CN113112137A - 一种互通立交匝道线形安全性评价方法 - Google Patents

一种互通立交匝道线形安全性评价方法 Download PDF

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CN113112137A CN202110351288.7A CN202110351288A CN113112137A CN 113112137 A CN113112137 A CN 113112137A CN 202110351288 A CN202110351288 A CN 202110351288A CN 113112137 A CN113112137 A CN 113112137A
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Abstract

本发明公开了一种互通立交匝道线形安全性评价方法，包括：建立互通立交匝道线形安全性评价模型，并确定评价指标；采集用于评价互通立交匝道线形安全性的数据信息，对所述数据信息进行处理，得到各评价指标的评分；以及根据层次分析法确定所述互通立交匝道线形安全性评价体系中评价指标之间的权重；基于所述互通立交匝道线形安全性评价体系中评价指标之间的评分和权重，得到所述互通立交匝道线形安全性评价结果。本发明解决了现有互通立交匝道设计时未能综合、定量考虑匝道安全性的不足，同时本发明方法简单方便，有助于设计人员更好的把握匝道设计线形的质量，从而更有针对性地对设计方案进行安全性评价、比选与优化。

Description

一种互通立交匝道线形安全性评价方法
技术领域
本发明属于交通工程技术领域，具体涉及一种互通立交匝道线形安全性评价方法。
背景技术
根据数据资料显示，高速公路交通事故严重程度远远高于普通公路；且与普通路段相比，互通式立交的事故数量更多，严重程度更高，而匝道尤其成为事故多发段。如果加减速不及时，会产生运行速度不协调、驾驶员心理紧张等影响驾驶安全的因素，轻则导致追尾、重则引发翻车等严重事故。同时受现场条件及环境等限制，匝道的技术评价指标往往较低，线形组合较差，造成车辆运行条件复杂。互通匝道的安全性很大程度上取决于匝道线形的安全程度。
高速公路互通匝道路段的事故往往是“人、车、路、环境”这四个因素综合作用的结果，因而匝道线形的安全性不能完全由单一方面确定完成。对于互通匝道线形的安全评价，目前的方法都是从单一方面研究的，没有考虑多因素共同作用的结果，没有建立综合的、系统的安全评价评价指标体系。这对于互通立交设计角度来说，存在一定安全隐患，不具有普适性，也忽略了多因素之间的关联性。因此需要一种能够综合、准确、定量地评价互通匝道线形安全性的方法。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种互通立交匝道线形安全性评价方法，综合运行速度、空间线形、视距和驾驶员生理心理多因素多角度，建立定量、系统、综合的匝道线形安全评价模型，能够对互通立交匝道线形安全性进行定量、简洁、有效的综合评价。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种互通立交匝道线形安全性评价方法，具体包括如下步骤：
建立互通立交匝道线形安全性评价模型，所述评价模型包括三层，分别是目标层、准则层和指标层，并确定评价模型每一层各自对应的评价指标；
采集指标层用于评价互通立交匝道线形安全性的基础数据信息，对所述基础数据信息进行处理，得到指标层每一项评价指标的评分；
根据层次分析法确定所述指标层和准则层各自对应的评价指标的权重；
基于指标层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到所述准则层各项评价指标的评分；
基于准则层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到目标层评价指标的评分结果，即所述互通立交匝道线形安全性评价结果。
进一步地，确定互通立交匝道线形安全性评价模型每一层各自对应的评价指标，包括：
目标层即为互通立交匝道线形安全性评价指标；
准则层包括4项评价指标，分别是运行速度协调性、空间线形一致性、视距以及驾驶员生心理；
指标层为所述准则层中每一项评价指标各自对应的细化分类指标；
所述运行速度协调性的细化分类指标包括：运行速度与设计速度差值、相邻路段运行速度差值比值、运行速度梯度和不同车型速度离散率；
所述空间线形一致性的细化分类指标包括：曲率差和挠度差；
所述视距的细化分类指标即自身；
所述驾驶员生心理的细化分类指标即自身。
进一步地，所述采集指标层用于评价互通立交匝道线形安全性的基础数据信息，对所述基础数据信息进行处理，得到指标层每一项评价指标的评分，包括：
采集待评价匝道的基础数据信息，包括匝道设计数据信息与交通数据信息；
