降雨對部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性的影響

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(1.南京陸軍指揮學(xué)院 國防動員系，南京 210045; 2.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津 300161)

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● 軍事運(yùn)輸Military Transportation

降雨對部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性的影響

周偉1，蔣益?zhèn)?

(1.南京陸軍指揮學(xué)院 國防動員系，南京 210045; 2.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津 300161)

部隊(duì)公路機(jī)動直接影響著戰(zhàn)斗力的生成，其行程時間可靠性決定著戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。研究了降雨條件下部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性，通過回歸分析法得出降雨條件下部隊(duì)公路機(jī)動理想行程時間與公路通行能力的修正系數(shù)，構(gòu)建部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性模型，并運(yùn)用蒙特卡羅仿真法對模型進(jìn)行求解。

降雨條件；部隊(duì)公路機(jī)動；行程時間可靠性

隨著我軍從區(qū)域防衛(wèi)型向全域機(jī)動型轉(zhuǎn)變，以及我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，部隊(duì)公路機(jī)動地位作用越來越突出。部隊(duì)公路機(jī)動，首先考慮行程時間，與其具有同等重要的是行程時間可靠性。行程時間可靠性是指對于給定的起終點(diǎn)之間，出行者能在規(guī)定時間內(nèi)順利完成出行任務(wù)的概率[1]。部隊(duì)公路機(jī)動，不僅要考慮最快到達(dá)，還要考慮在規(guī)定時間內(nèi)到達(dá)的可能性。然而，降雨作為一種極常見的氣候條件，容易對部隊(duì)公路機(jī)動造成影響，導(dǎo)致部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性降低。研究降雨對部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性的影響，掌握降雨條件部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性，可為降雨條件部隊(duì)公路機(jī)動輔助決策提供參考。

1　降雨對部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性影響因子分析

降雨時路面被水膜覆蓋，導(dǎo)致輪胎與路面的接觸面積減小，輪胎在路面上摩擦系數(shù)降低，摩擦力減小。同時，降雨導(dǎo)致能見度降低，為保證安全，車距需增大，車輛需要適當(dāng)降低車速。因此降雨條件下，公路通行能力減小，部隊(duì)公路機(jī)動行程時間增加，對部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性影響十分明顯[2]。降雨對理想行程時間及路段通行能力的影響，引入理想行程時間及路段通行能力修正函數(shù)gt(R，Gi)、gc(R，Gi)，用tR、cR分別表示降雨條件下理想行程時間及路段通行能力，則有：

tR=gt(R,Gi)ta

(1)

cR=gc(R,Gi)ca

(2)

式中：tR為降雨條件理想行程時間，理想行程時間即不受交通流量干擾行程時間；ta為正常情況路段a的理想行程時間；cR為降雨條件下路段a的通行能力；ca為正常情況路段a的通行能力；Gi為路段公路等級，從高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路、等外公路，Gi依次取0、1、2、3、4、5；R為降雨強(qiáng)度，根據(jù)降雨等級的劃分[3]，分為小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨共6個等級，本文取對應(yīng)R值分別為1、2、…、6，具體劃分見表1；gt(R，Gi)、gc(R,Gi)為降雨條件對不同等級公路理想行程時間、通行能力影響的修正函數(shù)，均為與降雨強(qiáng)度和公路等級有關(guān)的函數(shù)，滿足如下條件：①gc(0,Gi)=1、gt(0,Gi)=1時，代表天氣狀況良好，公路理想行程時間和通行能力不受降雨條件影響；②gt(R,Gi)為關(guān)于R的單調(diào)增函數(shù)，且gt(R,Gi)≥1；③gc(R,Gi)為關(guān)于R的單調(diào)減函數(shù)，且0≤gc(R,Gi)≤1。

表1　降雨等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)降雨條件下部隊(duì)公路機(jī)動速度、公路等級、降雨情況以及公路通行能力等相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)[4]，回歸分析出修正函數(shù)gt(R,Gi)、gc(R,Gi)與R和Gi的關(guān)系。

