[发明专利]一种考虑路段上下游线形设计参数的连续建模方法

说明书

本发明涉及一种考虑路段上下游线形设计参数的连续建模方法，应用于组合线形安全评估与优化领域。通过采集驾驶员样本的道路运行指标变化序列，在提取上下游线形参数时，通过比较预测模型的拟合优度选取运行指标的最佳集计距离。对连续型变量速度，提取均值构建多元线性回归模型，基于各变量的驾驶员个体值构建以驾驶员为分类变量的混合线性模型。根据模型对比和参数估计结果，选择拟合效果最优的上下游集计距离。最终得到模型参数估计结果。

技术领域

本发明涉及组合线形安全评估与优化领域，特别涉及一种考虑路段上下游线形设计参数的连续建模方法。

背景技术

随着我国高速公路的快速发展，高速公路交通安全越来越受到社会各界的重视，公路设计应“以人为本”，考虑道路使用者安全的设计理念越来越深入人心。但是现有的公路设计和安全评价规范对驾驶人的考虑不足，对线形设计值的约束单一，没有量化的考虑公路组合线形对安全的影响。同时，随着我国东部地区各级公路网的完善，未来公路的主要建设区将转移到我国的中西部地区。我国中西部地区地形条件复杂，在建设各级公路时势必会在设计中应用各类组合线形，这些组合线形的形式和设置是否安全、如何优化将成为道路设计者必须面对的问题。

近三十年来，国内外的研究者结合实地观测和路段历史事故数据对公路线形设计的安全性开展了广泛的研究，构建了大量以运行车速为主的预测模型和路段安全评价方法。但是受限于数据采集手段，以往的研究者只能采集部分公路线形样本，以线形截面的点速度为研究对象，构建回归模型，客观上割裂了公路线形的连续性，且很难开展针对其它道路运行指标的安全性研究。随着数据采集技术的发展，近年来驾驶模拟器越来越多地被应用于公路线形研究中，得益于驾驶模拟实验数据的完整性和精确性，研究者可以提取丰富且高频的道路运行指标，例如车辆的各向速度、各向加速度、各向姿态角、行驶轨迹等，全面地评价并优化线形设计的安全性。

发明内容

本发明的目的是：首次给出一种考虑路段上下游线形设计参数的连续建模方法。以同济大学高仿真度驾驶模拟平台为实验设备，采集驾驶员操作与车辆运行速度数据。以道路里程为基准，以5米为单位，将每个测试人员的数据集计到以距离为横轴的体系之中使用路段上下游线形设计参数集计值为解释变量连续建立车辆运行数据模型。建立运行指标速度变化与道路线形参数的关系模型。选取模型拟合度最高的集计距离，提取的几何设计参数变量筛选显著变量。最终得到模型参数估计结果。

本发明所采用的技术方案是：

一种考虑路段上下游线形设计参数的连续建模方法，步骤如下：

步骤1：以同济大学高仿真度驾驶模拟平台为实验设备，采集驾驶员操作与车辆运行数据，包括速度、纵向加速度、侧向加速度和侧向偏移等级等车辆运行指标数据，提供给步骤2。

步骤2：由于模拟器采样时使用的是固定频率采样，因此原始数据是20hz的时变数据，为了将不同驾驶员的车速数据匹配到相同位置上，按照5m的间隔集计速度数据，得到每个驾驶员在各个5m间隔内的平均速度等车辆运行指标数据列，提供给步骤3。

步骤3：使用路段上下游线形设计参数集计值为解释变量连续建立理论性的车辆运行数据模型，如公式(1)所示。

其中，v_j是当前位置的预测车速，X_kU,jU、X_k,j和X_kDU,jDU是道路几何变量，分别代表上游路段、当前位置以及上下游路段差值，β_kU、β_k和β_kDU是对应的模型系数，是模型的误差项。

步骤4：构建通用的描述道路线形特征的解释变量。提取当前位置前后路段曲率、坡度的集计值，如极值、平均值、比例和分类变量等，作为潜在的解释变量，提供给步骤5。此为建模前准备一。