将待评价匝道划分为n个分路段，统计每个分路段上不同车型车辆的动态平均数量，通过下式计算指标层各项评价指标的评分；计算公式如下：
Figure BDA0003002435950000021
式中，S为指标层中不同评价指标的评分；rc为待评价匝道小型车辆占全部车辆的比例；pc为小型车辆在待评价匝道上不同分路段的评分；rt为待评价匝道大型车辆占全部车辆的比例；pt为大型车辆在待评价匝道上不同分路段的评分；
其中，pc和pt是由指标层中各项评价指标的基础数据信息归一化处理得到的。
进一步地，所述pc和pt是由指标层中各项评价指标的基础数据信息归一化处理得到的，包括：
根据指标层评价指标对各自对应的上层评价指标的影响程度，为指标层中评价指标设置各自对应的评分标准；
根据指标层评价指标各自对应的评分标准，得到不同车型在不同分路段上指标层评价指标各自对应的评分；
其中，运行速度与设计速度差值的评分标准如下：
运行速度与设计速度差值用|Δv|表示：
|Δv|＝|v85-vd|
式中：|Δv|为运行速度与设计速度差值绝对值，单位km/h；v85为运行速度，单位km/h；vd为设计速度，单位km/h；
则当|Δv|≤10km/(h·m)时，评分值为1；
当10km/(h·m)＜|Δv|≤20km/(h·m)时，评分值为
Figure BDA0003002435950000031
当|Δv|＞20km/(h·m)时，评分值为0；
相邻路段运行速度差值比值的评分标准如下：
相邻路段运行速度差值比值用Rv表示：
Figure BDA0003002435950000032
式中：Rv为相邻路段运行速度差值比值；Δv85为路段起、终点运行速度的差值，单位km/h；
则当Rv≤0.1时，评分值为1；
当0.1＜Rv≤0.2时，评分值为0.5；
当Rv＞0.2时，评分值为
Figure BDA0003002435950000033
运行速度梯度的评分标准如下：
运行速度梯度用|ΔIv|表示：
Figure BDA0003002435950000034
式中：|ΔIv|为运行速度梯度绝对值，单位km/h；L为各个分路段长度，单位m；
则当|ΔIv|≤10km/(h·m)时，评分值为1；
当10km/(h·m)＜|ΔIv|≤15km/(h·m)时，评分值为
Figure BDA0003002435950000035
当|ΔIv|＞15km/(h·m)时，评分值为0；
不同车型速度离散率的评分标准如下：
不同车型速度离散率用Dv表示：
Figure BDA0003002435950000041
式中，Dv为不同车型速度离散率；mi为匝道各断面不同车型速度差值，单位km/h；
Figure BDA0003002435950000042
为匝道各断面不同车型速度差均值，单位km/h；
则当Dv≤0.46时，评分值为1；
当0.46＜Dv≤0.54时，评分值为
Figure BDA0003002435950000043
当Dv＞0.54时，评分值为0；
曲率差的评分标准如下：
曲率差用
Figure BDA0003002435950000044
表示，则当
Figure BDA0003002435950000045
时，评分值为1；
当
Figure BDA0003002435950000046
时，评分值为
Figure BDA0003002435950000047
当
Figure BDA0003002435950000048
时，评分值为0；
挠度差的评分标准如下：
挠率差用
Figure BDA0003002435950000049
表示，则当
Figure BDA00030024359500000410
时，评分值为1；
当
Figure BDA00030024359500000411
时，评分值为
Figure BDA00030024359500000412
当
Figure BDA00030024359500000413
时，评分值为0；
视距的评分标准如下：
视距用Ks表示：
Figure BDA00030024359500000414
式中，Ks为视距；S为运行速度下计算的停车视距；S′为设计速度下计算的停车视距；其中，所述停车视距S是由不同车型计算得到，大型车辆在运行速度下计算的停车视距如下：
Figure BDA00030024359500000415
式中，Sb为大型车辆在运行速度下计算的停车视距，单位m；t为驾驶员识别反应时间；g为重力加速度；f为纵向摩阻系数；i为路线纵坡坡度；
小型车辆在运行速度下计算的停车视距如下：
Figure BDA00030024359500000416
式中，Sc为小型车辆在运行速度下计算的停车视距，单位m；
则当Ks≤0时，评分值为1；
当0＜Ks≤1.5时，评分值为
Figure BDA0003002435950000051
当Ks＞1.50时，评分值为0；
