基于智能交通潮汐車道中可移動(dòng)隔離帶的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張若雯 冀強(qiáng) 崔媛媛 石佳

摘要：我國(guó)現(xiàn)有的交通擁堵問題嚴(yán)重，緩解交通擁堵的形勢(shì)非常嚴(yán)峻。由此，針對(duì)交通流的“潮汐現(xiàn)象”而設(shè)計(jì)建造的潮汐車道在世界范圍內(nèi)逐漸被推廣。潮汐車道最大的缺點(diǎn)在于自身的不可變性。該項(xiàng)目所研究的基于智能交通潮汐車道中可移動(dòng)隔離帶的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是針對(duì)潮汐車道交通現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出了潮汐車道的可移動(dòng)隔離帶，用手持遙控器來實(shí)現(xiàn)控制可移動(dòng)式隔離護(hù)欄，隨時(shí)調(diào)整車道行駛方向，從而緩解早晚高峰進(jìn)、出城車道車流量嚴(yán)重失衡的情況。該項(xiàng)目的可移動(dòng)隔離護(hù)欄的作用與“拉鏈車”的作用相同，但其價(jià)格相比現(xiàn)有的“拉鏈車”要更加低廉，同時(shí)也省去了“拉鏈車”所需的人工費(fèi)用，減少后期的維護(hù)費(fèi)用，增加了社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。在研究過程采取了文獻(xiàn)研究法、訪談法，以求達(dá)到調(diào)研目的。實(shí)驗(yàn)證明，可移動(dòng)隔離護(hù)欄可實(shí)現(xiàn)低成本、低消耗、高利用率，有望在實(shí)際應(yīng)用中緩解交通擁堵狀況。

關(guān)鍵詞：綠色交通；可移動(dòng)隔離護(hù)欄；低能耗

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）28-0286-03

Design and Implementation of Movable Separation Zone in Tidal Driveway based on Intelligent Traffic

ZHANG Ruo-wen， JI Qiang， CUI Yuan-yuan， SHI Jia

（School of Economics and Management， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot 010051，China）

Abstract： The current problem of traffic congestion in China is serious， and the form of relieving traffic congestion is very severe. As a result， tidal lanes designed and built for the "tidal phenomenon" of traffic flow are gradually being promoted worldwide. The biggest drawback of the tidal lane is its immutability. The design and implementation of the movable barrier based on intelligent traffic tidal lanes studied in this project is to design a movable barrier for tidal lanes based on the traffic conditions of tidal lanes， and to control movable barriers through handheld remote control. Adjust the driving direction of the lane at any time， so as to greatly ease the situation in which the traffic flow between the peak and the exit of the city in the morning and evening is seriously imbalanced. The function of the movable barrier in this project is the same as that of the “zipper car”， but its price is lower than the existing “zipper car”， and it also eliminates the labor cost required for the “zipper car”. Reduce the maintenance costs of the later period and increase the economic benefits of society. In the research process， the literature research method and interview method were adopted to achieve the purpose of research. Experiments have proved that the movable barrier can achieve low cost， low consumption， and high utilization， and it is expected to ease traffic congestion in practical applications.

Key words： green traffic； removable barrier； low energy consumption

1 引言

潮汐車道是指根據(jù)早晚交通流量不同情況，通過車道燈的指示方向變化來控制主干道車道行駛方向、調(diào)整車道數(shù)、提高車道使用效率的。在城市快速公路上，根據(jù)早晚交通流量不同情況，對(duì)有條件的道路，試點(diǎn)開辟某一車道不同時(shí)段內(nèi)的行駛方向的變化。潮汐車道最大的缺點(diǎn)在于自身的不可移動(dòng)性，而潮汐車道中可移動(dòng)隔離帶的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)正是基于這一點(diǎn)提出的，它可用于解決公路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施滯后的科學(xué)規(guī)劃和設(shè)置，根據(jù)早晚交通流量不同情況，對(duì)有條件的道路，將隔離帶變?yōu)橥ㄟ^遙控器控制的可移動(dòng)隔離帶，通過變換車道的方式組織交通，從而提高城市綜合承載和公共服務(wù)能力。

