面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法及系统，属于交通运营管理技术领域，包括：基于道路交通立交枢纽匝道桥及桥梁风险评估因素，确立风险因子；基于风险因子建立超重车辆路径诱导模型；求解所述超重车辆路径诱导模型，得到车辆运行路径。本发明专利技术有效弥补了现有技术中缺少计算超重车辆引导保障路径的模型和算法，能够为超重车辆提供合理的行驶路线，预防或最大限度的降低超重车辆对桥梁结构的破坏，避免桥梁坍塌等重大事故的发生，提高交通系统韧性。提高交通系统韧性。提高交通系统韧性。

【技术实现步骤摘要】
面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法及系统


[0001]本专利技术涉及交通运营管理
，具体涉及一种面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法及系统。

技术介绍

[0002]车辆超载会导致道路交通立交枢纽匝道桥及其他类型桥梁桥面板破损、结构损伤、寿命缩短，严重情况下甚至会导致立交枢纽匝道桥及其他类型桥梁坍塌，造成严重的人员伤亡和经济损失。例如，多肋式梁桥容易出现单板受力引起垮塌失效；整体式梁桥如果桥面宽度较大、采用独柱墩支撑型式，则有明显的横向倾覆风险；多辆超载车前后密集排队行驶于桥梁一侧，容易导致桥梁绕着支座的倾覆轴发生翻转失稳；拱式桥存在吊杆破断的风险。
[0003]虽然超重对道路交通立交枢纽匝道桥及其他类型桥梁损害很大，但由于特大/特重设备运输的需要，例如，变电站的变压器、发电厂的发电机静子、化工厂的反应器等运输需求，超重车辆在路上行驶无法避免。原有桥梁受设计荷载限值，如果强行行驶，会造成桥梁损坏或重大交通事故，因此需要加强超重车辆管理，加固桥梁的补强措施，配合超重车辆过桥。对超重车辆进行监测预警，提供合理的行驶路线，对提升道路交通系统安全和韧性具有重要意义。
[0004]在现有技术中，申请号为202011306383.7的中国专利技术专利申请提出一种基于结构监测的超重车辆行驶状态风险预警方法、系统，该方法通过融合分析超重车辆属性及状态信息与桥梁结构状态监测数据进行风险动态识别和预警。在待测超重车辆过桥前获取实际属性及状态信息，包括位置、速度、加速度、制动距离、总重量、荷载分布、轮距、轴数以及外形尺寸。判断待测超重车辆的实际属性及状态信息与通行申请中的备案属性及状态信息是否相符或超出规定；如否，则发送告警信息到指定部门；如是，监测获取待通行桥梁的结构状态信息，包括应力、温度、加速度、振动频率、位移和形变。预测待通行桥梁能够承受待测超重车辆所要求的荷载能力；如否，发送告警信息到指定部门；如是，允许待测超重车辆上桥通行。超重车辆在桥上通行过程中，实时监测待通行桥梁的结构状态信息，并发送到指定部门；如否，根据实时监测得到的结构状态信息，分析判断待通行桥梁受力能力是否在安全范围内；如否，发送告警信息给待测超重车辆的车载终端，给驾驶员车辆速度控制和行驶位置的建议；如是，待测超重车辆通过待通行桥梁后，基于最近一次实时监测获取的桥梁结构状态信息，评估桥梁服役能力并发送给桥梁运营管理部门。
[0005]申请号为201710733461.3的中国专利技术专利申请提出一种高速公路或城市快速通道交通超重超载远程云监控系统，包括云端总控子系统以及多个现场数据采集及传输控制子系统；现场数据采集及传输控制子系统均包括车辆动态称重系统、交通视频监控系统、交通告警指示系统；监测车辆信息、车辆行驶信息、指定区域的异常车队信息，并通过云端主控子系统，实时处理分析数据；通过网络信息反馈到现场交通告警指示系统，实现现场交通的疏导与管理。
[0006]《公路桥涵养护规范(JTG 5120
‑
2021)》规定超重车辆通过桥梁，应采取必要的技术措施和管理措施。超重车辆过桥的技术措施应符合下列规定：
①
应依据现场调查结果和桥梁技术资料，按超重车辆的实际荷载，对桥梁结构进行强度、刚度、稳定性验算。
