基于路網(wǎng)智能化的路障管理研究

【摘要】潮汐車道是近年來處理潮汐車流的較好的辦法，國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控制的潮汐車道管理方案。其優(yōu)點在于能夠自動控制，提高經(jīng)濟效益，避障安全以及社會效益等方面。

【關(guān)鍵詞】潮汐車道;倒伏式路障;微機

引言

近年來國內(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期車流量的雙向行駛的不同特點在原有的道路基礎(chǔ)上設(shè)計了潮汐車道，以應(yīng)對高峰時期單向車流量劇增的問題。現(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車道內(nèi)的車輛通行進(jìn)行管理，但在交通高峰時期，即便有了信號燈的控制，但潮汐車道實際交通擁堵在所難免。

1研究背景

1.1國內(nèi)現(xiàn)狀分析

城市道路主要的擁堵來源是潮汐交通，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國外現(xiàn)狀研究

國際上主流的應(yīng)對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嚨溃瑖痖T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)時會使得車道通行受到限制。其次，單一的工程車就需要168萬，再加上配套設(shè)施、人工成本以及維護(hù)成本加起來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

微機采用arduino電子開源平臺，UNO R3是整個系統(tǒng)的指令終端，向驅(qū)動板傳輸指令來驅(qū)動交通信號源以及路障的升降。平臺終端可以通過預(yù)存程序自動控制，交通后臺控制，道路實時現(xiàn)場控制;控制優(yōu)先級依次遞增，即道路實時現(xiàn)場控制為最高優(yōu)先級。

（2）程序設(shè)置

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

（3）實時調(diào)控

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

2.2路障部分

（1）結(jié)構(gòu)支撐

路障設(shè)計為斜拉式液壓傳動路障，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，內(nèi)含超聲波測距模塊以及三色指示燈模塊。基座分為內(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

結(jié)構(gòu)支承層內(nèi)含有路障的機械聯(lián)動裝置，驅(qū)動模塊及液壓驅(qū)動裝置。液壓傳動設(shè)計能夠提供更大的升力力矩，使用液壓傳動使整個動力裝置結(jié)構(gòu)變得簡單可靠，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更容易辨識車道，更容易駕駛。內(nèi)部有超聲波測距模塊以及三色指示燈模塊。三色燈指示模塊設(shè)計反映路障的實時狀態(tài)，三色燈指示模塊作為交通引導(dǎo)信號，在光線不足或可見度不高時利用流水燈原理，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)動直接控制，且在驅(qū)動接到改變斜拉桿位置的指令時一直工作，直到指令結(jié)束。超聲波測距模塊反饋信息給驅(qū)動，并暫停斜拉桿當(dāng)前動作。同時反饋給終端，結(jié)合車輛定位系統(tǒng)，通過車輛導(dǎo)航系統(tǒng)提示該路障附近車輛。

（5）路障安裝

安裝位置：汽車行駛方向為參考方向，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)計利用滑塊的聯(lián)動作用將雨水或污物推出裝置。

3項目分析與評價

3.1實現(xiàn)自動控制

程序員只需要在早晚高峰時期預(yù)先將時間設(shè)定，到達(dá)相應(yīng)的時間微機就控制液壓驅(qū)動模塊控制路障的動作從而實現(xiàn)自動控制。經(jīng)實測，模型自動控制可以實現(xiàn)，能夠通過無線的方式（Bluetooth）進(jìn)行行為干預(yù)。

3.2提高經(jīng)濟效益

美國金門大橋“自動化潮汐車道”造價高達(dá)300萬美元， 實施整個“自動化潮汐車道”共花費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， 其造價168萬， 各項維護(hù)費用也需要大筆資。

4創(chuàng)新目標(biāo)及數(shù)據(jù)算法

以成都市為例，據(jù)《2018 Q1中國主要城市交通分析報告》最擁堵的路段是人民南路四段：機場高速出入口到一環(huán)路南二段，長度1.7千米，高峰平均時速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，長度約1.07km。根據(jù)計算，可減少擁堵13.6%，高峰平均時速將提升至22.54km/h，平均提速15.75%。高峰平均通行時間將由之前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系數(shù)由1.81下降至1.68

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[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：城市交通治理新實踐[J] 2018.5.23

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[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， 2009， 33 （6） ：1116-1119.

[4]摘自：張若雯，冀強，崔媛媛，石佳.基于智能交通潮汐車道中可移動隔離帶的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2018，14（28）：286-288.

作者簡介：楊昕宇（1999.06--），男，漢族，陜西富平人，本科大學(xué)生，研究方向為交通設(shè)備與控制工程。