高速公路路面抗滑力与交通事故的模糊分析Word文档下载推荐.docx
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(1.交通部公路科学研究所,北京100088;
2.安徽省公路勘测设计院,安徽合肥230041)
摘要:
根据对我国7条高速公路在两年时间内的事故与抗滑力调查,用模糊分析的方法对所取得的数据进行了分析,得出了高速公路上事故与路面抗滑力关系不明显的结论。
这说明在高速公路上尽管行车速度高,但行车条件好,纵、横向干扰少,需要频繁刹车或紧急刹车的情况少,因此所需要的路面摩擦系数低于一般公路。
关键词:
高速公路;
事故;
抗滑力;
模糊分析
中图分类号:
U4121366;
U49113文献标识码:
A
FuzzyAnalysisoftheRelationshipBetweenAccidentandSkidResistanceofPavementonMotorways
LIUQing2quan1,CHENXue2wen1,WANGYao2ming2
(1.ResearchInstituteofHighwaysMOC.Beijing100088,China;
2.HighwayReconnaissanceInstituteofAnhuiProvince230041,China)
Abstract:
Thispaperreachesaconclusionthattherelationshipbetweenaccidentandskidresistanceofpavementonmotorwayisnotclearaccordingtothefuzzyanalysisofthetwoyear’sdataonsev2enmotorwaysinChina.Thisindicatesthatthefrictiondemandsonmotorwaysislowerthanthat
oncommonhighways,althoughthetraveling
收稿日期:
2003-03-26
课题项目:
交通部标准、行业修订研究项目“高速公路沥青路抗滑技术”(1998-8)
作者简介:
刘清泉(1957-),男,江苏省淮安市人,博士,研究员,主要从事公路路面特性的研究;
陈学文(1971-),男,陕西省岐山县人,助研,主要从事道路工程的研究;
王耀明(1961-),男,山东人,副院长,高工,主要从事公路工程方面的研究。
speedonmotorwayismuchhigherthanthatoncommonhighways.Thisaccountsforthegoodtravelingconditiononmotorwayssuchashigh
standardalignmentandlesslongitudinalandlat2
eralinterference.
Keywords:
motorway;
accident;
skidresistance;
fuzzyanalysis
特稿
2广西交通科技
1做模糊分析的理由
一般来说,数学有三大分支:
经典数学、统计数学和模糊数学。
这三大分支的研究范畴是各自不同的。
经典数学研究的是确定现象,即“非此即彼”的精确性;
统计数学是研究随机现象,它涉及一个事物是否发生的不确定性以及与之相关的量的规律,它摆脱了“一因一果”的因果决定性,反映了事物“一因多果”的随机性;
而模糊数学研究的是模糊现象,反映了事物之间由于差异的中间过渡性所引起的划分上的不确定性,也就是“亦此亦彼”的模糊性。
路面摩擦系数多大是安全的问题是一个“模糊”的问题,在路面滑与不滑,安全与不安全之间我们找不到明确的边界。
假如认为当摩擦系数>
40时路面是安全的,那么摩擦系数等于39时路面就一定滑溜?
就一定会出很多事故吗?
如果39可以接受的话那么38行不行?