驾驶员生心理的评分标准如下：
驾驶员生心理用Δ表示：
Δ＝Δ[β/(α+θ)]＝5.29×10-6R-2.703e0.132iih 0.051v85 6.008
式中，Δ为驾驶员生心理；Δ[β/(α+θ)]为脑电波功率比值β/(α+θ)的增率；R为平曲线半径，单位m；ih为曲线高横坡坡度，单位％；
则当Δ≤40％时，评分值为1；
当40％＜Δ≤76％时，评分值为
Figure BDA0003002435950000052
当Δ＞76％时，评分值为0。
进一步地，根据层次分析法确定所述指标层和准则层各自对应的评价指标的权重，所述层次分析法如下：
(1)构建两两判断矩阵，包括：
根据位于同一层级的各评价指标相对于其对应的上层评价指标的重要程度，构建两两判断矩阵A，矩阵A的元素满足关系式
Figure BDA0003002435950000053
其中，Aij和Aji分别表示矩阵元素，Aij表示矩阵中第i行第j列的元素，同样Aji表示矩阵中第j列第i行的元素；
(2)对判断矩阵进行一致性检验，包括：
计算判断矩阵A的一致性检验指标值：
Figure BDA0003002435950000054
式中，CR为判断矩阵A的一致性检验指标值；λ为判断矩阵A的最大特征值；n为判断矩阵A的阶数；RI为一致性检验指标值CR的自由度，当n＝1，2，4时，对应的RI＝0，0，0.9；
若判断矩阵A的一致性检验指标值CR＜0.1时，则表示判断矩阵A的一致性符合要求；否则表示不符合要求，返回步骤(1)重新构建判断矩阵A；
(3)计算各评价指标的权重，包括：
对判断矩阵A按列进行规范：
Figure BDA0003002435950000055
对规范后的判断矩阵A按行相加得到和数：
Figure BDA0003002435950000061
计算权重：
Figure BDA0003002435950000062
进一步地，所述基于指标层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到所述准则层各项评价指标的评分，方法如下：
准则层每一项评价指标的评分，由其所有的细化分类指标的评分以及细化分类指标对应的权值得到，具体为先求得每一个细化分类指标的评分与自身的权值之乘积，再对所有乘积求和，从而得到该项评价指标的评分；
其中，所述运行速度协调性的评分如下：
S1＝w11S11+w12S12+w13S13+w14S14
式中，S1为运行速度协调性的评分；w11为运行速度与设计速度差值的权重；S11为运行速度与设计速度差值的评分；w12为相邻路段运行速度差值比值的权重；S12为相邻路段运行速度差值比值的评分；w13为运行速度梯度的权重；S13为运行速度梯度的评分；w14为不同车型速度离散率的权重；S14为不同车型速度离散率的评分；
所述空间线形一致性的评分如下：
S2＝w21S21+w22S22
式中，S2为空间线形一致性的评分；w21为曲率差的权重；S21为曲率差的评分；w22为挠度差的权重；S22为挠度差的评分；
所述视距的评分S3即为指标层下该项评价指标的评分；
所述驾驶员生心理的评分S4即为指标层下该项评价指标的评分。
进一步地，基于准则层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到目标层评价指标的评分结果，即所述互通立交匝道线形安全性评价结果，方法如下：
目标层评价指标的评分，由准则层各项评价指标的评分以及指标对应的权值得到，具体为先求得准则层各项评价指标的评分与自身的权值之乘积，再对所有乘积求和，从而得到该项评价指标的评分，计算公式如下：
RSI＝w1S1+w2S2+w3S3+w4S4
式中，RSI为目标层评价指标的评分，即互通立交匝道线形安全性评价指标的评分；w1为运行速度协调性的评分；w2为空间线形一致性的评分；w3为视距的评分；w4为驾驶员生心理的评分。
有益效果：与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益技术效果：
本发明从运行速度协调性、空间线形一致性、视距以及驾驶员生心理四个方面，提出八个子指标建立相应综合评价模型，对匝道线形安全性进行定量评价。与现有技术相比，本发明在现有技术的基础上解决了现有互通立交设计时未能综合、定量考虑匝道安全性的不足，同时本发明公开的方法简单、方便，有助于设计人员更好的把握匝道设计线形的质量，从而更有针对性地对设计方案进行安全性评价，方案比选与优化。
附图说明
图1是一个实施例下本发明所述方法的流程框图；
图2是一个实施例下本发明建立互通立交匝道线形安全性评价模型示意图；
图3是一个实施例下本发明所采用实施例匝道平面设计图；
图4是一个实施例下本发明所采用实施例匝道纵断面设计图；
图5是一个实施例下本发明所采用实施例匝道预测运行速度图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
