一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑和交通桥梁技术领域，具体地说，涉及一种公路桥梁随机车流仿 真模拟方法。
【背景技术】
[0002] 汽车工业与交通运输业的发展，使得桥梁结构所承受的荷载发生了很大的变化。 交通量的不断增长，车辆性能的迅速提升，重载超载现象的频繁出现，引起了越来越多的学 着对车桥耦合，疲劳损伤，桥梁剩余寿命的评估等问题的重视。但在以往的研宄中，通常假 设车流只是服从某个或几个简单的分布，未能全面考虑车流的随机特性，这对后续的桥梁 研宄与评估会产生极大的误差。对于桥梁疲劳研宄而言，采用时变特性的高真实度随机车 流进行荷载谱的定义具有重要的意义。
[0003] 国内对公路桥梁随机车流的研宄大致可分为两个阶段，即早期的疲劳荷载谱的研 宄阶段与现阶段的随机车流模型研宄阶段。但是无论是早期还是现今对随机车流研宄，其 研宄方法过多的依赖于车型、车重、车距及车速不变性的基本假定。
[0004] 并且，在极端事件中，桥梁或者桥梁上下游引道路段均有可能出现某个车道或者 多个车道发生堵塞的现象，当前的随机车流模型无法考虑车道发生堵塞的现象，因此无法 高真实度还原极端事件下桥梁的真实状态，会给极端事件下桥梁的响应计算分析带来很大 的问题。而极端事件作用下，桥梁结构会产生很大的变形和应力，因此，建立极端事件下拥 堵现象的随机交通流模型具有很重要的意义。
[0005] 针对上述问题，有必要以概率论与随机过程为基础，以国内外随机车流研宄成果 为借鉴，针对随机车流研宄中存在的问题，进一步有目的、有针对性进行基于实测数据的随 机车流仿真模拟的研宄。
【发明内容】
[0006] 鉴于此，本发明的目的是提供一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法，依据滤过泊 松过程的原理，结合实测的车辆参数分布类型，建立随机车流仿真模型，描述车辆随机性的 分布规律，更真实的反映作用于桥梁上实际车辆荷载，对于桥梁结构的疲劳分析与动力响 应分析提供有力支撑。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0008] -种公路桥梁随机车流仿真模拟方法，具体步骤如下：
[0009] 1).进行公路桥梁随机车流调查，获取随机车流样本数据：
[0010] 利用交通荷载信息采集装置和动态称重系统进行数据测量，全面采集断面随机车 流数据信息，并通过现场人工实地调查识别出车辆的具体类型，根据交通荷载信息采集装 置提供的车辆图像及视频信息对动态称重系统所记录的断面随机车流数据进行校核，获取 准确可靠的实测数据作为随机车流样本数据；
[0011] 2).对获取的随机车流数据进行随机车流参数分析，找出与各项实测数据最接近 的分布类型及分布参数：
[0012] 通过分布假设检验，针对未知的总体分布或参数，根据样本或经验提供的有关分 布或参数的信息，对分布或参数提出假设，对抽取的样本进行正态、对数正态、极值I型、威 布尔及伽马五种分布类型的分布假设检验，寻找出与实测数据最接近的分布类型及分布参 数，为下一步随机车流仿真方法的实现提供数据支持，并建立车时距、车重、车速和横向位 置分布函数；
[0013] 3).结合实测的车辆参数分布类型，进行随机车流仿真模拟，其具体步骤为：
[0014] 首先，模拟车辆生成：
[0015] ①.根据各车型的比例，由均匀分布随机数与实测车型比例数的区间进行比较产 生下一步将要进入交通流的车辆的车型；
[0016] ②.根据该车型的横向位置分布的比例，由均匀分布随机数与实测横向位置比例 数的区间进行比较产生该车辆所在的行驶车道；
[0017] ③.根据其行驶的车道，调用该车道车时距的分布函数，计算出随机车时距，通过 在时间数列上排序，当排列数的时间间隔等于车流时距样本的时距时，该时间点就生成该 辆车；
[0018] 其次，生成该辆车之后，同时调用该车型的车重、车速和横向位置分布函数，随机 生成各项参数，加载车辆属性，随机生成各项车辆属性参数；
[0019] 最后，动态显示车辆的运行状态，建立基于滤过泊松过程的随机车流仿真模型：
[0020] ①.通过时间计数，确定每一个时刻车辆在桥上的纵向位置和横向位置；
[0021] ②.进行极端事件模拟，在进入事故路段时，车辆的横向位置统一换为可通行路 段的横向位置，当其驶出事故路段时，其横向位置又还原为其对应的驶入路段横向位置，通 过在时间上的连续，动态显示车辆的运行状态，从而建立基于滤过泊松过程的随机车流仿 真模型。
[0022] 进一步，在步骤1)中，获取随机车流样本数据包括车型分类、车型构成比例、车流 量、车道分布、车速参数、车时距参数、横向位置参数、车重参数。
[0023] 进一步，在步骤2)中，利用K-S检验方法对抽取的样本进行正态、对数正态、极值 I型、威布尔及伽马五种分布类型的分布假设检验，寻找出与实测分布最接近的分布类型 及分布参数，其具体检验步骤如下：
[0024] 对于给定样本容量为N的样本空间，假定样本点符合某一分布，此分布的分布函 数为Fx(x)，可以根据样本值很方便地计算出样本经验分布函数SYU)，Sy(.y)曲线呈阶梯 状，而假定的分布函数曲线Fx(x)为平滑曲线：
[0025] 将所有样本点处Fx(x)与S、.(x)的最大差值称为K-S检验的统计值D，在 5'、.(.〇 = 0和5\.(.〇 = 1处，0 = 0;
【主权项】
