本发明涉及一种运输路径规划方法。
背景技术：
随着我国交通运输业的迅猛发展，公路、铁路建设穿山越谷，产生了大量的桥梁、隧道和边坡工程。车辆运输过程中，每条路径路况、交通量不同，通过的桥梁、隧道、边坡的类型也不相同，由此给车辆的安全通行带来的风险程度就不一样，如路径通过的桥梁、隧道、边坡技术状况评定等级越低，路径路况越差、交通量越大，其风险就越大。现有的互联网智能地图通常只能提供路径的距离和大致拥堵时间，如能考虑路径通行的安全风险程度可以更精准、可靠地得出最优路径。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供的路径规划方法从路径的路况(包括路面损坏状况和路线的平面、纵断面线形设计)、交通量、桥梁、隧道、边坡的安全风险角度出发，综合计算路径通行安全指数，并结合实时气象条件选择一条相对安全的通行路径，确保运输安全。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种运输路径规划方法，选择三条以上距离和时间相近的路径，对三条路径中的路况安全值srrc、公路交通量值srtpi、桥梁安全值srbrg、隧道安全值srtun、边坡安全值srslp作为影响路径通行安全的5个因素，对所述5个因素赋予权值，再综合得出每条路径的安全指数值rsi，根据安全指数值rsi选择路径。
所述每条路径的安全指数计算方法为：
rsi＝srrcgω1+srtpigω2+srbrggω3+srtungω4+srslpgω5；
ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分别为路况安全值srrc、公路交通量值srtpi、桥梁安全值srbrg、隧道安全值srtun、边坡安全值srslp对应的权值。
所述ω1、ω2、ω3、ω4、ω5取值分别为ω1＝0.45，ω2＝0.1，ω3＝0.2，ω4＝0.15，ω5＝0.1。
安全指数值rsi需至少有一条路径大于80，若均小于80则重新规划路径。
所述路况安全值srrc根据路径的路面损坏情况指数pci和路线线形安全值asi计算：
srrc＝pcigω’1+asigω”1；
ω’1＝0.3，ω”1＝0.7；分别为损坏情况指数pci和路线线形安全值asi对应的权值；
路线线形安全值asi根据路径上存在的线性不协调和视距不足处给予扣分。
所述路线线形安全值asi满分为100分，路径上存在的线性不协调处包括陡坡和急弯，每有一处扣除3分。
所述公路交通量值srtpi将路径划分为n个路段，对每个路段的通行情况tpi分打分，根据拥堵情况为100分、90分、80分、70分、60分；
整个路径上交通量值srtpi:
所述桥梁安全值srbrg为桥梁总体技术状况安全得分sr'brg与桥梁安全性评价得分sr'b'rg分别加权之后的和：
srbrg＝ω'3gsr'brg+ω”3gsr”brg；
桥梁总体技术状况安全得分sr'brg根据状态分为1、2、3、4、5类，1类和2类得分为100，3类得分为80,4类得分为40,5类得分为0；
桥梁安全性评价得分sr”brg根据桥梁评价指标得分。
所述隧道安全值srtun为隧道总体技术状况安全得分sr'tun与隧道安全性评价得分sr”tun分别加权之后的和：
srtun＝ω'4gsr'tun+ω”4gsr”tun；
隧道总体技术状况评定等级分为1、2、3、4、5类，1类和2类得分为100,3类得分为80,4类得分为40,5类得分为0；
隧道安全性评价得分sr”tun根据隧道评价指标得分。
所述边坡安全值srslp根据边坡技术状况分级并依次打分为100、80、60、40、0。
本发明的有益效果在于：利用了相关公路养护与定期检查数据、道路交通状况信息和公路项目的安全性评价结果定量评价路况、交通量以及桥梁、隧道和边坡等结构物对路径通行安全的影响，为交通运输提供一条更安全、可靠的运输路径。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
