基于可靠度的道路线形参数选用及安全性评价研究

At present, besides the design policy audit, the evaluation of road geometric parameters' selection is often conducted by the checks of the curvature change rate(CCR), the speed differences between operating speed and design speed as well as the speed differences between adjacent sections. However, these indexes work not well to evaluate the parameters that are closed to the limited values in design specifications and the 3D road alignments. Especially, there lack methods to solve the problems called "designs only conforming to specifications would be not optimized and safe designs" phenomenon. Hopefully, with the application of reliability theory, the problems could be treated. This research will firstly make sensitivity analysis to the parameters of horizontal alignment, vertical alignment and cross section by using virtual prototyping ADAMS, to fix the most significant parameters. Secondly, use the first order second moment center point method and the Monte Carlo simulation method to calculate failure probability of each parameters corresponding to the different supply values. Then, a 3D road alignments safety evaluation model based on reliability would be set up. And finally, the model will be validated and possibly modified by using driving simulation, virtual prototyping ADAMS, building real 3D model and the related traffic accidents data. The research results will improve the selection of road alignment parameters and the safety. They will be also helpful for the optimization of the related road alignment parameters in the future revisions of the design specifications.

目前，对道路线形设计参数的选用除与规范进行符合性检查外，也常用线形曲率变化率、运行速度与设计速度差、相邻路段运行速度差等指标评价道路路线设计的质量及其安全性，但这些方法对特别是准临界参数选用及三维线形的安全性评价却不够有效，缺乏对"参数满足规范的设计未必是优化的安全的设计"现象的量化"批判"手段，而引入可靠度理论有望解决这些问题。 研究首先采用ADAMS虚拟样机仿真软件对道路"平、纵、横"的主要参数进行敏感性分析以确定关键的线形参数；然后采用一次二阶矩中心点法和蒙特卡洛模拟法进行可靠度计算，得出不同参数供给值对应的失效概率；基于此建立考虑"平、纵、横"参数的安全性评价模型，得到安全性评价指标阈值；并通过驾驶仿真模拟、ADAMS虚拟样机技术、构建三维模型及实际事故数据对模型检验与校正。 研究成果对提高道路线形设计质量及安全性、路线设计规范相应指标选用乃至今后规范的修订完善均有很高的应用价值。

本研究针对现有道路线形设计规范“确定性”的指标背景下存在的安全隐患，如恶意“透支”设计标准等，提出基于可靠度的道路线形设计安全性量化评价方法，取得的成果主要有以下几方面。.本研究利用仿真方法（UC-win/Road, Adams）研究了与人特性以及车辆特性有敏感相关性的道路线形参数，对于深入了解人-车-路系统中三要素之间的关系具有较好的启示作用。.将可靠度方法引入道路线形设计领域。面向关键的道路线形设计指标，提出用可靠度表示在不同设计参数下安全可能性大小，以失效概率表示危险的程度。通过对不同线形指标进行可靠度计算，得出其不同取值所对应的失效概率。对道路路线设计工程这样复杂的系统，该理论方法对将设计思想从以前的“确定论” 转向“概率论”具有重要的推动作用。.面向可靠度理论主要适用于单指标的分析而无法进行组合线形条件下的安全性评价的不足，本研究对基于历史事故数据，对三维线形参数与道路安全性的相关性做了一定的探索；同时，考虑到未来LiDAR技术在道路安全性评价中的应用前景，课题组对基于LiDAR数据的道路线形设计指标计算亦做了初步的研究。.以上成果为提升相关工作人员对道路线形安全性的理解、丰富道路安全性的评价手段以及促进道路设计规范的优化和完善具有重要的启示作用，也为本课题组对未来进一步的研究奠定了基础。