横向加速度变化率在公路设计中控制和评价

横向加速度变化率是公路平、纵、横三方面综合作用结果，它的存在会导致行旅不舒适。提出了横向加速度变化率在传统设计中的控制和评价方程，使其在公路设计中具有了现实上的意义，对公路路线各几何元素起到了控制、评价作用。     

匝道车道数变化过渡段设计指标

为了研究匝道车道数变化过渡段长度和渐变率,参照前人研究成果分析匝道车道数变化过渡段的行车特性,提出利用换道模型研究这2个设计指标的方法。首先建立满足过渡段车辆行驶特征的等速偏移余弦曲线换道模型,并应用德国UMRR交通管理传感器的实测数据证明该换道模型的合理性;然后对该模型中最大横向加速度和最大横向加速度变化率2个关键参数进行深入研究;最后依据该模型,提出基于设计速度的匝道车道数变化过渡段长度和渐变率2个设计指标的推荐值,采用CarSim和TruckSim汽车动力学仿真软件分别建立了小汽车和大货车的仿真模型,利用该模型对提出的推荐值和《公路立体交叉设计细则》(JTG/T D21—2014)(下文简称规范)推荐值进行了对比验证。研究结果表明:基于等速偏移余弦曲线换道模型提出的匝道车道数变化过渡段设计指标,能保证车辆在过渡段沿特定最优轨迹安全、舒适行驶;规范推荐值仅能满足设计速度40km/h车辆的换道行为,此时的货车最大横向力系数为0.142;当设计速度在40km/h以下,横向力系数又远低于允许值,过度段长度浪费;当设计速度大于40km/h时,车辆的横向力系数已经超限,速度达到80km/h时,横向力系数超限达到315%,车辆在这种状态下行驶不安全。鉴于此,可以推测规范推荐值仅能满足设计速度40km/h的车辆行驶,高于和低于此速度时,匝道车道数变化过渡段的指标存在不合理性。     

多路互通式立体交叉的形式

根据多路互通式立交形式多样，复杂的特点，结合立交选型的要求和收费立交收费站的布置方法，着重对多路互通式立交的形式进行研究。提出对于多路不收费立交的形式采用三，四路不收费立交常见形式进行有机组合，多路收费立交的形式以四路收费立交的各种形式为基础，将各路的转弯车辆通过合适的匝道调整至连接线来实现收费的方法。     

公路三维建模应用研究

分析了可用于公路三维建模的3种方法线框模型、表面模型和实体模型的原理和特点,并结合公路三维建模数据量大,形体不规则的特点,提出用表面模型来完成公路三维建模;同时,也提出了道路模型与地面模型叠加消隐的新方法,以消除路基边坡范围内的地面,使道路能完整地体现出来。     

基于部件的涵洞CAD系统

根据涵洞CAD系统的总体设计的功能要求,结合涵洞的结构特点、涵洞设计要求及面向对象的编程方法,提出基于部件的涵洞CAD系统开发方法和涵洞CAD系统的部件划分方法,并开发了基于部件的涵洞CAD系统。在生产实际中的应用表明,该系统具有较强的适应性、可扩展性以及易维护的特点。     

山区高速公路螺旋展线隧道内平曲线最小半径

通过对汽车前灯散射角、隧道标准断面以及驾驶人在隧道中驾驶规律的研究,并考虑汽车左转与右转行驶的不同特点,计算出了不同设计速度下满足山区高速公路隧道内螺旋展线停车视距的圆曲线最小半径。结果表明:《公路路线设计规范》规定的圆曲线最小半径不能满足高速公路曲线隧道内停车视距的要求;计算给出的最小半径不仅可以满足高速公路曲线隧道内停车视距的要求,而且可以保证隧道不加宽和超高不过大的要求,保持隧道内轮廓的统一,减少了设计和施工难度。     

基于微观换道的高速公路双车道出口辅助车道长度研究

为研究辅助车道长度确定的基本原理和合理长度,采用无人机航拍视频及YOLOv3目标检测算法提取双车道出口辅助车道路段车辆的原始轨迹数据,通过卡尔曼滤波和Frenet坐标系转换,得到了车辆微观换道特性和速度分布特征。以修正双曲正切函数换道模型拟合换道轨迹,左、右换道拟合优度分别为97.48 %、97.62 %。根据路段车辆运行和微观换道特性,建立了双车道出口辅助车道长度计算模型,将辅助车道划分为右换道段、反应段、等待段和左换道段4个组成部分。研究表明：出口辅助车道长度中最主要的影响因素是换道长度,其与行驶速度正相关,和《路线规范》相比,明确了辅助车道最小长度的计算原理,界定了辅助车道的范围,为设计中灵活运用提供了参考。     

八车道高速公路互通式立交最小净距计算模型

为解决目前路线设计规范中互通式立交最小净距规定值不适应八车道高速公路的问题,避免因互通式立交间距设置过近造成的交通紊乱和交通安全问题,通过分析八车道高速公路小间距互通式立交间车辆的运行特征和变道行为,构建了八车道高速公路互通式立交最小净距计算模型;运用概率论、微积分、可接受间隙理论及运动学相结合的方法,从等待和追赶可插入间隙角度分析了车辆从外侧车道换道至内侧车道、从内侧车道换道至外侧车道所需的长度,并结合现场调查数据对模型的关键参数进行了界定。结果表明：八车道高速公路互通式立交最小净距值宜为2.2km。     

公路三维视距的检验方法

为了精确计算公路在三维空间中的实际视距,在公路行车视距的基础上,结合道路平、纵、横的道路线形,提出了三维计算模型和三维视距计算模型;通过检验三维视线上任意一点与其对应道路上点的高程关系,判断路面或路侧是否对视线造成遮挡,最后提出了三维视距检验的流程.研究结果表明:该模型和算法简洁直观,易于实现;在设计中,能及时表现行车视距的不利因素,为改进线形设计提供帮助;为自动检验三维视距提供了实现手段,同时也为利用三维视距进行安全性评价提供了技术支撑.     

公路线形设计中的可能速度预测模型

根据可能速度的定义,在初定路线平、纵面各项技术指标的基础上,通过研究汽车动力性能建立了可能速度预测模型,用于检验、评价和控制技术指标和线形设计,达到线形协调和运行安全的目的.通过分别建立横向、轴向和竖向的加速度模型,以及相应的加速度指标模型,最后在3种模型的基础上分别计算得到横向、轴向和竖向允许速度,在3种速度中取最小值作为预测的可能速度.这为计算可能速度提供了实现手段,也为利用可能速度进行线形一致性评价提供了理论支撑.