灾害性天气条件下高速公路管理策略研究修改.docx
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灾害性天气条件下高速公路管理策略研究修改
摘要
随着全国高速公路通车里程的不断增长,交通事故率随之增加,交通安全问题日益突出。
不良天气是高速公路安全行车的重大隐患,如何保障灾害天气条件下的高速公路的通行能力和交通安全已经成为每个国家都很重视的社会安全问题。
为此,本论文所做工作如下:
(1)根据不同灾害天气的特点,分析不同灾害天气对行车安全的影响。
(2)本文总结了国内外的除冰雪技术和除雾技术
(3)对高速公路上不同灾害天气进行预警分级,并给出了相应的交通管制措施。
(4)依据交通工程理论和控制理论,探讨了车速控制、车距控制、匝道控制等高速公路管控策略。
(5)总结论文主要工作并给出工作展望。
本文研究成果的应用有助于加强不利气候条件下高速公路的安全运营,最大程度降低因灾害天气造成的交通事故发生率,保障人民群众财产安全,发展经济、维护社会安定,以期获得最佳的经济和社会效益。
关键词:
灾害天气、工程技术、灾害预警分级、车速控制、车距控制、匝道控制
ABSTRACT
WiththeNationalHighwaytrafficmileageisgrowing,therateincreasedtraffic,safetyissuesbecomeincreasinglyprominent.Disasterweatheristhemajorhighwaytrafficsafetyhazards,howtoprotectthesevereweatherconditions,highwaytrafficcapacityandtrafficsafetyhasbecomeaverygreatimportancetoeachcountry'ssocialsecurityissues.Forthisreason,theworkofthispaperisasfollows:
(1)Accordingtothecharacteristicsofvariousweatherhazards,analysisofdifferentdisasters,theimpactofweatherontrafficsafety.
(2)Thispaperhassummarizedtheadditiontoicetechnologyanddefoggingtechniques
(3)Onthehighwayweatherdisasters,earlywarningofdifferentgrades,andthecorrespondingtrafficcontrolmeasures.
(4)Basedontrafficengineeringtheoryandcontroltheory,discussesspeedcontrol,vehicledistancecontrol,rampcontrol,freewaymanagementandcontrolstrategies.
(5)Thethesisworkisgiventheworkprospects.
Theapplicationofthisresearchhelptostrengthenthehighwayunderadverseweatherconditionssafeoperation,minimizeaccidentsduetodisasterscausedbyweather,theincidenceofensuringthatpeopleandproperty,economicdevelopment,maintainsocialstabilityinordertogetthebesteconomicandsocialbenefits.
Keywords:
severeweather,engineering,disasterwarningclassification,speedcontrol,vehicledistancecontrol,rampcontrol
目录
第一章绪论3
1.1论文研究背景3
1.2国内外研究现状4
1.2.1国外研究现状4
1.3论文研究目的及意义9
1.4主要研究内容及技术路线9
1.4.1研究内容9
1.4.2技术路线10
第二章:
不同灾害性天气对行车安全的影响11
2.1主要灾害性天气类别11
2.2温度变化对路面与行车安全的影响11
