ETC车道的设计与研究

第 !"卷 第 "期 !##"年 "月 西 安 公 路 交 通 大 学 学 报 $%&’()*%+,-.)(/-012)34(-56’7-83 9%*:!" ;%:" $)(#">"? 作者简介=张卫钢@"AB#>CD男D河南荥阳人D长安大学高级师D博士生 文章编号="##E>F""!@!##"C#">##G">#F HIJ车道的与研究 张卫钢"D荆便顺! @":长安大学 计算机系K!:长安大学 交通信息与控制工程系D陕西 西安 E"##BFC 摘 要=根据 HIJ系统的工作原理L交通工程和道路几何设计理论D对路边式 HIJ车道的设计进 行了研究D提出了车道线形L长度及宽度的具体设计D并给出了 !个适合中国国情的具有 HIJ 车道的混合收费站模型M 关键词=不停车收费系统K车道设计K车道长度K车道宽度K线形 中图分类号=4F"!klmk"Dnofgpjlm>qrsm! @"6(0-(66’-(0)(y06> %v68’-wy67-0(%+1-012)3D816v681%y78%y686’v-(681671)u6D*6(081)(y2-y81%+)(HIJ>*)(6 )’6u&8+%’2)’y)+86’78&yy-(0%(816*)(6>y67-0(%+)(’%)y>7-y6HIJ73786vw%**6w> 8-%(78)8-%(v%y6*72-81HIJ>*)(67)’60-56(21-w17&-881678)8-%(%+J1-()< }Q‘~[\VW=HIJ73786vK*)(6>y67-0(K*)(6>*6(081K*)(6>2-y81K*)(6>71)u6 目前D国外常用的及中国引进的 HIJ系统都是 微波式系统D其基本工作原理是这样的=在车辆上安 装一存有该车各种属性@如=车牌号L车主姓名L车型 等C且能将这些车辆信息以微波形式发送出来的电 子标签@也称车载单元CK在收费站点的车道旁设置 一套微波收发设备@称为路侧单元CD并将天线安装 在路侧或吊装在车道上方K在收费站内设置一套数 据处理设备@称为数据处理单元CM当一载有电子标 签的车辆驶入收费站的天线识别区时D路侧单元就 与车载单元通过微波进行无线通信D将该车的车辆 信息采集出来D然后送给数据处理单元进行数据处 理D并由该单元再将处理过的数据送给有关银行D由 银行在该车主的帐户上扣除应缴的通行费D完成一 次不停车收费的操作M ! HIJ系统的选型 HIJ系统从形式上可分为架空式和路边式两 种@如图 "L图 !所示CM 图 " 架空式 HIJ系统 架空式适合于大流量多车道收费站点D允许车 辆高速通过@有些系统指标可达 "G#"v#1CD且可变 道行驶D服务水平高M路侧式系统由于只处理一个车 道D所以系统的技术指标和造价都较低D服务水平也 相对较低D适合于交通量较小的站点M 万方数据 图 ! 路边式 "#$系统 根据目前 "#$系统的价格%一个车道约 &’万元人 民币()从经济效益方面考虑)一般认为若通过收费 站点的车流量小于 !*’’’+,-./)则没有必要上 "#$系统0从中国各地对主要交通设施交通流量的 统计来看)日流量超过 !*’’’辆的不多0另外)由于 "#$系统短期内难以在全国普及)有 "#$系统的 地方必定还有大量的无电子标签的车辆%也称无卡 车)如外地车()装有 "#$系统的收费站点还必须保 留传统的停车收费系统0可见)架空式系统在相当长 的一段时间内不适合中国国情0又因为一条"#$车 道的设计通行能力一般大于 1’’+,-.-)所以)在交 通流量较大的收费站点设置一条 "#$车道%双向各 一条(或 !