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        道路平曲線行車視距計(jì)算方法的優(yōu)化研究

        2022-09-27 03:20:18張歡歡
        北方交通 2022年9期
        關(guān)鍵詞:凈距視距視點(diǎn)

        張歡歡

        (遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

        0 引言

        近年來隨著公路里程的不斷增加,我國公路總里程已居世界第一,公路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)也日益完善,人民群眾的生活水平和質(zhì)量逐漸提高。公路在給人民群眾出行提供方便的同時(shí),也存在著一定的安全隱患,在車輛行駛過程中,保證司機(jī)有足夠的視距,可有效避免交通事故的發(fā)生。這就要求道路設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)對車輛的視距進(jìn)行驗(yàn)算,保證司機(jī)的行車視距,以便司機(jī)對前方路況有足夠的距離進(jìn)行判斷,并采取相應(yīng)的制動(dòng)措施,保證車輛行駛安全。我國交通運(yùn)輸部于2015年頒布《公路項(xiàng)目安全性評價(jià)規(guī)范》(以下簡稱“《評價(jià)規(guī)范》”),其核心為評價(jià)公路及其設(shè)施和交通環(huán)境等對交通安全的影響,目的是通過評價(jià)提供有利于交通安全的條件,從而減少交通事故,規(guī)范中明確要求“高速公路、一級公路應(yīng)對停車視距進(jìn)行評價(jià);二級公路、三級公路應(yīng)對停車視距、會(huì)車視距和超車視距進(jìn)行評價(jià)”[1],可見視距驗(yàn)算已經(jīng)成為公路安全評價(jià)及設(shè)計(jì)的重要因素。機(jī)動(dòng)車輛在曲線上行駛時(shí),曲線內(nèi)側(cè)行車視線可能被建筑物、樹木、路塹邊坡等障礙物所阻擋而使行車視距受到影響[2],因此設(shè)計(jì)者在道路設(shè)計(jì)時(shí),需對道路平曲線的視距進(jìn)行驗(yàn)算,當(dāng)視距不滿足要求時(shí),應(yīng)對視距所需橫凈距內(nèi)的障礙物予以清理,滿足車輛視距要求,保證行車安全。

        1 工程概況

        某省道改建工程位于丘陵地區(qū),其設(shè)計(jì)速度為60km/h,公路等級為二級公路,路基寬度13.5m,路面寬度12m,路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為0.75m土路肩+2.5m硬路肩+3.5×2m行車道+2.5m硬路肩+0.75m土路肩。該道路工程平面線形指標(biāo)較好,其最小平曲線半徑為320m,緩和曲線長65m,平曲線長度為496.160m,轉(zhuǎn)角值77°11′55.7″。按《評價(jià)規(guī)范》要求,對本工程進(jìn)行停車視距、會(huì)車視距及超車視距進(jìn)行驗(yàn)算并評價(jià),以會(huì)車視距為例,為保證兩輛對向行駛的汽車能在同一車道上及時(shí)剎車,按規(guī)范要求本工程會(huì)車視距不應(yīng)小于150m,即車輛的行車視距也不應(yīng)小于150m,按上述要求對此平曲線內(nèi)側(cè)行車視距進(jìn)行驗(yàn)算,計(jì)算視距區(qū)段內(nèi)側(cè)橫凈距值,求得最大橫凈距,檢驗(yàn)橫凈距范圍內(nèi)是否存在障礙物,繪制視距包絡(luò)圖,為設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

        2 行車軌跡計(jì)算

        根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)第146頁條文說明“視點(diǎn)位置應(yīng)取車道寬度的1/2處(即車道中心線)”及“目標(biāo)(或障礙物)的位置應(yīng)取路面兩側(cè)對應(yīng)的車行道邊緣線”[3]要求,本工程行車道寬度為3.5m,故視點(diǎn)位置距道路中心線距離為1.75m,目標(biāo)位置距道路中心線距離取3.5m,視點(diǎn)距離目標(biāo)位置為1.75m。視點(diǎn)及目標(biāo)位置確定后,依次計(jì)算車輛在直線、緩和曲線及圓曲線上的行駛軌跡,對行駛軌跡進(jìn)行累加求得行車視距,當(dāng)行車視距與會(huì)車視距一致時(shí),計(jì)算出與之對應(yīng)的橫凈距,具體計(jì)算過程如下:

        2.1 直線段計(jì)算

        圖1 直線段計(jì)算示意圖

        車輛在直線段時(shí),假定道路中心線起點(diǎn)坐標(biāo)為(X0,Y0),直線段長度為L,則在直線上有任意一點(diǎn)P,P距直線起點(diǎn)距離為S1,則P點(diǎn)坐標(biāo)為:

        Xp1=X0+S1;Yp1=Y0

        視點(diǎn)位置與道路中心線距離為1.75m,故與P點(diǎn)對應(yīng)視點(diǎn)位置的坐標(biāo)為:

        Xp2=X0+S1;Yp2=Y0+1.75

        目標(biāo)位置與道路中心線距離為3.5m,故與P點(diǎn)對應(yīng)車道邊緣線的坐標(biāo)為:

        Xp3=X0+S1;Yp3=Y0+3.5

        2.2 緩和曲線段計(jì)算

        圖2 緩和曲線段計(jì)算示意圖

        假定緩和曲線上任意點(diǎn)Pa到ZH點(diǎn)長度為S2,LS為緩和曲線長度,β為緩和曲線上任意點(diǎn)Pa的切線與水平線夾角,R為圓曲線半徑,則P1點(diǎn)坐標(biāo):

        視點(diǎn)位置與道路中心線距離為1.75m,故與Pa點(diǎn)對應(yīng)視點(diǎn)位置的坐標(biāo)為:

        目標(biāo)位置與道路中心線距離為3.5m,故與Pa點(diǎn)對應(yīng)車行道邊緣線的坐標(biāo)為:

        2.3 圓曲線段計(jì)算

        圖3 圓曲線段計(jì)算示意圖(一)

        圖4 圓曲線段計(jì)算示意圖(二)

        假設(shè)圓曲線上任意點(diǎn)Pb到HY長度為S3,α為S3長度范圍所對應(yīng)的圓心角角度,γ為HY點(diǎn)切線與水平線的夾角,則Pb點(diǎn)坐標(biāo):

        視點(diǎn)位置與道路中心線距離為1.75m,故與Pb點(diǎn)對應(yīng)視點(diǎn)位置的坐標(biāo)為:

        目標(biāo)位置與道路中心線距離為3.5m,故與Pb對應(yīng)車行道邊緣線的坐標(biāo)為:

        通過上述公式計(jì)算,可以求得道路中心線上直線段、緩和曲線及圓曲線段任意一點(diǎn)坐標(biāo),進(jìn)而求得與之對應(yīng)的視點(diǎn)位置及目標(biāo)位置坐標(biāo),為行車視距及橫凈距提供計(jì)算依據(jù)。

        3 行車視距及橫凈距計(jì)算

        經(jīng)計(jì)算,此段平曲線最大橫凈距Ymax為11.409m,變化趨勢為平曲線中間橫凈距值最大,然后向平曲線兩側(cè)逐漸減小,最終到直線段時(shí)橫凈距值為0,變化趨勢如橫凈距變化圖(圖6)所示。本工程半幅路基斷面形式為3.5m行車道+2.5m硬路肩+0.75m土路肩,其寬度之和為6.75m,最大橫凈距值扣除半幅路基后剩余4.659m。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,此平曲線內(nèi)側(cè)存在2處障礙物距離路基邊緣較近,但其距離均大于4.659m,故此平曲線段會(huì)車視距滿足規(guī)范要求。若本工程路側(cè)障礙物較多或路基斷面形式為挖方時(shí),則需按視距包絡(luò)圖逐一核實(shí),之后對障礙物位于橫凈距內(nèi)的進(jìn)行清理,對路塹邊坡進(jìn)行超挖處理,以確保行車視距滿足規(guī)范要求。

        圖5 視距包絡(luò)圖

        圖6 橫凈距變化圖

        表1 DXF文件格式

        在進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理時(shí),通過程序我們可以計(jì)算道路中心線、視點(diǎn)位置線、車行道邊緣線等位置坐標(biāo),然后繪制視距包絡(luò)線坐標(biāo)及最大橫凈距并輸出至DXF文件,DXF具體格式如表1所示。輸出的DXF文件可通過CAD軟件進(jìn)行參照及編輯,與道路設(shè)計(jì)軟件結(jié)合使用,使道路設(shè)計(jì)者對行車視距有更加形象的認(rèn)識,為道路設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)依據(jù)支撐,以便提出更加有效的處理措施。

        4 結(jié)語

        通過對道路中心線、視點(diǎn)位置及車行道邊緣線坐標(biāo)公式的優(yōu)化研究,得到車輛準(zhǔn)確的行駛軌跡,進(jìn)而求得車輛的行車視距,提出視距包絡(luò)線及橫凈距的計(jì)算方法。考慮到上述運(yùn)算量較大,還提出通過程序進(jìn)行處理的方法,運(yùn)用計(jì)算程序進(jìn)行批量運(yùn)算,計(jì)算出更加準(zhǔn)確的行車視距,繪制視距包絡(luò)圖,求得最大橫凈距值,輸出視距包絡(luò)圖的DXF文件,使設(shè)計(jì)者對行車視距有更加形象的認(rèn)識,為公路設(shè)計(jì)及安全評價(jià)提供更加詳實(shí)精確的視距設(shè)計(jì)參數(shù),從而使設(shè)計(jì)者提出更加完善的設(shè)計(jì)方案,提高公路服務(wù)水平,消除安全隱患,減少交通事故,確保車輛行車安全。

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