一种基于路径通行安全指数的运输路径规划方法，使用地图辅助软件选择3条以上运输距离和拥堵时间相近的备选路径，将路径的路况、公路交通量和桥梁、隧道、边坡等路径上的主要结构物作为影响路径通行安全的5个主要因素，通过定量评价的方式计算出每个影响因子对路径通行安全的影响分值，赋予每个因素适当的权值，再综合计算出每条备选路径的通行安全指数，最后结合实时气象信息选取通行安全指数最高且气象条件适宜的路径作为最优路径。
具体而言，所述基于路径通行安全指数的运输路径规划方法中，路径通行安全指数可按下式计算：
rsi＝srrcgω1+srtpigω2+srbrggω3+srtungω4+srslpgω5
式中各个符号代表的意义为：
rsi——路径通行安全指数；
srrc——路径的路况对rsi的影响分值，简记为路况安全得分；
srtpi——路径的交通量对rsi的影响分值，简记为交通量安全得分；
srbrg——路径上桥梁对rsi的影响分值，简记为桥梁安全得分；
srtun——路径上隧道对rsi的影响分值，简记为隧道安全得分；
srslp——路径上边坡对rsi的影响分值，简记为边坡安全得分；
ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分别为srrc、srtpi、srbrg、srtun和srslp所对应的权值，各个权值取值为：ω1＝0.45，ω2＝0.1，ω3＝0.2，ω4＝0.15，ω5＝0.1。
所述基于路径通行安全指数的运输路径规划方法中，路况、公路交通量和桥梁、隧道、边坡等5个影响因素对rsi的影响分值srrc，srtpi，srbri，srtun、srslp取值范围均为[0,100]，分别按如下方法a、b、c、d、e确定：
a.参照以往对路径所经公路的公路状况技术评定和公路项目安全性评价事宜，选取整个路径的路面损坏状况指数pci和公路线形设计评价结果作为评价路况安全性的指标。
a1.pci取值区间为[0,100]，pci值越大，代表路径的路面损坏情况越轻微，车辆通过该路径时相对越安全。长途路径通常跨越不同的公路技术状况评定路线，将路径包含的所有评定路线的路面损坏状况指数按各路线长度进行加权平均，即可得到整个路径的路面损坏状况指数pci，即：
式中，n为路径所包含的评定路线的总数；pcii为第i条评定路线的路面损坏状况指数，每条路线每个评定单元的路面损坏状况指数按《公路技术状况评定标准》jtg5210-2018规范中7.4.5节内容计算，路线的路面损坏状况指数为路线所包含的所有评定单元路面损坏状况指数的算术平均值；li为第i条评定路线的长度。
a2.根据《公路项目安全性评价规范》jtgb05-2015，对路线线形的评价主要从路线平、纵线形的连续性和协调性、横断面过渡的顺畅性以及平面和纵断面视距几方面进行。所述基于路径通行安全指数的运输路径规划方法中，路线线形对路径通行安全指数影响分值(简记为路线线形安全得分asi)的计算方式为：参照以往对路径所经公路的交工阶段安全性评价事宜，调取路线线形评价结果，若路径中存在线形不协调(如陡坡和急弯)或视距不足的路段，每有一处，则路线线形安全得分asi扣3分，asi满分为100。当路径中线形不协调或视距不足的路段超过20处时，asi直接取0。
综上，路况安全得分srrc＝pcigω’1+asigω”1，其中pci与asi的计算方式见a1，a2，ω’1＝0.3，ω”1＝0.7。
b.参照以往对路径所在道路网的交通运行状况评价事宜，选取从交通运行状况评价事宜中得到的道路交通拥堵指数tpi作为评价路径交通量安全性的指标。路网tpi按《道路交通信息服务交通状况描述》gb/t29107-2012规范中8.2.1节内容进行计算，tpi取值区间为[0,10]，tpi的值越小，代表路网交通量越小，则车辆通行时相对越安全。在定量评价tpi对路径通行安全的影响时，采用百分制计分，评分规则如b1所述：
