公路三维线形的一致性评价方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种公路三维线形的一致性评价方法和装置，该方法包括：对平面线形的任一要素和纵断面的任一要素进行两两组合，得到不同的空间组合段；计算每一空间组合段的起点处和终点处的曲率和挠率；计算该空间组合段的曲率一致性和挠率一致性；确定曲率一致性评价标准和挠率一致性评价标准；判断该空间组合段是否符合公路的安全设计要求。本发明专利技术采用曲率、挠率这两个指标对平纵组合线形的空间几何特性进行描述，在此基础上计算曲率一致性、挠率一致性，进而根据相应的一致性评价标准对现有平、纵线形不当组合引起的空间连续性衰减及对行车安全的影响进行合理评估，从而避免将某些设计缺陷和疏漏带入后期运营中，提高路线的设计安全性水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及公路设计
，尤其是涉及一种公路三维线形的一致性评价方法和装置。
技术介绍
公路线形作为整个工程设计的关键，其设计合理与否，直接影响到公路的公路安全运营。传统平、纵分离式路线的设计方法使得路线设计质量很大程度上取决于设计人员的经验，使得大量的设计缺陷和疏漏被带到运营中，导致公路几何特性与驾驶员期望不符，易引发交通事故。线形设计的一致性评价的目的是为了在设计阶段对公路线形的安全性进行合理评估和检查以提高公路后期的安全运营水平。目前设计的一致性评价方法主要有以下四种：速度一致性、行驶稳定性、驾驶员工作负荷和线形设计一致性。受现行路线设计方法的影响，这些一致性方法最终均回归到单个的二维平面或纵断面线形几何设计指标上，平、纵线形叠加后的组合线形效果无法准确评估和量化，无法从本质上发现和改变公路设计线形存在的不足和安全隐患。
技术实现思路
针对以上缺陷，本专利技术提供一种公路三维线形的一致性评价方法和装置，可以避免将一些设计缺陷和疏漏带入后期运营中，提高路线的设计安全性水平。第一方面，本专利技术提供的公路三维线形的一致性评价方法包括：对平面线形的任一要素和纵断面的任一要素进行两两组合，得到不同的空间组合段；计算每一空间组合段的起点处和终点处的曲率和挠率；根据每一空间组合段的起点处和终点处的曲率，计算该空间组合段的曲率一致性；根据每一空间组合段的起点处和终点处的挠率，计算该空间组合段的挠率一致性；确定曲率一致性评价标准和挠率一致性评价标准；根据所述曲率一致性评价标准、所述挠率一致性评价标准、该空间组合段的曲率一致性和该空间组合段的挠率一致性，判断该空间组合段是否符合公路的安全设计要求。可选的，所述平面线形的要素包括直线段、缓和曲线和圆曲线，所述纵断面的要素包括直线段和直坡段。可选的，采用下式计算每一空间组合段的任一位置处的曲率：式中，l为空间组合段中的桩号，κ(l)为空间组合段中桩号为l处的曲率，i(l)为空间组合段中桩号为l处的纵坡，i(l)′为空间组合段中桩号为l处的纵坡的变化率，kp(l)为空间组合段中桩号为l处的平面曲率。可选的，采用下式计算每一空间组合段的任一位置处的挠率：式中，l为空间组合段中的桩号，τ(l)为空间组合段中桩号l处的挠率，i(l)为空间组合段中桩号为l处的纵坡，i(l)′为空间组合段中桩号为l处的纵坡的变化率，kp(l)为空间组合段中桩号为l处的平面曲率，kp(l)′为空间组合段中桩号为l处的平面曲率的变化率。可选的，采用下式计算第j个空间组合段的曲率一致性：Cκ,j＝|κj+1,s-κj,e|+|κj,s-κj-1,e|式中，Cκ,j为第j个空间组合段的曲率一致性，κj+1,s为第j+1个空间组合段的起点处的曲率，κj,e为第j个空间组合段的终点处的曲率，κj,s为第j个空间组合段的起点处的曲率，κj-1,e为第j-1个空间组合段的终点处的曲率，j为1～n之间的正整数，n为空间组合段的个数，在j＝1时，τj-1,e＝0，在j为n时，τj+1,s＝0。可选的，采用下式计算第j个空间组合段的挠率一致性：Cτ,j＝|τj+1,s-τj,e|+|τj,s-τj-1,e|式中，Cτ,j为第j个空间组合段的挠率一致性，τj+1,s为第j+1个空间组合段的起点处的挠率，τj,e为第j个空间组合段的终点处的挠率，τj-1,e为第j-1个空间组合段的终点处的挠率，j为1～n之间的正整数，n为空间组合段的个数，在j＝1时，τj-1,e＝0，在j为n时，τj+1,s＝0。可选的，所述确定曲率一致性评价标准和挠率一致性评价标准，包括：根据已运营公路的线形和相应的事故数据，建立事故率分别与曲率一致性、挠率一致性的关系模型；根据所述事故率与曲率一致性之间的关系模型和预期事故率，确定所述曲率一致性评价标准，及根据所述事故率与挠率一致性之间的关系模型和预期事故率，确定所述挠率一致性评价标准。可选的，所述事故率与曲率一致性之间的关系模型为：ACR＝4540266.233Cκ2+757.055Cκ+0.568；式中，ACR为事故率，Cκ为曲率一致性；和/或所述事故率与挠率一致性之间的关系模型为：ACR＝16.386Cτ2+0.016Cτ+0.593式中，ACR为事故率，Cτ为挠率一致性。可选的，所述根据所述曲率一致性评价标准、所述挠率一致性评价标准、该空间组合段的曲率一致性和该空间组合段的挠率一致性，判断该空间组合段是否符合公路的安全设计要求，包括：将该空间组合段的曲率一致性与所述曲率一致性评价标准中的各个区间进行比对，确定该空间组合段的曲率一致性所处的区间；将该空间组合段的挠率一致性与所述挠率一致性评价标准中的各个区间进行比对，确定该空间组合段的挠率一致性所处的区间；根据该空间组合段的曲率一致性所处的区间和挠率一致性所处的区间，确定该空间组合段的一致性等级；根据所述一致性等级，确定所述该空间组合段是否符合公路的安全设计要求。