2.2.1高温对行车安全的影响12
2.2.1低温对行车安全的影响12
2.3雾天气对行车安全的的影响13
2.3.1高速公路沿线雾形成的条件13
2.3.2雾影响高速公路交通安全的主要表现14
2.3.3雾天车辆追尾事故的特性分析14
2.4雨雪天气对行车安全的影响15
2.5大风天气对车辆稳定性的影响18
2.5.1侧风对行车安全的影响18
2.5.2不同车型的安全行车风速标准18
2.6本章小结19
第三章工程技术19
3.1除冰雪技术19
3.1.1撒布融雪剂法:
可生物降解的融雪剂20
3.1.2机械除冰雪:
ZH1200型组合式破冰除雪机21
3.1.3人工清除法23
3.1.4撒布砂石材料法23
3.1.5自应力弹性路面铺装法23
3.1.4能量转化型融冰雪法24
3.2除雾技术24
3.2.1除雾方法25
3.2.2新型除雾工具25
3.3本章总结27
第四章:
灾害性天气下高速公路交通管制对策分析27
4.1高速公路上主要灾害天气预警分级27
4.1.1雪天气预警分级27
4.1.2雨天气预警分级28
4.1.3雾天气预警分级28
4.1.3风天气预警分级29
4.2行车安全间距的控制30
4.2.1良好天气条件下安全间距30
4.2.2灾害性天气条件下的安全间距32
4.3行车速度的控制34
4.4匝道控制37
4.4.1入口匝道控制的基本原理和基本作用37
4.4.2入口匝道控制的类型38
4.4.3入口匝道交通感应控制38
4.4.4出口匝道分流40
4.4.5关闭控制41
4.5高速公路不同等级灾害天气下的相应措施42
4.5.1不同等级雪天气下相应的交通管制措施43
4.5.2不同等级雨天气下相应的交通管制措施44
4.5.3不同等级雾天气下相应的交通管制措施46
4.5.4不同等级风天气下相应的交通管制措施47
4.6高速公路可变信息板设置48
4.6.1可变信息板系统的设置机理48
4.6.2可变信息板设置技术49
4.7本章总结50
第五章灾害天气下西安绕城高速控制方案50
5.1西安绕城高速简介50
5.2不同灾害天气下西安绕城高速控制方案51
5.3事故模拟54
5.4本章总结56
第六章结束语56
6.1结论56
6.2展望57
参考文献58
致谢58
第一章绪论
1.1论文研究背景
1988年上海至嘉定高速公路建成通车,结束了我国大陆没有高速公路的历史;1990年,被誉为“神州第一路”的沈大高速公路全线建成通车,标志着我国高速公路发展进入了一个新的时代;我国高速公路经过20多年的持续快速发展,使公路基础设施总体水平实现了历史性跨越。
随着一批长距离、跨省区的高速公路相继贯通,我国主要公路运输通道交通紧张状况得到明显缓解,长期存在的运输能力紧张状况得到明显改善。
高速公路的快速发展,大大缩短了省际之间、重要城市之间的时空距离,加快了区域间人员、商品、技术、信息的交流速度,有效降低了生产运输成本,在更大空间上实现了资源有效配置,拓展了市场,对提高企业竞争力、促进国民经济发展和社会进步都起到了重要的作用。
发达国家统计资料表明,高速公路的交通事故和死亡率只有一般公路的30%和50%。
但是,目前我国高速公路的交通事故和死亡率却比一般公路高,而其中因不良天气影响造成的交通事故占了总数的近1/4。
据统计:
2009年,我国恶劣天气导致的事故死亡人数同比增加,特别是下半年全国雨、雪、雾等恶劣天气条件下发生道路交通事故导致的死亡人数同比上升13.3%。
在高速公路行车,雨、雪、雾天气对交通安全的影响远远大于一般公路,特别是大雾、暴雨等天气,不仅事故多发,往往会引发“二次事故”。
1、大雾。
雾天对高速公路行车是最具恶劣影响的自然气候现象之一,被称为“高速杀手”。
据统计,雾天高速公路事故发生率是正常情况下的10倍。
尤其是漂浮不定、突发性强的团雾在高速公路上“杀害性”更大。
2、雨水。
由于雨水附着在挡风玻璃外面,雨刮器扫过的面积有限,造成可视范围变窄;同时,雨天轮胎与路面的附着系数明显下降,特别是暴雨天气,轮胎与路面的附着系数极小,车辆会出现滑行,容易造成事故。
3、冰雪。
冰雪不仅使驾驶员的视线受阻碍,而且造成路面极滑。
一旦车速控制不当,车间间距保持不够,极易导致车辆跑偏打滑酿成事故。
2008年1月29日重庆一辆大客车在贵州省贵遵高速公路行驶时因路面凝冻从四十余米的高坎上翻下,酿成特大交通事故,共造成25人死亡,13人受伤。
2008年3月22日下午5时许,福银高速公路尤溪段117公里处由福州往三明方向的路道上,发生8车连环追尾事故,造成2人当场死亡,5人受伤。