b1.当0≤tpi＜2时，路网为畅通状态，得分为100；当2≤tpi＜4时，路网为基本畅通状态，在100分的基础上扣10分，得分为90；当4≤tpi＜6时，路网为轻度拥堵状态，在100分的基础上扣20分，得分为80；当6≤tpi＜8时，路网为中度拥堵状态，在100分的基础上扣30分，得分为70；当8≤tpi≤10时，路网为严重拥堵状态，在100分的基础上扣40分，得分为60。
当路径跨越多个路网时，路径按所跨越路网不同被划分为多个区段，设路径按路网共分为n个区段，第i个区段的道路交通拥堵指数为tpii、路线长度为li,则整个路径的tpi按下式计算：
即，整个路径的道路交通拥堵指数等于所有区段道路交通指数按各个区段长度的加权平均。得到整个路径的tpi值以后，再根据规则b1确定路径的交通量安全得分srtpi。
c.所述基于路径通行安全指数的运输路径规划方法中，通过桥梁总体技术状况评定等级和对桥梁的安全性评价结果来评估路径上桥梁对通行安全的影响，确定桥梁对路径通行安全的影响分值srbrg。进一步地，单座桥梁的srbrg为桥梁总体技术状况安全得分与桥梁安全性评价得分分别加权之后的和，即：
srbrg＝ω'3gsr'brg+ω”3gsr”brg
权值ω'3取0.7，权值ω”3取0.3，sr'brg为桥梁总体技术状况安全得分，sr”brg为桥梁安全性评价得分。sr'brg，sr”brg的计算采用百分制，确定方法如c1，c2所述：
c1.根据《公路桥梁技术状况评定标准》jtg/th21-2011，桥梁总体技术状况评定等级分为1、2、3、4、5类，其中1类和2类桥梁使用功能完全正常，桥梁总体技术状况安全得分sr'brg＝100；3类桥尚能维持正常使用功能，取sr'brg＝80；4类桥使用功能受严重影响，不能保证正常使用，取sr'brg＝40；5类桥处于危险状态，取sr'brg＝0，同时令包含5类桥的路径的通行安全指数rsi为0，即有5类桥存在的路径完全不建议作为运输路径。
c2.根据《公路项目安全性评价规范》jtgb05-2015，对桥梁进行的交工阶段安全性评价主要针对以下5项指标：
(1)桥头急弯路段相关的标志、标线、速度控制设施；
(2)桥梁护栏与路基护栏衔接过渡段；
(3)桥梁对公路视距的影响；
(4)位于路侧净区的桥梁墩台是否进行防护；
(5)侧风相关的标志和速度控制设施。
将上述5项指标的评价结果作为桥梁安全性评价得分sr”brg的评分依据，具体评分方式为：上述5项指标中，若每一项的评价结果均满足安全性评价要求，则sr”brg取满分100；若每有一项不满足安全性评价要求，则根据不满足要求的程度扣分10分或20分，具体为：若其中某一项基本满足安全性评价要求，则扣10分；若完全不满足安全性评价要求，则扣20分；若不涉及其中某一项，则该项不扣分(例如，在侧风影响可忽略不计的地区，则不涉及侧风相关的标志和设施)。
对路径上的所有桥梁按上述方法计分，最后取所有桥梁安全得分的平均值作为桥梁对该路径的通行安全影响分值srbrg。
d.所述基于路径通行安全指数的运输路径规划方法中，通过隧道总体技术状况评定等级和对隧道的安全性评价结果来评估路径上隧道对通行安全的影响，确定隧道对路径通行安全的影响分值srtun。进一步地，单座隧道的srtun为隧道总体技术状况安全得分与隧道安全性评价得分分别加权之后的和，即：
srtun＝ω’4gsr’tun+ω”4gsr”tun
权值ω'4取0.7，权值ω”4取0.3，sr'tun为隧道总体技术状况安全得分，sr”tun为隧道安全性评价得分。sr'tun，sr”tun的计算采用百分制，确定方法如d1，d2所述：
d1.根据《公路隧道养护技术》jtgh12-2015，隧道总体技术状况评定等级分为1、2、3、4、5类，其中1类和2类对交通安全无影响，隧道总体技术状况安全得分sr'tun＝100；3类隧道可能会影响行车安全，取sr'tun＝80；4类隧道存在较严重破坏，已影响行车安全，取sr'tun＝40；5类隧道存在严重破坏，已危及行车安全，取sr'tun＝0，同时令包含5类隧道的路径的通行安全指数rsi为0，即有5类隧道存在的路径完全不建议作为运输路径。