根據(jù)SPSS軟件對gt(R,Gi)與R、Gi相關(guān)數(shù)據(jù)回歸分析，再根據(jù)最小二乘估計(jì)法，得gt(R,Gi)與R和Gi的回歸方程為

gt(R,Gi)=0．105R-0．026Gi+1．022

(3)

通過對回歸方程檢驗(yàn)，調(diào)整R方為0.949，大于0.9，F(xiàn)=325.845>F0.95(2,35)=3.27> F0.95(2,38)，從t檢驗(yàn)分析，均有Sig．=0<0.05，各變量通過t檢驗(yàn)，說明建立的模型符合要求。

根據(jù)gt(R,Gi)回歸方程得出降雨條件部隊(duì)公路機(jī)動理想行程時間修正系數(shù)(見表2)。

同理，求得gc(R，Gi)與R和Gi的回歸方程為

gc(R,Gi)=-0．063R+0．011Gi+0．997

(4)

通過對回歸方程檢驗(yàn)，有調(diào)整R方為0.934，大于0.9，F(xiàn)=250.637>F0.95(2,35)=3.27> F0.95(2,38)，從t檢驗(yàn)分析，均有Sig．=0<0.05，各變量通過t檢驗(yàn)，說明建立的線性回歸方程效果較好。

根據(jù)gc(R，Gi)回歸方程，得出降雨條件公路通行能力修正系數(shù)(見表3)。

表3　降雨條件公路通行能力修正系數(shù)

2　部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性模型構(gòu)建及求解

2.1模型構(gòu)建

在降雨因素的影響下，公路服務(wù)水平下降，公路實(shí)際通行能力降低，部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性降低。降雨對部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性的影響，可引入美國聯(lián)邦公路局開發(fā)的路段行程時間模型BPR函數(shù)[5]，BPR函數(shù)主要描述交通流量及路段通行能力變化時行程時間的變化情況。

在降雨條件的影響下，基于正常路況的路段行程時間模型BPR函數(shù)不能很好地應(yīng)用于實(shí)際的行程時間確定，為此本文在BPR函數(shù)的基礎(chǔ)上，分別引入降雨條件下部隊(duì)理想行程時間t0及路段通行能力ca的修正函數(shù)，構(gòu)建了降雨條件下路段行程時間模型，并命名為RB-BPR函數(shù)，其計(jì)算公式為

(5)

式中：ta(R)為路段a在降雨條件下的行程時間；t0為零流阻抗，本文定義為路段在理想狀態(tài)下，即不受交通流及其他隨機(jī)因素干擾時的路段行程時間，稱理想行程時間；qa為路段a上的交通流量；ca為日常情況下路段a的實(shí)際通行能力；α、β為阻滯系數(shù)，國外公路網(wǎng)在交通流量分配時，取α=0．15、β=4。本文通過對部隊(duì)公路機(jī)動數(shù)據(jù)[4]回歸分析，取α=2．15、β=3。

本文在分析部隊(duì)公路機(jī)動行程時間的基礎(chǔ)上研究其可靠性，在部隊(duì)公路機(jī)動路段行程時間模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性定義，即在給定的起終點(diǎn)之間，部隊(duì)在規(guī)定時間內(nèi)完成公路機(jī)動任務(wù)的概率，建立部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性模型如下：

Ra(t)=P{ta≤θa}

(6)

θa=φit0

(7)

t0=LT0

(8)

式中：Ra(t)為部隊(duì)在路段a機(jī)動行程時間可靠性；θa為路段a行程時間閾值，s；t0為對應(yīng)路段的理想行程時間，s；φi為路段a行程時間對實(shí)際情況的期望指標(biāo)，φi>1，根據(jù)部隊(duì)機(jī)動任務(wù)情況取值；T0為單位距離理想行程時間，s，參考部隊(duì)公路機(jī)動經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)(見表4)；L為機(jī)動距離，km。

表4　部隊(duì)公路機(jī)動單位距離理想行程時間

2.2部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性模型求解

由于部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性的計(jì)算建立在足夠多的行程時間樣本的基礎(chǔ)上，需要收集同一路段大量的部隊(duì)公路機(jī)動行程時間數(shù)據(jù)，而實(shí)際很難在同一路段獲取大量行程時間數(shù)據(jù)。因此，本文采用蒙特卡羅仿真法對部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性求解。

