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纬地公路路线安全性分析系统（hintsf v3.2）
关于支持新《规范》运行速度预测分析模型的说明
1 关于运行速度预测分析模型
纬地公路路线安全性分析系统（hintsf v3.2）结合我国公路行业最新发布的《公路项目安全性评价规范》（jtg b05-2015）（以下简称《规范》（2015）），在原提供的基于相关科研成果的公路运行速度预测分析模型的基础上，最新开发增加了《规范》（2015）附录中的各级公路运行速度预测分析模型。这样新版软件则同时支持两套公路运行速度模型体系，在软件系统中为表达方便分别命名为“科研模型”和“规范模型”。
以下是系统中提供两套运行速度模型体系的选择界面：
现对本软件系统中所提供的两套公路运行速度预测分析模型体系，及相关变化说明如下：
1.1 关于“科研模型”
纬地公路路线安全性分析系统（hintsf v1.0版）正式发布于2007年11月。该版本采用的高速公路和一级公路的运行速度预测分析模型，主要是依据我国交通运输部西部交通科技重大专项《公路运行速度体系、安全性评价与工程应用技术研究》等科研项目的研究成果报告，结合多条高速公路勘察设计项目经逐步改进完善形成的。相关的科研项目包括：
（1）交通运输部西部交通科技重大专项项目《公路运行速度体系、安全性评价与工程应用技术研究》；
（2）交通运输部西部交通科技项目《西部地区公路运行速度特征与应用模型研究》，《基于运行速度理念的西部地区公路路线线形设计及安全评价技术研究》，《西部地区公路速度限制标准与速度控制技术研究》；
（3）交通运输部西部交通科技项目《高速公路运行速度设计方法和标准研究》，《山区双车道公路路线设计参数研究》，《山区高速公路匝道线形设计技术研究》等。
纬地公路路线安全性分析系统（hintsf v1.0版）所采用的运行速度预测分析模型的具体理论、公式和相关参数说明，可参考相关著作《公路运行速度设计理论与方法》（人民交通出版社，2010年6月第1版，isbn：978-7-114-08512-3）。
1.2 关于“规范模型”
2015年12月，我国交通运输部正式发布了《公路项目安全性评价规范》（jtg b05-2015）。该《规范》在上一版《公路项目安全性评价指南》（jtg/t b05-2004）的基础上，除补充了公路项目各阶段安全性评价的重点、流程之外，新增了对评价结论内容与深度的要求，新增了二、三级公路及改扩建公路项目各阶段的评价内容，同时，《规范》对高速公路、一级公路和二、三级公路的运行速度预测分析模型及方法进行了完善和修订。
根据新《规范》完善修订后的各级公路及特殊路段的运行速度预测分析模型，纬地软件在原基于科研成果的运行速度模型体系的基础上，开发完成了新的与《规范》相配套的“规范模型”体系，并集成到纬地公路路线安全性分析系统（hintsf v3.2）最新版本之中。
由于纬地公路路线安全性分析系统（hintsf v3.2）提供的“规范模型”体系，是国内首次将《规范》发布的模型体系进行软件化实现的。在软件化实现的过程中，纬地软件对《规范》发布的模型、参数及相关影响因素等进行了深入的分析和研究。
对比新《规范》所提供的高速和一级公路运行速度预测分析的具体模型和参数，总体上与《指南》的模型是一致的，但重点细化补充了高速公路隧道路段、互通式立交区域、一级公路路侧干扰、路侧冲突、平交口密度影响等内容。新《规范》发布的二级、三级公路的运行速度模型也是在相关科研成果的基础上提出的，其中纳入了路侧净区和平交口密度影响等内容。
