潮汐交通可变车道分流带优化设计

潮汐交通可变车道分流带优化设计

交通的大小与社会和经济发展速度、人口生活水平、人口分布、气候差异、产量等因素有关。时间越长，空间位置越不同，即所谓的交通量场合位。空间分布是指地域、城乡、路线、方向、车道等的差别,这种随空间位置而变化的特性称为空间分布特性,一般是指交通量在同一时间或相似条件下,随地域、城乡、路线、方向、车道等的差别而变化的情况。在实地调查前提下,获取基础数据。基于交通量分布特性的空间分布与时间分布的差别,结合道路的基本条件,进行移动式分流带的设计研究并且进行建模,同时利用vissim进行仿真。设计的自动可移动式可变车道分流带,可作为市政部门或者交通部门的参考。1道路分流带的设置与交通组织近年来,许多学者对潮汐交通进行了研究,城乡结合部由于上下班时间车辆的来往方向不同,具有明显的“潮汐现象”。陈坚等通过对成都市蜀西路实地交通调查,在分析其交通流量、服务水平等交通特性的基础上,根据设置可变车道的相关要求,论证了可变车道设置的可行性,提出了可变车道的具体设计方案并进行了实施效果仿真实验,以达到缓解蜀西路早晚高峰交通拥挤状况的目的。李俊波根据道路潮汐交通现象,提出了解决潮汐交通的大致思路即:早高峰进城车辆多时,增加进城方向车道数,减少出城方向车道数;晚高峰出城车辆多时,则反向操作。但都是利用道路双黄线作为分流带,双黄线的设置长度、角度都没有研究,所以会在交通组织上具有一定的安全隐患。而周志将等对无道路分流带的标志线缺点进行了论证,指出作为一种传统的形式上的分离对向车流的方式,双黄线因其设置简单、占地少的优势明显,但是没有真正的起到物理分离作用,行车安全性较低,交通事故与死亡率都较高。对非机动车与行人作用都不大,既没有强制禁止行人与机动车的通过能力,又不能为通过的行人与机动车提供保护能力,存在与机动车冲突的可能性,同时对机动车越线掉头、越线超车或者压线行驶等违规驾驶行为没有限制力。由于中国存在着道路使用者交通安全意识不强、遵守交通法规素质不高等问题,双黄线的使用效果大打折扣,这种情况在部分中小城市尤为明显。虽然关于潮汐交通的研究很多,有的学者提出了大致思路并举例各地的实施状况,也有的学者提出了具体的分流措施,但是都是在无道路分流带、利用双黄线进行分流的情况下进行设置。被占用车道方向的车辆在进行变换车道时,没有相应有效地阻隔设施而误入该路段,就会造成相向行驶的车辆严重碰撞。如何有效避免这种误入情况,如何对车道的分流带设施进行布置,如何适用于各地不同路面的情况,本文对此进行研究。2虎蹲交通特征分析2.1中央分流带虎踞路位于南京市鼓楼区,全长2.3km,双向6车道,机非分离,南北走向,设计速度为60km/h,车道宽为3.75m,无中央分流带。南接汉中路,北接草场门大街,往北是出城方向,往南是进城方向。早高峰时间6:30—8:30,进城方向车辆较多,晚高峰时间17:30—19:30,出城车辆较多,“潮汐交通”现象明显。2.2方向不平衡分析采用微波车辆检测器对于虎踞路的交通状况进行调查。微波车辆检测器目前是精度最高的交通特性采集仪器,也可以用环形线圈车辆检测器进行车辆通过频率分析。利用道路方向不平衡系数计算公式计算各个方向的系数,道路方向不平衡系数是选取一条道路的两个方向交通最大的一向的交通量与两个方向交通之和的比值。其中:KD为方向系数;Q为交通量,辆/h。交通特性分析结果见表1,将数据收集之后分析处理的虎踞路早晚高峰交通量柱状图见图1。