重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400041
摘要：山区高速公路有些地形高程落差，容易出现连续的长下坡组合，因此出现交通事故的概率大大提升，影响行车安全的原因较多，其中由视距造成的事故也占很大一部分，通过三维动态视距的研究，利用相关计算模型，可以对公路连续长下坡线形组合进行优化。
关键词：线形组合；连续长下坡；动态视距；三维；优化
1 引言
山区高速公路因为自然环境的限制，一些地段依山就势，沿湖而建，这些地方坡多且弯急，导致视线不好，安全问题突出，是事故的高发地段。重型汽车在连续的长下坡上行驶时会因为爬坡能力的不足降低车速；下坡的时候刹车时间过长，制动器会升温，导致刹车失灵。从行驶安全角度出发，也应该重视对连续长下坡线形的研究，以减少人员伤亡和财产损失。
2研究现状
美国国家高速公路和交通运输协会利用时货车的爬坡性能曲线提出了不同设计速度和地形条件下公路最大纵坡控制值，研究典型货车在110km/h的运行速度时进入纵坡路段不同运行速度的下坡段长度和坡度之间关系。目前，日本采用的方法是大货车爬坡速度的降低值和组合坡段等效纵坡的方法对连续长大纵坡设计标准进行制定，用控制等效纵坡大小和长度控制纵坡设计，以设计车速的不同，坡度采用小于相应标准的最大纵坡值，若地形条件或其他原因导致展现困难，可采用最大纵坡。
我国纵坡标准和设计方法研究相对较晚，我国纵坡设计较受限规范，国内在《公路工程技术标准》当中对最大纵坡、最大坡长作出了规定，尽管如此，这些值没有考虑到车辆下坡时的安全状况。一些山区的项目受到地形限制，高差比较大，此时的道路设计会采用连续降坡的形式，单个坡的坡长和坡度、组合坡度满足设计要求，但在很长一段距离，相邻的纵坡组合存在一定的安全问题。
3纵坡设计对行车安全的影响
3.1坡度和坡长的影响
道路纵向坡度对车辆行驶速度、道路交通容量影响较大。对于小型汽车有较好得爬坡能力，不减速情况下可以爬10%坡度，当坡度太大和过长时，爬坡时会出现发动机水温过高等现象，当坡度大于8%时长下坡时，特别是载货汽车，由于制动次数和制动时间增加，会造成制动器失效的现象。
从连续下坡路段交通事故的成因分析发现，制动失效在这类交通事故中占有很大比重，而由事故车型的分布发现，大型重载货车占有很大比重。以机理为基础进行思考，由于车辆的制动能力有限，制动时间随着坡长的长度延长，制动器性能会不断下降，在空间上表现为从频繁、长时间的持续制动起始处随着行驶位移的增加车辆制动性能不断下降。当连续下坡的平均纵坡和下坡总长度反应超过规定值，特殊情况下无法满足要求时，应采取相应的管制措施，以保障行车安全。
3.2竖曲线设计对行车安全的影响
大量交通事故整理后发现，凸形竖曲线发生的事故率要大于直坡路段，主要影响有3方面：
（1）行车视距的影响。当受到山区地形限制的时候竖曲线的半径过小，这时候无论是在凸形竖曲线还是凹形竖曲线，它的视距要求都不容易满足要求。
（2）长上坡段小半径竖曲线行驶时会感受到失重，此时摩阻力可能下降；下坡时行车舒适度会下降。
（3）由于坡差较小，竖曲线较短，曲率变化太快。
4连续长大下坡路段线形优化研究
连续长大下坡的行车安全与舒适性与平纵线形的组合关系非常密切，视觉上的感受会直接影响到驾驶人员的操作，而公路设计中的视距计算只考虑平曲线和竖曲线对视距的影响，次种算法无法很好的反映平纵线形组合对视距的影响，现可以通过公路三维动态视距反映平纵组合对视距的影响并基于三维动态视距图对线形优化。
公路三维动态视距定义是在三维公路线形中，车辆一定速度行驶，沿路线方向驾驶人员能看到第一个点到第一个不能看到的点沿道路的距离。
三维动态视距图的特征：
（1）三维空间线形对驾驶员的影响分析更加客观；
（2）充分反映驾驶人员在驾驶过程中对视距的影响；
（3）计算视距的时候考虑的因素更加全面，相对于传统的视距计算来说，能够计算路线上任何点的动态视距，对于行驶时视距的变化分析更加有利。
4.1三维动态视距计算方法
若空间中驾驶人员的视野为椭圆，A点为驾驶员，C、D各代表的是驾驶员看到的竖向最高距离和沿行车方向的最远点，Q代表中心线任一点，∠CAO是驾驶人看到的竖向偏角最大值，∠DAO是驾驶人员看到的横向偏角最大值，∠OAB是驾驶员在OQ向的最大视野。
三维动态视距计算从路线起点开始，对于任一视距计算点A，从沿车辆行驶方向的第一个驾驶人能看到的点开始进行视距验算。对于视距验算点Q，通过判断AQ与AO的夹角是否在OQ方向最大动态视角内来确定路线上Q点相对于A点的可视性。若０点与A点间所有点均可视，但下一个验算点不可视，则沿路线的距离为驾驶人在A点的空间动态视距。
在视距计算当中在不同情况的判定条件不同，有：空间约束条件（视距验算点在平纵组合段）、竖向约束条件（视距验算点与计算点于同一路段）、横向约束条件（视距验算点和视距验算点于同一水平位置）。
4.2 空间动态视距计算模型
根据三维动态视距计算和判定方法，对任意一个视距计算点，由验算点的相对位置，选择适当的约束条件，可采用迭代法搜索临界点桩号，得到点的三维动态视距。
计算模型：
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满足条件：
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其中：
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—理想行车条件下驾驶人能辨识物体的最远距离；
i—视距计算点的标号；
j—视距验算点的标号；
m—满足以下条件的第-一个能看到的点的标号；
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—视距计算 点i和验算点j连线与视线中心线的夹角；
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—为视距验算点方向上驾驶人的最大动态视角。
（G—三维公路线形影响因子；F—驾驶人 动态视野影响因子；H—车前灯照射范围影响因子；T—约束类型）
运行速度计算的停车视距大于设计速度停车视距，应满足运行速度的停车视距：
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其中：
Scal—运行速度对应的小客车停车视距（m）；
V85—连续长大 下坡路段下坡速度（km/h）；
t—反应时间；
f—纵向摩阻系数。
5总结
连续长下坡路段是事故高发段，通过三维动态视距计算模型的优化线形组合可以提高一定的安全性，长大下坡的线形组合优化应该考虑多方面包括：汽车的动力性能、安全水平、服务水平和工程造价等，道路线形的设计除了满足规范的要求外，还应该多多考虑驾驶人员的行车舒适性，尽量与环境协调。
参考文献：
[1]刘浩学.连续长大下坡路段安全保障技术研究[R].2004.
[2]陈渤.山区高速公路长大下坡路段避险车道设计方法研究[D].成都.西南交通大学，2007.
[3]张建军.连续长大下坡路段避险车道设置原则研究[D].合肥.合肥工业大学，2005.
[4]梁营力.高速公路长大下坡路段安全设施研究[D].西安.长安大学，2009.