第二方面，本专利技术提供的公路三维线形的一致性评价装置包括：组合模块，用于对平面线形的任一要素和纵断面的任一要素进行两两组合，得到不同的空间组合段；第一计算模块，用于计算每一空间组合段的起点处和终点处的曲率和挠率；第二计算模块，用于根据每一空间组合段的起点处和终点处的曲率，计算该空间组合段的曲率一致性；第三计算模块，用于根据每一空间组合段的起点处和终点处的挠率，计算该空间组合段的挠率一致性；标准确定模块，用于确定曲率一致性评价标准和挠率一致性评价标准；判断模块，用于根据所述曲率一致性评价标准、所述挠率一致性评价标准、该空间组合段的曲率一致性和该空间组合段的挠率一致性，判断该空间组合段是否符合公路的安全设计要求。本专利技术提供的公路三维线形的一致性评价方法和装置，采用曲率、挠率这两个指标对现有平纵组合线形的空间几何特性进行描述，在此基础上计算曲率一致性、挠率一致性，进而根据相应的一致性评价标准对现有平、纵线形不当组合引起的空间连续性衰减及对行车安全的影响进行合理评估，以此针对性地进行改进，从而避免将某些设计缺陷和疏漏带入后期运营中，提高路线的设计安全性水平。本专利技术从公路线形本质上是从一条空间曲线出发，贴合实际认知，且方法简便易于计算，在预防由于路线设计原因引起的交通事故方面具有广泛的工程价值和良好的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。图1示出了本专利技术一实施例中公路三维线形的一致性评价方法的流程示意图；图2示出了本专利技术一实施例中空间组合段的划分示意图；图3示出了本专利技术一实施例中公路三维线形的一致性评价方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。本专利技术提供一种公路三维线形的一致性评价方法，如图1所示，该方法包括：S10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种公路三维线形的一致性评价方法，其特征在于，包括：对平面线形的任一要素和纵断面的任一要素进行两两组合，得到不同的空间组合段；计算每一空间组合段的起点处和终点处的曲率和挠率；根据每一空间组合段的起点处和终点处的曲率，计算该空间组合段的曲率一致性；根据每一空间组合段的起点处和终点处的挠率，计算该空间组合段的挠率一致性；确定曲率一致性评价标准和挠率一致性评价标准；根据所述曲率一致性评价标准、所述挠率一致性评价标准、该空间组合段的曲率一致性和该空间组合段的挠率一致性，判断该空间组合段是否符合公路的安全设计要求。

【技术特征摘要】
1.一种公路三维线形的一致性评价方法，其特征在于，包括：对平面线形的任一要素和纵断面的任一要素进行两两组合，得到不同的空间组合段；计算每一空间组合段的起点处和终点处的曲率和挠率；根据每一空间组合段的起点处和终点处的曲率，计算该空间组合段的曲率一致性；根据每一空间组合段的起点处和终点处的挠率，计算该空间组合段的挠率一致性；确定曲率一致性评价标准和挠率一致性评价标准；根据所述曲率一致性评价标准、所述挠率一致性评价标准、该空间组合段的曲率一致性和该空间组合段的挠率一致性，判断该空间组合段是否符合公路的安全设计要求。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平面线形的要素包括直线段、缓和曲线和圆曲线，所述纵断面的要素包括直线段和直坡段。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用下式计算每一空间组合段的任一位置处的曲率：κ(l)=[i(l)′]2+[1+i(l)2]·kp(l)2/[1+i(l)2]3/2]]>式中，l为空间组合段中的桩号，κ(l)为空间组合段中桩号为l处的曲率，i(l)为空间组合段中桩号为l处的纵坡，i(l)′为空间组合段中桩号为l处的纵坡的变化率，kp(l)为空间组合段中桩号为l处的平面曲率。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用下式计算每一空间组合段的任一位置处的挠率：τ(l)=kp(l)3·i(l)-kp(l)′·i(l)′[i(l)′]2+[1+i(l)2]·kp(l)2]]>式中，l为空间组合段中的桩号，τ(l)为空间组合段中桩号l处的挠率，i(l)为空间组合段中桩号为l处的纵坡，i(l)′为空间组合段中桩号为l处的纵坡的变化率，kp(l)为空间组合段中桩号为l处的平面曲率，kp(l)′为空间组合段中桩号为l处的平面曲率的变化率。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用下式计算第j个空间组合段的曲率一致性：Cκ,j＝|κj+1,s-κj,e|+|κj,s-κj-1,e|式中，Cκ,j为第j个空间组合段的曲率一致性，κj+1,s为第j+1个空间组合段的起点处的曲率，κj,e为第j个空间组合段的终点处的曲率，κj,s为第j个空间组合段的起点处的曲率，κj-1,e为第j-1个空间组合段的终点处的曲率，j为1～n之间的正整数，n为空间组合段的个数，在j＝1时，τj-1,e＝0，在j为n时，τj+1,s＝0。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用下式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海峰，葛婷，符锌砂，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43