公路双车道范文（精选11篇）
公路双车道 第1篇
在庞大的公路网中,除了极少数路段的公路条件和交通条件符合理论分析的标准条件外,绝大多数公路的行车道宽度、路肩宽度、侧向净空、路侧干扰、平纵线形、方向分布、交通组成、交通管制等与标准条件均有一定的差异,这些差异影响了公路的通行能力。为规范公路设计,交通部于2009年颁布了新的《公路工程技术标准》和《公路路线设计规范》。两个规范中均引入了九五攻关项目“公路通行能力研究”的成果,对双车道公路通行能力影响因素的修正系数,如路面宽度、方向分布、横向干扰、交通组成等进行了界定,也为双车道通行能力影响因素的研究提供了重要的理论依据。
1 流量———跟车率对通行能力的影响
双车道公路原则上都是两个车道的公路。九五研究成果指出,车辆自由流速度随着路面宽度的增大而增大,但加宽到12m后自由流速度变化已不明显,表明不能仅靠加宽路面宽度来提高自由流速度。流量———跟车率的关系是通行能力研究采用的最重要的交通流模型,反映了速度、流量、跟车率之间的互相影响规律,是通行能力研究的基础,是后期公路运行质量评价和服务水平分析的依据。
1.1 跟车率与双车道公路通行能力的关系
交通流中由于前面慢车的影响,后面车辆超车受限,不得不以排队的形式跟随前车前进,称为跟车。排队车辆数与总车辆数比称为跟车率。跟车率作为双车道公路服务水平的主要评价指标,其对流量变化的敏感程度比速度更高。国内外专家和学者通过大量研究发现可以通过小于某一数值的车头时距指标来替代跟车率。跟车率被定义为:双车道公路上处于跟驰状态的车辆占所有车辆的比例,其值等于交通流中车头时距小于某值时的车辆比例。研究双车道公路的通行能力,我们首先要解决以下两个重要问题:一是确定跟驰行驶的车头时距值,即车辆的车头时距为多大时可以认为车辆处于跟驰行驶的状态;二是达到通行能力时交通流中的跟车率是多少。
1.2 跟车率对双车道公路通行能力的影响
通过对车辆速度与跟驰状态的分析发现,前后两车速度差是车辆行驶状态的一个重要特征。车辆跟驰得越紧密,两车速度差越靠近零值。反之,前后两车不存在跟驰关系时,速度差应该是随机的,反映到速度差上是跟驰特性减弱,标准差无规律变化。车头时距在0-4s之间时,前后车速度差随车头时距增大而有规律变化,这说明在车辆排队行驶中,由于无法超车,后车只能选择被动跟驰,车辆行为也随着前车的加速、匀速、减速而采取相应的策略,并具有滞后性,但二者速度具有一定的线性关系。随着车头时距增大,在4-11s之间,前后车速度差上了一个台阶,速度差的离散性增强。当车头时距大于11s以上时,前后车速度差明显增大,且更加离散,说明随着车间距的拉大,驾驶员自由选择车速的灵活性增强,可以充分发挥车辆性能,标准差便成为一个随机量,车速的随机性就充分显现出来。综上,4-11s之间是车辆从延误到自由行驶的一个过渡,选择其间的任意一个车头时距数值都可以作为统计跟车率的指标,但选择下限4s更为严格和准确。我国“九五”通行能力研究中推荐达到公路通行能力值时的跟车时间百分比为94%,该结果与实际观测值比较接近,仿真实验结果与实测数据结果也相吻合。我国双车道公路上交通流达到通行能力时的跟车率也必然不可能达到100%,因为公路上总会存在一些慢速车,它们处于自由行驶状态,利用实测数据回归得到的关系模型计算,笔者认为,跟车率为91%-95%时,双车道公路具有通行能力。
2 公路线形对通行能力的影响
2.1 公路线形与双车道公路通行能力的关系
平面线形和纵断面线形是影响双车道公路通行能力的重要因素。公路选线时使用的平曲线半径和纵坡坡度会在一个较大的范围内变化,它们之间的组合更是千差万别、五花八门,导致了双车道公路“陡峭”和“弯曲”的程度也不尽相同。比如,有的路段坡度很陡,但路线较为顺直;有的路段虽弯曲度高,但却平坦。不同“陡峭”和“弯曲”程度的双车道公路,其通行能力会有较大的差别。
研究道路线形对通行能力影响时,我们应该首先考虑道路线形对小客车自由流速度的影响。小客车自由流速度是指驾驶员在不受其他车辆干扰、根据道路线形和环境所提供的道路条件自行行驶的车辆速度。自由流速度是通行能力研究中一个非常重要的参数,是交通流流量———速度模型中的关键指标,可以通过研究小客车自由流速度在不同道路线形条件下的变化规律来分析道路线形对通行能力产生的影响。
2.2 平曲线自由流速对双车道公路通行能力的影响
我们知道,道路平曲线半径的选择是根据车辆在曲线上的动力特性、行车时的横向力系数和超高决定的。当设计速度为80km/h时,平曲线半径的一般值为400m。也就是说,当平曲线半径大于400m时,平曲线不会对车辆的行驶速度造成影响。在双车道公路上实测的平曲线半径与小客车自由流速度的散点图可知,小客车自由流速度与平曲线半径成正比,当平曲线半径变大时,小客车的自由流速度也变大;但是当平曲线半径增大到400m左右时,小客车的自由流速度己经和平直路段上的自由流速度相同了,大约为75km/h。因此,在双车道公路上半径大于400m的平曲线不会影响小客车的自由流速度,从而也不会对道路的通行能力产生影响。
3 结语
双车道公路作为国家和省内的一般干线公路,是我国公路网中最普遍、通车里程最长的一种公路形式。目前,双车道公路占干线公路总里程的95%左右,在公路网中发挥着巨大作用。双车道公路的通行能力影响因素众多,跟车率和公路线形是影响双车道公路通行能力的主要因素。笔者希望通过本文的研究,起到抛砖引玉的作用,也为今后我国公路网规划、可行性研究、公路设计、公路建设后评价等方面提供科学的理论依据。
摘要：通行能力是指在特定的道路条件、交通条件、控制条件以及环境条件下单位时间内能通过公路设施断面的最大交通量,它反映了道路疏导交通的能力。研究通行能力可以为公路网规划、可行性研究、公路设计、公路建设后评价等方面提供科学的理论依据。
关键词：双车道公路,通行能力,影响因素
参考文献
[1]周荣贵.双车道过境公路的通行能力分析[J].广西交通科技,2009:12-13.
公路双车道 第2篇
基于既有路基宽度的高速公路车道扩充技术研究
在调研国内外高速公路车道数扩充经验的基础上,通过车辆的操纵稳定性的分析,结合高速公路断面几何设计的.有关规定,确定了影响断面几何设置的合理宽度,提出了六车道扩充为八车道的车道纽舍设计方案,有效提高高速公路的通行能力.
作 者：钟吉棕 作者单位：中交第一公路工程局有限公司,北京,100024刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(21)分类号：关键词：通行能力 车道宽度 动态净空 车辆安全距离 操纵稳定性
公路双车道 第3篇
关键词: 元胞自动机 交通流 周期边界
DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.09.022
1、引言
元胞自动机作为模拟复杂系统行为的有效工具,近年来已被广泛地应用于交通流的研究[1-4],并取得了很大的进展。其中描述逐步加速的NaSch元胞自动机模型[5]和描述迅速加速的FI元胞自动机模型[7]最具有影响力。薛郁等人对NaSch模型次序进行变换,提出一种更符合实际的敏感驾驶SDNaSch元胞自动机交通流模型[7]。该模型能够再现交通中复杂的亚稳态、相分离等现象,因此,有必要对其进行更细致的研究。
驾驶员的驾驶特性对交通流的影响是一个不可忽略的问题。我们可以根据不同的驾驶特性将驾驶员分为两类:一类为敏感驾驶员,他们对交通状态的反应较敏感,一旦观察到车辆间距减小,就会预先随机减速,然后决定确定性减速;另一类为谨慎驾驶员,他们通常较少超车、超速行驶并保持较大间距等,为了安全起见而 经常刹车。
文献[8]分别用WWH和NaSch模型描述双车道上同车道的不同驾驶行为,但并没有考虑不同的转道行为;而文献[9]只考虑激进转道行为,并没有考虑同车道上不同的驾驶行为。本文在周期性边界条件下,分别以NaSch模型和SDNaSch模型表示不同驾驶员的驾驶和转道行为,从而建立更接近实际的混合交通流模型。
2、模型
道路交通系统由两条并行的车道构成,这两条车道是对称性的。把每条车道视为长度为L的一维离散格点链,某时刻某一格点为空或被一辆车占据,车辆最大速度为。车辆在周期边界条件下自左往右运动,每一时步由每条车道上NaSch(或SDNaSch)演化和转道演化两个子时步构成。
NS模型演化:
⑴ NaSch模型演化步骤为:
① 加速:
② 确定性减速:
③ 以概率 随机慢化:
④ 位置更新:
⑵ 转道规则为:
① 超车规则:
② 安全性原则:
SDNaSch模型演化步骤为:
⑴ SDNaSch模型演化:
① 加速:
② 以概率 随机慢化:
③ 确定性减速:
④ 位置更新:
⑵ 转道规则为:
①超车规则:
②安全性原则: (超车行为比NaSch模型激进)其中 表示第i辆车t时刻在某车道上的位置, 表示第j车道第i辆车的速度,对应车辆的最大速度, 为随机减速概率,为i车辆与邻道后方紧邻车辆间距。安全距离
3、计算机模拟与讨论
系统由两条L个离散格点的车道组成,某時步t车道上总车
辆数为 ,此时步车道平均密度为, 平均速度为
初始时刻,车辆按比例随机分布在车道上。取车道长为L=1000cells,每个格点对应的实际道路长为7.5m,整个格点链对应的道路实际长度7.5km,演化时步为60000,取后
50000时步作时间平均,则平均速度为 ,密度
平均流量。车道某时刻t的转道频率为,其中 表示 时刻发生转道的车辆数,则转道频率为
.为消除随机性对结果的影响,再对30个样本作系综平均。
3.1、双车道SDNaSch混合模型与NaSch模型比较
图1(a)(b)分别给出了车辆最大速度,随机减速概率=0.25,双车道NaSch模型和敏感车(SDNaSch演化)混合比例系数