参考图1和图2，本发明所述的一种互通立交匝道线形安全性评价方法，具体包括如下步骤：
建立互通立交匝道线形安全性评价模型，所述评价模型包括三层，分别是目标层、准则层和指标层，并确定评价模型每一层各自对应的评价指标；
采集指标层用于评价互通立交匝道线形安全性的基础数据信息，对所述基础数据信息进行处理，得到指标层每一项评价指标的评分；
根据层次分析法确定所述指标层和准则层各自对应的评价指标的权重；
基于指标层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到所述准则层各项评价指标的评分；
基于准则层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到目标层评价指标的评分结果，即所述互通立交匝道线形安全性评价结果。
进一步地，确定互通立交匝道线形安全性评价模型每一层各自对应的评价指标，包括：
目标层即为互通立交匝道线形安全性评价指标；
准则层包括4项评价指标，分别是运行速度协调性、空间线形一致性、视距以及驾驶员生心理；
指标层为所述准则层中每一项评价指标各自对应的细化分类指标；
所述运行速度协调性的细化分类指标包括：运行速度与设计速度差值、相邻路段运行速度差值比值、运行速度梯度和不同车型速度离散率；
所述空间线形一致性的细化分类指标包括：曲率差和挠度差；
所述视距的细化分类指标即自身；
所述驾驶员生心理的细化分类指标即自身。
进一步地，所述采集指标层用于评价互通立交匝道线形安全性的基础数据信息，对所述基础数据信息进行处理，得到指标层每一项评价指标的评分，包括：
采集待评价匝道的基础数据信息，包括匝道设计数据信息与交通数据信息；
将待评价匝道划分为n个分路段，统计每个分路段上不同车型车辆的动态平均数量，通过下式计算指标层各项评价指标的评分；计算公式如下：
Figure BDA0003002435950000081
式中，S为指标层中不同评价指标的评分；rc为待评价匝道小型车辆占全部车辆的比例；pc为小型车辆在待评价匝道上不同分路段的评分；rt为待评价匝道大型车辆占全部车辆的比例；pt为大型车辆在待评价匝道上不同分路段的评分；
其中，pc和pt是由指标层中各项评价指标的基础数据信息归一化处理得到的，包括：
根据指标层评价指标对各自对应的上层评价指标的影响程度，为指标层中评价指标设置各自对应的评分标准；
根据指标层评价指标各自对应的评分标准，得到不同车型在不同分路段上指标层评价指标各自对应的评分；
具体地，所述运行速度与设计速度差值在分路段上的评分，具体包括：
运行速度与设计速度的差值大小，在一定程度上反映了匝道线形与设计要求的符合程度，也反映了匝道线形的连续性和安全性。运行速度与设计速度差值用|Δv|表示：
|Δv|＝|v85-vd|
式中：|Δv|为运行速度与设计速度差值绝对值，单位km/h；v85为运行速度，单位km/h；vd为设计速度，单位km/h；
运行速度与设计速度差值在分路段上的评分如表1所示：
表1运行速度与设计速度差值绝对值|Δv|在分路段上的评分标准
Figure BDA0003002435950000082
Figure BDA0003002435950000091
所述相邻路段运行速度差值比值在分路段上的评分，具体包括：
相邻路段运行速度差值比值反映了相邻路段运行速度变化剧烈程度，相邻路段运行速度差值比值用Rv表示：
Figure BDA0003002435950000092
式中：Rv为相邻路段运行速度差值比值；Δv85为路段起、终点运行速度的差值，单位km/h；
当Rv较大时，表明相邻路段运行速度变化剧烈，车辆运行速度不协调，对行车安全影响较大；反之，当Rv值较小时，表明运行速度变化幅度较小，速度协调性较好，线形较为连续；相邻路段运行速度差值比值在分路段上的评分如表2所示：
表2运行速度差值比值Rv在分路段上的评分标准
Figure BDA0003002435950000093
所述运行速度梯度指的是一定长度路段前后运行速度的变化值，考虑运行速度梯度指标后，运行速度评价更为贴近实际，同时有利于找出匝道线形安全条件较差的路段。运行速度梯度在分路段上的评分，具体包括：
运行速度梯度用|ΔIv|表示：
Figure BDA0003002435950000094
式中：|ΔIv|为运行速度梯度绝对值，单位km/h；L为各个分路段长度，单位m；
相邻路段运行速度差值比值在分路段上的评分如表3所示：
表3运行速度梯度绝对值|ΔIv|在分路段上的评分标准
Figure BDA0003002435950000095
Figure BDA0003002435950000101
大型车辆和小型车辆在匝道上是混合行驶的，由于荷载、体积相对较大，大型车辆的动力性能无法与小型车辆相比相差较大，两者之间存在一定的速度差。根据研究发现，不同车型速度离散率与事故率呈正比关系，故计算不同车型速度离散率来研究对事故率的影响。不同车型速度离散率在分路段上的评分，具体包括：
