周　伟，蒋益伟

(1.南京陆军指挥学院 国防动员系，南京 210045; 2.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161)



● 军事运输Military Transportation

降雨对部队公路机动行程时间可靠性的影响

周伟1，蒋益伟2

(1.南京陆军指挥学院 国防动员系，南京 210045; 2.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161)

部队公路机动直接影响着战斗力的生成，其行程时间可靠性决定着战斗力的发挥。研究了降雨条件下部队公路机动行程时间可靠性，通过回归分析法得出降雨条件下部队公路机动理想行程时间与公路通行能力的修正系数，构建部队公路机动行程时间可靠性模型，并运用蒙特卡罗仿真法对模型进行求解。

降雨条件；部队公路机动；行程时间可靠性

随着我军从区域防卫型向全域机动型转变，以及我国公路建设的快速发展，部队公路机动地位作用越来越突出。部队公路机动，首先考虑行程时间，与其具有同等重要的是行程时间可靠性。行程时间可靠性是指对于给定的起终点之间，出行者能在规定时间内顺利完成出行任务的概率[1]。部队公路机动，不仅要考虑最快到达，还要考虑在规定时间内到达的可能性。然而，降雨作为一种极常见的气候条件，容易对部队公路机动造成影响，导致部队公路机动行程时间可靠性降低。研究降雨对部队公路机动行程时间可靠性的影响，掌握降雨条件部队公路机动行程时间可靠性，可为降雨条件部队公路机动辅助决策提供参考。

1　降雨对部队公路机动行程时间可靠性影响因子分析

降雨时路面被水膜覆盖，导致轮胎与路面的接触面积减小，轮胎在路面上摩擦系数降低，摩擦力减小。同时，降雨导致能见度降低，为保证安全，车距需增大，车辆需要适当降低车速。因此降雨条件下，公路通行能力减小，部队公路机动行程时间增加，对部队公路机动行程时间可靠性影响十分明显[2]。降雨对理想行程时间及路段通行能力的影响，引入理想行程时间及路段通行能力修正函数gt(R，Gi)、gc(R，Gi)，用tR、cR分别表示降雨条件下理想行程时间及路段通行能力，则有：

tR=gt(R,Gi)ta

(1)

cR=gc(R,Gi)ca

(2)

式中：tR为降雨条件理想行程时间，理想行程时间即不受交通流量干扰行程时间；ta为正常情况路段a的理想行程时间；cR为降雨条件下路段a的通行能力；ca为正常情况路段a的通行能力；Gi为路段公路等级，从高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路、等外公路，Gi依次取0、1、2、3、4、5；R为降雨强度，根据降雨等级的划分[3]，分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨共6个等级，本文取对应R值分别为1、2、…、6，具体划分见表1；gt(R，Gi)、gc(R,Gi)为降雨条件对不同等级公路理想行程时间、通行能力影响的修正函数，均为与降雨强度和公路等级有关的函数，满足如下条件：①gc(0,Gi)=1、gt(0,Gi)=1时，代表天气状况良好，公路理想行程时间和通行能力不受降雨条件影响；②gt(R,Gi)为关于R的单调增函数，且gt(R,Gi)≥1；③gc(R,Gi)为关于R的单调减函数，且0≤gc(R,Gi)≤1。

表1　降雨等级划分标准

根据降雨条件下部队公路机动速度、公路等级、降雨情况以及公路通行能力等相关数据的统计[4]，回归分析出修正函数gt(R,Gi)、gc(R,Gi)与R和Gi的关系。

根据SPSS软件对gt(R,Gi)与R、Gi相关数据回归分析，再根据最小二乘估计法，得gt(R,Gi)与R和Gi的回归方程为

gt(R,Gi)=0．105R-0．026Gi+1．022

(3)

通过对回归方程检验，调整R方为0.949，大于0.9，F=325.845>F0.95(2,35)=3.27> F0.95(2,38)，从t检验分析，均有Sig．=0<0.05，各变量通过t检验，说明建立的模型符合要求。

根据gt(R,Gi)回归方程得出降雨条件部队公路机动理想行程时间修正系数(见表2)。

同理，求得gc(R，Gi)与R和Gi的回归方程为

gc(R,Gi)=-0．063R+0．011Gi+0．997

(4)

通过对回归方程检验，有调整R方为0.934，大于0.9，F=250.637>F0.95(2,35)=3.27> F0.95(2,38)，从t检验分析，均有Sig．=0<0.05，各变量通过t检验，说明建立的线性回归方程效果较好。

