潮汐交通可變車道分流帶優(yōu)化設(shè)計(jì)

潮汐交通可變車道分流帶優(yōu)化設(shè)計(jì)

交通的大小與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度、人口生活水平、人口分布、氣候差異、產(chǎn)量等因素有關(guān)。時(shí)間越長(zhǎng)，空間位置越不同，即所謂的交通量場(chǎng)合位?？臻g分布是指地域、城鄉(xiāng)、路線、方向、車道等的差別,這種隨空間位置而變化的特性稱為空間分布特性,一般是指交通量在同一時(shí)間或相似條件下,隨地域、城鄉(xiāng)、路線、方向、車道等的差別而變化的情況。在實(shí)地調(diào)查前提下,獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；诮煌糠植继匦缘目臻g分布與時(shí)間分布的差別,結(jié)合道路的基本條件,進(jìn)行移動(dòng)式分流帶的設(shè)計(jì)研究并且進(jìn)行建模,同時(shí)利用vissim進(jìn)行仿真。設(shè)計(jì)的自動(dòng)可移動(dòng)式可變車道分流帶,可作為市政部門或者交通部門的參考。1道路分流帶的設(shè)置與交通組織近年來(lái),許多學(xué)者對(duì)潮汐交通進(jìn)行了研究,城鄉(xiāng)結(jié)合部由于上下班時(shí)間車輛的來(lái)往方向不同,具有明顯的“潮汐現(xiàn)象”。陳堅(jiān)等通過(guò)對(duì)成都市蜀西路實(shí)地交通調(diào)查,在分析其交通流量、服務(wù)水平等交通特性的基礎(chǔ)上,根據(jù)設(shè)置可變車道的相關(guān)要求,論證了可變車道設(shè)置的可行性,提出了可變車道的具體設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了實(shí)施效果仿真實(shí)驗(yàn),以達(dá)到緩解蜀西路早晚高峰交通擁擠狀況的目的。李俊波根據(jù)道路潮汐交通現(xiàn)象,提出了解決潮汐交通的大致思路即:早高峰進(jìn)城車輛多時(shí),增加進(jìn)城方向車道數(shù),減少出城方向車道數(shù);晚高峰出城車輛多時(shí),則反向操作。但都是利用道路雙黃線作為分流帶,雙黃線的設(shè)置長(zhǎng)度、角度都沒(méi)有研究,所以會(huì)在交通組織上具有一定的安全隱患。而周志將等對(duì)無(wú)道路分流帶的標(biāo)志線缺點(diǎn)進(jìn)行了論證,指出作為一種傳統(tǒng)的形式上的分離對(duì)向車流的方式,雙黃線因其設(shè)置簡(jiǎn)單、占地少的優(yōu)勢(shì)明顯,但是沒(méi)有真正的起到物理分離作用,行車安全性較低,交通事故與死亡率都較高。對(duì)非機(jī)動(dòng)車與行人作用都不大,既沒(méi)有強(qiáng)制禁止行人與機(jī)動(dòng)車的通過(guò)能力,又不能為通過(guò)的行人與機(jī)動(dòng)車提供保護(hù)能力,存在與機(jī)動(dòng)車沖突的可能性,同時(shí)對(duì)機(jī)動(dòng)車越線掉頭、越線超車或者壓線行駛等違規(guī)駕駛行為沒(méi)有限制力。由于中國(guó)存在著道路使用者交通安全意識(shí)不強(qiáng)、遵守交通法規(guī)素質(zhì)不高等問(wèn)題,雙黃線的使用效果大打折扣,這種情況在部分中小城市尤為明顯。雖然關(guān)于潮汐交通的研究很多,有的學(xué)者提出了大致思路并舉例各地的實(shí)施狀況,也有的學(xué)者提出了具體的分流措施,但是都是在無(wú)道路分流帶、利用雙黃線進(jìn)行分流的情況下進(jìn)行設(shè)置。被占用車道方向的車輛在進(jìn)行變換車道時(shí),沒(méi)有相應(yīng)有效地阻隔設(shè)施而誤入該路段,就會(huì)造成相向行駛的車輛嚴(yán)重碰撞。如何有效避免這種誤入情況,如何對(duì)車道的分流帶設(shè)施進(jìn)行布置,如何適用于各地不同路面的情況,本文對(duì)此進(jìn)行研究。