2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及存在問題

自從國(guó)內(nèi)引進(jìn)第一條潮汐車道后，交通擁堵的情況大為改善，但是由于潮汐車道自身的不可移動(dòng)性，無法滿足不同時(shí)間段的需求。而可移動(dòng)潮汐車道能在交通高峰時(shí)期疏通道路，這在一定程度上降低了潮汐車道給城市道路帶來的不便。對(duì)于可變式潮汐車道，我國(guó)真正實(shí)行的是深圳引用的全自動(dòng)機(jī)械“吞吐”道路隔離帶的潮汐車道“拉鏈車”，參照的是美國(guó)金門大橋的設(shè)置經(jīng)驗(yàn)。拉鏈車造價(jià)168萬，需要維修工、護(hù)理工若干人，結(jié)算下來是一筆不菲的投資。

3 國(guó)外研究現(xiàn)狀

澳大利亞悉尼的海港大橋、加拿大溫哥華獅門大橋、克羅地亞102國(guó)道、英國(guó)A61皇后大道及美國(guó)其他多個(gè)城市都采用了可變車道來緩解城市交通擁堵的狀況，在不同時(shí)間段設(shè)有不同的可逆，所起到的作用與潮汐車道相同。因而，可變車道也可稱為“潮汐車道”。

4 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目針對(duì)潮汐車道交通現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出了潮汐車道的可移動(dòng)隔離帶，通過手持遙控器來控制可移動(dòng)式隔離護(hù)欄，適時(shí)調(diào)整車道行駛方向，從而緩解早晚高峰進(jìn)、出城車道車流量嚴(yán)重失衡的情況，加快了城市交通運(yùn)行的效率。項(xiàng)目小組制作了小型潮汐車道中可移動(dòng)隔離護(hù)欄，并安裝風(fēng)力發(fā)電裝置以減少資源消耗，產(chǎn)生一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益?？梢苿?dòng)隔離護(hù)欄通過采用無線電遙控器遠(yuǎn)距離控制，內(nèi)部改裝護(hù)欄，同時(shí)采用內(nèi)部風(fēng)力供電系統(tǒng)，在護(hù)欄頂部及側(cè)面安裝風(fēng)力發(fā)電裝置來實(shí)現(xiàn)潮汐車道的可移動(dòng)化，以符合“智能交通”的要求，資源利用率達(dá)到最大化，在可以改善交通擁堵現(xiàn)狀的情況下保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

基于智能交通潮汐車道中可移動(dòng)隔離帶可在一定程度上可改善道路擁堵狀況，并節(jié)約時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本，一旦投入使用，將會(huì)在很大程度上惠民便民。

4.1 設(shè)計(jì)方案

4.1.1 立柱的改造

以普通的道路隔離護(hù)欄作為實(shí)驗(yàn)材料，針對(duì)護(hù)欄整體效果進(jìn)行分析，它分為立柱和護(hù)欄兩部分，我們要做的就是對(duì)立柱部分進(jìn)行改裝，將控制電路及風(fēng)力發(fā)電裝置，安裝在立柱內(nèi)部，使其能夠成為被遙控的可移動(dòng)式隔離帶。將立柱部分拆分開來，使用打孔工具在立柱側(cè)面進(jìn)行打孔，方便下一步加入控制電路及安裝風(fēng)力發(fā)電裝置，將風(fēng)扇安裝在立柱打孔的位置上，將控制電路隱藏在立柱內(nèi)部。

4.1.2 護(hù)欄立柱頂部改造

對(duì)于立柱頂部，項(xiàng)目組成員將其內(nèi)部進(jìn)行從上至下改裝，其中頂部作為無線電接收器，無線電接收器將使可移動(dòng)隔離護(hù)欄更便于使用者管理，充分運(yùn)用其可移動(dòng)式，實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)隔離護(hù)欄的最大價(jià)值。為了便于頂部改造，在進(jìn)行頂部改造之前需對(duì)整體立柱進(jìn)行規(guī)劃，明確側(cè)面需安裝風(fēng)力發(fā)電裝置，將裝置的線路及零件安裝在立柱內(nèi)部，在節(jié)約了空間的前提下保證護(hù)欄美觀，在使用中也不會(huì)有礙市容市貌。

