一种雨天条件下高速公路安全性评价方法及装置与流程
本发明属安全交通，具体涉及一种雨天条件下高速公路安全性评价方法及装置。
背景技术：
1、高速公路是一个十分复杂的系统，其运营安全受到多种因素的影响。高速公路设计施工过程中的几何线形条件会对后续运营安全有较大影响，除此之外，驾驶员的操作不当、危险驾驶行为，汽车本身出现故障等问题也是影响高速公路交通安全的主要因素。
2、恶劣天气对交通安全有明显的影响，国内外不少学者针对恶劣天气影响下的公路交通安全研究也取得了许多成果。王卫亚在基于无线传感网络的高速公路恶劣气象监测及交通控制模型研究[d].长安大学,2008中研究了恶劣天气对高速公路的影响，发现主要表现在路面附着系数和安全视距指标的降低，并建立了基于恶劣天气条件下的高速公路交通控制模型。justin geistefeldt j.capacity effects of variable speed limits ongerman freeways[j].procedia-social and behavioral sciences,2011,16(16):48-56中，基于速度和交通量数据，采用回归拟合法建立了恶劣天气下的速度与流量模型，并使用随机容量分析法研究恶劣天气下的车速安全控制措施。agarwal,maze,souleyrette.theweather and its impact on urban freeway traffic operations.the85th annualmeeting of the transportation research board,washington d c usa,2006,34-42中，通过对美国明尼苏达州高速公路数据进行研究分析，发现大雨和大雪天气对高速公路交通流速度和通行能力的影响最大。geistefeldt j.capacity effects of variable speedlimits on german freeways[j].procedia-social and behavioral sciences,2011,16(16):48-56中对恶劣天气下德国高速公路的车速与交通流数据进行分析研究，判断恶劣天气对交通参数的影响，建立了恶劣天气下高速公路交通流的速度-流量模型。
3、研究表明，雨天天气条件下，由于驾驶员反应能力和判断能力下降导致操作不当引发交通事故发生的现象较多，高速公路交通事故率比良好天气条件下增加约一倍，通行能力下降约三成。
4、在雨天条件下，根据降雨强度和车辆速度状态对交通流进行安全性评价，有利于高速管理部门采取合适措施进行交通管控，提高高速公路的安全性和运行效率。高速公路的交通安全性评价常以交通事故发生数作为指标，划定高速公路高风险路段。但并非所有高速都有详细的历史事故资料，尤其是新投入运行的高速公路。因此，在缺少高速路历史事故资料的情况下对雨天条件下的高速公路安全性进行评价至关重要。
技术实现思路
1、本发明旨在针对现有技术中存在的技术问题，提供了一种雨天条件下高速公路安全性评价方法及装置，在缺少高速路历史事故资料的情况下，根据速度和天气指标对雨天条件下的高速公路安全性进行评价。
2、本发明提供了一种雨天条件下高速公路安全性评价方法，采用模糊综合评价法进行，包括如下步骤：
3、建立评价指标集合u，其中包括影响评价结果的因素；其中，评价指标包括：离散性指标、速度连续性指标、速度协调性指标，以及降雨量和能见度；
4、建立评价对象的评价结果集合v，其中评价结果为不同的评价等级；
5、针对评价指标集合u中的每个指标进行单因素模糊评价，得到每个单因素模糊关系评价向量，根据所有单因素模糊关系评价向量得到模糊关系评价矩阵；
6、根据模糊关系评价矩阵及各指标的权重通过模糊合成算子进行计算，得到评价对象的最终评价结果矢量；
7、其中，采用改进的熵权法计算各因素的权重，其中改进的熵权法中计算熵值所用的评价指标的比例采用如下公式计算：
8、
9、其中，
10、pst为第t个评价指标下第s个样本值占该指标的比例；
11、est为第t个评价指标下第s个样本的标准化值；
12、x为样本总数。
13、优选地，根据模糊关系矩阵r及各指标的权重矢量a通过模糊合成算子进行计算，得到评价对象的最终评价结果矢量b具体包括，采用如下公式计算得到评价结果矢量b：
14、
15、式中，b为最终评价结果矢量；表示模糊合成算子。
16、优选地，采用改进的熵权法计算权重包括如下步骤：
17、1)计算评价指标的熵值
18、计算模糊关系评价矩阵中，第t个评价指标下第s个样本值占该指标的比例pst，如下式：
19、
20、第t个指标的熵值et计算公式如下：
21、
22、式中，k＝1/ln(x)；s＝1，2，…，x；t＝1，2，…，m；0≤et≤1；其中，x为样本数；m为评价指标数；
23、2)计算评价指标的权重
24、计算评价指标信息效用价值；
