一種軌道式智能行人過街系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭云嘯

(遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鐵道工程學(xué)院,遼寧 錦州 121000)

0 引言

行人過街設(shè)施是保障行人安全、高效過街的重要手段.目前,行人過街設(shè)施存在諸多問題:過街天橋或過街地道等過街設(shè)施給行人,尤其是一些體弱者步行過街帶來(lái)極大不便,導(dǎo)致有些步行過街設(shè)施被行人棄用[1];自動(dòng)扶梯式過街天橋的建造與使用成本都較高,并不能得到廣泛的應(yīng)用;斑馬線等過街設(shè)施,無(wú)法有效約束行人過街行為;行人過街速度差異大,總通過時(shí)間取決于最后通過路口的行人,導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車等待時(shí)間延長(zhǎng).因此,有必要推動(dòng)新型自動(dòng)過街設(shè)施及其技術(shù)的實(shí)現(xiàn)[2],減少車輛等待時(shí)間,增加行人過街的舒適性、便捷性和安全性.

軌道式智能行人過街系統(tǒng)是一種結(jié)合鐵路、公路、纜車等多種交通方式優(yōu)勢(shì),以類似“擺渡”的模式將行人安全、便捷地運(yùn)送過街的智能交通設(shè)施.該設(shè)施通過對(duì)過街行人“化零為整”保障行人以較快的統(tǒng)一速度集中通過路口,避免行人過街速度差異造成車輛滯留,實(shí)現(xiàn)“第一人到達(dá)即最后一人到達(dá)”的理想狀態(tài).相比于傳統(tǒng)的天橋、地下人行通道、過街平臺(tái)等設(shè)施,軌道式智能行人過街系統(tǒng)安置位置靈活、施工便捷,同時(shí)避免了行人繞路和上下臺(tái)階的麻煩.本文提出一種軌道式智能行人過街系統(tǒng),為推動(dòng)新型自動(dòng)過街設(shè)施及其技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供新的思路.

1 軌道式智能行人過街系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

一方面,當(dāng)前行人過街設(shè)施很難做到保障機(jī)動(dòng)車通行能力和行人過街安全、減少行人過街延誤時(shí)間、滿足人性化要求等多方面的統(tǒng)一.熊文等就過街設(shè)施相關(guān)問題對(duì)上海市民進(jìn)行了調(diào)查,認(rèn)為增加自動(dòng)扶梯等人性化設(shè)計(jì)是影響行人偏好的根本因素[3].所以,在新型過街設(shè)施的設(shè)計(jì)中,應(yīng)從行人,特別是老人、兒童、殘障人士等群體的角度出發(fā),設(shè)計(jì)便捷、舒適的過街方式,從而促進(jìn)“以人為本”過街方案的實(shí)現(xiàn),有效緩解城市交通擁堵問題,進(jìn)一步提升城市形象[4].

另一方面,行人過街需求廣泛存在,過街設(shè)施的建造成本和使用效率也是設(shè)計(jì)中重點(diǎn)要考慮的兩點(diǎn)問題.過街設(shè)施應(yīng)能滿足一定的行人通過量,避免出現(xiàn)行人滯留,同時(shí)建造成本要結(jié)合地方的財(cái)政預(yù)算,這就對(duì)過街設(shè)施的架構(gòu)設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn).

再有,為了避免對(duì)公路交通產(chǎn)生嚴(yán)重干擾,過街設(shè)施應(yīng)便于施工且工期較短,盡量減少對(duì)現(xiàn)有交通設(shè)施的破壞和改造,避免對(duì)水、電、暖、燃?xì)夤芫€造成影響.

本文綜合考慮上述問題,設(shè)計(jì)了一種便于施工的軌道式智能行人過街系統(tǒng).該設(shè)施采用軌道平臺(tái)車承載行人過街,有效縮短機(jī)動(dòng)車等待行人過街時(shí)間,發(fā)揮軌道載具安全穩(wěn)定、高效廉價(jià)的優(yōu)勢(shì);采用鏈條傳輸動(dòng)力,使對(duì)向運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)以類似纜車的模式協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng);平臺(tái)與人行道契合,避免影響行車道和原人行道的正常使用;平臺(tái)周圍安置距離傳感器,設(shè)置急停機(jī)制,保障平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)安全;智能化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)行人數(shù)量及等待時(shí)間信息,智能協(xié)調(diào)交通信號(hào),減少行人過街等待時(shí)間,提高行人過街舒適度.