从图中可以看出,混合交通流模型得到的临界密度要比相同条件下NaSch模型得到的临界密度大,而且最大流量较大。在达到临界密度以前,相同密度下混合模型的平均速度和流量跟NaSch模型基本相等,因为此时密度比较小,车辆间的间距比较大,演化过程间距对速度没有影响,车辆以最大速度行驶。在达到临界密度后,车辆比较密集,混合模型中按SDNaSch模型演化的车辆随机延迟过程在减速过程之前,预期前方车间距小于车速就有可能随机延迟,之后再视间距进行确定性减速或者不减速。而NaSch模型的车辆是先确定性减速,再随机减速,因此减速的幅度比较大,速度变小。而且SDNaSch车辆的转道比较激进,只要另一车道后面的车辆速度小于间距,就可能会转道,避免在本车道被堵塞,可以提高道路平均速度和流量。
(a) (b)
图1=0.5, =0.25时的NaSch模型和
SDNaSch混合模型(k=0.5)
3.2、混合比例系数k对混合交通流的影响
图2(a)(b)分别给出了随机减速概率 =0.25,最大速度=5cell/s,敏感车混合比例系数为k=0.0,0.2…,1.0时的速度～密度和流量～密度图像。
当k=0.0时,车道上只存在谨慎车,此时模型为最大速度为5的双车道NaSch模型,系统的最大平均速度约为4.73,最大流量约为0.55,临界密度约为0.13;当k=1.0时,车道上只有敏感车辆,此时模型为最大速度为5的双车道SDNaSch模型,系统的最大平均速度为5,最大流量为0.75,临界密度为0.18。
当0.0 总之,随着敏感车辆的增多,道路的容量也随之提高,平均速度和流量都相应地增大,敏感驾驶因素对车流的作用是很大的。 3.3、混合比例系数对车辆转道频率的影响 为了进一步考察车辆的车道转换动力学,另一个需要考虑的有意义的量是在不同密度下的转道频率F。图3给出了 =5,P=0.25, =0.5 K=0.0,0.2, …,1.0时的转道频率～密度图像。 从图中可以看出在不同混合比例K下车辆转道频率F随车辆密度的变化情况。当K=0.0时,车道上只存在NaSch型车辆,车辆密度在0.18处转道概率达到最大值。因为此密度情况下,车辆间距较大,车辆转道需求不强;而密度太大,虽然车辆有转道需求,但另一车道的安全原则难以满足,转道频率也不大,因此在中等密度区域形成一个转道高峰。当K=1.0时,只有SDNaSch型的敏感车辆存在,因为加速幅度大,不易拥塞,在低密度区转道频率几乎为零,在高密度区由于无法满足安全原则转道频率也几乎为零,只有在中间处存在较少的转道。 0 4、小结 本文在NaSch模型基础上,采用周期边界条件,模拟了双车道NaSch型和SDNaSch型车辆的混合交通流。结果表明,混合比例对混合交通流的平均速度、流量和转道频率都有相当大的影响。 因此,在进行道路交通控制和管理时,要考虑到不同类型驾驶员的驾驶情况,设置合理的交通规则,以增强道路交通系统的运行能力。 参考文献 [1] Maerivoet.S, Moor.D. Cellular automata models of road traffic[J].Phys.rept 419(2005)1-64. [2] 汪秉宏,毛丹,王雷,等.交通流中的自组织临界性研究[J].广西师范大学学报:自然科学版,2002, 20(1):45-51. [3]Wang B H,Y.R.Kwong,P.M.Hui.Statistical mechanical approach to cellular automaton model of highway traffic flow[J].Physica A,1998,254:122-134. [4] 何云,陳若航,吕晓阳.一维DCA交通流模型分析[J].广西师范大学学报:自然科学版, 1997,15(1):49-53. 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[8] 吴可非,孔令江,刘慕仁.双车道元胞自动机NS和WWH交通流混合模型的研究[J].物理学报,2006,55(12):6275-6280. 一、双车道公路平面线形对交通安全的影响 (一) 直线线形与交通安全之间的关系 从机动车驾驶员的角度而言, 受到视力反应的影响, 公路的直线过长或者果断, 都会在一定程度上影响交通安全。如果公路的直线过长而令机动车驾驶员无法承受, 就会促使驾驶员产生加速的心理, 而在无意识中就会加速。如果公路的直线过短, 就会迫使机动车驾驶员频繁操作, 加大了驾驶的强度, 特别容易引起驾驶员对公路的判断产生错觉而引发交通事故。按照公路常规设计, 公路的直线长度设计不可以超过设计速度的20 倍, 否则会提高交通事故发生几率。 (二) 曲线线形与交通安全之间的关系 双车道的交通事故与设计曲线的半径存在着必然关系。如果曲线半径过小, 就会提高事故发生率。随着曲线半径的增长, 当半径超过0.6 千米, 就会有效地降低事故发生率, 提高了公路交通安全系数。但是, 如果曲线半径过大, 且与直线的性质不存在明显的区别, 就会严重影响司机的判断, 不利于公路安全行车[2]。所以, 在双车道公路设计上, 曲线的转角要尽量短捷, 安全系数较高的转角设计为采用低值转角设计。根据有关研究表明, 双车道公路曲线转角的设计中, 安全值为200, 转角为20, 交通运行的安全系数是最高的, 不仅使机动车驾驶员视野上得到满足, 而且还能够满足视觉特征[3]。从中国的双车道公路转角设计来看, 公路转角以70 为标准对曲面长度合理设计。 二、双车道公路纵面线形对交通安全的影响 (一) 纵面线形的坡度对交通安全的影响 中国的双车道公路交通事故与坡度和坡长存在着相关性, 主要体现为上坡事故较少, 但是发生率呈上升趋势, 且事故数量呈缓慢上升趋势;下坡事故较多, 且事故数量呈快速上升趋势。在公路坡度的设计上, 当纵坡低于2%的时候, 上坡事故和下坡事故都较少;当纵坡超过2%的时候, 交通事故发生率就会上升。且纵坡的坡度越大, 交通事故的发生率就会越高。 (二) 纵面线形的坡长对交通安全的影响 坡长对交通安全的影响与坡度相关。如果是陡坡, 而又过长, 就会使车速处于过高或者过于缓慢的情况, 很容易引起公路交通事故。如果纵坡过程, 就会导致机动车驾驶员对前方公路做出错误判断, 通常驾驶员会认为平缓的下坡过后会出现上坡, 因此会加速行驶, 这种错误操作加大了引发交通事故的几率[4]。当下坡过长的时候, 机动车行驶的速度会加快, 需要频繁制动, 会导致刹车系统在持续过热的状态下性能上有所下降。由于机动车的制动能力下降, 就会提升交通事故发生率。 (三) 纵面线形的竖曲线半径对交通安全的影响 竖曲线半径对交通安全具有直接的影响性。竖曲线半径会影响到行车视距就, 随着竖曲线半径的增大, 行车视距也会相应地增大。要确保公路交通安全, 行车视距要等于或者大于停车视距。当纵面线形曲线为凸曲线, 会给机动车驾驶员以悬空感, 由此而对行驶方向以错误的判断;当纵面线形曲线为凹曲线, 会令机动车驾驶员感到视距不足, 特别是夜间行车, 就容易引发交通事故。 如果纵面线形为小半径竖曲线, 当机动车在这样的公路上行驶的时候, 就会在心理上产生一种失重感, 对机动车驾驶失去控制。由于小半径竖曲线而引起的离心力会降低车辆与路面之间的摩擦力, 会影响到行驶中的机动车及时刹车。另外, 小半径凹曲线底会引起排水不顺畅的问题, 主要在于没有设置完善的排水设施, 如果凹曲线恰好处于公路的超高过渡段, 就会造成严重积水[5]。 三、平线形与纵线形组合对交通安全的影响 (一) 线形突然变化 在公路长直线的末端, 如果出现急转弯, 机动车驾驶员通常都是临到急转弯处才会发现, 此时就要快速急刹车, 提高了行车不安全洗漱。如果长直线超过1公里, 长坡和下坡之间会衔接小半径, 就会导致机动车驾驶员在高速行驶的过程中, 不自觉地驶入到曲线中, 而对曲线的曲率没有做出及时判断。如果驾驶措施不当, 就会引发交通事故。 (二) 断背曲线 断背曲线就是在两条圆曲线之间设计有很短的直线。这种公路线形设计很容易让驾驶员将直线判断为曲线, 而另一条圆曲线则被判断为反向的曲线。由此而导致机动车驾驶员产生误操作而导致车祸。 (三) 小半径平曲线与加纵坡的组合 小半径平曲线与加纵坡的组合形成复杂的线形, 特别是在急转弯处加陡坡, 就会使机动车驾驶员在短时间内提高行驶速度在合成坡度上快速下滑。由于在短时间内加速, 加之合成坡度的坡度也很大, 就会导致机动车冲入弯道外而引发交通事故。当陡坡所在区段范围内有障碍物, 还会对行驶的车辆造成视距阻碍区, 形成交通安全隐患。如果机动车载重量较大, 处于合成坡度上行驶, 如果出现行驶加速、急转弯, 就会导致车辆倾倒等交通事故发生。 四、结论 综上所述, 双车道公路上发生交通事故是综合因素的结果, 除了人为因素, 客观因素也是需要考虑的问题。从公路的公用性角度而言, 其是机动车行驶的基础。公路的设计对机动车安全行使至关重要。合理的公路线形设计不仅能够满足公路的基本功能, 还要求与其相关的基本要素符合规定的技术标准, 以确保公路交通安全而顺畅。 摘要：公路交通事业的快速推进, 为中国的社会经济发展起到了重要的促进作用。但是, 时有发生的交通事故导致了人员伤亡, 同时还造成了一定经济损失, 对社会稳定造成了影响。引发公路交通事故的一项重要原因就在于, 一些公路的线形设计缺乏理性, 影响了交通安全顺畅。本论文基于交通安全的角度, 以双车道公路作为研究对象, 针对双车道公路线形与交通安全的关系进行探究。 关键词：双车道公路,公路线形,交通安全,关系 参考文献 [1]李强, 王蓉蓉, 路维, 胡江碧.平原区双车道公路交通条件与交通安全的关系研究[J].公路, 2012. [2]黄文辉.基于交通安全的双车道公路线性分析[J].公路工程, 2012. [3]王星.双车道公路弯坡路段交通安全评估及处治措施研究[D].重庆交通大学, 2014. [4]吕新鹏.山区双车道公路车辆速度对行驶安全影响的研究[D].吉林大学, 2014. 摘 要 高速公路收费是确保高速公路营运正常的一项措施，在信息技术与网络不断发展的时代下，高速公路车道收费网络化正逐步完善。在高速公路收费系统中，主要有数据清分中心、收费中心、收费站以及车道收费这四个系统。其中车道收费是整个系统中的第一处理点以及数据源。