通过分析得知,虎踞路段早高峰、晚高峰时间段内车流量双向具有明显的不平衡,方向系数分别为0.64与0.65,属于严重方向不平衡。在无法进一步增加车道数的条件下,只有通过利用现有资源解决潮汐交通情况。3产品的出车规定是“产品、测试、行车、东北部”基于陈坚、李俊波两位研究员的研究,得知他们的研究以及所列的例子都是基于“无道路中央分流带”情况。在道路交通组织方面采用“三进三出”情况,分别是“清场、进场、退场”。其中在3个环节每2个环节之中都具有一定模糊性,司机当时驾车状态以及道路标志、标线设置情况都具有一定的影响。如果清场没有干净,反向车辆这个时候进场,很可能由于车速过快造成相撞。同时,在进场的时候,也可能由于司机对车道的反向占用不了解而造成误入,也可能造成严重事故,这样的风险是存在的。在重新设计道路标志、标线的基础上,提出了自动可移动式可变车道分流带,其可以有效避免司机经过潮汐路段时由于疏忽大意或者习惯性思维误入已被对向来车占用的车道。4该项目的内部设计4.1下我国方案结合国内外研究状况以及虎踞路的实际情况,可变车道实际就是占用对向一个车道,这样使另一交通量较多的方向缓解拥堵压力,减少延误。设计方案中,南从汉中路与虎踞路交叉口,北到草场门大街与虎踞路交叉口,全长2.3km。对紧靠中央分流带的2条车道进行改造,主要从以下方面实施。可变路段标志牌设计:预告标志牌(可变车道起点前200m)。黄闪、绿箭头、红叉三合一双面提示信号灯(起终点和路段间位置悬臂式立柱横杆之上3、4车道上方),如图2a)、图2b)所示;交叉口处可变指示标志(信号灯横杆上附加在3车道、4车道上);电子“左侧变窄”警告牌(终点前50m),如图2c)所示。由于在恶劣情况下,需要对信号灯显示屏进行防风防雨保护,并且在变换车道切换情况下,需要上位计算机修改显示屏内容,单片机原理控制LED显示屏可以起到很好的效果。标线设计:道路中间双黄线不变,可变车道标注“可变车道”4个字,见图3。4.2汽车的最小转弯半径计算分流带的形状如图4中的斜线部分所示,处在紧靠双黄线的可变车道内。其中最主要的是汽车转弯半径的计算,汽车转弯半径决定分流带与双环线夹角角度,即位置的确定。汽车最大转弯半径确定过程中,主要是汽车外轮的转弯半径的确定,根据李相彬研究中确定的汽车最小转弯半径公式可知,汽车单车前外轮最小转弯半径R(m)的大小取决于轴距L1(m)和前外轮最大偏转角θmax,其计算公式见式(1):牵引车带半挂车的汽车前外轮最小转弯半径的计算也是应用式(1),但所涉及的因素要多些,不能简单地直接套用公式。单车前外轮转到最大偏转角时,最小转弯半径立即出现。汽车前外轮转到最大偏转角时,牵引车和半挂车各自的转向中心还没有重合,还不能立即确定最小转弯半径,必须到圆周角ω=0时才能确定。另外,根据上述分析可知:当前外轮最大偏转角θmax>θel(汽车转弯最小安全角)时,圆周角ω不等于0,也就不能确定转弯半径。所以汽车同时满足θmax<θel和圆周角ω=02个条件时的前外轮回转半径,才是汽车的最小转弯半径。于是,随θmax的不同,汽车前外轮最小转弯半径Rmin的公式有如下2种情况:式中:L1为牵引车轴距(mm);L2为牵引销到半挂车后桥中点的距离(mm);a为牵引销到牵引车后桥中点的距离(mm);b为牵引车前轮距(mm)。下面以齐齐哈尔汽车厂的QQ451牵引车和QQ970半挂车为实例,按以上推导的公式计算汽车的最小转弯半径。