条"#$车道就足以满足交通需求0据此) 我们认为选择路边式 "#$系统更切合实际0 2 "#$专用车道的设计 一条 "#$专用车道除了有供车辆行驶的车道 外)还包括路边单元3信号灯3信息显示牌3电动栏杆 和车辆检测器等收费设施0所以)收费车道的设计不 但要有车道几何尺寸3平面线形的确定)还应包括有 关收费设施的选型与安装等几个方面0车道设计应 遵循多%通行能力大(3快%通行车速快(3好%服务水 平高(3省%占地面积小)造价低(四字原则0 245 线形设计 "#$系统在中国的试用表明)实际中有很多违 章车辆%无卡或透支车辆(进入 "#$车道)"#$系 统因检测出是违章车辆而不予放行0这时就需要对 这类车辆进行人工收费或处罚0为了不影响正常车 辆的通行)必须让违章车辆驶出主车道0因此)还需 要一条将违章车辆从主车道分流出来的副车道%也 称逸出车道(0车道的线形如图 6所示0副车道的前 半部分是减速车道)后半部分是加速车道0 242 主车道宽度设计 路边式 "#$系统不允许车辆并行0因此)主车 道必须是单车道0根据道路设计理论)单车道宽度主 要由设计车速和大型车的混入率而定0国外一般取 图 6 "#$车道模型简图 车道宽度为 64*’7641*80又考虑到车辆是从广场 驶入 "#$车道)所以)主车道的宽度应取 641*87 94’’80 24: 车速的确定 理论上认为在 641*8宽的车道上)设计车速 可达 ;!’<8.-=;>0但车辆从收费广场进入 "#$车 道时的车速却不可能达到这个速度0因为收费站对 行驶在高速公路上的车辆而言是一个障碍)车辆在 接近收费站时必定要减速?同时)"#$车道一般设 在收费站的边缘)与高速公路主干道不在一条直线 上)车辆从高速公路进入 "#$车道必须走@AB形曲 线)车速也不可能高?另外也不允许以这么高的车速 在 "#$车道中行驶)以免给收费站和车道的设计带 来困难0 我们知道)车速的大小与车道的基本通行能力 有直接关系0基本通行能力是指在理想交通条件下) 一条车道 ;-能通过的车辆数%以小客车计(0有资 料表明=!>)基本通行能力的最大值分布在车速 6’7 *’<8.-之间0另外)根据中国C公路路线设计规范D 的建议车速%匝道车速取主线设计车速的 *’E7 1’E(及有关资料)我们认为 "#$车道的设计车速 应为 9’<8.-)行驶速度以 6*<8.-左右为宜0同 时)从节能角度考虑)这个速度也较接近各种车辆的 经济速度0从后面的讨论中我们也可看到)这个取值 与 "#$的技术要求和车道设计也是相吻合的0 24F 车道长度设计 "#$专用车道的长度主要由 *个因素决定GH 车辆过站时允许的最高速度?I"#$系统对一辆车 的收费处理时间?J驾驶员对路边信息显示牌显示 的有关信息的识读时间?K电动栏杆的动作时间?L 违章车辆驾驶员从进入主车道到知道自己违章而减 速至副车道入口所需的反应时间0 为计算方便)我们取 "#$车道的行驶车速为 6M<8.-即 ;’8.N0"#$系统对一辆车的收费处理 时间通常要求不超过 ’4*N)根据有关产品资料显 示)一般在 6’8N左右0那么)在收费处理时间内)车 辆行驶距离仅为 ;’O’4’6P’468)所以收费处理 !& 西 安 公 路 交 通 大 学 学 报 !’’;年 万方数据 时间对设计车道长度的影响可忽略不计! 驾驶员对路边信息牌显示的有关信息的识读时 间与其动视力和视觉反应时间有关!所谓视觉反应 时间就是人由眼睛从客观环境获取信息"经神经系 统传入大脑"通过大脑

分析