2 軌道式智能行人過街系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

軌道式智能行人過街系統(tǒng)示意圖如圖1所示.每組過街設(shè)施由2個(gè)帶有壓力傳感器的過街平臺(tái)、梭形往復(fù)導(dǎo)軌、2組電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)軌內(nèi)傳動(dòng)鏈條、控制器及其他電氣設(shè)備組成.

過街系統(tǒng)下置電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌內(nèi)傳動(dòng)鏈條,鏈條帶動(dòng)2個(gè)過街平臺(tái)沿梭形往復(fù)導(dǎo)軌對(duì)向運(yùn)動(dòng),通過走行輪傳動(dòng)帶動(dòng)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)固定角度,嵌入對(duì)側(cè)街角缺口,完成一次過街行為,其細(xì)部設(shè)計(jì)如下:

2.1 走行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

過街平臺(tái)走行面為嵌入導(dǎo)軌的公路表面,為便于行人上下,平臺(tái)高度需與人行道持平,設(shè)計(jì)采用輪徑較小的走行輪;而小輪徑走行輪的通過性差,在承受大荷載的情況下行進(jìn)阻力、振動(dòng)及磨損均較高:因此,平臺(tái)采用軌道式走行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),將大部分荷載集中于輪軌接觸面.

如圖2所示,軌道式走行機(jī)構(gòu)置于平臺(tái)中央,下方連接著與傳動(dòng)鏈條嚙合的牽引梭,采用單列雙輪設(shè)計(jì),輪徑約為300 mm,踏面分布于輪緣兩側(cè),輪緣陷入軌道槽中.軌道式走行機(jī)構(gòu)可承載平臺(tái)主要重量,當(dāng)發(fā)生偏載時(shí)由平臺(tái)三個(gè)角點(diǎn)上的φ80 mm加寬萬(wàn)向膠輪承擔(dān)額外荷載,以維持穩(wěn)定.

2.2 承載平臺(tái)設(shè)計(jì)

如圖3所示,平臺(tái)承載面是類似勒洛三角形的對(duì)稱結(jié)構(gòu),其中兩邊與人行道街角弧度一致,第三邊是以人行道路緣石延長(zhǎng)線交點(diǎn)為圓心的弧.這種形狀的設(shè)計(jì)使平臺(tái)在過街過程中以較小角度的旋轉(zhuǎn)即可嵌入對(duì)側(cè)路口的缺口中,且不論平臺(tái)嵌入哪側(cè)路口,都能構(gòu)成完整的弧線街角形狀,不影響轉(zhuǎn)彎車輛通行.同時(shí),這種形狀最大限度地保留了人行道的通行寬度,在街角有建筑物且人行橫道寬度為4 m時(shí),最窄處可保留約1.5 m的通行空間.

為容納軌道式走行機(jī)構(gòu),平臺(tái)中部設(shè)計(jì)為成φ800 mm、高度430 mm的圓柱形凸起,這一設(shè)計(jì)與普通座椅的高、深相似,便于行人圍坐其上等候過街,凸起中心置φ100 mm立柱,頂部支遮陽(yáng)傘并配備扶手、拉環(huán);平臺(tái)臨街的兩側(cè)設(shè)護(hù)欄,后部中央設(shè)護(hù)欄,并留有出入口.

2.3 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)力系統(tǒng)包括牽引動(dòng)力系統(tǒng)和自旋傳動(dòng)系統(tǒng).

牽引動(dòng)力源為2臺(tái)預(yù)埋于街角承載平臺(tái)下方的電機(jī),通過鏈條嚙合齒輪傳動(dòng),鏈條嵌入軌道槽內(nèi)的一側(cè),以防雨水侵蝕.鏈條與平臺(tái)軌道式走行輪下方的牽引梭嚙合,帶動(dòng)平臺(tái)移動(dòng),如圖4所示.