根据gc(R，Gi)回归方程，得出降雨条件公路通行能力修正系数(见表3)。

表3　降雨条件公路通行能力修正系数

2　部队公路机动行程时间可靠性模型构建及求解

2.1模型构建

在降雨因素的影响下，公路服务水平下降，公路实际通行能力降低，部队公路机动行程时间可靠性降低。降雨对部队公路机动行程时间可靠性的影响，可引入美国联邦公路局开发的路段行程时间模型BPR函数[5]，BPR函数主要描述交通流量及路段通行能力变化时行程时间的变化情况。

在降雨条件的影响下，基于正常路况的路段行程时间模型BPR函数不能很好地应用于实际的行程时间确定，为此本文在BPR函数的基础上，分别引入降雨条件下部队理想行程时间t0及路段通行能力ca的修正函数，构建了降雨条件下路段行程时间模型，并命名为RB-BPR函数，其计算公式为

(5)

式中：ta(R)为路段a在降雨条件下的行程时间；t0为零流阻抗，本文定义为路段在理想状态下，即不受交通流及其他随机因素干扰时的路段行程时间，称理想行程时间；qa为路段a上的交通流量；ca为日常情况下路段a的实际通行能力；α、β为阻滞系数，国外公路网在交通流量分配时，取α=0．15、β=4。本文通过对部队公路机动数据[4]回归分析，取α=2．15、β=3。

本文在分析部队公路机动行程时间的基础上研究其可靠性，在部队公路机动路段行程时间模型的基础上，结合部队公路机动行程时间可靠性定义，即在给定的起终点之间，部队在规定时间内完成公路机动任务的概率，建立部队公路机动行程时间可靠性模型如下：

Ra(t)=P{ta≤θa}

(6)

θa=φit0

(7)

t0=LT0

(8)

式中：Ra(t)为部队在路段a机动行程时间可靠性；θa为路段a行程时间阈值，s；t0为对应路段的理想行程时间，s；φi为路段a行程时间对实际情况的期望指标，φi>1，根据部队机动任务情况取值；T0为单位距离理想行程时间，s，参考部队公路机动经验数据(见表4)；L为机动距离，km。

表4　部队公路机动单位距离理想行程时间

2.2部队公路机动行程时间可靠性模型求解

由于部队公路机动行程时间可靠性的计算建立在足够多的行程时间样本的基础上，需要收集同一路段大量的部队公路机动行程时间数据，而实际很难在同一路段获取大量行程时间数据。因此，本文采用蒙特卡罗仿真法对部队公路机动行程时间可靠性求解。

部队公路机动行程时间可靠性求解主要步骤如下：

(2)设置样本数k=1；

(3)根据路段降雨情况确定影响因子，随机生成服从某一分布的路段通行能力；

(4)随机生成服从某一分布的路段交通流量；

(5)根据RB-BPR函数，计算路段行程时间；

(6)判断样本数k是否小于要求的样本量N，若是，则增加样本k=k+1，重复步骤(3)～(6)，否则，转到(7)；

(7)比较路段行程时间ta与指定行程时间阈值θa的大小，筛选路段行程时间符合ta≤θa要求的样本n1，n1，…,ns，样本数量和为na；

此外，学校可以利用校内的网络资源和课堂资源，向学生们讲解关于本校参与高校教育资源共享的详细过程，使高校学生对共享活动的理解更加深刻。其一，学生们可以从心底里认可共享的活动；其二，也可以使学生们能够更加明确到现在为止共享的教育资源有多少是自己需要的，并且主动加入到共享的阵营中去。在这种资源条件下不仅可以让资源共享获得师生的认可，而且还能提高师生参与资源共享的兴趣，真正做到自主选择，从而使教育资源共享真正做到为高校师生服务。

(9)输出结果并结束程序。

3　实例分析

3.1某部(分)队公路机动任务基本情况

根据上级统一决策部署，要求××集团军××旅采取铁路输送和摩托化机动两种方式，参加跨区基地化训练暨集中检验评估。本文选取其机动分队某摩步营公路机动降雨条件路段，进行行程时间可靠性分析，路段基础参数分析见表5。

表5　某分队机动路线各路段基础参数

3.2影响因素基本情况分析

根据机动分队对机动路线公路通行能力、交通流量、降雨条件等部队公路机动影响因素等有关数据记录，进行影响因素分析。假定路段通行能力服从均匀分布，交通流量服从正态分布。根据降雨条件下理想行程时间与路段通行能力修正系数，得各路段影响因素基本情况(见表6)。