主要原因是当时雨急雾大,先是一辆水泥罐装车撞到路边,紧接着,一辆客车、两辆货车、两辆小车、两辆货车先后追尾。
2009年11月11日,在佛开高速公路阳江方向68公里+800米(共和至司前路段),由于恶劣天气发生一起5车相撞的交通事故。
事故造成3人死亡,3人受伤;2辆大客车和3辆货车不同程度受损。
通过以上实例和数据可以看出现在高速公路上发生的交通事故的严重性。
道路交通事故己成为我国社会经济发展中严重的制约因素,时刻危害着人民的生命和财产安全。
如何保障恶劣天气下的公路通行能力和交通安全已经成为每个国家都很重
视的社会安全问题。
本课题的提出对于提高高速公路交通控制和管理水平,保证高速公路在恶劣气象条件下的不间断运输及保障行车安全具有现实意义。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
目前,许多发达国家己经针对灾害天气条件下的交通流分布、交通事故发生、交通控制模式及交通管理的体系进行了一系列的研究。
1、美国研究现状
美国是世界上拥有高速公路最多的国家,高速公路密度达到1km/100km2以上。
美国高速公路运输己成为陆地道路运输的主要方式,拥有较为成熟的技术和完善的管理措施。
前几年,美国联邦公路管理局运输处推出了道路天气管理计划,推动了美国各州在包括雾天在内的各种灾害天气条件下高速公路通行管理技术的发展和应用,提高了管理水平,并形成了各州高速公路灾害天气通行管理技术特色。
(1)犹他州能见度预警系统及除雾系统
犹他州交通局在经过盐湖城约旦河的州际公路路段设置了能见度预警系统。
该路段常因大雾引发交通事故,在这段长3kin的路段上,设置了四个能见度检测器和六个车速检测点。
能见度检测器实时采集能见度数据,车速检测点利用感应线圈记录车辆速度和车道,并通过高频无线通信设备传至监控中心的计算机系统。
计算机系统根据能见度确定相应的最大建议车速(如表1.1所示),并根据实际检测到的车速发布预警信息。
表1.1犹他州车速管理
能见度
预警信息
200~500m
薄雾,常行驶
150~200m
浓雾,限速80km/h
100~150m
浓雾,限速65km/h
60~100m
浓雾,限速50km/h
<60m
浓雾,限速40km/h
实践结果表明,雾天谨慎行驶的驾驶员提高了行驶速度,平均车速在86.8一99.7km/h时车速增加了15%,平均车速在15.3一11.9kn、/h时车速增加了22%,减小了车速变化幅度,保证了稳定的交通流。
在犹他州北部,浓雾在山区往往会保持几个星期,犹他州交通厅在这部分地区的州际高速公路和国家高速公路路段采用了除雾措施来增加能见度为此而装备了70辆除雾车,除雾车的作用就是喷射液态二氧化碳,液态二氧化碳使雾凝结成水滴以达到除雾的目的。
在冬季,水滴又会结冰,所以在还需要在路面喷洒防冻剂。
改善后的能见度保持时间决定于气温和风速,一般为3~4h。
1.2维吉尼亚州天气事故检测系统
维吉尼亚州拥有先进的交通管理系统,包括对与天气有关的交通事故检测子系统,用来对境内的90km高速公路进行管理。
事故检测子系统包括感应线圈、控制器和事故中心计算机,在相应路段设置了120个交通流监测点和50部摄像机,并利用光纤通信传输到管理中心。
管理中心根据监测到的事故信息,及时快速给予处理,避免二次事故和减轻交通延迟,提高道路通行能力。
早在1985年,维吉尼亚州就开始了系统的设计和测试,2000年全面进行了更新,宝一于划还将在其他州际高速公路_[应用实施,并将在维吉尼亚大学作进一步研究和改进。
1.3华盛顿州车速管理
在华盛顿观光地区,由于旅客对路况不熟悉,所以该地区的冬季事故发生率很高。
华盛顿州采用了车速管理系统来保证雾天和冰雪天气的交通安全,车速管理系统中的行驶环境传感器可以测量空气温度和湿度、空气沉淀物浓度、风速、路面温度和湿度等环境信息,监控中心计算机决策支持系统根据这些环境信息制定了相应的控制管理策略,包括车速管理和车辆管理,详细策略(见表1.2)
表1.2华盛顿州车速管理策略
天气状况
路面状况
控制策略
小雨或中雨,能见度>800m
干燥或潮湿
车速<104.5Km/h,无轮胎要求
大雨或雾、能见度<320m
泥泞或有冰
车速<88.4Km/h,建议使用斜胶轮胎
大雨或雪、飞雪、能见度<160m
浅的积水、雪或冰覆盖
速<72.4Km/h,建议使用斜胶轮胎
雨夹雪、大雪或大雨,能见度<60m
深的积水、深的积雪或融雪