本文基于这一背景，简单阐述了车道收费系统在联网状态下的功能，分析了收费软件设计需注意的几点问题，并在此基础上研究了软件实现要点。旨在优化收费软件设计，提升高速公路收费管理效率。 【关键词】高速公路 收费系统 软件设计 车道收费软件的使用目的在于处理好车辆出入作业，联网是对信息的一种交互，确保收费合理性。车道可分为出口与入口两种，入口系统主要功能为读写IC卡、开启与关闭自动栏杆、转换交通信号灯、为道路监控提供实时信息、上传或下载车辆黑名单、入口车辆相关数据的上传等；而出口系统除上述功能外，还需计算通行费用并语音播报、更新费率表、特殊车辆记录与抓拍、出口数据上传等。在联网状态下，我国高速公路管理将更为规范化，通过车道收费软件的设计与使用保障整个交通系统的正常运作。本文以车道收费系统的设计与实现为主线，作出如下分析。车道收费软件设计要点分析 1.1 突发状况应急处理设计 在现阶段高速公路收费环境中，不乏一些车辆为了节省过路费出现闯关现象，这种情况可能造成收费的混乱。另外，车辆种类的不同在收费标准方面也不尽相同，例如在遇到公务车、军警车、领导车队（紧急车）、欠款车等车辆时，软件需对这类车辆展开及时划分，确定收费标准。且车辆还分为有卡与无卡两种，与收费标准差异性相互组合时无形中极大增加了收费复杂性。 1.2 用户版本移植的复杂性 现阶段收费系统相当于仅面向了业主这单一方面，在联网状态下，业主使用的车道收费模式与软件设计密切相关。传统收费系统属于非联网状态，若在此基础上加以改进首先要解决业主匹配问题。在联网情况下，可将收费看做两个以上高速公路业主（且行驶路段为相连状态）的联合收费，无论是在外设上还是版本上都需有所改变。换言之，要求收费系统不仅能够起到既定作业的处理功能，还可灵活应对现实状况，做好适应性与灵活性。收费软件的功能实现分析 2.1 软件实现方式 车辆在进入到收费系统之后，由于自身重量以及车身行驶状态会将线圈触发，车辆随即进入到天线检测范围。在信号被触发之后，车道程序会将天线开启，接收CPU与OBU传来的信息同时实时处理。通过信息交互，车辆CPU卡信息将实现被读写。 首先收费系统会验证CPU卡与车辆是否匹配，并查验OBU有效性。之后访问服务器数据库，了解车道内车辆是否处于黑名单或灰名单之中，若处于则根据欠费或漏缴情况作出合理判断并打印单据（此操作需联网实现），在所有检验均合格后才能够开始收费操作。收费操作为交易核心，车辆在高速公路入口处收费为零元，出口处收费根据驶入与驶出情况按标准收费。最后，车辆在交易成功状态下，费额显示器上会将扣费信息显示出来并放行。 2.2 数据上传 数据上传是联网状态下软件的必要技能，也是联网时车道收费核心功能。由于高速公路在软件运行条件上相对恶劣，受到内存等客观条件影响较大，因此在设计上可分为前台与后台两方面展开传送，通过UDP通信协议完成。但这是一种可靠性不强的传输协议，因此需采用某种方式保障数据可靠性，例如SendFlag标志。具体上传流程如下： 当高速公路入口处发卡或出口收费信息出现时，信息会被存至本地数据库，将标志定义为假并让前台软件向后台发送传送消息。后台接收后则使用协议将数据上传，将标志为真的记录删除。接着，当收费站服务器收到信息后，需自动检索数据库再操作数据，成功后发送成功标志至车道软件。软件收到成功信息后，可将该记录标志设置为真。最后，车道收费后台软件会将数据发送至收费站服务器。此时若网络出现故障，需重新检查网络是否处于联通状态。 2.3 时间统一性的实现 在收费系统中，由于需使用到联网功能，因此时间的统一性尤为重要。在软件实际运用中，时间标准应以站级服务器为主。服务器中会安装SQL Server，能够自主实现与Windows的对时。 2.4 数据打印高效性 传统采用Windows驱动的数据打印花费时间较长，通常为8秒左右，若通过车辆过多可能造成堵塞情况。在联网系统中，需正视打印时效这一问题，直接将打印控制码发送至打印机，票据会在2秒左右时间被打出，极大提升了收费速度，确保高速公路的通畅性。 2.5 特殊情况的处理 对于车辆在驶入收费站后出现的特殊情况，软件需加以区分并将其上传至服务器，包括车辆车牌号、车主信息以及具体情况类别等方面。尤其是在出口车道，通常出现的特殊情况有储值卡余额不足、入口信息错误或丢失、CPU卡丢失、报警器提示等。入口方面，主要有缺少CPU卡以及电子标签两种。对于特殊情况，需值班员正确引导车辆至MTC车道处理，并将信息上传。结束语 高速公路联网车道收费系统的设计是对高速公路运营的支撑，也是减少道路堵塞，提升车流速度的有效方式。在联网状态下，信息传播速度极大提升，系统可实现大部分数据处理，有效减轻了值班员工作量。在系统的设计与实现方面，现阶段需解决的主要问题在于联网状态下身份认证的统一性以及软件处理功能范围的扩大化。总之，软件设计人员还需加大投入力度，在不断实践基础上将收费软件设计得更为完善，通过软件真正实现联网管理，为高速公路的运营提供强有力支撑。 参考文献 [1]郑颖.高速公路车道收费软件的设计与实现[D].西安电子科技大学，2010（01）.[2]张星.ETC车道收费软件的设计与实现[J].中国交通信息化，2011（01）.[3]周杨.高速公路收费系统MTC车道软件设计与实现[D].西安电子科技大学，2012（02）.[4]余绪金.高速公路不停车收费联网车道软件的设计与实现[J].科技广场，2012（04）.作者单位 关键词：交通量调查；远景设计年平均日交通量；通行能力；公路等级；车道数 中图分类号： U491 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）23-190-2 1 假定工程概况 假设我们要在天津境内修筑一条公路，根据当地路网规划、路的使用功能以及所在地的综合运输体系暂定其为一条双向两车道的二级路，设计速度为80km/h，建设年限为一年。另外暂定车道宽度为3.75m，路肩宽度为1.5m，不考虑方向不均匀系数，再考虑公路建设完成后路侧安全距离以及路侧干扰物的情况，将路侧干扰等级定为一级。 2 设计交通量计算 2.1 交通量调查 我们在工程所在地附近某路段采用人工观测法调查交通量，得到该年的交通组成及交通量如表2-1-1（虚构）： 再根据该地区最近几年的交通情况，假定将预测交通量增长率定为5.5%。 2.2 起始年平均日交通量 《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）中规定：确定交通量时采用小客车为标准车型进行换算，其中小客车的车辆折减系数为1.0，中型车的为1.5，大型车的为2.5。 2.2.1 工程当年年平均日交通量 通过各种车型的折算后，确定年平均日交通量为： 1800×1.0+（600+400）×1.5+（300+300）×2.5=4800（辆/日） 2.2.2 起始年平均日交通量 工程概况中已提到，假定该二级路建设年限为一年，且假定交通量增长率为5.5%。因此，起始年平均日交通量ADT=4800×（1+5.5%）=5064（辆/日） 2.3 远景设计年平均日交通量 远景设计年平均日交通量也称为设计交通量，是指拟建道路到预测年限时所能达到的年平均日交通量，目前多按年平均增长率计算确定，具体计算公式参见式（2-3-1）。 式中：AADT——设计交通量（pcu/d）；ADT——起始年平均日交通量（pcu/d）；？酌——年平均增长率（%）；n——预测年限。 该式中的起始年平均日交通量、年平均增长率我们均已知道，只有预测年限n还不清楚，查阅《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）第三章基本规定可以知道二、三级公路设计交通量预测年限为15年。 因此，由式（2-3-1）计算得到： AADT=5064×（1+5.5%）15-1=5064×（1+5.5%）14=10716（pcu/d） 3 确定公路等级 《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）对于各等级公路适应的交通量有明确规定，其中说到二级公路的年平均日交通量宜在5000到15000辆小客车。而我们通过计算得到该道路远景设计年平均日交通量为10716辆小客车，在5000到15000辆之间。因此，通过交通量论证可以确定该路公路等级为二级路。 4 计算车道数 在计算车道数的时候，分两种情况：一种是不考虑方向不均匀系数，也就是说上下行车道来往的车辆数量几乎没有什么差别，这种情况在计算时需要得到设计小时交通量；另一种是考虑方向不均匀系数，是说上下行车道交通量是不同的，这种情况需要计算出单向设计小时交通量，而在这种情况下计算出来的车道数还要乘以2才是该公路的车道数。我们在假定工程概况中提到该公路不考虑方向不均匀系数，所以下面计算过程均以不考虑方向不均匀系数为基础。 用公式（4-2）计算车道数。 式中：DHV——设计小时交通量（辆/h）；AADT——规划年度的年平均日交通量（辆/d）；K——设计小时交通量系数（%）；n——车道数；C单——每一车道设计通行能力（辆/h）。 通过查询《道路勘测设计》第三版，可以得到各地区的设计小时交通量系数，各具体系数见表4-1。 从表4-1中我们可以看到位于天津境内的二、三级公路的设计小时交通量为15.5%，因此， DHV=AADT×K=10716×15.5%=1661（辆/h） 下面我们来计算每一车道通行能力C单，在上式（4-2）n=中C单代表每一车道的设计通行能力，而在该文中的假定工程概况中公路的各种参数均已给出，有条件可以算出实际通行能力，并且个人认为在计算中运用实际通行能力算出的结果更为准确，所以在此说明在下文的计算中C单=Cr，Cr为每一条车道的实际通行能力。 