高原低压缺氧环境下公路运行速度模型优化研究

论文总字数：37328字

摘 要

随着我国西部高原地区经济快速发展，城镇化进程加快，高原地区的公路运输能力得到了很大的提升。作为西部高原地区经济社会快速发展的先决条件，公路交通在其交通体系中占据着十分重要的地位，并且在很大程度上为西部高原地区社会经济的发展提供支撑。高原公路线形受高原地质条件的影响表现出弯多、坡陡、高差大等特征。并且，由于高原区随着海拔高度的增加，高原区空气逐渐稀薄，在高原地形地势以及高原气候条件的共同作用下，驾驶员在低压低氧的状态心生理反应变慢，并可能发生由高原反应造成的驾驶员视力减退、听觉迟钝等症状，易出现驾驶疲劳的症状。在这种情况下，驾驶员对于车辆运行速度的敏感度较平原地区下降，运行速度与期望速度以及公路线形不匹配，内地的运行速度模型已不能适用于高原地区。因此，本课题的主要研究目的为提出适用于高原低压缺氧环境下公路直线段运行速度模型，为高原地区道路设计应用提供理论支持。

本文以高原地区公路直线段车辆运行速度为研究对象，在G318线与林拉公路选取典型路段，对大型车与小型车分别进行实地运行速度调查。通过对高原地区公路在行车辆速度调查可知，高原地区与内地车辆运行速度有明显变化。使用内地运行速度模型对高原地区直线段运行速度进行预测，发现内地运行速度模型的预测误差很大，需要对高原地区建立运行速度优化模型，本研究前提成立。

从典型直线段上驾驶员的期望速度来看，在限速60km/h的道路上，不同车型驾驶员的期望速度较内地下降较多，而在100km/h的道路上，期望速度与内地相差不大。从典型直线段上的加速度来看，最大与最小加速度均小于内地加速度推荐值，这说明车辆加速度受到高原低压缺氧环境的影响较大。在总结我国高原地理环境与气候条件的基础上，为优化公路直线段运行速度模型，使用数理统计软件SPSS21.0对加速度a与直线入口速度、期望速度进行相关性分析，建立了高原低压缺氧环境下车辆加速度优化模型，进而推导出高原低压缺氧环境下公路直线段运行速度优化模型。

关键词：高原公路；加速度；运行速度；期望速度；优化

Abstract

With the rapid development of economy and urbanization in the western plateau of China, the capacity of highway transportation has greatly improved. As a prerequisite for the development of economic and social of the western plateau, highway traffic play a very significant role in its transportation system, and largely provides support for the social and economic development. Influenced by the geological conditions of the plateau, the road alignment shows the characteristics of many bends, steep slopes and large height differences. Moreover, with the increase of altitude, the air get thinner. This will cause drivers become less sensitive, The inland speed model is no longer suitable for the plateau area. Therefore, the main purpose of this research is to put forward a speed model of highway tangent section where under low pressure and hypoxia condition, and to provide theoretical support for the design and application of highway in plateau area.

In this essay, the operating speed of vehicles in straight section of highway in plateau area is taken as the research object. The typical sections of highway in G318 and Larin freeway were selected, and the operating speed of large and small vehicles is investigated respectively. Using the inland operating speed model to predict the operating speed of the tangent section of the plateau area highway, it is found that the prediction error of the inland operating speed model is very large, and it is necessary to establish the operating speed optimization model for the plateau area. The premise of this study is established.

From the acceleration of typical straight line, the maximum and minimum accelerations are smaller than the recommended values of the inland acceleration, which indicates that the vehicle acceleration is greatly affected by the low-pressure hypoxia environment in the plateau. In order to optimize the operating speed model of highway straight-line section, the correlation analysis between acceleration and linear inlet velocity and expected velocity is carried out by using the mathematical statistical software SPSS21.0. The vehicle acceleration optimization model under low-pressure hypoxia environment in plateau is established, and the optimal speed model of highway straight section under low altitude hypoxia environment is deduced.

KEY WORDS: Plateau freeway; acceleration; operating speed; expecting speed; optimize

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 6

1.1 研究背景 6

1.1.1 高原环境与内地有较大差异 6

1.1.2 高原经济特点 6

1.1.3 我国现行公路设计方法为设计速度法 6

1.1.4 高海拔地区车辆性能与内地有较大差异 6

1.2 研究目的和意义 6

1.2.2 研究意义 7

1.3 国内外文献综述 7

1.3.1 国外研究现状 7

1.3.2 国内研究现状 12

1.4 技术路线 15

第二章 青藏高原实地试验方案设计及数据处理 16

2.1 试验目的 16

2.2 试验道路 16

2.3 样本量的选取 17

2.4 试验仪器 18

2.5 运行速度调查 19

2.6 本章小结 19

第三章 高原低压缺氧环境下公路直线段运行速度模型的建立 20

3.1 实测数据描述性分析 20

3.1.1 小型车数据描述性分析 20

3.1.2 大型车数据描述性分析 22

3.2 相关性分析 24

3.3 期望速度的标定 25

3.3.1 期望速度的影响因素 25

3.3.2 期望速度的确定 26

3.4 基于SPSS非线性回归的小型车运行速度模型建立 28

3.4.1 非线性回归原理 28

3.4.2 林拉公路路段小型车运行速度模型回归分析 28

3.4.3 国道318路段小型车运行速度模型回归分析 32

3.4.4 国道318路段大型车运行速度模型回归分析 34

3.5 本章小结 35

第四章 模型有效性验证 37

4.1 单样本K-S检验 37

4.2 预测模型的验证 38

4.2.1 林拉公路小型车运行速度模型验证 38

4.2.2 G318路段小型车运行速度模型验证 39

4.2.3 G318路段大型车运行速度模型验证 39

4.3 本章小结 40

第五章 结论与展望 41

5.1 结论 41

5.2 主要创新点 42

5.3 研究的不足及下一步研究方向展望 42

致谢 43

参考文献 44

绪论

研究背景

高原环境与内地有显著差异

我国高原地区特点是海拔高面积广，例如著名的青藏高原，面积占全国陆地总面积的24%，平均海拔高度在4000米以上。^[1]氧分压仅为海平面处氧分压的60%左右，含氧量较低，与内地低海拔地区环境差异较显著。

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