平臺(tái)自旋是為將平臺(tái)嵌入人行道街角缺口處所進(jìn)行的角度調(diào)整過程.平臺(tái)從一側(cè)向另一側(cè)街角移動(dòng)的同時(shí),需調(diào)整一個(gè)正角度值,反之需調(diào)整一個(gè)負(fù)角度值,平臺(tái)過街過程中旋轉(zhuǎn)的絕對(duì)角度為45°,但相對(duì)于運(yùn)行在梭形往復(fù)導(dǎo)軌上的走行輪來(lái)說(shuō),平臺(tái)旋轉(zhuǎn)的角度并不相同,靠近路口的平臺(tái)相對(duì)轉(zhuǎn)角為45°+梭形導(dǎo)軌圓心角,遠(yuǎn)離路口的平臺(tái)相對(duì)轉(zhuǎn)角為45°-梭形導(dǎo)軌圓心角,因此需要分別設(shè)置自旋傳動(dòng)比.自旋動(dòng)力依靠軌道向走行系統(tǒng)施加的反作用力產(chǎn)生,軌道輪通過齒輪、90°換向齒輪、傳動(dòng)比調(diào)整齒輪將縱向扭矩轉(zhuǎn)為水平扭矩,帶動(dòng)平臺(tái)自旋.在自旋過程中,平臺(tái)會(huì)由于軌道輪磨損、打滑產(chǎn)生角度誤差,但這種誤差在嵌入街角行為中得到校準(zhǔn),并不會(huì)積累,因此不會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行,如圖5所示.

3 軌道式智能行人過街系統(tǒng)運(yùn)行方式

系統(tǒng)的運(yùn)行方式包括觸發(fā)運(yùn)行和信號(hào)協(xié)同兩種.

觸發(fā)運(yùn)行有三種情況:一是時(shí)間觸發(fā),即當(dāng)平臺(tái)重力傳感器檢測(cè)到有行人進(jìn)入承載平臺(tái)時(shí)開始計(jì)時(shí),計(jì)時(shí)達(dá)到行人極限等待時(shí)間后被動(dòng)觸發(fā)過街行為;二是過街人數(shù)觸發(fā),即在未達(dá)到等待時(shí)間但重力傳感器檢測(cè)到滿載重量(約15人)時(shí),主動(dòng)觸發(fā)過街行為;三是根據(jù)固定信號(hào)配時(shí)進(jìn)行的計(jì)劃觸發(fā).

信號(hào)協(xié)同是指過街平臺(tái)與機(jī)動(dòng)車道信號(hào)燈的信號(hào)協(xié)同,此協(xié)同行為需要單獨(dú)設(shè)左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)信號(hào)燈.當(dāng)某車道平臺(tái)行人過街時(shí),需切斷該車道的出入車流,因此信號(hào)配時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行綜合設(shè)計(jì);也可在信號(hào)切換過程中設(shè)置延遲,利用延遲時(shí)間同時(shí)運(yùn)行各車道過街平臺(tái),這樣雖然增加了車輛額外的等待時(shí)間,但避免了為行人步行過街設(shè)置較長(zhǎng)的紅燈配時(shí).根據(jù)計(jì)算,在雙向八車道寬30 m、人行道4～5 m的情況下,過街平臺(tái)單次最大可輸送約2×15人至2×22人,單次輸送時(shí)間約為7 s.這與正常成年行人平均步行過街速度20 s相比,時(shí)間縮短了一半以上,如果考慮到老人、兒童、殘疾人等步行速度較慢的群體,節(jié)約的過街時(shí)間將更為可觀,車輛受行人過街時(shí)間的影響將極大縮短.同時(shí),封閉式的過街平臺(tái)消除了行人違規(guī)過街對(duì)行進(jìn)車輛造成的影響,總體上提高了交通效率.

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出的軌道式智能行人過街系統(tǒng)主要應(yīng)用于人流、車流沖突嚴(yán)重的大型路口.該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用全封閉欄桿集中運(yùn)輸,杜絕行人違章過街行為;同時(shí),過街平臺(tái)與人行道路面持平,保障了行人舒適度,提高了行動(dòng)不便人士過街的安全性;通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化避免了車道停止線后移,減少了對(duì)車流通過效率的影響;過街平臺(tái)設(shè)計(jì)位置比傳統(tǒng)斑馬線更靠近路口中心,縮短了行人過街的步行距離;在配時(shí)設(shè)計(jì)方面,雖然過街平臺(tái)對(duì)路口交通產(chǎn)生了一定影響,但極大縮短了行人過街導(dǎo)致的車輛等待時(shí)間,避免了零散過街行人對(duì)交通產(chǎn)生的持續(xù)干擾,改善了城市交通擁堵的狀況,提高了交通效率.同時(shí),本文所設(shè)計(jì)的軌道式智能行人過街系統(tǒng)也為過街設(shè)施的優(yōu)化和創(chuàng)新提供了新的思路.