道路平曲線行車視距計算方法的優化研究

張歡歡

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

0 引言

近年來隨著公路里程的不斷增加，我國公路總里程已居世界第一，公路路網結構也日益完善，人民群眾的生活水平和質量逐漸提高。公路在給人民群眾出行提供方便的同時，也存在著一定的安全隱患，在車輛行駛過程中，保證司機有足夠的視距，可有效避免交通事故的發生。這就要求道路設計者在設計時，應對車輛的視距進行驗算，保證司機的行車視距，以便司機對前方路況有足夠的距離進行判斷，并采取相應的制動措施，保證車輛行駛安全。我國交通運輸部于2015年頒布《公路項目安全性評價規范》(以下簡稱“《評價規范》”)，其核心為評價公路及其設施和交通環境等對交通安全的影響，目的是通過評價提供有利于交通安全的條件，從而減少交通事故，規范中明確要求“高速公路、一級公路應對停車視距進行評價；二級公路、三級公路應對停車視距、會車視距和超車視距進行評價”[1]，可見視距驗算已經成為公路安全評價及設計的重要因素。機動車輛在曲線上行駛時，曲線內側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]，因此設計者在道路設計時，需對道路平曲線的視距進行驗算，當視距不滿足要求時，應對視距所需橫凈距內的障礙物予以清理，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，其設計速度為60km/h，公路等級為二級公路，路基寬度13.5m，路面寬度12m，路基標準橫斷面為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較好，其最小平曲線半徑為320m，緩和曲線長65m，平曲線長度為496.160m，轉角值77°11′55.7″。按《評價規范》要求，對本工程進行停車視距、會車視距及超車視距進行驗算并評價，以會車視距為例，為保證兩輛對向行駛的汽車能在同一車道上及時剎車，按規范要求本工程會車視距不應小于150m，即車輛的行車視距也不應小于150m，按上述要求對此平曲線內側行車視距進行驗算，計算視距區段內側橫凈距值，求得最大橫凈距，檢驗橫凈距范圍內是否存在障礙物，繪制視距包絡圖，為設計者提供設計依據。

2 行車軌跡計算

根據《公路路線設計規范》(JTG D20—2017)第146頁條文說明“視點位置應取車道寬度的1/2處(即車道中心線)”及“目標(或障礙物)的位置應取路面兩側對應的車行道邊緣線”[3]要求，本工程行車道寬度為3.5m，故視點位置距道路中心線距離為1.75m，目標位置距道路中心線距離取3.5m，視點距離目標位置為1.75m。視點及目標位置確定后，依次計算車輛在直線、緩和曲線及圓曲線上的行駛軌跡，對行駛軌跡進行累加求得行車視距，當行車視距與會車視距一致時，計算出與之對應的橫凈距，具體計算過程如下：

2.1 直線段計算

圖1 直線段計算示意圖

車輛在直線段時，假定道路中心線起點坐標為(X0，Y0),直線段長度為L，則在直線上有任意一點P，P距直線起點距離為S1，則P點坐標為：

Xp1=X0+S1；Yp1=Y0

視點位置與道路中心線距離為1.75m，故與P點對應視點位置的坐標為：

Xp2=X0+S1；Yp2=Y0+1.75

目標位置與道路中心線距離為3.5m，故與P點對應車道邊緣線的坐標為：

Xp3=X0+S1；Yp3=Y0+3.5

2.2 緩和曲線段計算

圖2 緩和曲線段計算示意圖

假定緩和曲線上任意點Pa到ZH點長度為S2，LS為緩和曲線長度，β為緩和曲線上任意點Pa的切線與水平線夾角，R為圓曲線半徑，則P1點坐標：

視點位置與道路中心線距離為1.75m，故與Pa點對應視點位置的坐標為：

目標位置與道路中心線距離為3.5m，故與Pa點對應車行道邊緣線的坐標為：

2.3 圓曲線段計算

圖3 圓曲線段計算示意圖(一)

圖4 圓曲線段計算示意圖(二)

假設圓曲線上任意點Pb到HY長度為S3，α為S3長度范圍所對應的圓心角角度，γ為HY點切線與水平線的夾角，則Pb點坐標：

視點位置與道路中心線距離為1.75m，故與Pb點對應視點位置的坐標為：

目標位置與道路中心線距離為3.5m，故與Pb對應車行道邊緣線的坐標為：

通過上述公式計算，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坐標，進而求得與之對應的視點位置及目標位置坐標，為行車視距及橫凈距提供計算依據。

3 行車視距及橫凈距計算

經計算，此段平曲線最大橫凈距Ymax為11.409m，變化趨勢為平曲線中間橫凈距值最大，然后向平曲線兩側逐漸減小，最終到直線段時橫凈距值為0，變化趨勢如橫凈距變化圖(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。根據現場調查，此平曲線內側存在2處障礙物距離路基邊緣較近，但其距離均大于4.659m，故此平曲線段會車視距滿足規范要求。若本工程路側障礙物較多或路基斷面形式為挖方時，則需按視距包絡圖逐一核實，之后對障礙物位于橫凈距內的進行清理，對路塹邊坡進行超挖處理，以確保行車視距滿足規范要求。

圖5 視距包絡圖

圖6 橫凈距變化圖

表1 DXF文件格式

在進行數據計算處理時，通過程序我們可以計算道路中心線、視點位置線、車行道邊緣線等位置坐標，然后繪制視距包絡線坐標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CAD軟件進行參照及編輯，與道路設計軟件結合使用，使道路設計者對行車視距有更加形象的認識，為道路設計者提供設計依據支撐，以便提出更加有效的處理措施。

4 結語

通過對道路中心線、視點位置及車行道邊緣線坐標公式的優化研究，得到車輛準確的行駛軌跡，進而求得車輛的行車視距，提出視距包絡線及橫凈距的計算方法。考慮到上述運算量較大，還提出通過程序進行處理的方法，運用計算程序進行批量運算，計算出更加準確的行車視距，繪制視距包絡圖，求得最大橫凈距值，輸出視距包絡圖的DXF文件，使設計者對行車視距有更加形象的認識，為公路設計及安全評價提供更加詳實精確的視距設計參數，從而使設計者提出更加完善的設計方案，提高公路服務水平，消除安全隱患，減少交通事故，確保車輛行車安全。