基于路網(wǎng)智能化的路障管理研究

【摘要】潮汐車道是近年來(lái)處理潮汐車流的較好的辦法，國(guó)際上主流的潮汐車道通行管理方案采用的是水馬隔離墩式的“拉鏈?zhǔn)健背毕嚨?據(jù)悉這種潮汐車道上線后，可以有效減少原路段交通擁堵30%。但是高昂的設(shè)置成本讓許多城市望而止步，本文提出了一種新型的倒伏式路障代替水馬隔離墩且能夠自動(dòng)控制的潮汐車道管理方案。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠自動(dòng)控制，提高經(jīng)濟(jì)效益，避障安全以及社會(huì)效益等方面。

【關(guān)鍵詞】潮汐車道;倒伏式路障;微機(jī)

引言

近年來(lái)國(guó)內(nèi)車輛數(shù)量猛增，城市里面利用在早晚高峰或者其他特殊時(shí)期車流量的雙向行駛的不同特點(diǎn)在原有的道路基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了潮汐車道，以應(yīng)對(duì)高峰時(shí)期單向車流量劇增的問(wèn)題?，F(xiàn)在主流的潮汐車道管理方案是利用輔助車輛和龍門架交通燈以及潮汐車道出入口的控制燈對(duì)車道內(nèi)的車輛通行進(jìn)行管理，但在交通高峰時(shí)期，即便有了信號(hào)燈的控制，但潮汐車道實(shí)際交通擁堵在所難免。

1研究背景

1.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀分析

城市道路主要的擁堵來(lái)源是潮汐交通，以深圳市為例，在潮汐交通的情況下，單向的車流量劇增，常規(guī)單向的車道無(wú)法滿足潮汐車輛的交通需求，從而導(dǎo)致了交通變緩，交通堵塞。

1.2國(guó)外現(xiàn)狀研究

國(guó)際上主流的應(yīng)對(duì)潮汐車道通行管理方案采用的是水馬隔離墩式的“拉鏈?zhǔn)健背毕嚨?，?guó)金門大橋“吞吐式”的“拉鏈車”就用了這種模式。據(jù)悉這種潮汐車道上線后，可以有效減少原路段交通擁堵30%。由于拉鏈車開始作業(yè)時(shí)會(huì)使得車道通行受到限制。其次，單一的工程車就需要168萬(wàn)，再加上配套設(shè)施、人工成本以及維護(hù)成本加起來(lái)將是一筆不菲的資金。

2作品具體方案

2.1控制部分

（1）微機(jī)

微機(jī)采用arduino電子開源平臺(tái)，UNO R3是整個(gè)系統(tǒng)的指令終端，向驅(qū)動(dòng)板傳輸指令來(lái)驅(qū)動(dòng)交通信號(hào)源以及路障的升降。平臺(tái)終端可以通過(guò)預(yù)存程序自動(dòng)控制，交通后臺(tái)控制，道路實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)控制;控制優(yōu)先級(jí)依次遞增，即道路實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)控制為最高優(yōu)先級(jí)。

（2）程序設(shè)置

預(yù)存程序預(yù)先編寫并燒錄進(jìn)終端，后臺(tái)可以隨時(shí)控制終端的工作與停機(jī)，并在指令傳輸完畢時(shí)，燒錄程序開始進(jìn)行。用這樣的方式達(dá)到后臺(tái)對(duì)終端程序的修改操作，依道路反饋給后臺(tái)的數(shù)據(jù)，后臺(tái)對(duì)原有控制程序進(jìn)行修改，并更新程序。

（3）實(shí)時(shí)調(diào)控

后臺(tái)直接控制終端連接的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在特定的情況下（例如終端硬件設(shè)備更換）避免整個(gè)潮汐車道路障系統(tǒng)的罷工，同時(shí)通過(guò)后臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)可以直接為救援工作，搶險(xiǎn)救災(zāi)等特殊任務(wù)車輛提供一條臨時(shí)的暢通車道。

2.2路障部分

（1）結(jié)構(gòu)支撐

路障設(shè)計(jì)為斜拉式液壓傳動(dòng)路障，外殼采用PVC材料制成，固定結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)采用碳素鋼材料制成。路障斜拉桿為矩形設(shè)計(jì)，內(nèi)含超聲波測(cè)距模塊以及三色指示燈模塊?；譃閮?nèi)外兩層，內(nèi)層是結(jié)構(gòu)支承層，外層是PVC材料層。