表6　机动路线各路段影响因素基本情况

3.3某分队公路机动行程时间可靠性求解

(1)行程时间阈值确定。行程时间阈值确定，根据部队机动任务，取所有路段对现实状况的期望指标值φ，即行程时间阈值为理想行程时间的φ倍。本文以机动分队某摩步营此次机动实际行程时间为阈值，路段实际行程时间之和为4.3 h，由式(8)可计算路段理想行程时间之和为3.1 h，由式(7)可得φ=1.4。则各路段行程时间阈值θ见表7。

(2)路段通行能力生成。假设各路段通行能力服从均匀分布，机动路线各路段通行能力上、下限见表6。运用Matlab生成路段通行能力随机矩阵。以路段1为例，生成100×100路段通行能力随机矩阵，Matlab程序代码：c1=unifrnd(5 000，7 500，100，100)。

(3)路段流量生成。假设各路段流量服从正态分布，各路段流量平均值和标准差见表6。运用Matlab生成路段流量随机矩阵。以路段1为例，生成100×100路段流量随机矩阵，Matlab程序代码为：q1=2 000+1 550·randn(100，100)。

(4)路段行程时间可靠性求解。参考表4，计算各路段理想行程时间(见表6)。确定路段降雨等级，查找降雨条件下理想行程时间与路段通行能力修正系数，根据式(5)计算路段行程时间。将路段行程时间与其阈值比较，统计行程时间符合ta≤θ要求的样本总数，根据符合要求的样本数与总样本数计算各路段行程时间可靠性Ra，Ra=na/N。各路段行程时间可靠性见表7，给出降雨条件下与日常情况下各路段行程时间可靠性。

表7　机动路线各路段行程时间可靠性

表8　机动路线各路段行程时间可靠性模拟结果误差

3.4降雨条件对路段行程时间可靠性影响程度分析

通过对机动分队某摩步营行程时间可靠性计算结果分析，可知机动分队某摩步营机动路段行程时间可靠性大小。而降雨条件对行程时间可靠性影响程度仍需进一步分析。以下通过计算降雨条件下部队公路机动延误时间，根据延误时间分析降雨条件对路段行程时间可靠性影响程度。行程时间可靠性影响程度与延误时间成正比关系。表9为降雨条件对路段行程时间可靠性影响程度分析。

表9　主要因素对路段行程时间可靠性影响程度量化

参考部队公路机动行程时间可靠性计算结果，预测降雨条件下路段行程时间，合理安排部队公路机动行程，提高部队公路机动方案合理性。针对降雨及交通流量影响程度，采取有效措施，降低降雨及交通流量对部队公路机动的影响，提高行程时间可靠性，提高部队公路机动效率。

4　结　语

本文对降雨条件对部队公路机动行程时间可靠性的影响进行了深入分析，构建部队公路机动行程时间可靠性模型，通过蒙特卡罗仿真法对部队公路机动行程时间可靠性模型求解和实例对行程时间可靠性进行分析，论证了降雨条件下部队公路机动行程时间可靠性模型的有效性，可为降雨条件部队公路机动决策提供参考。

[1]ASAKURA Y，KASHIWADANIM．road network reliability caused by daily fluctuation of traffic flow[C]．Proceedings of 19th PTR Summer Annual Meeting Brighton，1991：73-78．

[2]王婧．雨天高速公路网行程时间可靠性评价方法[J]．交通运输系统工程与信息，2011，11(6)：117-114．

[3]王晓华．景观河湖汛期雨水优化调度的研究[D]．天津：天津大学，2007．

[4]总后勤部军事交通运输部.联合投送案例汇编(2007-2013)[M]．北京：总后勤部军事交通运输部，2014.

[5]邵春福．交通规划原理[M]．北京：中国铁道出版社，2004：175．

[6]张野鹏．军事运筹学[M]．北京：高等教育出版社，2006：369．

(编辑：闫晓枫)

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本刊编辑部

Impact of Rainfall on Travel Time Reliability of Road Mobile of Troops

ZHOU Wei1, JIANG Yiwei2

(1.National Defense Mobilization Department, Nanjing Army Command College, Nanjing 210045, China;2.Postgraduate Training Brigade, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

The road mobile of troops has direct impact on the generation of fighting force and its travel time reliability determines the effectiveness of the latter. In this paper, travel time reliability of the road mobile of troops under rainfall is studied. Through regression analysis, the modified coefficient of ideal travel time between road mobile of troops and road capacity is obtained and the model of travel time reliability is built and solved with Monte Carlo. The result is of reference value to the decision-making concerning road mobile of troops under rainfall.

rainfall；road mobile of troops；travel time reliability

2015-11-25；

2016-01-04．

周伟(1990—)，男，硕士,助教．

10．16807/j.cnki.12-1372/e.2016.05.006

U492

A

1674-2192(2016)05- 0024- 05