车速<56.3Km/h,建议使用防滑链
1.4洛莱纳州低能见度提示系统
卡洛莱纳州低能见度提示系统设置在库拍河上113km的跨江道路上,系统包括1个环境检测站,五套前向散射能见度检测器(布置间隔巧Zm),照明设施(间隔34m),8个闭路电视摄像头,8个动态情报板,1个远程处理器,以及控制中心和光纤传输系统。
该系统的控制策略是:
能见度 1.5加利福尼亚天气警示系统 系统包括36个车辆检测点和9个环境传感器。 车辆检测点和环境传感器分别检测车辆行驶状况和天气状况,监控中心计算机根据历史数据设定的车速、能见度等的限值,实时自动启动路侧可变信息板,提示预警信息。 该系统于1996年调试运行后,迄今还没有出现因雾等恶劣天气引发的高速公路交通事故。 目前,系统扩充了闭路电视以实时监控道路交通状况,以便更科学地管理,同时还建立了高速公路广播系统来加强预警效果。 1.6新泽西州道路天气信息系统 新泽西州道路天气信息系统利用传感器测量道路沿线天气状况和路况、交通流量、交通阻塞状况。 根据闭路电视采集的视频信息,实时实施车速限制管理,并把天气状况和管制车速通过沿线信号灯、可变限速标志和广播告知驾驶员。 交通警察负责车速管制的执行。 车速控制策略是根据能见度把车速限制为: 105,100,95,90,85,80,75, 70,65,60,55,50(km/h)。 【2】瑞典研究情况 瑞典地处北欧,早在1972年就开始尝试简单的天气警报系统,此系统通过电话网络来传递道路的结冰情况。 现在瑞典RWIS系统除650个野外观测站外,还有3颗卫星和21个雷达观测站,因此天气及道路交通数据来源非常广泛。 但就其使用功能来讲,该系统仍然主要对灾害天气进行监测和发布信息,在雾天观测和警报中应用较少。 【3】德国研究情况 德国于80年代初期开始在道路沿线布设天气检测设备以检测天气的变化及其对道路交通的影响。 在德国称RWIS为SWIS,SwiS的建立进一步增加了气象检测站的数量。 而检测得到的信息将汇总到德国国家气象服务中心,由其发布天气信息并研究新的天气预测方法。 2004年,德国柏林和勃朗登堡州的化学工程技术人员研制出一种新设备,它能在不添加任何化学物质的情况下将空气中的冷雾去除掉,同时不污染环境。 新除雾办法的原理是将深冷二氧化碳,即干冰撒入雾中,让干冰担当结晶核的作用。 专家建议在公路两侧应固定安装该除雾设备。 【4】日本研究情况 日本国土狭长,水汽丰富,因此也是大雾多发的国家,日本所采用的高速公路控制措施除了能见度监测及速度、交通量控制以外,还采取了“慢车警告”的控制措施。 即通过路侧设置的小型情报板提醒驾驶员前方有慢行或停止的车辆,并告知驾驶员前方慢车的距离,督促驾驶员预先做出反应,避免交通事故。 根据使用的情况,该措施被证明是十分有效的 1.2.2国内研究现状 目前我国高速公路交通管理部门在恶劣气象条件下一般只是采取封路禁行等的消极方法,致使高速公路中断运输,造成社会、经济效益等方面的损失。 灾害气象条件下高速公路通行管理中还多采用传统的人工气象检测、人工疏导等全人工化或半人工化的管理技术和措施。 由于不能及时掌握高速公路上的天气状况信息而向路上行驶的车辆及时提供天气及路况信息,因而经常是在管理部门采取措施之前就己经有严重事故发生。 目前我国在灾害条件下的高速公路管理仍存在以下不足: (l)管理配套设施不齐全 目前我国己开通的高速公路都有一定规模的监控通信系统,但由于受经济条件的制约,我国高速公路上的监控通信系统并不完善,一些配套设施如雾天能见度检测仪、车辆检测器等还不齐全。 在我国,除部分高速有公路有紧急电话、少量的可变信息板外,大部分的高速公路配套设施不齐全。 (2)外场设备布置不合理 建设高速公路时由于在地理、气象等方面缺乏系统深入地研究和足够的重视,致使诸如能见度仪、信息板等一些外场设备的布设位置、布置密度跟实际使用差距较大,失去了数据采集的可用性和真实性。 (3)应用水平较低 由于监控系统不能和收费系统一样,可产生直接的经济效益,故而某些管理者不太注重其好坏,服务意识不到位,致使一些设备长时间处于闲置状态,其应用水平较低。 所以,我国高速公路还多采用传统的人工检测、人工疏导等全人工化或半人工化的管理技术和措施。 (4)灾害预防方式简单化 虽然采用气象预报、养护路政及交警巡查、交通监控及紧急电话系统等多种方式进行灾害的识别,但是这些方法只是一种简单的识别及预报,而不能有效地通过监控各种致灾因子的发展情况来识别灾害发生的前兆,以及时采取对策控制灾害的发展趋势。 (5)管理控制策略的实现有困难 我国有关通告规定,能见度小于50m时,有关管理部门可采取局部或全部封闭高速公路的交通管制措施。 我国地域广阔,高速公路在各地发展不尽相同,高速公路气候差异也相差较大,因此各地区除执行公安部的管理通告外,又针对本地区的特点和自身的管理条件,制定了一系列管理措施。 但由于我国管理体制等诸多原因,真正执行这些管理控制策略有一定的困难。 (6)管理体制不完善 由于至今未能形成一套规范、完整的劳动管理专门法规,使得同一地区不同的高速公路存在不同的管辖级别间的矛盾,尤为突出的是交通与公安两个部门由于职能交叉,分工不明确,管理不协调。 此外,一些跨省、市、地区的高速公路,由于行政区划的不同,设置了多个专门管理部门,造成属地管理和道路全线管理的矛盾。 由于地域分管过细,高速公路的通行反而不顺畅。 特别是恶劣天气条件下发生交通事故后,有时会出现几个管理部门互相推责任的现象,拖延了事故处理的时间,影响了高速公路的正常运行。 1.3论文研究目的及意义 本论文通过分析灾害天气对高速公路的行车安全影响,对不同灾害天气进行分级,并研究灾害性天气条件下高速公路安全控制,合理利用现有的设备。 对不同的灾害天气,采取合理的控制管理手段,降低高速公路事故发生率和事故损失,最终达到减少交通阻塞、提高高速公路使用效率、实现高速公路安全、快捷、连续的使用功能。 合理的交通措施的应用有助于加强灾害天气条件下高速公路行车安全的管理,最大程度降低因灾害天气造成的交通事故发生率,保障人民群众财产安全,发展经济、维护社会安定,以期获得最佳的经济和社会效益。 1.4主要研究内容及技术路线 1.4.1研究内容 本文课题针对灾害天气引发高速公路交通问题频繁的现状,研究灾害天气条件下的高速公路交通安全控制与管理。 通过分析灾害天气条件对现有高速交通安全的影响,从交通流的特性参数出发,对高速公路交通流进行控制,寻求解决高速公路灾害天气条件下事故多发问题的办法,同时提高灾害天气下的公路通行能力,保证高速公路在灾害气象条件下的不间断运输以发挥经营的最大效益。 为此,本文的主要研究内容如下: (1)介绍本文选题背景、研究内容及意义,总结发达国家针对不良天气条件下高速公路管理和控制进行的一系列研究及目前我国在灾害气象条件下的高速公路管理存在的不足。 (2)分析不同灾害天气对高速公路行车安全的影响,并指出高速公路交通事故特点,分析灾害天气对安全行车及高速公路运营的影响。 (3)介绍了国内的新型的工程技术,对高速公路进行除雾除冰雪,确保行车时的路面摩擦系数和能见度。 (4)首先对不同灾害天气进行了分级,再依据交通工程管理与控制理论,探讨了车速控制、车距控制、匝道控制等高速路上的管控手段,最后归纳总结出不同灾害天气下的交通管控策略。 (5)以西安绕城高速为例,提出三种高速控制方案,并进行了简单的事故模拟。 1.4.2技术路线 灾害天气影响分析 对高速高路运营影响 运输效率影响 对管理影响 对行车安全影响 管理对策制定 工程除雾雪 交通管理控制对策 交通监测与评价 第二章: 不同灾害性天气对行车安全的影响 2.1主要灾害性天气类别 本文根据高速公路天气灾害的成因特点,将其分为温度变化、雾灾、雪灾、雨灾、风灾等五类。 其灾害如表2.1所示。 表2.1高速公路天气灾害的主要类型 类别 灾害性天气 灾害 温度变化 高温、低温 高温时沥青路面软化,黏度降低,驾驶员易疲劳;低温时破坏路面,车辆发动困难等 雾灾 大雾,浓雾,雾墙 能见度降低,车速降低,雾闪停电等 雪灾 暴雪、大雪 积雪阻塞道路,减小路面摩擦力,降低车速,车辆控制困难,能见度低等 雨灾 大雨、暴雨、连阴雨 减小路面摩擦力,增长制动距离 风灾 飓风、龙卷风、台风 卷走、吹倒路标和其他高速公路交通设施,阻塞交通,行车不稳 2.2温度变化对路面与行车安全的影响 高温、寒冷天气具有周期性、范围广和不可抗拒的特点,它的危害程度与气温的高、低以及冷热空气引起的台风、冰冻等自然灾害密切相关。 它对高速公路行车的危害主要体现在以下方面: 2.2.1高温对行车安全的影响 高温时,沥青软化,导致沥青混凝土路面变软,其承载能力相应降低,在行车荷载作用下致使路面出现车辙、拥包等变形类病害,影响路面的使用寿命和行车的舒适性;高温季节易发生爆胎事故,同时高温易引起司机疲劳,造成交通事故。 另外,高温还会对路面摩擦力影响,沥青路面经阳光照射的热作
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