部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性求解主要步驟如下：

(2)設(shè)置樣本數(shù)k=1；

(3)根據(jù)路段降雨情況確定影響因子，隨機(jī)生成服從某一分布的路段通行能力；

(4)隨機(jī)生成服從某一分布的路段交通流量；

(5)根據(jù)RB-BPR函數(shù)，計(jì)算路段行程時間；

(6)判斷樣本數(shù)k是否小于要求的樣本量N，若是，則增加樣本k=k+1，重復(fù)步驟(3)～(6)，否則，轉(zhuǎn)到(7)；

(7)比較路段行程時間ta與指定行程時間閾值θa的大小，篩選路段行程時間符合ta≤θa要求的樣本n1，n1，…,ns，樣本數(shù)量和為na；

此外，學(xué)校可以利用校內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)資源和課堂資源，向?qū)W生們講解關(guān)于本校參與高校教育資源共享的詳細(xì)過程，使高校學(xué)生對共享活動的理解更加深刻。其一，學(xué)生們可以從心底里認(rèn)可共享的活動；其二，也可以使學(xué)生們能夠更加明確到現(xiàn)在為止共享的教育資源有多少是自己需要的，并且主動加入到共享的陣營中去。在這種資源條件下不僅可以讓資源共享獲得師生的認(rèn)可，而且還能提高師生參與資源共享的興趣，真正做到自主選擇，從而使教育資源共享真正做到為高校師生服務(wù)。

(9)輸出結(jié)果并結(jié)束程序。

3　實(shí)例分析

3.1某部(分)隊(duì)公路機(jī)動任務(wù)基本情況

根據(jù)上級統(tǒng)一決策部署，要求××集團(tuán)軍××旅采取鐵路輸送和摩托化機(jī)動兩種方式，參加跨區(qū)基地化訓(xùn)練暨集中檢驗(yàn)評估。本文選取其機(jī)動分隊(duì)某摩步營公路機(jī)動降雨條件路段，進(jìn)行行程時間可靠性分析，路段基礎(chǔ)參數(shù)分析見表5。

表5　某分隊(duì)機(jī)動路線各路段基礎(chǔ)參數(shù)

3.2影響因素基本情況分析

根據(jù)機(jī)動分隊(duì)對機(jī)動路線公路通行能力、交通流量、降雨條件等部隊(duì)公路機(jī)動影響因素等有關(guān)數(shù)據(jù)記錄，進(jìn)行影響因素分析。假定路段通行能力服從均勻分布，交通流量服從正態(tài)分布。根據(jù)降雨條件下理想行程時間與路段通行能力修正系數(shù)，得各路段影響因素基本情況(見表6)。

表6　機(jī)動路線各路段影響因素基本情況

3.3某分隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性求解

(1)行程時間閾值確定。行程時間閾值確定，根據(jù)部隊(duì)機(jī)動任務(wù)，取所有路段對現(xiàn)實(shí)狀況的期望指標(biāo)值φ，即行程時間閾值為理想行程時間的φ倍。本文以機(jī)動分隊(duì)某摩步營此次機(jī)動實(shí)際行程時間為閾值，路段實(shí)際行程時間之和為4.3 h，由式(8)可計(jì)算路段理想行程時間之和為3.1 h，由式(7)可得φ=1.4。則各路段行程時間閾值θ見表7。

(2)路段通行能力生成。假設(shè)各路段通行能力服從均勻分布，機(jī)動路線各路段通行能力上、下限見表6。運(yùn)用Matlab生成路段通行能力隨機(jī)矩陣。以路段1為例，生成100×100路段通行能力隨機(jī)矩陣，Matlab程序代碼：c1=unifrnd(5 000，7 500，100，100)。

(3)路段流量生成。假設(shè)各路段流量服從正態(tài)分布，各路段流量平均值和標(biāo)準(zhǔn)差見表6。運(yùn)用Matlab生成路段流量隨機(jī)矩陣。以路段1為例，生成100×100路段流量隨機(jī)矩陣，Matlab程序代碼為：q1=2 000+1 550·randn(100，100)。