4.1.3 護(hù)欄底盤改造

為實(shí)現(xiàn)護(hù)欄的可移動(dòng)性，需對(duì)護(hù)欄底盤進(jìn)行改造，去除普通護(hù)欄中的橡膠底座，項(xiàng)目組將履帶小車底盤與立柱底端直接進(jìn)行連接，讓小車帶動(dòng)隔離護(hù)欄運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了道路隔離護(hù)欄的可移動(dòng)性。并且實(shí)行二驅(qū)驅(qū)動(dòng)模式，使隔離帶只能在潮汐車道開始使用時(shí)左右移動(dòng)不能前后行進(jìn)。

選用履帶式小車的原因是相對(duì)于其他移動(dòng)裝置來講，其運(yùn)動(dòng)速度及行走能力強(qiáng)，可適應(yīng)室外的各種自然環(huán)境條件，在惡劣天氣下依舊不影響可移動(dòng)式隔離帶的使用，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)足以帶動(dòng)隔離帶運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，履帶式小車與頂端的無線電裝置連接后，在移動(dòng)過程中既能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)，又能保證慢速準(zhǔn)確定位。

4.1.4 護(hù)欄立柱頂端改造電路及安裝風(fēng)力發(fā)電裝置

在實(shí)驗(yàn)中，為立柱頂部安裝無線電遙控裝置。無線電裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)護(hù)欄的隨時(shí)遙控，根據(jù)交通流量不同情況，開辟某一車道不同時(shí)段內(nèi)的行駛方向的變化，通過變換車道的方式組織交通，控制車流方向。為了實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)隔離帶低消耗的特點(diǎn)，項(xiàng)目組在立柱中加入了風(fēng)力發(fā)電裝置。安裝在立柱側(cè)面的四葉漿可以是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，帶動(dòng)隔離護(hù)欄移動(dòng)，在應(yīng)用過程中可減少一部分電能消耗，使隔離帶運(yùn)動(dòng)更加綠色、環(huán)保。

5 工作原理及性能分析

5.1 核心內(nèi)容

現(xiàn)有的可移動(dòng)式潮汐車道的建設(shè)需要大量的資金和高科技的引進(jìn)，而本項(xiàng)目基于智能交通下的可移動(dòng)式潮汐道路是將固定護(hù)欄變?yōu)榭梢苿?dòng)式護(hù)欄。可低成本地實(shí)現(xiàn)基于智能交通中的可移動(dòng)式潮汐車道，達(dá)到改善交通擁堵現(xiàn)狀的目標(biāo)。采用無線電遙控器遠(yuǎn)距離控制、改裝護(hù)欄、安裝風(fēng)力發(fā)電裝置等措施，來實(shí)現(xiàn)潮汐車道低消耗的可移動(dòng)化。將原有的固定護(hù)欄變?yōu)榭梢苿?dòng)式可以實(shí)現(xiàn)多次利用，根據(jù)交通流量及不同的時(shí)間段來合理設(shè)置可移動(dòng)式隔離護(hù)欄的位置，有效解決單方向交通擁堵的問題。利用風(fēng)力發(fā)電裝置，減少耗能，實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)性，減少人工費(fèi)用，極大地提高隔離護(hù)欄的使用價(jià)值。

5.2 最終成果

通過各項(xiàng)試驗(yàn)及項(xiàng)目制作，最終實(shí)現(xiàn)潮汐車道中的可移動(dòng)隔離護(hù)欄。

潮汐車道中的可移動(dòng)隔離護(hù)欄在現(xiàn)實(shí)生活中具有較高的可行性。例如當(dāng)早高峰期來臨時(shí)，進(jìn)城車流量激增，交警只需手持遙控器控制道路隔離護(hù)欄的走向，給進(jìn)城車輛增加一至兩個(gè)車道，而出城車輛較少，在有限的車道里出城車輛速度較快，此時(shí)行駛車輛產(chǎn)生擾動(dòng)風(fēng)速恰好帶動(dòng)隔離護(hù)欄上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為智能道路隔離護(hù)欄節(jié)約了大量的電力資源，晚高峰時(shí)，出城車流量激增，交警只需使用遙控器給出城車輛增加一至兩個(gè)車道，而進(jìn)城車輛產(chǎn)生擾動(dòng)風(fēng)速帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。當(dāng)高峰期過后，潮汐車道內(nèi)的車輛速度較快，車輛擾動(dòng)風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，儲(chǔ)備了大量的電力資源。由此可見，潮汐車道中的可移動(dòng)隔離護(hù)欄完全可以實(shí)現(xiàn)低成本、低消耗、高利用率，可以有效地減緩交通擁堵狀況，減少市民對(duì)交通擁堵的煩惱。