2虎蹲交通特征分析2.1中央分流帶虎踞路位于南京市鼓樓區(qū),全長(zhǎng)2.3km,雙向6車道,機(jī)非分離,南北走向,設(shè)計(jì)速度為60km/h,車道寬為3.75m,無(wú)中央分流帶。南接漢中路,北接草場(chǎng)門大街,往北是出城方向,往南是進(jìn)城方向。早高峰時(shí)間6:30—8:30,進(jìn)城方向車輛較多,晚高峰時(shí)間17:30—19:30,出城車輛較多,“潮汐交通”現(xiàn)象明顯。2.2方向不平衡分析采用微波車輛檢測(cè)器對(duì)于虎踞路的交通狀況進(jìn)行調(diào)查。微波車輛檢測(cè)器目前是精度最高的交通特性采集儀器,也可以用環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器進(jìn)行車輛通過(guò)頻率分析。利用道路方向不平衡系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算各個(gè)方向的系數(shù),道路方向不平衡系數(shù)是選取一條道路的兩個(gè)方向交通最大的一向的交通量與兩個(gè)方向交通之和的比值。其中:KD為方向系數(shù);Q為交通量,輛/h。交通特性分析結(jié)果見(jiàn)表1,將數(shù)據(jù)收集之后分析處理的虎踞路早晚高峰交通量柱狀圖見(jiàn)圖1。通過(guò)分析得知,虎踞路段早高峰、晚高峰時(shí)間段內(nèi)車流量雙向具有明顯的不平衡,方向系數(shù)分別為0.64與0.65,屬于嚴(yán)重方向不平衡。在無(wú)法進(jìn)一步增加車道數(shù)的條件下,只有通過(guò)利用現(xiàn)有資源解決潮汐交通情況。3產(chǎn)品的出車規(guī)定是“產(chǎn)品、測(cè)試、行車、東北部”基于陳堅(jiān)、李俊波兩位研究員的研究,得知他們的研究以及所列的例子都是基于“無(wú)道路中央分流帶”情況。在道路交通組織方面采用“三進(jìn)三出”情況,分別是“清場(chǎng)、進(jìn)場(chǎng)、退場(chǎng)”。其中在3個(gè)環(huán)節(jié)每2個(gè)環(huán)節(jié)之中都具有一定模糊性,司機(jī)當(dāng)時(shí)駕車狀態(tài)以及道路標(biāo)志、標(biāo)線設(shè)置情況都具有一定的影響。如果清場(chǎng)沒(méi)有干凈,反向車輛這個(gè)時(shí)候進(jìn)場(chǎng),很可能由于車速過(guò)快造成相撞。同時(shí),在進(jìn)場(chǎng)的時(shí)候,也可能由于司機(jī)對(duì)車道的反向占用不了解而造成誤入,也可能造成嚴(yán)重事故,這樣的風(fēng)險(xiǎn)是存在的。在重新設(shè)計(jì)道路標(biāo)志、標(biāo)線的基礎(chǔ)上,提出了自動(dòng)可移動(dòng)式可變車道分流帶,其可以有效避免司機(jī)經(jīng)過(guò)潮汐路段時(shí)由于疏忽大意或者習(xí)慣性思維誤入已被對(duì)向來(lái)車占用的車道。4該項(xiàng)目的內(nèi)部設(shè)計(jì)4.1下我國(guó)方案結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究狀況以及虎踞路的實(shí)際情況,可變車道實(shí)際就是占用對(duì)向一個(gè)車道,這樣使另一交通量較多的方向緩解擁堵壓力,減少延誤。設(shè)計(jì)方案中,南從漢中路與虎踞路交叉口,北到草場(chǎng)門大街與虎踞路交叉口,全長(zhǎng)2.3km。對(duì)緊靠中央分流帶的2條車道進(jìn)行改造,主要從以下方面實(shí)施。可變路段標(biāo)志牌設(shè)計(jì):預(yù)告標(biāo)志牌(可變車道起點(diǎn)前200m)。黃閃、綠箭頭、紅叉三合一雙面提示信號(hào)燈(起終點(diǎn)和路段間位置懸臂式立柱橫桿之上3、4車道上方),如圖2a)、圖2b)所示;交叉口處可變指示標(biāo)志(信號(hào)燈橫桿上附加在3車道、4車道上);電子“左側(cè)變窄”警告牌(終點(diǎn)前50m),如圖2c)所示。