1. 一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法，其特征在于：所述的公路桥梁随机车流模拟 方法的具体步骤如下： 1) .进行公路桥梁随机车流调查，获取随机车流样本数据： 利用交通荷载信息采集装置和动态称重系统进行数据测量，全面采集断面随机车流数 据信息，并通过现场人工实地调查识别出车辆的具体类型，根据交通荷载信息采集装置提 供的车辆图像及视频信息对动态称重系统所记录的断面随机车流数据进行校核，获取准确 可靠的实测数据作为随机车流样本数据； 2) .对获取的断面随机车流数据进行随机车流参数分析，找出与各项实测数据最接近 的分布类型及分布参数： 通过分布假设检验，针对未知的总体分布或参数，根据样本或经验提供的有关分布或 参数的信息，对分布或参数提出假设，对抽取的样本进行正态、对数正态、极值I型、威布尔 及伽马五种分布类型的分布假设检验，寻找出与实测数据最接近的分布类型及分布参数， 为下一步随机车流仿真方法的实现提供数据支持，并建立车时距、车重、车速和横向位置分 布函数； 3).结合实测的车辆参数分布类型，进行随机车流仿真模拟，其具体步骤为： 首先，模拟车辆生成： ① .根据各车型的比例，由均匀分布随机数与实测车型比例数的区间进行比较产生下 一步将要进入交通流的车辆的车型； ② .根据该车型的横向位置分布的比例，由均匀分布随机数与实测横向位置比例数的 区间进行比较产生该车辆所在的行驶车道； ⑨.根据其行驶的车道，调用该车道车时距的分布函数，计算出随机车时距，通过在 时间数列上排序，当排列数的时间间隔等于车流时距样本的时距时，该时间点就生成该辆 车； 其次，生成该辆车之后，同时调用该车型的车重、车速和横向位置分布函数，随机生成 各项参数，加载车辆属性，随机生成各项车辆属性参数； 最后，动态显示车辆的运行状态，建立基于滤过泊松过程的随机车流仿真模型： ① .通过时间计数，确定每一个时刻车辆在桥上的纵向位置和横向位置； ② .进行极端事件模拟，在进入事故路段时，车辆的横向位置统一换为可通行路段的 横向位置，当其驶出事故路段时，其横向位置又还原为其对应的驶入路段横向位置，通过在 时间上的连续，动态显示车辆的运行状态，从而建立基于滤过泊松过程的随机车流仿真模 型。
2. 根据权利要求1所述的一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法，其特征在于；在步骤 1) 中，获取随机车流样本数据包括车型分类、车型构成比例、车流量、车道分布、车速参数、 车时距参数、横向位置参数、车重参数、车质量参数。
3.根据权利要求1所述的一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法，其特征在于；所述的 的极端事件包括复杂交通堵塞模拟，部分车道关闭模拟。
4.根据权利要求1所述的一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法，其特征在于；在步骤 2) 中，利用K-S检验方法对抽取的样本进行正态、对数正态、极值I型、威布尔及伽马五种 分布类型的分布假设检验，寻找出与实测分布最接近的分布类型及分布参数，其具体检验 步骤如下： 对于给定样本容量为N的样本空间，假定样本点符合某一分布，此分布的分布函数为Fx(x)，可W根据样本值很方便地计算出样本经验分布函数5'、..(.y)曲线呈阶梯状，而 假定的分布函数曲线Fy(x)为平滑曲线： 将所有样本点处Fx(x)与&^(对的最大差值称为K-S检验的统计值D，在&v(x) = 0和 ?S\.(.、-) = 1 处，D= 0 ;
如果对两个不同样本空间的经验分布函数的分布假设进行检验，则K-S检验的统计量 观测值为：
对于给定的显著性水平a，查K-S分布临界值表得到D&。，比较统计量观测值D与相应 临界值D。,。;如果D《D。,。，则认为样本符合假定的分布；否则，认为样本拒绝假定的分布； 对不服从W上任何一种假设分布的数据进行最小二乘非线性拟合的方法，寻找出与实测分 布最接近的分布类型及分布参数，为下一步随机车流仿真方法的实现提供数据支持。
5. 根据权利要求1所述的一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法其特征在于；在步骤3) 中，在进行随机车流仿真模拟时，利用Monte-Carlo法产生随机的时距矩阵，给每个时距矩 阵赋予随机车辆。
6. 根据权利要求1所述的一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法其特征在于；在步骤 3)中，在进行随机车流仿真模拟时，根据实测车辆横向位置分布类型，通过对分布函数进行Monte-化alo随机抽样，将随机抽样值作为横向位置属性赋予车辆，据此横向位置绘制车辆 在结构上的位置。
7. 根据权利要求1所述的一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法其特征在于；在步骤1) 中，在车速参数的统计时，W小类即12种车型为单位进行统计分析；在步骤3)中，在进行随 机车流仿真模拟时，当具体给各车型赋予车速时，可W按照每种车型各自的车速分布类型 来随机赋予车速，当某个车型的车速服从多个分布时，W具体检验时最接近的分布类型来 代表其分布。
【专利摘要】本发明属于建筑和交通桥梁技术领域，具体地说，涉及一种公路桥梁随机车流仿真模拟方法，采用Monte-Cralo方法，建立随机车流仿真模型，描述车辆在公路桥梁上的随机性分布规律，模拟随机车流的形成，并增加对极端事件下的随机车流的模拟，使模拟的效果更加逼真，进一步提高模拟的精确度，更真实的反映作用于桥梁上实际车辆荷载，对于桥梁结构的疲劳分析与动力响应分析提供有力支撑。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104850676
【申请号】CN201510075751
【发明人】韩万水, 李彦伟, 王涛, 马麟, 赵士良, 肖强
【申请人】长安大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年2月12日