（2）液壓傳動(dòng)

結(jié)構(gòu)支承層內(nèi)含有路障的機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)模塊及液壓驅(qū)動(dòng)裝置。液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)能夠提供更大的升力力矩，使用液壓傳動(dòng)使整個(gè)動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單可靠，更容易控制。

（3）燈光指示

斜拉桿外部貼有警示反光條，讓駕駛?cè)藛T更容易辨識(shí)車道，更容易駕駛。內(nèi)部有超聲波測(cè)距模塊以及三色指示燈模塊。三色燈指示模塊設(shè)計(jì)反映路障的實(shí)時(shí)狀態(tài)，三色燈指示模塊作為交通引導(dǎo)信號(hào)，在光線不足或可見度不高時(shí)利用流水燈原理，可以起到道路交通引導(dǎo)作用。

（4）超聲波避障

超聲波模塊由驅(qū)動(dòng)直接控制，且在驅(qū)動(dòng)接到改變斜拉桿位置的指令時(shí)一直工作，直到指令結(jié)束。超聲波測(cè)距模塊反饋信息給驅(qū)動(dòng)，并暫停斜拉桿當(dāng)前動(dòng)作。同時(shí)反饋給終端，結(jié)合車輛定位系統(tǒng)，通過(guò)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)提示該路障附近車輛。

（5）路障安裝

安裝位置：汽車行駛方向?yàn)閰⒖挤较?，路障平行于車流量安裝在潮汐車道線位置。固定方式：打孔螺絲直接固定，參考減速帶施工標(biāo)準(zhǔn)安裝方法。防水防污處理：漏斗式設(shè)計(jì)利用滑塊的聯(lián)動(dòng)作用將雨水或污物推出裝置。

3項(xiàng)目分析與評(píng)價(jià)

3.1實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

程序員只需要在早晚高峰時(shí)期預(yù)先將時(shí)間設(shè)定，到達(dá)相應(yīng)的時(shí)間微機(jī)就控制液壓驅(qū)動(dòng)模塊控制路障的動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。經(jīng)實(shí)測(cè)，模型自動(dòng)控制可以實(shí)現(xiàn)，能夠通過(guò)無(wú)線的方式（Bluetooth）進(jìn)行行為干預(yù)。

3.2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(wàn)美元， 實(shí)施整個(gè)“自動(dòng)化潮汐車道”共花費(fèi)3千萬(wàn)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(wàn)， 各項(xiàng)維護(hù)費(fèi)用也需要大筆資。

4創(chuàng)新目標(biāo)及數(shù)據(jù)算法

以成都市為例，據(jù)《2018 Q1中國(guó)主要城市交通分析報(bào)告》最擁堵的路段是人民南路四段：機(jī)場(chǎng)高速出入口到一環(huán)路南二段，長(zhǎng)度1.7千米，高峰平均時(shí)速19.47km/h。如果將該路段63%可建設(shè)路段建設(shè)此可變潮汐車道，長(zhǎng)度約1.07km。根據(jù)計(jì)算，可減少擁堵13.6%，高峰平均時(shí)速將提升至22.54km/h，平均提速15.75%。高峰平均通行時(shí)間將由之前5.2分鐘縮短至4.5分鐘。

若向成都市推行，預(yù)計(jì)將減少交通擁堵7.34%，提高平均車速2.03km/h。將成都市高峰擁堵延時(shí)系數(shù)由1.81下降至1.68

參考文獻(xiàn)

[1]韓光胤 楊美霞 特約記者 楊天駿 通訊員 范楊 交通新聞網(wǎng)-智慧治堵：城市交通治理新實(shí)踐[J] 2018.5.23

[2]高德地圖 期刊 2018年度中國(guó)主要城市交通分析報(bào)告[J] 2019.1.16

[3]曹靜， 宮建， 楊孝寬.解決北京市潮汐性交通擁堵的措施研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2009， 33 （6） ：1116-1119.

[4]摘自：張若雯，冀強(qiáng)，崔媛媛，石佳.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)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018，14（28）：286-288.

作者簡(jiǎn)介：楊昕宇（1999.06--），男，漢族，陜西富平人，本科大學(xué)生，研究方向?yàn)榻煌ㄔO(shè)備與控制工程。