d2.根据《公路项目安全性评价规范》jtgb05-2015，对隧道进行的交工阶段安全性评价主要针对以下6项指标：
(1)隧道洞口段线形连续性及其视距；
(2)隧道进出口路面的防滑过渡段；
(3)隧道洞口检修道端头与洞外护栏的衔接过渡段；
(4)隧道实际照明效果和洞口眩光；
(5)隧道监控、通风、消防等设施的设置情况；
(6)人车混行的隧道中保护行人和非机动车的安全设施。
将上述6项指标的评价结果作为隧道安全性评价得分sr”tun的评分依据，具体评分方式为：根据上述各项指标满足安全性评价要求的程度，得到每一项评价指标的安全状况值ci，安全状况值ci取值为0，1或2(不涉及的指标项安全值为2)，分别代表完全满足安全评价要求、基本满足安全评价要求和完全不满足评价要求，则sr”tun可按下式计算：
式中的cii为第i项评价指标的安全状况值。
对路径上的所有隧道按上述方法计分，最后取所有隧道安全得分的平均值作为隧道对该路径的通行安全影响分值srtun。
e.根据《公路路基养护技术规范》jtg5150-2020，对边坡进行技术状况评定得到边坡技术状况指数ssci，根据ssci所属取值区间的不同，将边坡技术状况分为优、良、中、次、差五个等级。所述基于路径通行安全指数的运输路径规划方法中，按下述规则e1计算边坡对路径通行安全指数的影响分值srslp：
e1.若边坡技术状况等级为优，则边坡技术状况安全得分srslp取满分100；若边坡技术状况等级为良，则取srslp＝80；若边坡技术状况等级为中，则取srslp＝60；若边坡技术状况等级为次，则取srslp＝40；若边坡技术状况等级为差，则取srslp＝0，同时令包含此类边坡的路径通行安全指数rsi为0，即，当路径上包含技术状况等级为差的边坡时，安全不建议将该路径作为运输路径。
按e1得到每座边坡的安全得分后，取路径上所有边坡安全得分的平均值作为边坡对该路径的通行安全影响分值srslp。
通过上述a、b、c、d、e步骤分别计算出各条备选路径的路况安全得分srrc、交通量安全得分srtpi、桥梁安全得分srbrg、隧道安全得分srtun和边坡安全得分srslp，进而计算出各条路径的通行安全指数rsi。若rsi≥90，则路径的通行安全等级定为优；若80≤rsi＜90，则路径的通行安全等级为良；若60≤rsi＜80，则路径的通行安全等级为中；若rsi＜60，则路径的通行安全等级为差。若所有备选路径rsi均小于80，从运输安全的角度考虑，则应重新选取其他路径作为备选路径，重复以上步骤计算各路径的rsi,直至有路径通行安全等级达到优或良。
最后从气象平台获取运输时段内备选路径所经地区的实时气象信息，选取rsi最大(且安全通行等级至少为良)并且运输时段内气象条件适宜的路径作为最优路径。若rsi值最优的路径所经地区在运输时段内气象条件不适宜，则可以在rsi≥80的前提下，选择rsi次之但所经地区气象条件适宜的路径作为最优路径；若全部备选路径所经地区在运输时段内的气象条件皆不适于运输，则建议选择其他日期进行运输或选择其他路径并重新评估新路径的rsi值和所经地区的气象条件。
不适宜的气象条件包括但不限于：凝冻天气、风力八级(风速62～74km/h)以上的大风天气、降雪量大于4.9mm/d的雪天或降雨量大于8.1mm/h的雨天。
所述路径规划系统包含的模块为：地图导航模块、rsi计算模块、气象信息参考模块。地图导航模块使用地图辅助软件的导航服务，提供备选路径；rsi计算模块利用输入的公路养护与定期检查数据、道路交通状况信息和公路项目的安全性评价结果，计算各因素的影响分值，结合各因素的影响权值计算路径通行安全指数rsi，并给出路径通行安全等级；气象信息参考模块依据备选路径所经地区在运输时段内的实时气象信息，为备选路径是否具有适宜的天气条件通行给出结论。