《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）中提到二级公路、三级公路路段实际通行能力按公式（4-3）计算， Cr=Cd×fHV×fd×fw×ff（4-3） 式中：Cr——实际通行能力[veh/（h·ln）]； Cd——与实际行驶速度相对应的二级公路、三级公路路段的设计通行能力[pcu/（h·ln）]； fHV——交通组成修正系数，按式（4-4）和表4-3计算； fd——方向分布修正系数，按表4-4取值； fw——车道宽度、路肩宽度修正系数，按表4-5取值； ff——路侧干扰修正系数，按表4-6取值。 下面我们来确定各种参数的值，《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）中给出了二、三级公路在不同设计速度下的设计通行能力的值，如表4-2。 由于我们已经假定该二级公路的设计速度为80km/h，因此设计通行能力Cd取值1600（pcu/h）。交通组成修正系数fHV按式（4-4）计算： 式中：Pi——中型车、大型车、拖挂车（i）交通量占总交通量的百分比；Ei——中型车、大型车、拖挂车（i）车辆折算系数，按表4-3选取。 根据前面的调查交通量，可以得到各种车型的交通量以及其所占比例： 解放CA15的交通量=600×1.5=900，P解=900/4800=0.188； 东风EQ140的交通量=400×1.5=600，P东=600/4800=0.125； 黄河JN162的交通量=300×2.5=750，P黄=750/4800=0.156； 长征CZ361的交通量=300×2.5=750，P长=750/4800=0.156。 查表4-3，得到：E解=2.0，E东=1.5，E黄=2.5，E长=2.5。 其他参数（fd、fw、ff）取值，参照下表4-4，表4-5，表4-6： 方向分布修正系数fd按表4-4取值： 由于我们现在情况是不考虑方向不均匀系数，所以方向分布就是50/50，因此fd=1.00 车道宽度、路肩宽度修正系数fw按表4-5取值： 假定工程概况中车道宽定为3.75m，路肩宽1.5m，所以fw=1.00。路侧干扰修正系数ff按表4-6取值：路侧干扰等级为1时，ff=0.95。 综上由以上三表分别求得：fd=1.00，fw=1.00，ff=0.95。得到：C单=Cr=Cd×fHV×fd×fw×ff=1600×0.58×1.00×1.00×0.95=882（辆/h） 经过上述论证，可以得到该公路定为双车道二级公路在交通量方面是满足要求的。 5 总结 本文根据交通量对已经给出的公路等级及车道数进行论证，全文针对自行拟定的工程概况进行详细地、具体地计算，计算过程中所运用到的公式以及公式意义大部分参考于各种文献中，但在计算论证中也包含有个人观点，其正确性还希望大家给予评判。另外个人认为利用交通量对某一工程概况进行论证的过程在本文中均已详细的表达出来，以后大家如果有类似的工程要对公路等级以及车道数进行论证的话可直接套用，最终衷心希望本文可以对大家的工作有所帮助！ 参 考 文 献 双车道二级公路是我国干线公路网中的主要组成部分, 也是近年来广西加快建设“县县通”路网工程中选用的主要技术标准。目前随着经济社会的快速发展和《广西北部湾经济区发展规划》的加快实施, 广西境内的主干公路交通流量快速增长, 建设双车道二级公路的交通需求不断增加, 对现有双车道二级公路改建、扩建的要求也十分迫切。因此, 深入研究双车道二级公路通行能力, 对于准确评估现有二级公路通行能力和服务水平、合理选择公路改扩建时机和建设标准都具有十分重要的意义。本文综合各种规范和相关研究成果, 说明双车道二级公路通行能力的具体计算公式和参数选取依据, 并以南梧二级公路平南县镇隆过境段为例计算典型双车道二级公路正常情况下的通行能力和服务水平。 二、公路通行能力概述 通行能力是指道路设施所能疏导交通流的能力, 是公路规划、设计和运营管理的重要参数。通行能力分析的目的是为了确定交通运行的质量, 因此通行能力的分析、评价与服务水平的分析、评价是同时进行的。由于控制出入、单一汽车交通或混合交通, 以及公路几何构造、多车道或双车道、驾驶行为、运行规则等, 都影响交通运行条件以致运行方式, 并由此影响通行能力和服务水平。因此, 需要对条件不同的公路各组成部分分别进行通行能力和服务水平的分析、评价。 (一) 影响公路通行能力的主要因素 通行能力影响因素主要有包括道路条件、交通条件、管制条件、环境和气候条件等, 具体如下: 1. 道路条件 道路的几何特征, 包括车道宽度、附加车道、几何线形、视距、坡度和设计车速等因素。本文选取南梧二级公路上的典型断面 (各项道路的几何特征参数取标准、规范中的一般值) , 计算双车道二级公路通行能力和服务水平。 2. 交通条件 交通特征, 包括交通流的交通组成、交通量以及车道分布、方向分布等因素。交通组成是影响通行能力的一个关键因素, 如重型货车, 由于其动力性能较小客车差, 尤其是加速、减速和保持上坡车速的能力不如小客车, 因此在很多情况下不能保持跟上小客车, 从而在车流中形成大间隙, 很难由超车来填补, 特别是在双车道公路中表现得明显, 这就造成道路空间的低效利用。 3. 管制条件 道路管制设施装备的类型、管理体制的层次, 交通信号的位置、种类、配时等影响通行能力的关键性管制条件以及其他禁限措施。例如道路维修、路面施工等情况下临时采取单向通行、封闭半道等也属于交通管制。 4. 环境条件 街道化程度、商业化程度、横向干扰、非交通占道、公交车站和停车位置等因素。在没有控制进入的一般公路上, 环境条件带来的路侧干扰主要取决于公路通过街道或村镇长度、街道或村镇的繁忙程度、各种支路进入主路的交通和行人与骑车人的多少以及路侧停车数量等。此因素归入路侧干扰分析。 5. 气候条件 风、雨、雪、雾、沙尘暴等恶劣天气对通行能力的影响。受天气影响, 湿滑的路面、弥漫的雾气等都会对通行能力造成影响, 但在天气恶劣的情况下, 会显著抑制部分人员的出行, 路面交通量随之减少。由于在研究区域内天气恶劣的出现几率比较少, 本文只讨论正常天气情况下的通行能力。 (二) 通行能力的形式和分析层次 通行能力是指公路设施在正常的公路条件、交通条件和驾驶行为等情况下, 在一定的时段内 (通常取1小时) 可能通过设施的最大车辆数。通行能力实质上是道路负荷性能的一种量度, 它既反映了道路疏通交通的最大能力, 也反映了在规定特性前提下, 道路所能承担车辆运行的极限值。通行能力基本单位是pcu/h (当量标准小客车/小时) 。 1. 通行能力的形式 根据使用性质和要求, 通行能力通常定义为以下三种形式: (1) 基本通行能力:是指道路和交通都处于理想条件下, 由技术性能相同的一种标准车, 以最小的车头间距连续行驶的理想交通流, 在单位时间内能通过道路断面的最大车辆数。也称理论通行能力, 即理论上所能通行的最大小时交通量。 (2) 设计通行能力:其含义是设计某一公路设施时, 根据对交通运行质量的要求, 即在一定服务水平要求下, 公路设施所能通行的最大小时交通量。设计通行能力与选取的服务水平有关。 (3) 实际通行能力:其含义是设计或评价某一具体路段时, 根据该设施具体的公路几何构造、交通条件以及交通管理水平, 对不同服务水平下的服务交通量 (如基本通行能力或设计通行能力) 按实际公路条件、交通条件等进行相应修正后得到的小时交通量。 2. 通行能力的分析层次 通行能力分为运行状况分析、规划和设计分析两个层次: (1) 运行状况分析。运行状况分析是在现有或规划的交通条件下, 确定交通流的运行状况和公路设施所能提供的服务水平等级, 并计算实际条件下的通行能力, 确定在保持某一服务水平的前提下所能提供通过的最大服务流量。通过分析, 可用来评价公路目前的运营状况, 为公路交通管理部门制定合理的交通管理措施提供依据, 以保证公路处于良好的运行状况。 (2) 规划和设计分析。规划和设计分析一般是根据预测交通量和几何线形设计标准, 以及目标年期望达到的服务水平作为已知条件, 计算出规划和设计中公路所需的几何构造 (车道数、车道宽度等) , 并预测其他一些设计要素 (如调整路肩宽度、设置爬坡车道等) 对通行能力和运行特性的影响。 本文对现有南梧二级公路典型断面通行能力的研究只进行运行状况分析。 (三) 服务水平分级 服务水平是道路使用者在不同的交通流状况下, 所能得到的速度、舒适性、经济性等方面的服务程度, 亦即公路在某种交通条件下为驾驶者和乘客所能提供的运行服务质量。服务水平通常由速度、交通密度、行驶自由度、交通中断情况、舒适性和便利程度等来描述和衡量。公路服务水平分为四级, 各级服务水平的运行情况描述如下: 一级服务水平:交通量小、速度高、驾驶员能自由或较自由地选择行车速度, 行驶车辆不受或基本不受交通流中其他车辆的影响, 交通流处于自由流状态, 超车需求远小于超车能力, 被动延误少, 为驾驶员和乘客提供的舒适便利程度高。 二级服务水平:随着交通量的增大, 速度减小, 交通流处于稳定流中间范围;行驶车辆受别的车辆或行人的干扰较大, 司机选择速度的自由度受到一定限制, 交通流状态处于稳定流的中间范围, 有拥挤感。到二级下限时, 车辆间的相互干扰较大, 开始出现车队, 被动延误增加, 为使用者提供的舒适便利程度下降, 超车需求等于超车能力。 三级服务水平:司机选择车辆运行速度的自由度受到很大限制, 行驶车辆受别的车辆或行人的干扰很大, 交通流处于稳定流的下半部分, 并已接近不稳定流范围, 流量稍有增长, 就会出现交通拥挤, 服务水平显著下降。到三级下限时所受的限制已到司机所允许的最低限度, 不受限制的超车需求超过了超车能力, 但可通行的交通量尚未达到最大值。 四级服务水平:行驶车辆受别的车辆或行人的干扰非常大, 交通流处于不稳定流状态, 靠近下限时每小时可通行的交通量达到最大值, 司机已无自由选择速度的余地, 车速降到一个低的但相对均匀的数值。这时交通量稍有增加, 或交通流出现小的扰动, 就会出现交通拥挤, 服务水平显著下降。交通流变成强制状态, 能通过的交通量很不稳定, 其变化范围从通行能力到零, 时常发生交通阻塞。 服务水平的划分, 高速公路、一级公路以车流密度作为主要指标;二、三级公路以延误率和平均运行速度作为主要指标;交叉口则用车辆延误来描述其服务水平。 