由于在惡劣情況下,需要對(duì)信號(hào)燈顯示屏進(jìn)行防風(fēng)防雨保護(hù),并且在變換車道切換情況下,需要上位計(jì)算機(jī)修改顯示屏內(nèi)容,單片機(jī)原理控制LED顯示屏可以起到很好的效果。標(biāo)線設(shè)計(jì):道路中間雙黃線不變,可變車道標(biāo)注“可變車道”4個(gè)字,見(jiàn)圖3。4.2汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算分流帶的形狀如圖4中的斜線部分所示,處在緊靠雙黃線的可變車道內(nèi)。其中最主要的是汽車轉(zhuǎn)彎半徑的計(jì)算,汽車轉(zhuǎn)彎半徑?jīng)Q定分流帶與雙環(huán)線夾角角度,即位置的確定。汽車最大轉(zhuǎn)彎半徑確定過(guò)程中,主要是汽車外輪的轉(zhuǎn)彎半徑的確定,根據(jù)李相彬研究中確定的汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑公式可知,汽車單車前外輪最小轉(zhuǎn)彎半徑R(m)的大小取決于軸距L1(m)和前外輪最大偏轉(zhuǎn)角θmax,其計(jì)算公式見(jiàn)式(1):牽引車帶半掛車的汽車前外輪最小轉(zhuǎn)彎半徑的計(jì)算也是應(yīng)用式(1),但所涉及的因素要多些,不能簡(jiǎn)單地直接套用公式。單車前外輪轉(zhuǎn)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí),最小轉(zhuǎn)彎半徑立即出現(xiàn)。汽車前外輪轉(zhuǎn)到最大偏轉(zhuǎn)角時(shí),牽引車和半掛車各自的轉(zhuǎn)向中心還沒(méi)有重合,還不能立即確定最小轉(zhuǎn)彎半徑,必須到圓周角ω=0時(shí)才能確定。另外,根據(jù)上述分析可知:當(dāng)前外輪最大偏轉(zhuǎn)角θmax>θel(汽車轉(zhuǎn)彎最小安全角)時(shí),圓周角ω不等于0,也就不能確定轉(zhuǎn)彎半徑。所以汽車同時(shí)滿足θmax<θel和圓周角ω=02個(gè)條件時(shí)的前外輪回轉(zhuǎn)半徑,才是汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑。于是,隨θmax的不同,汽車前外輪最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin的公式有如下2種情況:式中:L1為牽引車軸距(mm);L2為牽引銷到半掛車后橋中點(diǎn)的距離(mm);a為牽引銷到牽引車后橋中點(diǎn)的距離(mm);b為牽引車前輪距(mm)。下面以齊齊哈爾汽車廠的QQ451牽引車和QQ970半掛車為實(shí)例,按以上推導(dǎo)的公式計(jì)算汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑。已知各參數(shù)的具體數(shù)據(jù)如表2所示,計(jì)算所用公式和計(jì)算結(jié)果列于表2。如果直接套用式(1),得出的結(jié)果是牽引車的最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin=6.7m。由圖4可知,汽車轉(zhuǎn)彎開始點(diǎn)處的切線與雙黃線相切。根據(jù)轉(zhuǎn)彎模型,建立圓弧的公式,即:假設(shè)極限狀況下的汽車轉(zhuǎn)彎形成的圓弧與分流帶相切,建立的切函數(shù)如式(3)所示。假設(shè)切點(diǎn)為(x0,y0),所以分流帶的方程為建立二維坐標(biāo)圖,如圖5所示。由于分流帶屬于交通硬件設(shè)施,所以分流帶的長(zhǎng)度與費(fèi)用有關(guān),在保證安全度基礎(chǔ)上,盡量縮短分流帶的長(zhǎng)度,根據(jù)式(2)和式(3),求出下面約束函數(shù)的最優(yōu)解。式中:Lmin為分流帶長(zhǎng)度(m);x1為分流帶與雙黃線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值(m);x2為分流帶與可變車道一側(cè)單黃線的橫坐標(biāo)值(m);y1為分流帶與雙黃線交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值(m);y2為分流帶與可變車道一側(cè)單黃線的縱坐標(biāo)值(m)。