首先，在地图导航模块中利用高德地图、百度地图等辅助软件选择3条或3条以上运输距离和拥堵时间相近的备选路径。
其次，在rsi计算模块中分别计算每条备选路径的通行安全指数，其方法步骤如步骤a、b、c、d、e、f所述。
a.利用输入的公路养护与定期检查数据和公路项目交工阶段安全性评价结果，计算路况安全得分srrc。
步骤a又包括如下两个步骤：
a1.根据输入的公路养护与定期检查数据计算路径的公路损坏状况指数pci：
式中，n为路径所包含的公路技术状况评定路线的数量，pcii为第i条路线的公路损坏状况指数(来源于公路养护与定期检查数据)，li为第i条路线的长度。
a2.根据输入的路径所经公路的项目安全性评价结果，计算路线线形安全得分asi，asi的计算方式为：若路径中存在线形不协调(如陡坡和急弯)或视距不足的路段，每有一处，则路线线形安全得分asi扣3分，asi满分为100，当路径中线形不协调或视距不足的路段超过20处时，asi直接取0。
经步骤a1与a2后，可计算出路况安全得分srrc：
srrc＝pcigω’1+asigω”1
其中，ω’1取0.3，ω”1取0.7。
b.根据输入的路径所经公路的交通状况信息数据，计算路径交通量安全得分srtpi。srtpi根据道路交通拥堵指数tpi确定，当路径按所跨越路网不同被划分为n个区段时，整个路径的tpi采用下式计算：
式中，tpii为第i个区段的道路交通拥堵指数，li为第i个区段的长度。得到整个路径的tpi后，按下述规则b1计算srtpi：
b1.当0≤tpi＜2时，srtpi取100；当2≤tpi＜4时，srtpi取90；当4≤tpi＜6时，srtpi取80；当6≤tpi＜8时，srtpi取70；当8≤tpi≤10时，srtpi取60。
c.根据输入的公路养护与定期检查数据中的桥梁定检数据和公路项目交工阶段安全性评价结果中的桥梁安全性评价结果，计算桥梁安全得分srbrg。
步骤c又包含如下两个步骤：
c1.根据输入的桥梁定检数据计算每座桥梁的总体技术状况安全得分sr'brg：当桥梁总体技术状况等级为1类或2类时，sr'brg取100；桥梁总体技术状况等级为3类时，sr'brg取80；桥梁总体技术状况等级为4类时，sr'brg取40；桥梁总体技术状况等级为5类时，sr'brg取0，同时令包含5类桥的路径的通行安全指数rsi为0。
c2.根据输入的桥梁安全性评价结果计算桥梁安全性评价得分sr”brg，sr”brg按下述方式计算：
依次核查桥梁安全性评价结果中的如下5项指标：
(1)桥头急弯路段相关的标志、标线、速度控制设施；
(2)桥梁护栏与路基护栏衔接过渡段；
(3)桥梁对公路视距的影响；
(4)位于路侧净区的桥梁墩台是否进行防护；
(5)侧风相关的标志和速度控制设施。
若每一项的评价结果均满足安全性评价要求，则sr”brg取满分100；若每有一项不满足安全性评价要求，则根据不满足要求的程度扣10分或20分，即，若其中某一项基本满足安全性评价要求，则扣10分；若完全不满足安全性评价要求，则扣20分；若不涉及其中某一项，则该项不扣分。
经步骤c1、c2后，可计算出路径上每座桥梁的安全得分srbrg：
srbrg＝ω'3gsr'brg+ω”3gsr”brg
式中，ω’3取0.3，ω”3取0.7。
得到每座桥梁的安全得分后，取路径上所有桥梁安全得分的平均值作为桥梁对该路径的通行安全影响分值srbrg。
d.根据输入的公路养护与定期检查数据中的隧道定检数据和公路项目交工阶段安全性评价结果中的隧道安全性评价结果，计算隧道安全得分srtun。
步骤d又包含如下两个步骤：
d1.根据输入的隧道定检数据计算每座隧道的总体技术状况安全得分sr'tun：当隧道总体技术状况等级为1类或2类时，sr'tun取100；隧道总体技术状况等级为3类时，sr'tun取80；隧道总体技术状况等级为4类时，sr'tun取40；隧道总体技术状况等级为5类时，sr'tun取0，同时令包含5类隧道的路径的通行安全指数rsi为0。
