技术特征：
1.一种基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤1：建立无黏性层流流动的理想流体力学模型；步骤2：确定理想流体力学模型的参数，建立理想流体力学模型参数与交通流参数的对应关系；步骤3：基于理想流体力学的伯努利方程求解流体底部相对压强的表达式；步骤4：建立交通压力当量值与流体底部相对压强的对应关系，搭建交通压力当量值的计算公式；步骤5：基于交通压力当量值的计算公式，确定高速公路路段动态服务水平分级的界限值；步骤6：基于交通压力当量值的计算公式和界限值，针对高速公路不同路段进行动态服务水平分级，绘制高速公路路段动态服务水平分级图，并制作高速公路路段动态服务水平速查表。2.根据权利要求1所述一种基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法，其特征在于：所述步骤1中建立无黏性层流流动的理想流体力学模型；具体过程为：理想流体力学模型为二维物理模型，包含流体域、流体边界、流体入口和出口；理想流体力学模型处于重力作用场下，理想流体力学模型尺寸为a
×
h；所述流体域中的流体为液体，流体在流体域内无黏性流动、无水头损失、各处速度矢量相等且流体不可压缩；所述a为长，h为高。3.根据权利要求1或2所述一种基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法，其特征在于：所述步骤2中确定理想流体力学模型的参数，建立理想流体力学模型参数与交通流参数的对应关系；具体过程为：步骤21、确定理想流体力学模型的参数：流体域重力加速度g、流体密度ρ、流体速度v
l
、流体底部相对压强p
l-bottom
、流体顶部相对压强p
l-top
；步骤22、建立理想流体力学模型参数与交通流参数的对应关系：无黏性层流流动的理想流体力学模型中的流体密度ρ类比对应交通流中的交通流密度k，无黏性层流流动的理想流体力学模型中的流体速度v
l
类比对应交通流中的平均速度4.根据权利要求3所述一种基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法，其特征在于：所述步骤3中基于理想流体力学的伯努利方程求解流体底部相对压强的表达式；具体过程为：步骤31、理想流体力学的伯努利方程表示单位重量流体的重力势能、压强势能和动能之和为定值constant；理想流体力学的伯努利方程表达式为：重力势能+压强势能+动能＝constant
ꢀꢀꢀꢀ
(1)步骤32、以流体底部为重力势能零势能面，构建流体顶部和流体底部的伯努利方程；具体过程为：
流体顶部的伯努利方程：流体底部的伯努利方程：其中：流体顶部与外界大气压连通，流体顶部相对压强p
l-top
＝0；步骤33、基于步骤32中构建的流体顶部和流体底部的伯努利方程，求解流体底部相对压强p
l-bottom
的表达式；具体过程为：p
l-bottom
＝ρgh
ꢀꢀꢀꢀ
(4)由于模型重力加速度g和模型高度尺寸h不变，得出流体底部相对压强p
l-bottom
与流体密度ρ成线性关系。5.根据权利要求4所述一种基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法，其特征在于：所述步骤4中建立交通压力当量值与流体底部相对压强的对应关系，搭建交通压力当量值的计算公式；具体过程为：定义交通流中交通压力当量值p类比对应理想流体力学模型中的流体底部相对压强p
l-bottom
；基于理想流体力学模型中的流体底部相对压强p
l-bottom
的表达式，构建交通流中交通压力当量值p的表达式；具体过程为：将式(4)简化为式(5)：p
l-bottom
＝α
×
ρ
ꢀꢀꢀꢀ
(5)式中：α为常数；ρ为流体密度，作为自变量；p
l-bottom
为流体底部相对压强，作为因变量；定义交通流中的交通压力当量值p表达式如下式(6)所示：p＝β
×
k
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(6)式中：β为交通压力系数；k为交通流密度，作为自变量；p为交通压力当量值，作为因变量；在交通流中，存在以下关系：式中：q为交通流量，单位为辆/h；为交通流的平均速度，单位为km/h；k为交通流密度，单位为辆/km；将式(7)代入式(6)可得：式中：β为交通压力系数，取β＝0.04，单位为km/辆。6.根据权利要求5所述一种基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法，其特征在于：所述步骤5中基于交通压力当量值的计算公式，确定高速公路路段动态服务水平分级的界限值；具体过程为：
基于交通压力当量值将高速公路路段动态服务水平分为五级；当交通压力当量值0＜p≤0.32时，高速公路路段动态服务水平为一级；当交通压力当量值0.32＜p≤0.48时，高速公路路段动态服务水平为二级；当交通压力当量值0.48＜p≤0.60时，高速公路路段动态服务水平为三级；当交通压力当量值0.60＜p≤0.72时，高速公路路段动态服务水平为四级；当交通压力当量值p＞0.72时，高速公路路段动态服务水平为五级。7.根据权利要求6所述一种基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法，其特征在于：所述步骤6中基于交通压力当量值的计算公式和界限值，针对高速公路不同路段进行动态服务水平分级，绘制高速公路路段动态服务水平分级图；具体过程为：步骤61、选取某条高速公路路段，将该路段划分成n个不同类型的短路段l，记录每个短路段的车道数m，分别提取各短路段某时间段t内的交通流量q
1 q2···
q
n
与平均速度所述短路段l＜2000m，15min≤t≤30min；步骤62、基于交通压力当量值的计算公式(8)，分别计算各短路段交通压力当量值p
1 p2···
p
n
；步骤63、基于各短路段交通压力当量值与界限值，确定各路段动态服务水平分级结果；步骤64、基于各路段动态服务水平分级结果，绘制高速公路路段动态服务水平分级图。8.根据权利要求7所述一种基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法，其特征在于：所述步骤6中制作高速公路路段动态服务水平速查表，具体内容为：基于交通压力当量值的计算公式(8)，按照高速公路内平均速度和交通流量的不同组合，制作形成高速公路路段动态服务水平分级速查表。
技术总结
一种基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法，本发明涉及基于理想流体力学模型的高速公路路段动态服务水平分级方法。本发明的目的是为了解决现有高速公路服务水平分级较为粗略、准确率低，且缺少一种动态化的服务水平分级方法的问题。过程为：1：建立无黏性层流流动的理想流体力学模型；2：建立理想流体力学模型参数与交通流参数的对应关系；3：求解流体底部相对压强的表达式；4：计算交通压力当量值；5：确定高速公路路段动态服务水平分级的界限值；6：针对高速公路不同路段进行动态服务水平分级，绘制高速公路路段动态服务水平分级图，并制作高速公路路段动态服务水平速查表。本发明用于高速公路设计领域。本发明用于高速公路设计领域。本发明用于高速公路设计领域。
技术研发人员：孟祥海 魏鹏儒 张瑜荣 张明扬 黄兰
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.04.25
技术公布日：2022/7/29