高速公路、一级公路按二级服务水平设计, 在设计年限内应满足二级服务水平。双车道二级公路在设计过程中通常采用三级服务水平作为设计服务水平。 三、双车道二级公路通行能力分析 (一) 双车道二级公路通行能力分析流程 双车道二级公路的通行能力分析主要包括自由流速度分析和服务水平分析两部分, 其分析步骤如下图1。 (二) 理想通行能力 双车道二级公路标准路面宽度下不同计算行车速度的理想通行能力见下表1。 双车道二级公路不同计算行车速度下的速度———饱和度关系曲线图见图2。 (三) 服务水平分级 二级公路是城市间的主要连接道路, 或者是连接高速公路的主要道路, 其使用者追求一定的机动性, 因此其服务水平评价指标是运行速度和延误率。同时在双车道公路中, 由于实际条件的限制, 常常出现不能满足视距要求的路段。根据相关标准、规范, 由于视距不足的影响, 南梧二级公路平南县镇隆过境段在设计行车速度80km/h下服务水平等级取值见下表2。 (四) 延误率与饱和度的关系 延误率在实际应用过程中很难观测, 双车道公路中延误率与饱和度之间的关系图见图3。这样可以根据双车道公路中饱和度的情况计算延误率。 如图3所示, 双车道公路延误率与饱和度存在如下关系式: 其中, Pf———延误率, %; S———饱和度, 也就是v/c比。 四、双车道二级公路实际通行能力计算公式 实际通行能力需根据道路几何构造、交通条件进行修正, 如下式: 其中, SFi———i级服务水平对应的小时流率, 辆/h;四级服务水平对应的小时流率即为实际通行能力; MSFi———i级服务水平对应的最大服务交通量, pcu/h;四级服务水平对应的即为理想通行能力; fw———路面宽度对通行能力的修正系数, 参见表3; fd———方向分布对通行能力的修正系数, 参见表4; ff———路侧干扰对通行能力的修正系数; fHV———交通组成对通行能力的修正系数。 (一) 路面宽度对通行能力的修正系数 标准路面宽度以9m宽二级路作为理想条件来对待, 表3给出了不同路面宽度对通行能力的修正系数。 (二) 方向分布对通行能力的修正系数fd (三) 路侧干扰因素 根据实际调查数据, 目前国、省道上人力车、兽力车与自行车的数量日益减少, 且拖拉机运输也有被农用汽车代替的趋势。因此, 在双车道公路的分析中, 将人力车、兽力车与自行车等非机动车作为路侧干扰因素来考虑。另外, 当拖拉机或摩托车的观测数量每小时流率小于10辆时, 也将这部分慢速车作为一项路侧干扰因素。 通过调查, 按影响程度的不同将路侧干扰影响因素分为6项: 1. 分析路段中每200m范围内的支路进出主路的车辆数, 记作EEV; 2. 分析路段中每200m范围内的路侧停靠的机动车数量, 记作PSV; 3. 分析路段中每200m范围内的路侧与横穿公路行人数, 记作PED; 4. 每小时通过观测点的人力车、兽力车与自行车等非机动车数量, 单位为辆/h, 记作SMV; 5. 每小时通过观测点的大、小拖拉机等慢车数量, 单位为辆/h, 记作TRA; 6. 公路两侧的街道化程度 (%) , 记作LU。 其中各影响因素的严重程度分为5个等级, 具体分级标准见表5。 在通行能力分析中使用的路侧干扰等级, 按照下式计算的路侧干扰影响因素的加权平均。 其中, Int———向下取整函数; FRIC———路侧干扰等级。 为简化计算和使用上的方便, 同时也满足数据不够详尽时的分析需要, 表6给出了5个路侧干扰等级的定性描述, 根据这些描述对双车道公路的路侧干扰等级进行粗略的判断。 根据计算出来的路侧干扰等级, 对应路侧干扰对通行能力的修正系数ff见表7。 (四) 交通组成修正系数 在本研究中分为小型车、中型车、大型车、拖挂车和拖拉机进行交通组成的分析。由于不同道路、交通条件下, 不同车型对通行能力的影响有所不同。因此, 在实际应用中, 车辆折算系数是按照特定坡度和交通流量水平来分别计算。 交通组成对通行能力的修正系数fHV按照下式进行计算。 其中, Pi———车型i的交通量占总交通量的百分比;本研究采用的交通组成按历史调查数据的交通组成分析。 Ei———车型i的车辆折算系数;其中双车道公路中车型i包括当流量大于10辆/h的小型车、中型车、大型车和拖拉机, 如果某类车流量小于10辆/h, 则忽略该类车的影响, 而将其数量计入其类似的车型。各车型的分类说明以及折算系数分别见表8和表9。 五、南梧二级公路平南县镇隆过境段通行能力和服务水平计算 (一) 交通组成 根据广西公路管理局在南梧二级公路平南县镇隆过境段设置的交通量调查点数据, 计算出交通组成比例见表10。 (二) 路侧干扰 根据实地调查, 南梧二级公路平南县镇隆过境段路侧干扰为“严重”等级。 (三) 实际通行能力及适应性分析 南梧二级公路平南县镇隆过境段交通条件见表11。2007年路段通行能力分析如表12。 以上分析现有南梧二级公路在平南镇隆过境路段的服务水平为三级服务水平, 基本适应当前的交通量水平, 汽车平均车速可达66km/h。 六、结语 由于我国地形条件复杂, 不控制车辆出入的双车道二级公路设计标准十分灵活, 道路状况千差万别, 本文仅对典型断面正常情况下设计速度为80公里/小时的双车道二级公路进行了通行能力和服务水平研究。不同设计速度和不可超车区范围、不同交通量水平、不同断面宽度、不同路侧干扰程路通行能力计算可参照本文和相关规范进行。穿越城镇的双车道二级公路通行能力可视实际情况按城市道路设计规范计算路段通行能力。而对于特定纵坡、路面平整度差的路段以及受交叉口、收费站、非正常天气、交通管制等因素影响时的双车道二级公路, 还需进行实际通行能力的进一步分析研究。 参考文献 [1]JTG B01-2003, 公路工程技术标准[S]. [2]JTG D20-2006, 公路路线设计规范[S]. 1 目前采用的两种设计方法 采用单车道出入口的双车道匝道目前存在两种不同的设计方法: (1) 第一种做法, 在《公路立体交叉设计细则》 (JTG/T D21—2014) [2]中提出:“为超车需要的单出、入口双车道匝道, 宜将‘行驶车道’作为匝道的设计线形, 以保持‘左离右归’的超车行驶习惯”。出入口细节处理见图1和图2。 (2) 1998年交通部规划研究院与澳大利亚维省公路局合作对现行的公路技术标准进行研究, 并根据研究成果编制《公路设计指南》[3]一书, 书中介绍了双车道匝道设计采用单车道出入口的另一种方法, 详见图3和图4。 由于上述两种做法存在较大差异 (下文规范做法称为做法1, 指南做法称为做法2) , 笔者从下面几个方面分析两者的差异。 2 出入口匝道车道数 2.1 出口 为了有效控制单位时间内进入匝道内的交通量, 确保两条车道中的一条车道只作为超车道使用, 上述两种做法均认为:在分流鼻附近, 出口匝道只保留一条车道的设计方法将更经济、更合理、且更有利于行车安全。 2.2 入口 在入口匝道车道数的选定上, 做法1和做法2均采用单车道出入口。但做法1的匝道规模略小于做法2。 3 增加车道的位置 做法1在匝道左侧增加1条行车道, 而做法2是在匝道右侧增加1条行车道。由于采用单车道出入口的双车道匝道主要是为了满足车辆超车的需要, 故在匝道左侧增加1条车道的做法符合“左离右归”的超车行驶习惯。 但在某些特定环境下, 如为了控制互通规模和简化司机操作过程的需要, 可结合实际情况, 将增加的车道放在匝道的右侧。例如在匝道连续分流, 且分流匝道位于主匝道左侧时, 此时, 分流匝道的起点应位于主匝道内侧车道的中心线上, 如果主线与主匝道的分流鼻到分流匝道起点的长度小于上述做法中要求增加一条车道所需的过渡长度 (L) 时 (见图5) , 由于主匝道左侧车道还未形成一条完整的车道, 其中心线的位置也是变化的, 在此范围内分流匝道的起点位置很难确定。 为避免这一问题, 需要将分流匝道的起点调至主匝道具备两条完整车道的位置, 即距分流鼻大于140 m处, 从而增加互通的规模。另一方面, 从简化司机操作过程的方面考虑, 当增加车道和分流车道均位于主匝道左侧时, 驶往分流匝道的司机的驾驶过程为变换车道、分流、减速、转向;而当增加车道位于主匝道右侧、分流车道位于主匝道左侧时, 驶往分流匝道的司机的驾驶过程可以简化为分流、减速、转向。因此, 在上述情况下, 将增加车道的位置选在匝道右侧, 虽然不符合“左离右归”的超车行驶习惯, 但可以降低司机的操作过程, 减少工程规模, 符合安全、节约的设计理念[4,5,6]。 4 设计线的位置 在做法1中, 设计线位于行车道的中心 (见图6) , 做法2则将设计线放在行车道与超车道的分界处, 设计线位置的不同对设计的影响主要体现在如下几方面。 4.1 对超高过渡段的影响 下面以一条设计速度为40 km/h、横坡由-2%过渡到6%的匝道为例说明两者的区别。根据公式: 式中:i1为过渡起始点处的横坡度;i2为过渡终点处的横坡度;L为过渡段全长;B为需要旋转的行车道最大宽度;p为超高渐变率 (1/175~1/330) 。 当采用做法1, 即设计线位于行车道中心时, 假设超高渐变率p=1/175, 中心线左侧B=5.75 m (含路缘带) , 则过渡段L=80.5 m;如中心线右侧采用相同的超高过渡长度, 由于右侧B仅为1.75 m, 此时反算出右侧的超高渐变率为1/575, 对于匝道纵坡较缓的S型曲线易导致排水不畅。为此, 只能缩短右侧超高过渡段的长度。在同一路段内左右两侧采用不同超高过渡长度的做法将在行车道上形成折曲的断面, 应当避免。当采用做法2, 即设计线位于行车道与超车道的分界处时, 由于左右两侧的B值是一样的, 上述问题将不存在。 4.2 对构造物的影响 由于做法1的B值比做法2的大, 在超高渐变率相同的情况下, 做法1的超高过渡段长度也比做法2的长, 由于超高过渡一般在回旋线范围内进行, 因此, 超高过渡段越长所需的缓和曲线也越长。若在超高过渡段内设有桥梁等大型构造物, 受方法1中缓和曲线和超高过渡段较长的影响, 其设计难度也要大一些。 