d2.根据输入的隧道安全性评价结果计算隧道安全性评价得分sr”tun，sr”tun按下述方式计算：
依次核查隧道安全性评价结果中的如下6项指标：
(1)隧道洞口段线形连续性及其视距；
(2)隧道进出口路面的防滑过渡段；
(3)隧道洞口检修道端头与洞外护栏的衔接过渡段；
(4)隧道实际照明效果和洞口眩光；
(5)隧道监控、通风、消防等设施的设置情况；
(6)人车混行的隧道中保护行人和非机动车的安全设施。
根据上述各项指标满足安全性评价要求的程度，得到每一项评价指标的安全状况值ci，安全状况值ci取值为0，1或2(不涉及的指标项安全值为2)，分别代表完全满足安全评价要求、基本满足安全评价要求和完全不满足评价要求，则sr”tun按下式计算：
式中，cii为第i项评价指标的安全状况值。
经步骤d1、d2后，可计算出路径上每座隧道的安全得分srtun：
srtun＝ω’4gsr’tun+ω”4gsr”tun
式中，ω’4取0.3，ω”4取0.7。
得到每座隧道的安全得分后，取路径上所有隧道安全得分的平均值作为隧道对该路径的通行安全影响分值srtun。
e.根据输入的公路养护与定期检查数据中的边坡技术状况等级评定数据，计算边坡安全得分srslp，srslp的计算方式如规则e1所述：
e1.根据输入的边坡技术状况等级评定数据，若边坡技术状况等级为优，则srslp取满分100；若边坡技术状况等级为良，则srslp＝80；若边坡技术状况等级为中，则srslp＝60；若边坡技术状况等级为次，则取srslp＝40；若边坡技术状况等级为差，则取srslp＝0，同时令包含此类边坡的路径通行安全指数rsi为0。
按e1得到每座边坡的安全得分后，取路径上所有边坡安全得分的平均值作为边坡对该路径的通行安全影响分值srslp。
f.经步骤a、b、c、d、e之后，得到各影响因素对路径通行安全的影响分值，再根据输入的各项影响因素的权值参数，按下式计算各条备选路径的通行安全指数：
rsi＝srrcgω1+srtpigω2+srbrggω3+srtungω4+srslpgω5
式中，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5分别为srrc、srtpi、srbrg、srtun和srslp所对应的权值，各个权值参数分别为：ω1＝0.45，ω2＝0.1，ω3＝0.2，ω4＝0.15，ω5＝0.1。若路径上存在5类桥梁、5类隧道或5类边坡，则rsi＝0，路径规划系统完全不建议将该路径作为运输路径。
经步骤f后，得到各条路径的通行安全指数rsi。若rsi≥90，则路径规划系统输出的路径通行安全等级为优；若80≤rsi＜90，则路径通行安全等级为良；若60≤rsi＜80，则路径通行安全等级为中；若rsi＜60，则路径通行安全等级为差。
若所有备选路径通行安全等级均在良以下(rsi＜80)，则回到地图导航模块中，重新规划备选路径，然后在rsi计算模块中，重复上述a、b、c、d、e、f步骤计算各条新路径的rsi，并输出路径通行安全等级，直至有路径通行安全等级达到优或良(rsi≥80)。
最后在气象信息参考模块中，依据rsi≥80的所有路径所经地区在运输时段内的实时气象信息，选取rsi值最大且气象条件适宜的路径作为最优路径，并将最优路径输出；若rsi最优的路径所经地区在运输时段内气象条件均不适宜，则选择rsi次之但气象条件适宜的路径作为最优路径，并输出最优路径；若所有路径途经地区在运输时段内气象条件均不适宜，则更改运输时段后再重新选取最优路径，或者回到地图导航模块重新规划路径，再在rsi计算模块中重复a、b、c、d、e、f步骤计算新路径的rsi值并在气象信息参考模块中评估气象条件是否适宜。
所述不适宜的气象条件包括但不限于：凝冻天气、风力八级(风速62～74km/h)以上的大风天气、降雪量大于4.9mm/d的雪天或降雨量大于8.1mm/h的雨天。