不同车型速度离散率用Dv表示：
Figure BDA0003002435950000102
式中，Dv为不同车型速度离散率；mi为匝道各断面不同车型速度差值，单位km/h；
Figure BDA0003002435950000103
为匝道各断面断面不同车型速度差均值，单位km/h；
不同车型速度离散率在分路段上的评分如表4所示：
表4不同车型速度离散率Dv在分路段上的评分标准
Figure BDA0003002435950000104
结合现有国内外研究成果，从三维欧式空间的曲线论出发，分析空间曲线基本几何不变量曲率差、挠率差对行车安全的影响；同时根据匝道不同曲率差和挠度差与事故率之间的相关性模型，确定所述曲率差和挠率差在分路段上的评分，具体包括：
曲率差用
Figure BDA0003002435950000105
表示，曲率差在分路段上的评分如表5所示：
表5曲率差在分路段上的评分标准
Figure BDA0003002435950000106
挠率差用
Figure BDA0003002435950000107
表示，挠率差在分路段上的评分如表6所示：
表6挠率差在分路段上的评分标准
Figure BDA0003002435950000111
所述视距在分路段上的评分，具体包括：
利用匝道停车视距的相对比值定量评价视距，视距用Ks表示，计算如下：
Figure BDA0003002435950000112
式中，Ks为视距评价指标；S为运行速度下计算的停车视距；S′为设计速度下计算的停车视距；其中，所述停车视距根据不同车型计算得到，大型车辆在运行速度下的视距如下：
Figure BDA0003002435950000113
式中，Sb为大型车辆停车视距，单位m；t为驾驶员识别反应时间；g为重力加速度，取9.8m/s2；f为纵向摩阻系数，按照运行速度和具体路面情况选择。
小型车辆在运行速度下的视距如下：
Figure BDA0003002435950000114
式中，Sc为小型车辆停车视距，单位m；
由于匝道的设计速度较低，运行速度一般会比设计速度大很多。根据实际车速调查统计，设计速度40km/h的匝道上，运行速度大于40km/h的车辆占86.7％，运行速度大于60km/h的车辆占22.9％。视距评价指标Ks表示设计的停车视距和实际运行条件下需求的停车视距的差距水平。当Ks大于0时，表明设计视距小于需求视距，即视距不足，此时可能会影响行车安全；当Ks小于0时，说明可以满足实际视距要求，匝道线形安全程度较高。视距评价指标在分路段上的评分如表7所示：
表7视距评价指标在分路段上的评分标准
Figure BDA0003002435950000115
Figure BDA0003002435950000121
结合现有国内外研究成果，驾驶员生心理评价指标采用参数Δ[β/(α+θ)]，简称Δ描述驾驶员在匝道上行驶的紧张度。由于影响驾驶员紧张度的各指标之间也互相影响，采用驾驶员生心理紧张度与各线形指标及运行速度的回归模型，模型如下：
Δ＝5.29×10-6R-2.703e0.132iih 0.051v85 6.008
式中：Δ为脑电波功率比值β/(α+θ)的增率；R为平曲线半径，单位mih为曲线高横坡坡度，单位％；
驾驶员生心理评价指标在分路段上的评分如表8所示：
表8驾驶员生心理评价指标在分路段上的评分标准
Figure BDA0003002435950000122
进一步地，得到指标层每一项评价指标在待评价匝道上的评分，如表9所示：
表9指标层各项评价指标的评分标准表
Figure BDA0003002435950000123
Figure BDA0003002435950000131
根据层次分析法确定所述指标层和准则层各自对应的评价指标的权重，所述层次分析法如下：
(1)构建两两判断矩阵，包括：
根据位于同一层级的各评价指标相对于其对应的上层评价指标的重要程度，构建两两判断矩阵A，矩阵A的元素满足关系式
Figure BDA0003002435950000132
其中，Aij和Aji分别表示矩阵元素，Aij表示矩阵中第i行第j列的元素，同样Aji表示矩阵中第j列第i行的元素；
(2)对判断矩阵进行一致性检验，包括：
计算判断矩阵A的一致性检验指标值：
Figure BDA0003002435950000133
式中，CR为判断矩阵A的一致性检验指标值；λ为判断矩阵A的最大特征值；n为判断矩阵A的阶数；RI为一致性检验指标值CR的自由度，当n＝1，2，4时，对应的RI＝0，0，0.9；
若判断矩阵A的一致性检验指标值CR＜0.1时，则表示判断矩阵A的一致性符合要求；否则表示不符合要求，返回步骤(1)重新构建判断矩阵A；
(3)计算各评价指标的权重，包括：
对判断矩阵A按列进行规范：