經(jīng)過歷時(shí)幾個(gè)月的實(shí)驗(yàn)制作，小型隔離護(hù)欄可在小范圍內(nèi)正常運(yùn)作。

6 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

6.1 實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)性

國(guó)內(nèi)已有可伸縮性的潮汐車道，可伸縮實(shí)現(xiàn)了前后移動(dòng)，而本項(xiàng)目所研究的潮汐車道中的可移動(dòng)隔離帶，實(shí)現(xiàn)的是左右移動(dòng)，所以，它將因?yàn)榫哂袡M向可移動(dòng)性而更加快捷方便，便于實(shí)現(xiàn)。

6.2 增加社會(huì)效益

交警可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)交通情況，通過手持遙控器，控制可移動(dòng)式隔離護(hù)欄，隨時(shí)調(diào)整車道行駛方向，此外，控制中心還可以通過儀器監(jiān)控路口路況，適時(shí)使用遠(yuǎn)程控制手段對(duì)可移動(dòng)式隔離護(hù)欄進(jìn)行控制?？梢源蟠缶徑庠缤砀叻暹M(jìn)、出城車道車流量嚴(yán)重失衡的情況，加快了城市交通運(yùn)行的效率，可以有效節(jié)省市民出行的時(shí)間。

6.3 提高經(jīng)濟(jì)效益

美國(guó)金門大橋“自動(dòng)化潮汐車道”造價(jià)高達(dá)300萬美元，實(shí)施整個(gè)“自動(dòng)化潮汐車道”共花費(fèi)3千萬美金。深圳潮汐車道中，“拉鏈車”作業(yè)速度為5-10公里/小時(shí)，其造價(jià)168萬，各項(xiàng)維護(hù)費(fèi)用也需要大筆資金。

6.4 利用風(fēng)扇減少電能消耗

汽車在無風(fēng)的條件下以80邁的速度行駛，其外部的風(fēng)速達(dá)到每秒約22米，理想條件下，汽車在城市道路行駛限速每小時(shí)40公里，外部風(fēng)速即達(dá)到每秒10米，經(jīng)過實(shí)地操作，在12：00-13：00時(shí)，道路擁堵實(shí)時(shí)風(fēng)速為5.5m/s，在16：40-17：40時(shí)，道路較為暢通，實(shí)時(shí)風(fēng)速達(dá)到8.0m/s。

經(jīng)過實(shí)地操作，六片扇葉全部正常工作。潮汐車道中的可移動(dòng)隔離護(hù)欄在現(xiàn)實(shí)生活中具有較高的可行性。交警可根據(jù)車流量手持遙控器控制道路隔離護(hù)欄的走向，行駛車輛產(chǎn)生擾動(dòng)風(fēng)速恰好帶動(dòng)隔離護(hù)欄上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為智能道路隔離護(hù)欄節(jié)約了大量電力資源。

6.5 移動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

可以在驅(qū)動(dòng)裝置中設(shè)置有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的下表面設(shè)置卡槽，隔離墩的上端兩側(cè)均設(shè)置有凹槽，凹槽的設(shè)置使隔離墩的上端形成一T型凸起；T型凸起的尺寸與卡槽的尺寸相適配。利用GPS導(dǎo)航技術(shù)來完美地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)路線的精準(zhǔn)運(yùn)行。

通過可移動(dòng)隔離帶的電子、機(jī)械化智能移動(dòng)，使得隔離帶能夠調(diào)節(jié)潮汐車道的行駛方向，分離不同方向的車流，減少不必要的勞動(dòng)力。潮汐車道和其他車道間通過隔離帶區(qū)分，讓司機(jī)更明了地知道潮汐車道的行駛方向，避免逆行等危險(xiǎn)事故發(fā)生，在提高道路行車安全的同時(shí)緩解了交通壓力。

建成一個(gè)完整的可移動(dòng)式潮汐車道需要大量的資金。建成后的維護(hù)費(fèi)用也將是一大筆資金，相比之下，本項(xiàng)目所研究的基于智能交通下潮汐車道中可移動(dòng)隔離護(hù)欄將減少不少成本，更具可實(shí)現(xiàn)性，便于落地實(shí)施。

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