5 等宽段、渐变段的长度 采用单车道出入口的双车道匝道, 为了给司机足够的适应空间, 在进入匝道的一定范围内, 匝道的硬路肩宽度应与主线保持一致, 使司机能对匝道的宽度变化作出准确的判断, 通常该范围以40 m长为宜。 渐变段的长度是指匝道由单车道变为双车道所需要的长度。做法1根据出口和入口的差别, 分别取70 m和60 m, 做法2将出口和入口统一取105 m。笔者认为:此处过渡段是为了满足车辆在超车道与行车道间进行转换的需要而设置的, 车辆在该路段的行驶速度较高。考虑车速越高, 车辆横向侧移一定宽度所需的长度越长, 因此, 建议渐变段的长度尽量采用较大值。 6 设计中应注意的问题 6.1 匝道流出角 由于做法1是在匝道左侧增加一个车道, 当匝道流出角比较小时, 可能会导致当匝道过渡到双车道时, 主线与匝道的间距偏小 (见图7) , 容易产生路基边坡排水不畅等现象, 从而增加排水设计的难度和工程规模, 在设计中应加以注意。 6.2 安保设施 采用单车道出入口的双车道匝道的路幅变化情况复杂, 在大型枢纽互通式立交中, 匝道由单车道变为双车道的区域常常与匝道间的分合流区域重合, 从而增加司机辨识正确行车方向的难度。因此, 对于此类匝道应强化交通引导设施的设计, 特别应重视标识标牌的设置和车道线的划分, 避免车辆错占车道和驶错方向等情况的发生。 7 结语 双车道匝道采用单车道出入口设计时, 在上述两种做法的选择上, 应主要考虑以下几个方面的因素:首先是行车安全性和舒适性的要求, 其次是与相关构造物的相互协调, 最后是合理降低工程规模和实施难度。 设计人员应在设计中进行取舍, 根据设计实例做出合理的选择, 减少遗憾工程的出现。 摘要：匝道出入口是互通式立体交叉的重要组成部分, 在双车道匝道设计中, 采用单车道出入口作为一种特殊的形式广泛存在。文章对目前存在的两种不同的双车道匝道采用单车道出入口的做法进行简要的介绍和比较, 并结合工程实践中遇到的问题, 分析了两种做法的优缺点, 以期指导工程实践。 关键词：互通立交,匝道,双车道,单车道出入口 参考文献 [1]JTG D20—2006公路路线设计规范[S]. [2]JTG/T D21—2014公路立体交叉设计细则[S]. [3]陈胜营, 汪亚干, 张剑飞.公路设计指南[M].北京:人民交通出版社. [4]王强, 贾康权, 沙莎.浅析正谊枢纽互通改造方案研究[J].黑龙江交通科技, 2012 (1) :116-118. [5]王强, 沙莎.基于运行速度的平原区公路线型符合性核查研究[J].山东交通科技, 2012 (6) :15-17. 发达国家对交通安全的研究开展较早,对于长大下坡路段的安全设施有过较多研究,取得了不少经验。美国开展避险车道的研究已经有30多年的历史。在20世纪70年代,人们发现失控车辆经常冲出道路,停在路边废料堆上,或冲到山上用于运滚木的旧路上,由此道路工程技术人员受到启发,第一条避险车道在美国加利福尼亚洲诞生了。到1990年,美国有27个州修建了避险车道,数量达170条。美国通过大量的研究,已经初步形成了有关避险车道的理论和设计方法。 目前,国内在避险车道研究方面处于起步阶段。1998年,我国第一条避险车道在北京八达岭高速公路建成,起到了一定的效果。近年来,我国相继在一些山区高速公路长下坡段修建了避险车道,如河南焦晋高速、广东京珠高速、福建漳龙高速、云南安楚高速、罗富高速等多条高速公路上都修建了避险车道。但由于对紧急避险理论和方法研究深度不够,没有一套科学的紧急避险车道设计方法,已修建成的避险车道在实际应用中取得的效果差异显著。 本文根据避险车道现场调研发现的问题,讨论避险车道的设置方法、类型、原则及设计参数的选取等问题。 2 失控车辆受力分析及制动方式 2.1 失控车辆受力分析 失控车辆下坡时作用在车辆上影响车辆速度的力主要为发动机阻力、制动力和牵引阻力。建立受力分析模型时发动机阻力和制动力应被忽略,因为在设计避险车道时应考虑最坏的情况,即车辆己经脱档并且制动系统己经失效。牵引阻力包含4类:惯性阻力、空气阻力、滚动阻力和坡度阻力。其中惯性阻力和负的坡度阻力起着维持车辆运动的作用,而滚动阻力和空气阻力起着阻碍车辆运动的作用,如图1所示。 注:Fα为空气阻力、G为汽车总重、Fj为惯性阻力、H为高度、Fs为坡度阻力、L为下坡长度、FR为滚动阻力、α下坡坡度。 根据失控车辆下坡受力图,可得出失控车辆在下坡方向的受力情况为 通常,Fj+Fs>Fα+FR,即F>0。由于汽车在下坡时受到的合力沿着坡道向下,所以车辆将会有加速度,速度不断增加。 2.2 辅助制动方式分类 对于一般的下坡车辆,为了使车辆保持一定的速度安全下坡,驾驶员必须要对车辆实施制动。但若仅用行车制动,随着行车制动器温度的上升,制动器制动效能必定发生衰减,同时液压制动系统也将会发生气阻现象。为此,目前重型汽车(柴油车)均装有不同类型的辅助制动装置,以确保行车安全。常用的辅助制动有发动机制动、排气制动和淋水制动3种主要形式。 1)发动机制动是利用进气、排气、压缩过程中消耗能量以及驱动发动机附件(如冷却风扇、配气机构等)消耗的能量来吸收汽车运行过程的动能的制动方法。也就是说在汽车下坡行驶时,发动机停止供油,不松开离合器,并挂上低档,利用发动机的摩擦阻力和泵吸阻力来消耗汽车的动能,会使汽车行驶速度降低。 2)排气制动是一种简便而有效的辅助制动措施。它一般是在发动机制动的基础上,再在发动机排气管上装一个排气节流阀,当使用排气制动时,切断发动机的燃料供给,关闭排气节流阀,阻止气缸中排出的气体向外流动,使排气门后面的背压增大,进一步增大排气阻力,使制动扭矩增加,从而达到降低车速、制动车辆的目的。 3)淋水制动是一种在连续长大下坡路段运行的货车广泛采用的一种非正常的制动措施,原理就是在车辆上加挂水箱,车辆长下坡过程中向制动装置(刹车鼓、刹车片)淋水,以达到降低制动装置温度,保持制动效能的目的。 3 避险车道设置类型 避险车道可分为3种类型:重力型、沙堆型、制动砂床型。 1)重力型: 即靠陡峭的坡度使车辆减速。重力型匝道是平行于主线的上坡匝道,一般建立在旧路上,长陡坡给司机带来的是控制车辆问题,不仅仅是使车辆停止,而且要避免车辆进入避险车道后由于重力返回主线,影响主线上正常行驶的其他车辆问题。 2)沙堆型: 将松散、干燥的沙子堆积在上坡的匝道上,它也是靠沙堆阻力来使车辆减速。沙堆易受天气的影响,且高数值的减速对司机及车辆造成损伤较大。 3)制动砂床: 主要由光滑的、粒径均匀的天然砂砾铺设在匝道上。制动砂床通过砂砾的滚动阻力使失控车辆减速或停止,它通常建立在上坡上,因为上坡的重力分离可以增加它的减速效能;实践证明,平坡和下坡型的制动砂床一样安全可靠。 重力型和沙堆避险车道在美国30年前比较常见,这两种避险车道存在着较大弊端,实际工程中已逐渐停止使用。由于制动砂床的安全性大,具有不受匝道坡度限制等优点,砂床型避险车道目前已成为最普遍和最安全的避险车道形式。我国目前建立的避险车道以砂床型为主。 4 避险车道设置原则 4.1 减速车道长度设置 根据汽车在长大下坡运行的动力学理论及车辆在长大下坡路段上行驶时的受力分析,汽车下坡过程中主要受到空气阻力、滚动阻力、坡度阻力、惯性阻力和车辆空档行驶中汽车自身的阻力作用。在长大下坡行驶过程中不考虑汽车的动力,要在不使用刹车的前提下,在减速车道上使车辆的速度减小到指定的安全速度。 我们假设车辆的初始速度为V,经过减速车道后车辆的速度为V0,减速车道的长度应为 式中:L为减速到指定安全速度V0所需的减速车道长度,km/h;V为进入减速车道时的速度,km/h,可结合实际路段的失控速度大小来选择合理的极限进入速度;G为减速车道的坡度,%;R为材料的滚动阻力系数;ξ为车辆空档行驶中汽车自身的阻力系数。(如果用以上公式去反推失控前速度就应该用失控车辆行驶时档位所对应的阻力系数)。 在实际运用中根据不同的速度要求和坡度进行计算即可得到设置的减速下坡车道的长度。 4.2 减速车道坡床材料选取 不同的路面铺装材料有不同的阻力系数,为了达到更好的减速效果,应尽可能取滚动阻力系数较大的集料进行铺装,并且采用的材料必须无杂质、不易被压实。根据减速下坡车道长度演算公式,显然应选取阻力值大的豆砾石作为减速车道路面材料。具体石料的特性将在投入使用前进行材料的车辆运行试验,准确地了解集料相关阻力特性在不同的路段、线形上的阻力值。 4.3 避险车道对应标志 避险车道的使用需要配合设置必要的交通标志进行预告及提示。一般在车道前方应设置连续长下坡标志,并在距离避险车道一定里程时应针对驾驶员做出提前预告,如图3所示。 4.4减速车道入口过渡段 为了方便车辆的平稳进入,在减速车道的进口道应该设置一定长度的过渡渐变段与主线连接。渐变段长度设置依据《道路交通标志和标线》(GB5768-1999),渐变段长度为S,则公式为 式中:S为渐变段长度,m;V为行车速度,km/h;W为渐变宽度,m。 4.5减速车道的位置设置 确定避险车道的位置,在国外一般采用以下3种方法:①工程经验法,事故频率法以及坡度严重率分级法。我国目前主要采用工程经验法和事故频率法。工程经验法一般用于在规划和设计阶段确定避险车道的设置位置;②事故频率法一般用于已通车道路的避险车道的位置确定;③坡度严重率分级法是美国在1989年制定的一种较为科学的定量的评价路段安全性的方法,也用于在规划和设计阶段确定避险车道的设置位置。 工程经验法一般设置避险车道的位置为:①连续长下坡或陡坡路段的左弯小半径曲线的前方右侧。连续长下坡或陡坡路段与小半径曲线组合后是事故多发点,在车辆驶入小半径曲线前,宜沿曲线的切线方向设置避险车道;②连续长大下坡的坡底,从驾驶员的心理考虑,驾驶员更容易接受在长下坡坡底使用避险车道。 事故频率法是以营运的道路出现的事故统计数据为依据,并结合地形条件,来确定避险车道设置的位置。 无论是工程经验法还是事故频率法,都存在一定的弊端:工程经验法是通过人们的感性认识,去识别路段危险性的大小,不同的人有不同的看法,没有一个统一的标准;事故频率法是在已经发生多次事故后,根据统计的事故多发点,再确定避险车道设置位置,这是一种以生命和财产为代价换来的方法。 