Figure BDA0003002435950000134
对规范后的判断矩阵A按行相加得到和数：
Figure BDA0003002435950000135
计算权重：
Figure BDA0003002435950000141
本实施例下，计算得到的匝道线形安全评价模型中各指标权重分配如下：
指标层各项评价指标的权重结果：运行速度与设计速度差值的权重为0.365，相邻路段运行速度差值比值的权重为0.234，运行速度梯度的权重为0.278，不同车型速度离散率的权重为0.124；
曲率差的权重为0.333，挠率差的权重为0.667；
因为视距和驾驶员生心理的细化分类指标均为各自本身，所以指标层下视距和驾驶员生心理的权重均为1。
准则层各项评价指标权重分配结果如下：运行速度协调性评价指标的权重为0.506，空间线形一致性评价指标的权重为0.264，视距评价指标的权重为0.143以及驾驶员生心理评价指标的权重为0.087。
进一步地，所述基于指标层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到所述准则层各项评价指标的评分，方法如下：
准则层每一项评价指标的评分，由其所有的细化分类指标的评分以及细化分类指标对应的权值得到，具体为先求得每一个细化分类指标的评分与自身的权值之乘积，再对所有乘积求和，从而得到该项评价指标的评分；
其中，所述运行速度协调性的评分如下：
S1＝w11S11+w12S12+w13S13+w14S14
式中，S1为运行速度协调性的评分；w11为运行速度与设计速度差值的权重；S11为运行速度与设计速度差值的评分；w12为相邻路段运行速度差值比值的权重；S12为相邻路段运行速度差值比值的评分；w13为运行速度梯度的权重；S13为运行速度梯度的评分；w14为不同车型速度离散率的权重；S14为不同车型速度离散率的评分；
所述空间线形一致性的评分如下：
S2＝w21S21+w22S22
式中，S2为空间线形一致性的评分；w21为曲率差的权重；S21为曲率差的评分；w22为挠度差的权重；S22为挠度差的评分；
因为指标层下所述视距和驾驶员生心理的权重均为1，则视距的评分S3即为指标层下该项评价指标的评分；
驾驶员生心理的评分S4即为指标层下该项评价指标的评分。
进一步地，基于准则层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到目标层评价指标的评分结果，即所述互通立交匝道线形安全性评价结果，方法如下：
目标层评价指标的评分，由准则层各项评价指标的评分以及指标对应的权值得到，具体为先求得准则层各项评价指标的评分与自身的权值之乘积，再对所有乘积求和，从而得到该项评价指标的评分，计算公式如下：
RSI＝w1S1+w2S2+w3S3+w4S4
式中，RSI为目标层评价指标的评分，即互通立交匝道线形安全性评价指标的评分；w1为运行速度协调性的评分；w2为空间线形一致性的评分；w3为视距的评分；w4为驾驶员生心理的评分。
参考图3与图4，某互通立交匝道的平面与纵断面设计资料，根据设计资料并结合《公路项目安全性评价规范》附录B相应运行速度预测计算方法，得到匝道不同桩号断面运行速度变化情况，参考图5。根据前期采集的匝道设计数据信息与交通数据信息，得到不同车型车辆占全部车辆的比例分别为rc＝0.7、rt＝0.3，进而得到评价指标的评分如表10所示：
表10目标层和准则层的中评价指标的评分结果
Figure BDA0003002435950000151
根据不同设计方案下互通立交匝道线形安全性评价结果，可以对设计方案进行安全性评价、比选与优化。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种互通立交匝道线形安全性评价方法，其特征在于，包括：
建立互通立交匝道线形安全性评价模型，所述评价模型包括三层，分别是目标层、准则层和指标层，并确定评价模型每一层各自对应的评价指标；
采集指标层用于评价互通立交匝道线形安全性的基础数据信息，对所述基础数据信息进行处理，得到指标层每一项评价指标的评分；
根据层次分析法确定所述指标层和准则层各自对应的评价指标的权重；
基于指标层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到所述准则层各项评价指标的评分；
基于准则层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到目标层评价指标的评分结果，即所述互通立交匝道线形安全性评价结果。
2.根据权利要求1所述的一种互通立交匝道线形安全性评价方法，其特征在于，确定互通立交匝道线形安全性评价模型每一层各自对应的评价指标，包括：
目标层即为互通立交匝道线形安全性评价指标；
准则层包括4项评价指标，分别是运行速度协调性、空间线形一致性、视距以及驾驶员生心理；