②
必要时应进行荷载试验，以判定桥梁的承载能力。
③
对不能满足通行需要的桥梁应进行加固处治。
④
有多条线路可通行时，应选取桥梁技术状况好、承载能力高、加固工程费用较低的路线通过。
[0007]现有技术还没有针对超重车辆的路径诱导模型和算法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种定义了道路交通立交枢纽匝道桥和其他桥梁的风险评估因素，建立了不考虑桥梁加固等费用的超重车辆路径诱导模型和算法，以及考虑桥梁加固等费用的超重车辆路径诱导模型和算法的面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法及系统，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0010]一方面，本专利技术提供一种面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法，包括：
[0011]基于道路交通立交枢纽匝道桥及桥梁风险评估因素，确立风险因子；其中，所述风险因子包括弯矩的超重车辆荷载效应和设计汽车荷载效应之比、剪力的超重车辆荷载效应和设计汽车荷载效应之比、正截面超重车辆内力和抗弯承载力之比、斜截面超重车辆内力和抗剪承载力之比、上缘应力(拉应力时)和允许值之比、下缘应力(拉应力时)和允许值之比、正常使用极限状态活载最大挠度值和正常使用极限状态挠度规范限值之比、桥台竖向承载力和桥台支座竖向承载力允许值之比、竖向承载力最大值和桥墩支座竖向承载力允许值之比；
[0012]基于风险因子建立超重车辆路径诱导模型；
[0013]求解所述超重车辆路径诱导模型，得到车辆运行路径。
[0014]进一步的，道路交通立交枢纽匝道桥及桥梁风险评估因素，包括：
[0015]定义表示路径j中桥梁i弯矩的设计汽车荷载效应，表示路径j中桥梁i弯矩的超重车辆荷载效应；
[0016]定义表示路径j中桥梁i剪力的设计汽车荷载效应，表示路径j中桥梁i剪力的超重车辆荷载效应；
[0017]当桥梁弯矩和剪力的超重车辆荷载效应均小于设计汽车荷载效应时，超重车辆可正常通行，可通行条件如下：
[0018][0019][0020]当桥梁弯矩或剪力的超重车辆荷载效应大于等于设计汽车荷载效应时，需进一步验算评定承载能力极限承载状态及正常使用极限状态；
[0021]定义表示路径j中桥梁i正截面超重车辆内力，表示路径j中桥梁i正截面抗弯承载力；
[0022]定义表示路径j中桥梁i斜截面超重车辆内力，表示路径j中桥梁i斜截面抗剪承载力；
[0023]超重车辆能正常通行需满足桥梁正截面超重车辆内力小于正截面抗弯承载力，桥梁斜截面超重车辆内力小于斜截面抗剪承载力，即
[0024][0025][0026]定义表示路径j中桥梁i上缘应力(拉力)，表示路径j中桥梁i下缘应力(拉力)。和分别表示路径j中桥梁i上下缘应力允许值；
[0027]当桥梁上缘应力和下缘应力为拉应力，上缘应力和下缘应力小于允许值时，满足通行条件，即
[0028][0029][0030]定义表示路径j中桥梁i正常使用极限状态活载最大挠度值，表示路径j中桥梁i正常使用极限状态挠度规范限值；
[0031]超重车辆能正常通行需满足正常使用极限状态活载最大挠度值小于正常使用极限状态挠度规范限值，即
[0032][0033]定义表示路径j中超重车辆在桥梁i的桥台竖向承载力，表示路径j中桥梁i的桥台支座竖向承载力允许值；
[0034]超重车辆能正常通行需满足超重车辆在桥梁的桥台竖向承载力小于桥台支座竖向承载力允许值，即