(4)路段行程時間可靠性求解。參考表4，計(jì)算各路段理想行程時間(見表6)。確定路段降雨等級，查找降雨條件下理想行程時間與路段通行能力修正系數(shù)，根據(jù)式(5)計(jì)算路段行程時間。將路段行程時間與其閾值比較，統(tǒng)計(jì)行程時間符合ta≤θ要求的樣本總數(shù)，根據(jù)符合要求的樣本數(shù)與總樣本數(shù)計(jì)算各路段行程時間可靠性Ra，Ra=na/N。各路段行程時間可靠性見表7，給出降雨條件下與日常情況下各路段行程時間可靠性。

表7　機(jī)動路線各路段行程時間可靠性

表8　機(jī)動路線各路段行程時間可靠性模擬結(jié)果誤差

3.4降雨條件對路段行程時間可靠性影響程度分析

通過對機(jī)動分隊(duì)某摩步營行程時間可靠性計(jì)算結(jié)果分析，可知機(jī)動分隊(duì)某摩步營機(jī)動路段行程時間可靠性大小。而降雨條件對行程時間可靠性影響程度仍需進(jìn)一步分析。以下通過計(jì)算降雨條件下部隊(duì)公路機(jī)動延誤時間，根據(jù)延誤時間分析降雨條件對路段行程時間可靠性影響程度。行程時間可靠性影響程度與延誤時間成正比關(guān)系。表9為降雨條件對路段行程時間可靠性影響程度分析。

表9　主要因素對路段行程時間可靠性影響程度量化

參考部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性計(jì)算結(jié)果，預(yù)測降雨條件下路段行程時間，合理安排部隊(duì)公路機(jī)動行程，提高部隊(duì)公路機(jī)動方案合理性。針對降雨及交通流量影響程度，采取有效措施，降低降雨及交通流量對部隊(duì)公路機(jī)動的影響，提高行程時間可靠性，提高部隊(duì)公路機(jī)動效率。

4　結(jié)　語

本文對降雨條件對部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性的影響進(jìn)行了深入分析，構(gòu)建部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性模型，通過蒙特卡羅仿真法對部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性模型求解和實(shí)例對行程時間可靠性進(jìn)行分析，論證了降雨條件下部隊(duì)公路機(jī)動行程時間可靠性模型的有效性，可為降雨條件部隊(duì)公路機(jī)動決策提供參考。

[1]ASAKURA Y，KASHIWADANIM．road network reliability caused by daily fluctuation of traffic flow[C]．Proceedings of 19th PTR Summer Annual Meeting Brighton，1991：73-78．

[2]王婧．雨天高速公路網(wǎng)行程時間可靠性評價方法[J]．交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2011，11(6)：117-114．

[3]王曉華．景觀河湖汛期雨水優(yōu)化調(diào)度的研究[D]．天津：天津大學(xué)，2007．

[4]總后勤部軍事交通運(yùn)輸部.聯(lián)合投送案例匯編(2007-2013)[M]．北京：總后勤部軍事交通運(yùn)輸部，2014.

[5]邵春福．交通規(guī)劃原理[M]．北京：中國鐵道出版社，2004：175．

[6]張野鵬．軍事運(yùn)籌學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2006：369．

(編輯：閆曉楓)

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本刊編輯部

Impact of Rainfall on Travel Time Reliability of Road Mobile of Troops

ZHOU Wei1, JIANG Yiwei2

(1.National Defense Mobilization Department, Nanjing Army Command College, Nanjing 210045, China;2.Postgraduate Training Brigade, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

The road mobile of troops has direct impact on the generation of fighting force and its travel time reliability determines the effectiveness of the latter. In this paper, travel time reliability of the road mobile of troops under rainfall is studied. Through regression analysis, the modified coefficient of ideal travel time between road mobile of troops and road capacity is obtained and the model of travel time reliability is built and solved with Monte Carlo. The result is of reference value to the decision-making concerning road mobile of troops under rainfall.

rainfall；road mobile of troops；travel time reliability

2015-11-25；

2016-01-04．

周偉(1990—)，男，碩士,助教．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.05.006

U492

A

1674-2192(2016)05- 0024- 05