已知各参数的具体数据如表2所示,计算所用公式和计算结果列于表2。如果直接套用式(1),得出的结果是牵引车的最小转弯半径Rmin=6.7m。由图4可知,汽车转弯开始点处的切线与双黄线相切。根据转弯模型,建立圆弧的公式,即:假设极限状况下的汽车转弯形成的圆弧与分流带相切,建立的切函数如式(3)所示。假设切点为(x0,y0),所以分流带的方程为建立二维坐标图,如图5所示。由于分流带属于交通硬件设施,所以分流带的长度与费用有关,在保证安全度基础上,尽量缩短分流带的长度,根据式(2)和式(3),求出下面约束函数的最优解。式中:Lmin为分流带长度(m);x1为分流带与双黄线交点的横坐标值(m);x2为分流带与可变车道一侧单黄线的横坐标值(m);y1为分流带与双黄线交点的纵坐标值(m);y2为分流带与可变车道一侧单黄线的纵坐标值(m)。将y1=6.7m,y2=2.95m代入式(4),计算得知最终的隔离带长度为9.7025m,由于计算结果是最小值,所以在实际应用中乘上修改因子,还要结合道路的实际情况、天气情况。4.3修改因子的确定计算结果是在天气晴朗的情况下计算得知的,所得结果是车辆外轮的最小转弯半径。天气原因、道路的摩擦系数以及车辆的速度都会影响到转弯半径,所以需要乘一个修改因子或称影响因子k,无因次。所以由式(2)-式(4)的计算得出式(5):式中:y2-y1为车道宽度,用小写h代替,得到式(6):式(5)和式(6)中的符号意义同前。根据白子建研究员的研究结果,这里建议影响因子k取值为1.2~1.5,这样在最大保证安全基础上设置分离带,使所有车辆的车速行驶在一定范围内进行安全转弯。4.4分流带的设置分流带的最大作用就是分流交通,可以有效避免因为借用一方道路而产生的对向车的误入,可以大幅度提高道路交通安全性。王晓华等对分流带的宽度进行了研究,选用宽度为0.5m,见表3。其中分流带的形式参考李清斌的研究成果,采用缆索结构分流带。鉴于潮汐交通处在城郊结合部,所以采用自动移动式分流带,借鉴自动式电门,在地面上设置宽度为0.5m宽的轨道,将轨道镶嵌在道路内,与水平道路齐平,这样可以有效减少对车辆行驶的影响。分流带的硬件设计图参照图6。5现状仿真结果利用vissim软件进行仿真实验,在vissim中根据虎踞路的实际情况以及设置的分流带,建立模型实验。仿真实验流程图如图7所示。利用vissim软件,根据道路现状、交通状况设置参数,其中包括“道路长度、车道宽度、南北交叉口的红绿灯的参数、车流量、车辆的组成,交叉口转弯规则”,运行仿真程序,得到交通状况现状的仿真结果。仿真图见图8。将现状仿真结果与交通调查结果进行比较,考察建立的仿真模型与实际道路交通的相似程度。将可变车道实施对参数的变化体现在上述的模型中,得到仿真数据。实施前后进城方向高峰小时车头间距比较见图9。图9中,纵坐标是车辆的平均车头间距,单位m,横坐标是早高峰期间时间点,无因次。从图9中可见,在高峰时间段内,实施前后的车辆间距明显增大,对增加道路通行能力、提高服务水平有明显效果,安全性明显增加。6改进交通流量的设施设计通过方案设计研究分析得出以下结论。1)从自动式分流带的设计来看,自动式分流带既可以有效引导车辆分流,又避免车辆在高峰时间段内,车辆误闯误入。结构设计合理,造价经济,安全效果明显。2)对现有车道进行改进后,潮汐式交通拥堵现象具有明显改观。通过vissim仿真,可以看出车间距明显变大,车间距增大了近