25、根据指标信息效用价值计算评价指标的权重。
26、优选地，采用如下公式计算评价指标信息有效价值dt：
27、dt＝1-et
28、优选地，根据指标信息效用价值采用如下公式计算评价指标权重wt：
29、
30、优选地，同一断面中快车与慢车的速度差作为速度的离散性指标。
31、优选地，将不同断面之间的快车速度差和慢车速度差作为速度连续性指标，并分别选择快车断面速度差和慢车断面速度差较大的断面作为速度连续性指标。
32、优选地，采用快车车速与限制车速之差、慢车车速与限制车速之差作为速度协调性指标。
33、优选地，单因素模糊评价包括如下步骤：
34、s1:采用降半梯形分布、梯形分布和升半梯形分布隶属函数，根据原始数据通过线性分析法对各个数据样本进行计算，得到该因素在评价结果集合v中对应各评价等级的隶属度；
35、s2:根据因素在评价结果集合v中对应各评价等级的隶属度得到单因素模糊评价向量；
36、s3:综合各个指标的单因素模糊评价向量建立模糊关系矩阵。
37、优选地，得到模糊综合评价结果集b后，采用最大隶属度法或加权平均法计算出最终结果。
38、1)最大隶属度法
39、模糊综合评价结果集b中，如果有以下表达式成立：
40、
41、则将评价集v中第r等级定为评价等级，即只考虑最大的隶属度值。
42、2)加权平均法
43、把评价集v中的等级vj当做相对位置，用“1，2，…，j”来表示各等级，称作各等级的秩。将结果集b中的量与各等级的秩进行加权求和，从而得到评价结果。计算方法如下：
44、
45、式中，k为待定系数，可以取1或2，用来平衡较大的j＝1，2，…，n。当k→∞时，加权平均法即为最大隶属度法。本发明中k值取1。
46、本发明提供了一种雨天条件下高速公路安全性评价装置，包括处理器，执行上述的雨天条件下高速公路安全性评价方法。
47、与现有技术相比，本发明所产生的有益效果是：
48、1、本发明基于高速公路交通流速度的协调性、速度的连续性、速度的离散性和天气因素几个指标，采用模糊综合评价法对雨天条件下的高速公路交通流进行安全性评价。首先对原始数据进行处理，根据平均速度将不同车型划分为“快车”和“慢车”两类，然后建立评价指标体系，根据相关文献资料确立等级标准。在进行模糊综合评价计算时，对熵权法进行了一定的改进，避免出现计算中公式没有数学意义而强制赋值的现象。
49、2.本发明的评价指标主要考虑车速差和天气状况，可对缺乏历史交通事故数据的高速公路进行安全性评价。
技术特征：
1.一种雨天条件下高速公路安全性评价方法，其特征在于，采用模糊综合评价法进行，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的雨天条件下高速公路安全性评价方法，其特征在于，根据模糊关系矩阵r及各指标的权重矢量a通过模糊合成算子进行计算，得到评价对象的最终评价结果矢量b具体包括，采用如下公式计算得到评价结果矢量b：
3.根据权利要求1所述的雨天条件下高速公路安全性评价方法，其特征在于，采用改进的熵权法计算权重包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的雨天条件下高速公路安全性评价方法，其特征在于，采用如下公式计算评价指标信息效用价值dt：
5.根据权利要求4所述的雨天条件下高速公路安全性评价方法，其特征在于，根据指标信息效用价值采用如下公式计算评价指标权重wt：
6.根据权利要求1所述的雨天条件下高速公路安全性评价方法，其特征在于，同一断面中快车与慢车的速度差作为速度的离散性指标。
7.根据权利要求1所述的雨天条件下高速公路安全性评价方法，其特征在于，将不同断面之间的快车速度差和慢车速度差作为速度连续性指标，并分别选择快车断面速度差和慢车断面速度差较大的断面作为速度连续性指标。
8.根据权利要求1所述的雨天条件下高速公路安全性评价方法，其特征在于，采用快车车速与限制车速之差、慢车车速与限制车速之差作为速度协调性指标。
9.根据权利要求1所述的雨天条件下高速公路安全性评价方法，其特征在于，单因素模糊评价包括如下步骤：
10.一种雨天条件下高速公路安全性评价装置，其特征在于，包括处理器，执行权利要求1-9任一项所述的雨天条件下高速公路安全性评价方法。
技术总结
本发明公开了一种雨天条件下高速公路安全性评价方法及装置，属于安全交通技术领域。本发明对原始数据进行处理，根据平均速度将不同车型划分为“快车”和“慢车”两类，然后建立评价指标体系，根据相关文献资料确立等级标准。在进行模糊综合评价计算时，对熵权法进行了一定的改进，避免出现计算中公式没有数学意义而强制赋值的现象，并能够对缺少历史事故数据的高速公路进行雨天的安全性评价。
技术研发人员：闫向阳,孟园英,黄恩潭,李善聚,谭瑞梅
受保护的技术使用者：中国公路工程咨询集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5