將y1=6.7m,y2=2.95m代入式(4),計(jì)算得知最終的隔離帶長(zhǎng)度為9.7025m,由于計(jì)算結(jié)果是最小值,所以在實(shí)際應(yīng)用中乘上修改因子,還要結(jié)合道路的實(shí)際情況、天氣情況。4.3修改因子的確定計(jì)算結(jié)果是在天氣晴朗的情況下計(jì)算得知的,所得結(jié)果是車輛外輪的最小轉(zhuǎn)彎半徑。天氣原因、道路的摩擦系數(shù)以及車輛的速度都會(huì)影響到轉(zhuǎn)彎半徑,所以需要乘一個(gè)修改因子或稱影響因子k,無(wú)因次。所以由式(2)-式(4)的計(jì)算得出式(5):式中:y2-y1為車道寬度,用小寫h代替,得到式(6):式(5)和式(6)中的符號(hào)意義同前。根據(jù)白子建研究員的研究結(jié)果,這里建議影響因子k取值為1.2~1.5,這樣在最大保證安全基礎(chǔ)上設(shè)置分離帶,使所有車輛的車速行駛在一定范圍內(nèi)進(jìn)行安全轉(zhuǎn)彎。4.4分流帶的設(shè)置分流帶的最大作用就是分流交通,可以有效避免因?yàn)榻栌靡环降缆范a(chǎn)生的對(duì)向車的誤入,可以大幅度提高道路交通安全性。王曉華等對(duì)分流帶的寬度進(jìn)行了研究,選用寬度為0.5m,見(jiàn)表3。其中分流帶的形式參考李清斌的研究成果,采用纜索結(jié)構(gòu)分流帶。鑒于潮汐交通處在城郊結(jié)合部,所以采用自動(dòng)移動(dòng)式分流帶,借鑒自動(dòng)式電門,在地面上設(shè)置寬度為0.5m寬的軌道,將軌道鑲嵌在道路內(nèi),與水平道路齊平,這樣可以有效減少對(duì)車輛行駛的影響。分流帶的硬件設(shè)計(jì)圖參照?qǐng)D6。5現(xiàn)狀仿真結(jié)果利用vissim軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),在vissim中根據(jù)虎踞路的實(shí)際情況以及設(shè)置的分流帶,建立模型實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)流程圖如圖7所示。利用vissim軟件,根據(jù)道路現(xiàn)狀、交通狀況設(shè)置參數(shù),其中包括“道路長(zhǎng)度、車道寬度、南北交叉口的紅綠燈的參數(shù)、車流量、車輛的組成,交叉口轉(zhuǎn)彎規(guī)則”,運(yùn)行仿真程序,得到交通狀況現(xiàn)狀的仿真結(jié)果。仿真圖見(jiàn)圖8。將現(xiàn)狀仿真結(jié)果與交通調(diào)查結(jié)果進(jìn)行比較,考察建立的仿真模型與實(shí)際道路交通的相似程度。將可變車道實(shí)施對(duì)參數(shù)的變化體現(xiàn)在上述的模型中,得到仿真數(shù)據(jù)。實(shí)施前后進(jìn)城方向高峰小時(shí)車頭間距比較見(jiàn)圖9。圖9中,縱坐標(biāo)是車輛的平均車頭間距,單位m,橫坐標(biāo)是早高峰期間時(shí)間點(diǎn),無(wú)因次。從圖9中可見(jiàn),在高峰時(shí)間段內(nèi),實(shí)施前后的車輛間距明顯增大,對(duì)增加道路通行能力、提高服務(wù)水平有明顯效果,安全性明顯增加。6改進(jìn)交通流量的設(shè)施設(shè)計(jì)通過(guò)方案設(shè)計(jì)研究分析得出以下結(jié)論。1)從自動(dòng)式分流帶的設(shè)計(jì)來(lái)看,自動(dòng)式分流帶既可以有效引導(dǎo)車輛分流,又避免車輛在高峰時(shí)間段內(nèi),車輛誤闖誤入。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,造價(jià)經(jīng)濟(jì),安全效果明顯。2)對(duì)現(xiàn)有車道進(jìn)行改進(jìn)后,潮汐式交通擁堵現(xiàn)象具有明顯改觀。通過(guò)vissim仿真,可以看出車間距明顯變大,車間距增大了近