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判断"作出决定后"再由 经神经系统传达给四肢等运动器官产生动作这样一 段时间!人的视觉反应时间一般为 #$%&’($##)! 由于驾驶员对信息显示牌显示的信息不仅仅是 视觉反应"还要进行信息辨识"比如车牌号是多少" 收费额是多少等!因此"我们认为驾驶员对这些信息 的识读时间应取最大视觉反应时间的两倍左右即 * )!那么"在识读时间内"车辆行驶距离约为 *#+!这 样"我们就可确定车道从识别区的中点至信息显示 牌的距离为 *#+左右! 电动栏杆动作时间越长"车道也就越长!有关产 品资料显示"电动栏杆的动作时间在 %$&)左右!车 辆在电动栏杆的动作时间内大约可行驶 %&+! 根据 ,-.工作流程"当一违章车辆进入车道 时"系统就会用声/光等形式报警"同时会放下栏杆 禁止该车沿主车道直行"引导其进入副车道!当栏杆 放下时"栏杆对驾驶员即形成一种障碍"根据公路几 何设计原理"驾驶员看清障碍并能进行制动或避让 的最短距离叫做停车视距!停车视距等于反应距离/ 制动距离/安全距离三者之和!表 %012列出了干燥路 面上的停车视距! 表 % 干燥路面上的停车视距 设计车速 34+567% 运行车速 34+567% 附着系数 8 反应距离 3+ 制动距离 3+ 停车视距 3+ 9# &* #$11 1:$* 1*$; :($(<= &# *& #$1& 1%$( (($; &*$#<= *# 19 #$1; (*$> %1$* (;$1<= 1# 1# #$** (#$; ;$% (>$><= (# (# #$** %1$; 1$& %:$1<= 注?=为安全距离"一般取 &’%#+! 由于当栏杆放下时"不需要驾驶员停车"而只是 让他@她A减速进入副车道!因此"在停车视距中"我 们取 *#4+时速时的反应距离加上制动距离的一 半作为车辆减速距离的参考标准!据此"识别区的中 点至栏杆的距离应不小于 1%B9+"距副车道的入口 应大于 (&+! 显然"信号灯的最佳位置应在副车道的入口处 附近"便于指引车辆直行或进入副道!另外"还应在 主车道的入口处/栏杆处和副车道的入口处各设置 一个车辆检测器"将车辆的到达/驶出和进入副车道 的信息传送给 ,-.系统!由于检测器的具体位置/ 个数与所采用的检测器类型和其技术指标以及业主 对监控系统的功能要求有关"所以本文对此不再作 深入探讨"只在模型中按一般对监控系统功能的要 求"给出 1个环形线圈检测器的大概位置! C$D 变速车道线形设计 变速车道分减速车道和加速车道 (种"每种又 有 (种基本线形@见图 *A! 图 * 变速车道线形 通常"减速车道采用定向式!违章车辆进入减速 车道到达处罚站缴费和接受处罚后"要通过加速车 道汇入主车道"为减小对主车道的影响以及提高汇 流速度"加速车道一般选用平行式! C$E 变速车道端点设计 减速车道的入口应有一引道鼻端"以使直行车 在误入减速车道后能返回主车道!引道鼻端应采用 #$9’%$#+的半径形成适当的圆头"如图 &! 图 & 鼻端示意图 鼻端的移置量 F的取值视鼻端前面辅助路面 的长度和减速车道的形状不同取 %$(#’1$:&+不 等! 鼻端的渐变段长度应足以让误入减速车道的驾 驶员能看清鼻端"并能顺利地在鼻端以外返回主车 道!根据试验"车辆每横移 %+约需 %)的时间"并 导出

公式