在对《规范》模型进行软件化实现的过程中，我们发现：尽管新《规范》运行速度模型同样来源于上述重大科研项目的研究成果，但可能由于侧重点的差异，《规范》中对速度计算模型的具体应用说明并不是非常具体和全面，例如：运行速度分析路段划分的原则和方式，隧道、互通式立交及平交口等影响路段范围界定的条件等。因此，在具体实现过程中，我们结合具体公路项目运行速度分析实例，对《规范》未明确说明和界定的内容进行了细化和规范。例如：
1）《规范》未明确在一、二、三级公路平面交叉密度影响计算时，平面交叉口密度（d）计算确定时的路段长度。软件在实现时，依据单个平交口长度和加减速段长度确定其影响区间。
2）《规范》未明确一级公路路侧干扰影响是否与平面交叉口密度影响叠加考虑。软件在实现时，从适应各类复杂路域环境条件出发，采用了路侧干扰影响与平面交叉口密度影响可叠加的处理方式。用户在具体应用中，可结合项目路域条件，叠加考虑或并列不叠加考虑。
3）对二、三级公路运行速度预测分析时，《规范》未明确在隧道段出口100m特征点的速度计算方法。软件在开发实现时，参考使用了一级公路对应的隧道出口路段的运行速度计算方法；
4）《规范》虽然明确指出隧道入口前200m和隧道出口后100m等为隧道路段运行速度的特征点，且明确规定当相邻隧道出口与入口间距小于200m时应按照隧道群对待，但却未明确当隧道段间距大于200m且小于300m时，该如何确定隧道前后加、减速段长度。软件在开发实现时，将相邻隧道间距按1：2进行加、减速段长度分配。
2 关于两套模型体系的差异
经研究和分析对比，纬地公路路线安全性分析系统（hintsf v3.2）提供的两套各级公路运行速度预测分析模型体系，即“科研模型”与“规范模型”存在一定的差异，这些差异主要是由于新《规范》发布的模型与原相关科研项目成果之间存在一定的差异而引起的。
总结起来，“科研模型”与“规范模型”的差异性主要有以下几个方面：
2.1 路线单元划分原则
各级公路在运行速度预测分析时，均需要根据路线平纵几何指标变化，对路线进行分析单元划分，进而依据不同的预测分析模型，计算获得该路段单元的节点运行速度及变化。
在“科研模型”中，在对路段单元进行划分时，除了考虑平面几何指标之外，还主要依据路线纵断面的主要指标（即纵坡值）进行路段单元划分。其中，依据纵断面几何指标进行单元划分的条件是：
|
计算模型 |
代表车型 |
纵断面 |
|
科研模型 |
小型车 |
直线段坡度 < 3% |
|
曲线段坡度 ≥ 2% |
||
|
大型车 |
坡度 ≥ 2% |
|
|
规范模型 |
小型车或大型车 |
坡度 < 3% |
|
坡度 ≥ 3% |
从上面的表格对比我们可以看到，在原“科研模型”，路线单元划分时，对于小型车而言，划分路段的纵坡条件为3%；对于大型车而言，划分路段的纵坡条件为2%。但在“规范模型”中，可能是为了计算分析的便利性，未区分小型车和大型车，路段划分的纵坡条件均采用了3%。
实际上，根据我国近期相关科研成果，我国公路货车车型大型化趋势非常显著，而货运主导车型的比功率等下降非常显著，导致货车主导性车型在连续纵坡上的运行速度下降也是很明显的。相关试验和调查研究表明，大型货车主导车型在2%以上的连续纵坡上的稳定速度是低于60km/h的最低容许速度的，也就是说在2%以上的纵坡上，当大型货车以60km/h以上的速度驶入时，均明确表现为减速行驶状态的。因此，我们分析总结认为，对于高速公路和一级公路运行速度预测分析，原“科研模型”的路线单元划分条件更为适合我国当前的货车综合性能条件，也适合小型车和大型车普遍的动力性能差异。
2.2 运行速度预测分析方法
在“科研模型”中，我们根据相关科研成果和工程实践，提供了多种纵坡、弯坡、直线段计算方法，且都经过了大量实际项目检验。相应的模型成果曾先后以学术论文的方式在多个重要期刊上正式发表，为再创新的成果。