如此追究下去我们将找不着一个确定的值。
路面从滑到不滑,从安全到不安全,这中间经历了一个从量变到质变的连续过渡过程。
这是由于排中律破缺而造成的不确定性,而这正是模糊数学所研究的内容。
因此我们可以用模糊模型来描述交通事故与路面滑溜之间的关系。
2模糊分析的步骤与结果
①选取国内不同地区的高速公路(沥青路面),进行原始数据调查;
②对每条路线应用动态聚类分析,由事故点得到事故路段;
③按不同降水量水平,将事故路段分为相互对应的几部分;
④求解模糊关系方程,得到路面雨天事故与抗滑能力两者之间的关系。
2.1数据调查
调查的对象是我国东北、东南沿海、西北和华北地区的7条高速公路。
调查的内容有:
①事故资料:
调查每一起事故的死伤人数、事故直接损失、交管部门所认定的事故原因以及事故发生的时间、路线桩号、天气情况等;
②交通资料:
针对事故所发生的路段调查年平均日交通量、交通组成等交通参数;
③抗滑力:
进行横向力系数的全线检测;
④气象资料:
查阅当地气象部门有关年平均降雨量、降雨强度和年降雨小时数等数据。
2003年第1期第28卷总第103期3
2.2动态聚类
动态聚类分析方法又称逐步聚类法。
其基本思想为:
(1)按照一定的方法选取一些凝聚点,然后让样本向最近的凝聚点凝聚,这样由点聚成类,得到初始分类,初始分类不一定合理。
(2)按照最近距离原则修改不合理的分类,经反复修改直到分类比较合理为止。
本次研究分析如果直接采用数理统计中的动态聚类分析方法,就存在一个不合理的现象,即第1类的范围明显大于其它的类,为此我们作了必要的修正。
修正后的动态聚类分析方法如下:
选取同一条路以所有样本(事故点)特征值(桩号)的平均数作为第1凝聚点,根据期望分类的多寡人为选取一个K值(一般取0101~110);
对所有样本依次计算与第1凝聚点的距离,当距离<
KS(S为标准差)时就把这个样本归于第1凝聚点产生的类别,反之就另作一类并产生一个新的凝聚点;
此时将第1凝聚点产生的类别以第1
参照“沥青及沥青混合料气候分区指标”及相应的“分区图”,按降雨量>
1500mm,1000~1500mm,500~1000mm和<
500mm的区段将上述128个事故路段划分为四类,并计算各个事故路段对应的降水量、降水日数、雨天事故次数、总事故次数、雨天事故率、总事故率、SFC值等参数。
其中SFC值为事故路段中所有事故点的横向力系数(频率最高)代表值。
2.4建立和求解模糊关系方程
设A为路面横向力系数(SFC)矩阵,B为雨天事故率矩阵,X为雨天事故率与路面抗滑力之间的模糊关系矩阵,则构成模糊关系方程A。
X=B。
它是
模糊关系方程的一种特殊形式,A、X、B可分别表示为如下形式:
凝聚点为分界点划分为两类,以消除前面所述的第一类过大的不合理现象。
后进的样本对所有凝聚点依次计算距离,如果和第i类距离<
KS就归为这一类,如果与所有凝聚点的距离都>
KS就形成另一新类,作为一个新的凝聚点。
这样依次分下去,可以得到初始分类和若干个凝聚点。
A
(a1a2a3a4a5)
X
x11x12x13x14x15
x21x22x23x24x25
x31x32x33x34x35
x41x42x43x44x45
x51x52x53x54x55
B
(b1b2b3b4b5)
确定各个凝聚点后,选取归类原则(即确定距离标准)。
由于每个样本只有一个特征值(桩号),所以用最短距离法即可。
也就是说,在修正类别时每个数据应归于它到凝聚点距离为最小的一类,这样进行第二次分类修正,再以第二次修正后各类的重心为新的凝聚点进行一次修正,如此重复进行,直到类别不再发生变动为止。
按照上述方法把每条路划分为数个事故路段(见表1)。
有两种方法求解此模糊关系方程:
一种方法是把它划分为五个方程分别求解,另一种方法是先求解其最大、最小解,然后得出方程的解集。
这里采用后一种方法求解。
一个模糊关系方程可能有解,也可能无解。
当模糊关系方程有解时,解不止一个而是一个或多个解区间,此时是取方程的最大解、极小解还是取它们的中间值,只有根据实际情况才能做出恰当的选择;
当模糊关系方程无解时,可人为事先给出假设解,然后代入方程求出它们的象,再根据择近原则求出与已知的象最贴近的模糊集。
首先,引进两个算子δ和ε以及与它们对应的矩阵合成运算δ‘和ε‘。
定义1:
设δ、ε为区间[0,1]上的算子,对任取a、
b∈[0,1],有:
aδb=
1(a≤b)
b(a>
b)
aεb=
b(a≥b)
0(a<
b
2.3按降水量划分事故路段
定义2:
设A∈F(U×
V),B∈F(V×
W),称C=Aδ‘B(或C=
Aε‘B)为A与B关于δ(或ε)的模糊关系的合成,它们的隶属函数为:
(Aδ‘B)(u,w)=Λ(A(u,v)δB(v,w))
v∈V
(Aε‘B)(u,w)=Λ(A(u,v)εB(v,w))
4广西交通科技
针对SFC和雨天事故率两指标,根据上述评价等级,由事故路段数据求解各等级隶属度,写成矩阵形式
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- 高速公路 路面 抗滑力 交通事故 模糊 分析