒子的影響，由式子(7)與式子(8)聯(lián)立可以得到能見度(單位:)與降雨強(qiáng)度的關(guān)系為:

(9)

由上述關(guān)系式子(3)和(7)可以得到降雨強(qiáng)度與限速車速之間的關(guān)系式:

(10)

由上述式子(10)可以得到不同降雨強(qiáng)度下的安全車速，表2只是一部分的數(shù)據(jù)。

由圖3，可知隨著降雨強(qiáng)度的增長，車速成下降的趨勢。小雨時(shí)，能見度不會(huì)受到大的影響，車速便可以高些，但是隨著降雨強(qiáng)度的上升，能見度下降，最終導(dǎo)車速的降低。

5 結(jié)語

通過本文可知雨天行車時(shí)，能見度對(duì)行車安全的影響最大。隨著能見度的增長，安全車速也在一定的提高;坡度的大小對(duì)車速的影響不是特別明顯，能見度和安全車速的大小關(guān)系接近為線性關(guān)系。同時(shí)隨著降雨強(qiáng)度的增長，車速成下降的趨勢。小雨時(shí)，能見度不會(huì)受到大的影響，車速便可以高些，但是隨著降雨強(qiáng)度的上升，能見度下降，最終導(dǎo)車速的降低。

參考文獻(xiàn)

[1]The Ministry of Public Security of the People's Republic of china，2010，1.

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