1989年美国联邦公路部门开展了“坡度严重率分级系统”的研究,这对评价长大下坡的安全性是一个历史性的突破。这个系统是利用汽车动力学原理并结合公路的几何线形定量的分析出危险路段位置,从而准确地确定避险车道的设置位置。 这个系统的核心是计算出车辆在载重时的最大安全行驶速度。计算机计算出在选定长坡条件下,车辆每行驶0.8 km的距离时刹车鼓的温度,根据汽车动力学反算车辆行驶速度,当计算出刹车鼓温度达到极限温度260 ℃时,与之相对应的反算出的车速即为最大安全行驶速度。有了这个系统后,就可以定量分析出在任何一路况条件和车辆条件下,公路各个坡段的安全性,为是否设置避险车道及设置位置提供重要依据。 4.6避险车道设计示意图 以下为结合工程实例做的山区公路避险车道设计图(见图3、图4、图5),其中车道渐变长度、工作长度、断面形式、坡床填料厚度以及坡顶减弱装置等可结合实际计算资料参照施行。 5 结束语 随着高速公路从东部平原向西部山区的建设延伸,小半径曲线与连续长、大纵坡的平纵面线形设计不可避免,普通重车、超重车行驶在长、大纵坡下坡路段时,车辆易出现制动失效的情况,极易发生安全事故。本文通过对长大下坡路段部分载重货车制动失效的原因分析,结合国内外参考文献和实际工程经验的总结,探讨了车辆在长大下坡路段制动失效的原因和规律,对目前国内虽然采用较多,但没有一套系统的设计方法的避险车道进行了探索,初步提出了避险车道的设置原则和设计方法。 摘要：在山区高速公路长大下坡路段,经常出现载重货车因制动失效而发生交通事故的现象。通过对载重货车失控时受力分析,探讨车辆在长大下坡路段制动失效的原因和规律,得出载重货车在长大下坡路段制动失效与坡度、坡长关系及制动失效后速度与坡长、坡度的计算公式,提出避险车道设置合理位置的原则。 关键词：高速公路,失控车辆,避险车道,设置方法 参考文献 [1]方泳龙.汽车制动理论与设计[M].北京:国防工业出版社,2005. [2]王成焘,姚振强,陈铭.汽车摩擦学[M].上海:上海交通大学出版社,2002 [3]JTG-2003公路工程技术标准[S].北京:人民交通出版社,2004. [4]JTG D81-2006公路交通安全设施设计规范[S].北京:人民交通出版社,2006. [5]吴京梅.山区公路避险车道的设置[M].北京:人民交通出版社,2006. 关键词：高速公路,避险车道,设计,选择 1 避险车道设计 1.1 避险车道位置的选择 (1) 连续下坡或陡坡路段小半径曲线前方:连续下坡路段或陡坡路段与小半径曲线相接处是事故多发点, 在车辆驶入小半径曲线前, 宜沿曲线切线设置避险车道。 (2) 连续长下坡的下半部:从驾驶员行车心理角度, 驾驶员更易接受长坡路段下半段使用避险车道。运营道路避险车道的位置确定是以事故统计数据为依据, 再结合地形地势条件确定。经实践证明, 无论是工程经验法还是事故频率法都存在弊端。工程经验法只能通过感性认识指出某一路段为危险路段, 是一种主观性较强的方法, 缺少科学性。而事故频率法是在多起事故发生后, 根据事故多发点来确定避险车道的位置, 其位置的确定是以生命和财产为代价, 是一种事后补救方法, 该法不易推荐。 1.2 避险车道的线形 (1) 根据避险车道的平面线形应是直线或大半径曲线的理论, 避险车道从主线分离时平面线形设计有如下原则。 (1) 从主线分离时的驶出角应尽可能小, 使失控车辆更容易驶入避险车道。根据相关资料, 驶出角应小于10°, 一般以5°以下为宜;如果用地受限制, 可以做成与主线平行, 但在主线与避险车道间应设置防护设施, 避免对主线车辆造成干扰。 (2) 避险车道平面设计线为制动坡床的中线, 从主线外侧行车道流出。 (3) 当主线为直线或不设超高大半径曲线时, 避险车道以5°左右驶出角从主线分离;当主线为左转曲线时, 避险车道一般沿着主线曲线切线方向从主线分离;当主线为右转曲线时, 避险车道应以小于10°的驶出角从主线分离。 (4) 避险车道不宜设在大型构造物附近, 如桥梁、隧道、分离式立交桥、服务区等。 (2) 避险车道的纵面线形也应是直线, 避险车道与主线变坡处用竖曲线连接。避险车道的纵面线形设计原则如下: (1) 驶出点一般设在连续下坡的缓坡段 (小于3%) , 不应设在连续下坡的陡坡段; (2) 避险车道不宜设在坡底, 一般设在坡长的2/3~3/4处, 但在长下坡路段, 在下坡3km附近开始设置避险车道, 并可利用地形设置多处避险车道; (3) 避险车道的纵坡应与制动坡床相同, 一般为10%~20%, 竖曲线半径不受控制。 1.3 避险车道的长度 (1) 驶入避险车道的速度。驶入避险车道的车速是避险车道长度的主要影响因素。AASHTO的“绿皮书”指出:避险车道的设计车速最小值为128.7km/h或144.8km/h为宜。美国爱达荷州运输部根据结合能量积累的过程进行迭代计算, 从而得到避险车道上任一点处车速。在进行避险车道设置地点选择时, 可以用于驶入避险车道的车辆驶入车速。 式中:V为在距离为L处的速度, mile/h;V0为在起点处的速度, mile/h;H为相应于距离为L处的竖向距离, ft;L为依据里程桩计算的坡度长度, ft;K为路面磨擦系数;Vm为速度V和V0的平均值;F为车辆前身的面积, ft2;Vn2为V2和V02的平均值;W为车重, lb (1mile=1.609344km, 1ft=0.3048m, 1lb=0.4536kg, 下同) 。 (2) 避险车道的长度 由于设置避险车道的原理是把失控车辆的动能转化为重力势能和抵抗路面摩擦的能量, 所以根据能量守衡定律得: 由于I比较小, sin I=I, cos I=1, 因此可将式简化为下式: 式中:L为避险车道的长度, m;v为进入避险车道时车辆的速度, km/h;R为滚动阻力系数;I为避险车道坡度值, %;g为重力加速度 (9.8kg/s2) ;m为车辆的重量, kg。 当避险车道为非单一纵坡时, 第一个坡度末端的车速vf即为下一坡度路段的初始速度, 公式如下: 式中:L1为第一段下坡路段的长度, m;v为进入速度, km/h;I1为第一段下坡路段的坡度, %。 1.4 避险车道的材料 避险车道坡度与材料的选用应满足减速率0.2~0.5g的要求, 根据动力学理论, 0.2≤R±I≤0.5。式中:I为避险车道坡度, %;R为滚动阻力系数。 目前避险车道大都采用滚动阻力系数较大的材料, 优点是可有效地减小坡度、长度, 节约造价。但缺点是会使失控车辆突然进入高阻力状态, 过大的阻力导致车辆底盘迅速停止, 车厢及内装货物在惯性的作用下前冲, 对驾驶室挤压或剪切造成人员伤亡。因此, 避险车道段落内材料的消能作用应从弱到强, 使失控车辆对减速度有个适应的缓冲过程。 不同的消能材料如砾石和粗砂, 宜进行筛分处理, 粒径尽量等同, 这样可使之长期处于松散状态, 不致形成大小嵌锁, 防止日久结成板块而起不到消能作用。根据美国资料研究, 好的砂床材料应是圆形, 在车轮的碾压下上下砂砾通过相互的滚动、置换, 使车辆更容易陷入。最理想的砂砾粒径应在0.5英寸 (1.27cm) 左右, 最小在0.25英寸 (0.63cm) , 最大在1.5英寸 (3.81cm) 。这样粒径的砂砾具有较高的滚动阻力系数。 制动砂床的深度是保证材料完全发挥其滚动阻力的必要条件。制动砂床的材料深度不应小于46cm, 深度范围一般在46~76cm。为了使车辆更容易驶入, 沿着避险车道入口至前方30m处, 材料的深度应由浅至深过渡, 由7cm过渡至正常深度 (46~76cm) 。 1.5 避险车道的宽度 避险车道的宽度应保证能使一辆以上的车辆进入。在短时间内有两辆或更多车进入避险车道的情况不常见, 对于某些地区, 避险车道的最小宽度应满足7.9m的要求。当然避险车道的宽度越宽越好, 但在考虑安全要求的同时, 应考虑其经济性及实用性。如果需要停放两辆或更多车辆时, 避险车道的宽度为9.2~12.2m时可能会更好。但同时允许两辆或更多车辆在短时间内相继进入避险车道, 如附属设施、引导设施设置不完备, 而此时驶入车辆的司机往往又处于高度紧张慌乱之中, 车辆在失控状态下极易造成二次事故。因此, 建议只考虑按一辆货车驶入避险车道的情形来确定避险车道的宽度。假使存在需要停放两辆或更多车辆的情况, 推荐在附近另设一处避险车道的方案。 1.6 避险车道的引道设计 引道是避险车道的重要组成部分, 起着连接主线和避险车道的作用, 可以使失控车辆驾驶员以充分的反应时间和空间沿引道安全地驶入避险车道, 据美国的研究:避险车道引道的长度不应小于310m。引道的起点应处于良好的视觉通视区, 保证驾驶员在起点处能清晰地看到避险车道的全部线形;引道的终点宜设置在避险车道入口的后面, 使避险车道与主线分隔开并保持一定距离, 保证失控车辆进入避险车道后不会有石子蹦到车道外部, 特别是主线车道上, 而干扰正常行驶的车辆。另外, 引道的终点应设计成方形。其原因是保证失控车辆前轴两轮同时进入避险车道, 保持同样的减速度, 否则会造成车辆前轴两轮左右受力不均匀而导致车辆侧翻, 在避险车道入口即发生事故。 1.7 避险车道的服务车道和地锚 流动阻力的特性对于载重汽车来讲是安全的, 但对于车辆驶离避险车道来说又成了障碍。因此, 设计紧急避险车道时, 要考虑到救援车辆拖车时的服务需求, 需进行服务车道和地锚的设计。辅助车道是供救援车辆牵引货车时使用的, 地锚是货车离开避险车道的辅助设施。美国“运输工程师协会”指出:如果在紧急避险车道设计辅助车道, 设计者还需要其相应的交通组织设计, 即通过相应的交通标识设计, 确保使用紧急避险车道的驾驶员能够区分避险车道与服务车道, 尤其要注意夜间使用紧急避险车道时的安全保障设计。 1.8 避险车道的末端设计 受地形影响避险车道达不到要求的长度时, 可以在端部设置减振 (防撞、消能) 设施, 如在避险车道的端部设置集料堆或防撞砂桶。需注意的是, 防撞消能设施的设置存在着两方面的危险:首先是产生严重的水平减速度和突然的垂直加速度, 容易造成驾驶员、车辆、财产受损;第二是车辆的前轴受力并不能将减速度等效的传递到车辆的后轴, 容易引起车辆的受力不平衡, 导致货物散落、后轮分离和挂车向前倾覆。