而目前“规范模型”主要依据《规范》条文、条文说明以及其对应的附录内容，对应开发完成的。新《规范》中对各种分析单元仅提供了单一预测分析模型，其计算分析的方法相对简单、简化。
2.3 运行速度预测影响因素
“科研模型”参考相关研究成果，提供并考虑了公路横断面宽度、路段限速、隧道、互通式立交、平交口、路侧干扰、街道化、路侧安全净区、视距等多种影响因素。
而“规范模型”中并没有提供和考虑公路横断面宽度、路段限速、街道化、视距等影响因素。
综上所述对比情况，在本次开发升级之后的纬地公路路线安全性分析系统（hintsf v3.2）中，我们同时提供了“科研模型”和“规范模型”两套运行速度预测分析模型体系，供用户自行选择使用。但我们对比认为：对于高速和一级公路项目，采用“科研模型”更为精细、准确，并且该模型体系也已经过全国各类高速公路和一级公路勘察设计项目的应用检验。对于二、三级公路，建议用户可更多采用“规范模型”进行预测分析，同时应关注沿线各类平面交叉口、路侧干扰数量和路侧净区等的影响。由于其中平面交叉密度与平面交叉路段长度划分有直接关系，是否叠加考虑平面交叉密度影响和路侧干扰影响会直接影响整体路段的运行速度，因此，建议有条件时，用户可对上述影响做不同的划分和处理，以对比分析其运行速度变化。
3 纬地路线安全性分析系统中的模型应用
3.1 同时集成“科研模型”与“规范模型”体系
纬地公路路线安全性分析系统（hintsf v3.2）中集成了“科研模型”与“规范模型”两套运行速度预测分析模型体系，用户在计算过程中可自由切换，并可对比分析成果，以获得更符合实际项目特点的分析成果。
需要强调的是，纬地软件并不是简单的套用了“规范模型”公式，系统不仅在“规范模型”中加入了横断面影响、视距对比、限速影响，而且还对规范不太明确的部分在分析和研讨的基础上，进行了细化和完善，例如上文提到的：平交口密度计算方法、路侧干扰与平交口的影响叠加问题、二、三级公路隧道段特征点计算等。
另外，软件系统在设置各项参数时，还会自动根据规范提供参考值，使计算设置过程更加简单快捷。
3.2 集成几何指标自动审核模块
根据各级公路开展交通安全性评价工作的需要，新版纬地路线安全分析系统中集成了“纬地三维道路cad软件系统”中的“项目几何指标自动审核模块”，用户使用路线安全分析系统在打开公路路线设计项目后，可直接“一键式”自动输出基于设计速度或运行速度的项目主要几何指标审查与检查报告。
该模块可以对平面指标、纵断面指标、平纵组合设计、加宽和超高、横断面宽度组成、平曲线半径、竖曲线半径分别进行评价，还可对平曲线范围内最大纵坡、陡坡急弯配合进行评价以及对长大纵坡进行分析。集成该功能之后，用户使用纬地路线安全分析系统进行各类公路设计项目安全性评价时，会起到事半功倍的效果。安全评价的工作效率会大幅提升。因为，以往对项目全线主要几何指标的统计分析，只能通过工程师手工方式统计分析完成。
3.3 结合最新研究成果持续更新
纬地路线安全分析系统将继续结合最新研究成果，持续更新。自本软件系统第一个版本正式发布以来，我们一直紧密结合相关科研进展，及时对软件系统进行了多次更新。
目前，基于最新科研成果的“高速公路长大纵坡分析”功能，正在紧张的研究与测试之中。该功能主要基于我国在“大型货车制动器温度变化模型”和“公路货运主导车型爬坡性能与参数”等科研成果的展开，重点对高速和一级公路长大纵坡路段上坡方向的通行能力和下坡方向的交通安全性进行分析和评价，为我国今后一定时期内大量的山区复杂条件下的高速公路和一级公路设计提供支撑。
敬请广大用户期待！
纬地软件研发部
2016年11月11日