指标层为所述准则层中每一项评价指标各自对应的细化分类指标；
所述运行速度协调性的细化分类指标包括：运行速度与设计速度差值、相邻路段运行速度差值比值、运行速度梯度和不同车型速度离散率；
所述空间线形一致性的细化分类指标包括：曲率差和挠度差；
所述视距的细化分类指标即自身；
所述驾驶员生心理的细化分类指标即自身。
3.根据权利要求2所述的一种互通立交匝道线形安全性评价方法，其特征在于，所述采集指标层用于评价互通立交匝道线形安全性的基础数据信息，对所述基础数据信息进行处理，得到指标层每一项评价指标的评分，包括：
采集待评价匝道的基础数据信息，包括匝道设计数据信息与交通数据信息；
将待评价匝道划分为n个分路段，统计每个分路段上不同车型车辆的动态平均数量，通过下式计算指标层各项评价指标的评分；计算公式如下：
Figure FDA0003002435940000011
式中，S为指标层中不同评价指标的评分；rc为待评价匝道小型车辆占全部车辆的比例；pc为小型车辆在待评价匝道上不同分路段的评分；rt为待评价匝道大型车辆占全部车辆的比例；pt为大型车辆在待评价匝道上不同分路段的评分；
其中，pc和pt是由指标层中各项评价指标的基础数据信息归一化处理得到的。
4.根据权利要求3所述的一种互通立交匝道线形安全性评价方法，其特征在于，所述pc和pt是由指标层中各项评价指标的基础数据信息归一化处理得到的，包括：
根据指标层评价指标对各自对应的上层评价指标的影响程度，为指标层中评价指标设置各自对应的评分标准；
根据指标层评价指标各自对应的评分标准，得到不同车型在不同分路段上指标层评价指标各自对应的评分；
其中，运行速度与设计速度差值的评分标准如下：
运行速度与设计速度差值用|Δv|表示：
|Δv|＝|v85-vd|
式中：|Δv|为运行速度与设计速度差值绝对值，单位km/h；v85为运行速度，单位km/h；vd为设计速度，单位km/h；
则当|Δv|≤10km/(h·m)时，评分值为1；
当10km/(h·m)<|Δv|≤20km/(h·m)时，评分值为
Figure FDA0003002435940000021
当|Δv|>20km/(h·m)时，评分值为0；
相邻路段运行速度差值比值的评分标准如下：
相邻路段运行速度差值比值用Rv表示：
Figure FDA0003002435940000022
式中：Rv为相邻路段运行速度差值比值；Δv85为路段起、终点运行速度的差值，单位km/h；
则当Rv≤0.1时，评分值为1；
当0.1<Rv≤0.2时，评分值为0.5；
当Rv>0.2时，评分值为
Figure FDA0003002435940000023
运行速度梯度的评分标准如下：
运行速度梯度用|ΔIv|表示：
Figure FDA0003002435940000031
式中：|ΔIv|为运行速度梯度绝对值，单位km/h；L为各个分路段长度，单位m；
则当|ΔIv|≤10km/(h·m)时，评分值为1；
当10km/(h·m)<|ΔIv|≤15km/(h·m)时，评分值为
Figure FDA0003002435940000032
当|ΔIv|>15km/(h·m)时，评分值为0；
不同车型速度离散率的评分标准如下：
不同车型速度离散率用Dv表示：
Figure FDA0003002435940000033
式中，Dv为不同车型速度离散率；mi为匝道各断面不同车型速度差值，单位km/h；
Figure FDA0003002435940000034
为匝道各断面不同车型速度差均值，单位km/h；
则当Dv≤0.46时，评分值为1；
当0.46<Dv≤0.54时，评分值为
Figure FDA0003002435940000035
当Dv>0.54时，评分值为0；
曲率差的评分标准如下：
曲率差用
Figure FDA0003002435940000036
表示，则当
Figure FDA0003002435940000037
时，评分值为1；
当
Figure FDA0003002435940000038
时，评分值为
Figure FDA0003002435940000039
当
Figure FDA00030024359400000310
时，评分值为0；
挠度差的评分标准如下：
挠率差用
Figure FDA00030024359400000311
表示，则当
Figure FDA00030024359400000312
时，评分值为1；
当
Figure FDA00030024359400000313
时，评分值为
Figure FDA00030024359400000314
当
Figure FDA00030024359400000315
时，评分值为0；
视距的评分标准如下：
视距用Ks表示：
Figure FDA00030024359400000316