因此, 为了减少避险车道的长度以节省造价而在避险车道末端设置防撞消能设施的做法不宜提倡。 2 结束语 目前, 国内货运交通超速、超载严重, 山区公路存在长、陡下坡路段等不利安全运营因素较多, 由此引起的交通事故率居高不下, 不论是在建公路还是已建运营公路, 合理设置必要的避险车道, 对减少载重汽车的失控事故率, 减少人员伤亡和财产损失有着尤为重要的现实意义, 更充分体现了公路建设中“以人为本”、“以车为本”和宽容性的设计理念。 参考文献 [1]公路路线设计规范 (JTG D20-2006) [S]. [2]交通部公路司.公路设计指南 (2005) 版新理念[M].北京:人民交通出版社, 2005. [3]贺玉龙, 孙小端.紧急避险车道在美国山区公路上的应用.[J]交通运输工程与信息学报, 2005, (9) . 近二十多年来, 随着建设的不断深入, 高速公路的建设条件越来越复杂, 特别是受到地形、地貌等客观因素的限制, 面对一些连续长大下坡路段是无法回避的客观现实。以青银高速公路 (G20) 薛公岭路段为例, 最长的连续下坡段达到30km, 平均纵坡达到2.613%。大型货车在这些路段下坡行驶时, 由于频繁使用刹车装置, 经常会导致制动失灵, 进而引发恶性交通事故。而减少这些恶性事故的有效措施之一, 就是在长大下坡路段设置避险车道。 目前, 避险车道几何线形普遍采用直线和直坡的形式。随着避险车道的使用越来越多, 避险车道的设置受自然地形、道路本身的线形等客观因素的限制越来越多, 单一的几何线形已不能适应客观因素的不断变化。本文对公路避险车道几何线形多样性进行研究, 为设计人员在特殊条件下设计避险车道提供参考。 2 避险车道基本原理 避险车道是为使主线车流中失去控制的车辆能够减慢行驶速度并且能够停止下来, 因而在主线道路旁设置的一种车道形式[1]。 避险车道的基本形式如图1所示。其主要原理是利用碎石等能产生较大滚动阻尼系数的材料铺设具有一定纵坡的道床, 从而对车辆产生滚动阻力和坡度阻力, 来消减车辆制动失灵时的动能。避险车道的纵坡一般为正值 (上坡) , 个别路段由于地形限制可能采用平坡。纵坡的坡度可以有多个, 也可以是单一坡面。当车辆进入避险车道后, 车辆的动能一方面转化为车辆爬坡产生的势能, 另一方面转化为轮胎与坡床材料摩擦产生的热能、材料的变形能等多种能量形式[2]。根据机械能守恒原理, 得到式 (1) : 式中, M为汽车质量 (kg) , v0为汽车进入避险车道时的速度 (m/s) , v1为汽车进入避险车道行驶距离L后的速度 (m/s) , f为避险车道的平均阻尼系数, g为重力加速度 (m/s2) , Ii为避险车道路段的纵坡, Li为与Ii坡度相对应的避险车道长度 (m) , L为车辆进入避险车道后的行驶距离 (m) 。 3 平面线形 避险车道的平面形式有两种:第一种是直线式, 第二种为曲线式 (如图2所示) 。目前常用的是直线式, 它是避险车道理想的平面线形。对于失控车辆的驾驶员, 直线式具有易识别, 易操作的特点。在《公路路线设计细则》 (JTG/T D20-200X) 中对直线式避险车道的设计方法已有明确规定。随着公路建设的不断深入, 制约避险车道设置的客观因素越来越多, 传统的直线式避险车道有时无法使用, 若将平面线形做成曲线式, 则能提高避险车道设计的灵活性。为此, 本文将着重研究曲线式避险车道平面线形的设计方法。 曲线式避险车道平面线形设计内容主要包括圆曲线的插入位置和半径如何确定。《公路路线设计细则》 (JTG/T D20-200X) 中认为:“避险车道路段的平面线形当条件受限必须采用曲线时, 曲线半径应尽量采用较大值, 一般宜大于不设超高的曲线半径值[3]。”该规定给出设计原则, 但并没有给出具体的设计方法。 当避险车道采用单一纵坡时, 由公式 (1) 可得: 式 (2) 中:V0为汽车进入避险车道时的速度 (km/h) , V1为汽车进入避险车道行驶距离L后的速度 (km/h) , L、f、i的意义同上。 式 (2) 表明车辆进入避险后行驶距离L与速度V1的关系, 即给定一个行驶距离就能得到此刻的瞬时速度。若假定V0=120km/h、f=0.25、i=12%, 则可通过式 (2) 得到V1与L的关系, 见表1: 由于速度V1决定了平面线形中不设超高的曲线半径值, 行驶距离L决定了圆曲线的插入位置, 因此式 (2) 就是曲线式避险车道平面线形的设计依据。从表1得, 若在车辆进入避险车道行驶100m的位置布设圆曲线, 其半径必须大于71km/h车速对应的不设超高的最小半径值, 从而引出式 (3) : 式 (3) 中, R表示圆曲线半径, V表示设计速度 (km/h) , φh表示路面与轮胎之间的横向摩阻系数, ih表示超高横坡度。 由式 (3) 可计算出任意车速对应的不设超高的最小半径。现行《公路工程技术标准》中规定在计算不设超高的最小半径时, φh=0.035, ih=-0.015[4]。由此, 我们可以得出避险车道平面线形为曲线时, 圆曲线的半径和插入的位置。但是通过计算发现, 由式 (3) 得到圆曲线的半径较大。例如, V=71km/h车速时, 对应的不设超高的最小半径R为2000m。而半径越大, 圆曲线越接近直线, 其适应性就越差, 因此, 有必要找到一种既能减小圆曲线半径, 又能保证安全性的方法。 由式 (3) 不难看出, 决定圆曲线半径大小的因素, 除了速度之外, 还包括路面与轮胎之间的横向摩阻系数和超高横坡度。其中, 路面与轮胎之间的横向摩阻系数决定了驾驶员操作难易程度, 该值越大驾驶员操作越困难, 一般情况不易过大。因此, 减小圆曲线半径的唯一方法就是设置一定的超高横坡度, 并且超高越大, 圆曲线半径越小。例如, 设置2%的超高 (ih=0.02) , 路面与轮胎之间的横向摩阻系数不变 (φh=0.035) , 71km/h车速对应的圆曲线半径为750m。 4 纵面设计 避险车道的纵面形式有两种:第一种是单坡式, 第二种为多坡式 (如图3所示) 。目前常用的是单坡式, 它具有设计简单, 易识别、易操作的特点。随着避险车道应用越来越多, 多坡式纵面也会逐步被使用, 因为它较单坡式更灵活, 易适应地形。单坡式避险车道纵面设计已有规定, 下文将着重对多坡式纵面设计方法进行研究。 多坡式避险车道设计内容主要包括各个坡的坡度及坡长的确定和竖曲线半径最小值的确定, 这里以两个坡为例进行研究。 当避险车道纵面采用两个坡度时, 由公式 (1) 可得: 式中:L1、L2分别为第一、二坡的坡长 (m) , I1、I2分别为第一、二坡的坡度。由式 (4) 可以看出, 只要确定L1、L2、I1、I2中任意三个变量, 就会得到最后一个变量的值。比如若I1=12%, L1=100m, I2=8%, V0=120km/h, V1=0, f=0.25, 则可由公式计算得到L2=60m。在实际设计中应结合地形, 当坡长受限时, 可由坡长确定坡度;当坡度受限时, 可由坡度确定坡长。 多坡式纵面线形中的竖曲线的半径最小值则与变坡点的位置有关。当确定了变坡点的位置后, 第一个坡的坡长L1和坡度I2就可以确定, 通过式 (2) 可以计算得到变坡点处的速度V1, 而该速度是决定竖曲线半径最小值的关键因素。另外, 车辆行驶在竖曲线上, 会产生径向离心力, 离心加速度的大小决定了驾驶员操作的难易程度。在确定竖曲线最小半径时, 对离心加速度应加以控制。因此, 引出式 (5) : 式中, R表示竖曲线半径 (m) , V1表示变坡点处的速度 (km/h) , α表示离心加速度 (m/s2) 。 根据实验, 认为离心加速度α限制在0.5~0.7m/s2比较合适[5]。若I1=12%, L1=100m, V0=120km/h, f=0.25, α=0.5m/s2, 则根据式 (2) 和式 (5) 计算可得:R=780m。由于避险车道的特殊性, 这里不再考虑驾驶的舒适感, 以及视觉平顺等要求, 这与普通道路的设计是有区别的。 5 结论 本文提出了避险车道几何线形设计多样性的概念, 将平面线形分为直线式和曲线式, 纵面线形分为单坡式与多坡式。在避险车道基本原理的基础上, 着重对曲线式、多坡式避险车道几何线形设计方法做出了阐述, 明确了曲线式避险车道平面线形中圆曲线的插入位置和圆曲线半径计算方法, 以及多坡式避险车道纵面线形中坡度、坡长、竖曲线半径的确定方法, 从而为设计人员在高速公路避险车道设计中提供了一种新颖的思路与方法。 摘要：针对我国高速公路避险车道的使用越来越多的特点, 提出研究避险车道几何线形多样化的必要性, 并在避险车道基本原理的基础上, 着重对曲线式、多坡式避险车道几何线形的设计方法进行了研究。 关键词：高速公路,几何线形,曲线式避险车道,多坡式避险车道 参考文献 [1]贺玉龙, 孙小瑞, 刘小明, 赵明, 何勇.紧急避险车道在美国山区公路上的应用[J].交通运输工程与信息学报, 2005, 3 (3) :86-87. [2]郑蔚澜, 白书峰, 杨杰, 姜文龙.公路避险车道平均阻尼系数的研究[J].公路交通科技, 2005, 22 (10) :143-145. [3]中华人民共和国交通部.JTG/T D20—2006公路路线设计细则[S].北京:人民交通出版社, 2006. [4]中华人民共和国交通部.JTG B01—2014公路工程技术标准[S].北京:人民交通出版社, 2014. 【公路双车道】相关文章： 四车道公路08-23 高速公路车道收费系统01-29 沪杭甬八车道高速公路的运营管理07-18 基于Matlab和优化Hough变换的高速公路车道线检测方法09-10 避险车道07-21 车道设计08-10 公交专用车道06-13 车道收费计算机07-07 专用公交车道调查问卷06-14公路双车道 第4篇
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