道路平曲線行車視距計(jì)算方法的優(yōu)化研究

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(yáng)市 110166)

0 引言

近年來(lái)隨著公路里程的不斷增加，我國(guó)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(guò)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(duì)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(duì)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(guó)交通運(yùn)輸部于2015年頒布《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“《評(píng)價(jià)規(guī)范》”)，其核心為評(píng)價(jià)公路及其設(shè)施和交通環(huán)境等對(duì)交通安全的影響，目的是通過(guò)評(píng)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(jí)公路應(yīng)對(duì)停車視距進(jìn)行評(píng)價(jià)；二級(jí)公路、三級(jí)公路應(yīng)對(duì)停車視距、會(huì)車視距和超車視距進(jìn)行評(píng)價(jià)”[1]，可見(jiàn)視距驗(yàn)算已經(jīng)成為公路安全評(píng)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(duì)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(duì)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(jí)為二級(jí)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(zhǎng)65m，平曲線長(zhǎng)度為496.160m，轉(zhuǎn)角值77°11′55.7″。按《評(píng)價(jià)規(guī)范》要求，對(duì)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(píng)價(jià)，以會(huì)車視距為例，為保證兩輛對(duì)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(duì)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(yè)條文說(shuō)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的橫凈距，具體計(jì)算過(guò)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(zhǎng)度為L(zhǎng)，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(duì)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(duì)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(zhǎng)度為S2，LS為緩和曲線長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(zhǎng)度為S3，α為S3長(zhǎng)度范圍所對(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)車行道邊緣線的坐標(biāo)為：

通過(guò)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(duì)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(shì)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(shì)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(chǎng)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(duì)障礙物位于橫凈距內(nèi)的進(jìn)行清理，對(duì)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(guò)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(guò)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(duì)行車視距有更加形象的認(rèn)識(shí)，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(yǔ)

通過(guò)對(duì)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(guò)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(duì)行車視距有更加形象的認(rèn)識(shí)，為公路設(shè)計(jì)及安全評(píng)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。