式中，Ks为视距；S为运行速度下计算的停车视距；S′为设计速度下计算的停车视距；其中，所述停车视距S是由不同车型计算得到，大型车辆在运行速度下计算的停车视距如下：
Figure FDA0003002435940000041
式中，Sb为大型车辆在运行速度下计算的停车视距，单位m；t为驾驶员识别反应时间；g为重力加速度；f为纵向摩阻系数；i为路线纵坡坡度；
小型车辆在运行速度下计算的停车视距如下：
Figure FDA0003002435940000042
式中，Sc为小型车辆在运行速度下计算的停车视距，单位m；
则当Ks≤0时，评分值为1；
当0<Ks≤1.5时，评分值为
Figure FDA0003002435940000043
当Ks>1.50时，评分值为0；
驾驶员生心理的评分标准如下：
驾驶员生心理用Δ表示：
Δ＝Δ[β/3α+θ)]＝5.29×10-6R-2.703e0.132ii0.051v85 6.008
式中，Δ为驾驶员生心理；Δ[β/3α+θ)]为脑电波功率比值β/3α+θ)的增率；R为平曲线半径，单位m；ih为曲线高横坡坡度，单位％；
则当Δ≤40％时，评分值为1；
当40％<Δ≤76％时，评分值为
Figure FDA0003002435940000044
当Δ>76％时，评分值为0。
5.根据权利要求1所述的一种互通立交匝道线形安全性评价方法，其特征在于，根据层次分析法确定所述指标层和准则层各自对应的评价指标的权重，所述层次分析法如下：
(1)构建两两判断矩阵，包括：
根据位于同一层级的各评价指标相对于其对应的上层评价指标的重要程度，构建两两判断矩阵A，矩阵A的元素满足关系式
Figure FDA0003002435940000045
其中，Aij和Aji分别表示矩阵元素，Aij表示矩阵中第i行第j列的元素，同样Aji表示矩阵中第j列第i行的元素；
(2)对判断矩阵进行一致性检验，包括：
计算判断矩阵A的一致性检验指标值：
Figure FDA0003002435940000051
式中，CR为判断矩阵A的一致性检验指标值；λ为判断矩阵A的最大特征值；n为判断矩阵A的阶数；RI为一致性检验指标值CR的自由度，当n＝1,2,4时，对应的RI＝0,0,0.9；
若判断矩阵A的一致性检验指标值CR<0.1时，则表示判断矩阵A的一致性符合要求；否则表示不符合要求，返回步骤(1)重新构建判断矩阵A；
(3)计算各评价指标的权重，包括：
对判断矩阵A按列进行规范：
Figure FDA0003002435940000052
对规范后的判断矩阵A按行相加得到和数：
Figure FDA0003002435940000053
计算权重：
Figure FDA0003002435940000054
6.根据权利要求2所述的一种互通立交匝道线形安全性评价方法，其特征在于，所述基于指标层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到所述准则层各项评价指标的评分，方法如下：
准则层每一项评价指标的评分，由其所有的细化分类指标的评分以及细化分类指标对应的权值得到，具体为先求得每一个细化分类指标的评分与自身的权值之乘积，再对所有乘积求和，从而得到该项评价指标的评分；
其中，所述运行速度协调性的评分如下：
S1＝w11S11+w12S12+w13S13+w14S14
式中，S1为运行速度协调性的评分；w11为运行速度与设计速度差值的权重；S11为运行速度与设计速度差值的评分；w12为相邻路段运行速度差值比值的权重；S12为相邻路段运行速度差值比值的评分；w13为运行速度梯度的权重；S13为运行速度梯度的评分；w14为不同车型速度离散率的权重；S14为不同车型速度离散率的评分；
所述空间线形一致性的评分如下：
S2＝w21S21+w22S22
式中，S2为空间线形一致性的评分；w21为曲率差的权重；S21为曲率差的评分；w22为挠度差的权重；S22为挠度差的评分；
所述视距的评分S3即为指标层下该项评价指标的评分；
所述驾驶员生心理的评分S4即为指标层下该项评价指标的评分。
7.根据权利要求6所述的一种互通立交匝道线形安全性评价方法，其特征在于，基于准则层每一项评价指标各自对应的评分和权重，得到目标层评价指标的评分结果，即所述互通立交匝道线形安全性评价结果，方法如下：
目标层评价指标的评分，由准则层各项评价指标的评分以及指标对应的权值得到，具体为先求得准则层各项评价指标的评分与自身的权值之乘积，再对所有乘积求和，从而得到该项评价指标的评分，计算公式如下：
RSI＝w1S1+w2S2+w3S3+w4S4
式中，RSI为目标层评价指标的评分，即互通立交匝道线形安全性评价指标的评分；w1为运行速度协调性的评分；w2为空间线形一致性的评分；w3为视距的评分；w4为驾驶员生心理的评分。
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