[0035][0036]定义表示路径j中超重车辆在桥梁i的桥墩竖向承载力最大值，表示路径j中桥梁i的桥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法，其特征在于，包括：基于道路交通立交枢纽匝道桥及桥梁风险评估因素，确立风险因子；其中，所述风险因子包括弯矩的超重车辆荷载效应和设计汽车荷载效应之比、剪力的超重车辆荷载效应和设计汽车荷载效应之比、正截面超重车辆内力和抗弯承载力之比、斜截面超重车辆内力和抗剪承载力之比、上缘应力(拉应力时)和允许值之比、下缘应力(拉应力时)和允许值之比、正常使用极限状态活载最大挠度值和正常使用极限状态挠度规范限值之比、桥台竖向承载力和桥台支座竖向承载力允许值之比、竖向承载力最大值和桥墩支座竖向承载力允许值之比；基于风险因子建立超重车辆路径诱导模型；求解所述超重车辆路径诱导模型，得到车辆运行路径。2.根据权利要求1所述的面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法，其特征在于，道路交通立交枢纽匝道桥及桥梁风险评估因素，包括：定义表示路径j中桥梁i弯矩的设计汽车荷载效应，表示路径j中桥梁i弯矩的超重车辆荷载效应；定义表示路径j中桥梁i剪力的设计汽车荷载效应，表示路径j中桥梁i剪力的超重车辆荷载效应；当桥梁弯矩和剪力的超重车辆荷载效应均小于设计汽车荷载效应时，超重车辆可正常通行，可通行条件如下：条件如下：当桥梁弯矩或剪力的超重车辆荷载效应大于等于设计汽车荷载效应时，需进一步验算评定承载能力极限承载状态及正常使用极限状态；定义表示路径j中桥梁i正截面超重车辆内力，表示路径j中桥梁i正截面抗弯承载力；定义表示路径j中桥梁i斜截面超重车辆内力，表示路径j中桥梁i斜截面抗剪承载力；超重车辆能正常通行需满足桥梁正截面超重车辆内力小于正截面抗弯承载力，桥梁斜截面超重车辆内力小于斜截面抗剪承载力，即截面超重车辆内力小于斜截面抗剪承载力，即定义表示路径j中桥梁i上缘应力(拉力)，表示路径j中桥梁i下缘应力(拉力)。和分别表示路径j中桥梁i上下缘应力允许值；
当桥梁上缘应力和下缘应力为拉应力，上缘应力和下缘应力小于允许值时，满足通行条件，即条件，即定义表示路径j中桥梁i正常使用极限状态活载最大挠度值，表示路径j中桥梁i正常使用极限状态挠度规范限值；超重车辆能正常通行需满足正常使用极限状态活载最大挠度值小于正常使用极限状态挠度规范限值，即定义表示路径j中超重车辆在桥梁i的桥台竖向承载力，表示路径j中桥梁i的桥台支座竖向承载力允许值；超重车辆能正常通行需满足超重车辆在桥梁的桥台竖向承载力小于桥台支座竖向承载力允许值，即定义表示路径j中超重车辆在桥梁i的桥墩竖向承载力最大值，表示路径j中桥梁i的桥墩支座竖向承载力允许值；超重车辆能正常通行需满足超重车辆在桥墩的竖向承载力最大值小于桥墩支座竖向承载力允许值，即3.根据权利要求2所述的面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法，其特征在于，基于风险因子建立的超重车辆路径诱导模型为不考虑桥梁加固成本、燃油成本以及车辆通行成本的超重车辆路径诱导模型；包括：当桥梁弯矩和剪力的超重车辆荷载效应均小于设计汽车荷载效应时，超重车辆能正常通行；此时，只需考虑弯矩和剪力的超重车辆荷载效应与设计汽车荷载效应，模型的目标函数与约束条件如下：目标函数：约束条件：式中，n
j
表示可选择的路径j包含的桥梁个数；s.t.表示约束条件。
4.根据权利要求3所述的面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法，其特征在于，当桥梁弯矩或剪力的超重车辆荷载效应大于等于设计汽车荷载效应时，需进一步验算评定承载能力极限承载状态及正常使用极限状态，超重车辆正常通行需满足下述条件：桥梁正截面超重车辆内力小于正截面抗弯承载力；桥梁斜截面超重车辆内力小于斜截面抗剪承载力；当桥梁上缘应力为拉应力时，上缘应力小于允许值；当桥梁下缘应力为拉应力时，下缘应力小于允许值...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珍珍，高自友，徐猛，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：