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0*2 GH #$%&IF @%A 式中?I为主车道的平均车速@4+36AJF为鼻端移 置量@+AJG为鼻端渐变段的最小长度@+A! 加速车道的合流端点的半径可以小一些"一般 做成半径为 #$1’#$&+的圆头! C$K 变速车道长度设计 按公路几何设计理论"减速车道长度要算到道 1;第 %期 张卫钢"等?,-.车道的设计与研究 万方数据 口三角渐变段路面宽度比标准宽度开始变窄的那一 点止!如图 "中的 #$渐变段的长度可按下式%&’计算 () *+,-." /01 /21 式中3*为主车道车速/40,516+为车辆横移一条车 道所需的时间/71!通常横移 80,7$ 减速车道的长度可由下式%&’计算 #) /*229 *881,/2&.:2;1 /01 /-1 其中!;取92<9-$式/21=/-1对加速车道也适用! 但 ;应取 >.?2<8.2>$ 虽然副车道的入口段是减速车道!出口段是加 速车道!但与公路上一般变速车道的含义并不完全 一样$它并不是要给主车道上行驶的车辆提供一条 舒适的分流通道/或合流车道1!而是要将主车道上 行驶的个别违章车辆引导到处罚站!停车接受处罚 或缴费后!再驶入高速公路$所以!对它的设计不能 完全按正常的变速车道设计$否则车道会比较长!设 计也比较复杂$另外!在@AB使用初期!考虑到违章 车辆较多!处罚站处不能只是一条车道!而应该是一 个小广场!至少应能并排停放 2辆车$因此!我们设 减速车道为直接式!取 C)>."0!*)-"40,5!由 /81式得3D)-.2E06取 +)27!按式/21算出 ()2> 06取 ;)9-!*8)E>40,5!*2)8&40,5!由式/-1 算出 #)8?0$ 综上所述!我们取 C)>."0!D)-0!()8> 0!#):0!F)-.G&0!HI?0!J)"0!K)8E 0!L)-20!并给出一个具有进=出 2条 @AB专用 车道的收费站平面模型/见图 "1$ 图 " 混合式收费站平面模型 8 上述设计之所以把 @AB车道放在收费站最边 缘是有所考虑的$根据中国具体国情!@AB只能从 经济发达地区到落后地区逐步实施$即使在实施 @AB的地区!也会因选用不同的设备或没有联网而 使得车载单元不通用$又因高速公路上的外地车辆 要比本地车辆多得多$所以!将出现大量的违章车 辆$把停车收费车道放在收费广场中间!就是为了减 少违章车辆的收费时间!提高收费站的通行能力$ 如果通过收费站的违章车辆比例很小!那么!就 应该把 @AB车道放在中间!使主干道与收费车道在 一条直线上!以提高车速=车辆的经济性和服务水平 /在一定的通行能力要求下1!减少因车速慢而造成 的噪声污染=空气污染和油耗及机械磨损$因此!我 们再给出一个收费站模型如图 G所示$在模型 2中! 由于 @AB车道的允许车速加大!因此!车道也必须 加宽!建议不小于 E0$其它尺寸可参照模型 8/见图 "1$另外!模型 2由于降低了对违章车辆的服务标 图 G 混合式收费站平面模型 2 准!所以相应的占地面积也减少了$又因车速加快! 为了使违章车辆的驾驶员有足够的反应时间驶入副 车道!@AB车道要相应地加长!若车速限制在 "> 40,5!则长度可在 G>0左右选择$ 参考文献3 %8’ 张廷楷M高速公路%N’M北京3人民交通出版社!8::>M %2’ 李作敏M交通工程学%N’M北京3人民交通出版社! 8::-M %-’ 郭学书M机动车驾驶员与交通警察必读%N’M北京3中 国物资出版社!8::EM %E’ 罗 霞M高速公路立体交叉规划与设计%N’M成都3成 都出版社!8::8M %&’ 贺栓海M道路立交的规划与设计%N’M北京3人民交通 出版社!8::EM %"’ 美国各州公路工作者协会M公路几何设计%N’M北京3 人民交通出版社!8:G:M %责任编辑 郭庆健’ E? 西 安 公 路 交 通 大 学 学 报 2>>8年 万方数据