Autoturn在工程中的應用

鄭利 白子建 趙巍

摘 要:本文介紹了Autoturn軟件的使用特色和范圍以及簡單易懂的用戶界面,詳細介紹了其在工程設計中的實際應用,以期對其它工程起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞:Autoturn獵尋交通模擬

中圖分類號:U491 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0064-01

市政基礎設施建設是國民經濟和社會發展的基礎,鑒于其公共性和公益性,往往由政府財政和銀行貸款等方式進行籌資融資,投資數額巨大。因此,在設計階段對市政基礎設施工程項目進行不斷校正、優化設計,對降低工程造價、提高工程質量,具有重要意義。美國Transoft公司的Autoturn(機動車轉彎設計軟件)正是進行優化設計的一個有效工具。Autoturn是一個綜合的、實際的、用戶界面友好的基于CAD的設計軟件。對于各種的公路、城市道路以及地下停車場等設計項目,道路設計師、建筑師可以使用該軟件來估算、模擬或復核車輛在交叉口、環形路、以及各種停車設施等的車輛機動行為。

1Autoturn的使用特色及范圍

Autoturn代表最近的車輛路徑分析的流行技術,替代了陳舊乏味的手動轉彎模型SmartPath工具。Autoturn提出了“獵尋”的概念。其思路就是:讓軟件替設計師找到解決方案。設計師提供基本參數,Autoturn為設計師作出結果。“獵尋”在Autoturn的三個最強大的新功能中都有運用,主要如下。

(1)能夠自動產生轉彎的機動行為。

使用Select Sweep Angle功能來完成獵尋期望轉彎角度。

(2)緊急反轉的拐角模擬。

對于緊急反轉、過度轉向的拐角路徑,使用最新的SmartPath Tool,“獵尋”期望轉彎角度,Autoturn可以自動的產生一個過度轉彎模擬。

(3)能夠模擬車輛偏離道路邊緣。

Autoturn有一新的功能——Place Offset Simulation工具。軟件會自動“獵尋”,畫出最優路徑,并且與所選的道路要素之間保持固定的凈空。

不僅如此,Autoturn還擁有一類更加完善的功能,例如:車輛的前后轉向節臂。

2Autoturn的用戶界面

Autoturn是一個簡單易懂、便于操作的交通模擬軟件。軟件主要分為五大部分。

(1)軟件設置:主要包括一般設置、顯示設定、車輛默認值及快捷設置等。

(2)車輛類型庫:這是整個軟件數據庫的基礎,每種車型對應一套基礎數據,并可對此數據進行編輯修改,也可以自定義新的車輛類型及尺寸增加到數據庫里。

(3)模擬轉彎設計:軟件的核心部分,提供四種互動的駕駛模式,在結合計算車速、超高、側向摩擦力和轉彎半徑的工程算法的同時,能使設計師很快地容易地模擬車輛的前進和倒車等轉彎機動行為。

(4)成果及案例輸出:可輸出可視化、邊界化的平面軌跡,同時可以將模擬路徑的任意點位的適時成果動態輸出。

(5)幫助。

3在實際工程中的應用

3.1 在圓曲線加寬中的應用

公路及城市道路設計規范規定:圓曲線半徑小于或等于250m時,應對圓曲線內側的路面進行加寬[1]。采用Autoturn以天津薊汕聯絡線-津濱高速公路立交環形匝道為例進行模擬[2]。通過調查預測分析該立交貨車交通比例較大,其中貨車的主要尺寸長寬高為12×2.5×4m(前懸1.5m,軸距6.5m,后懸4m),根據相關資料確定其圓曲線半徑為65m,加寬值為1.5m,即路面總寬由7m加寬至8.5m,總寬由8.5m加寬至10m。采用車輛實際尺寸,設計車速為40km/h進行模擬,可加寬值是滿足實際使用要求的,節省了大量的人力和資源成本。

3.2 在交叉口設計中的應用

城市道路交叉口路緣石轉彎曲線半徑研究對象以小型車輛為主,并未考慮轉彎輪差和視覺盲區的影響。但是,對于大型車輛交通量比例較高的道路交叉口來說,由于大型車輛駕駛員目高為2.2m,右轉時速20km/h的大型車輛內輪差為1.67m～2.69m,對于內輪差區域內的行人和非機動車極易發生交通事故[3]。利用Autoturn可完美的解決大型車輛轉彎帶來的內外輪差問題。圖3-4為某港口道路交叉口的設計方案。原設計緣石轉彎半徑為30m,經模擬發現行駛軌跡邊界與轉彎緣石有沖突,采用擬合計算法得出優化后的緣石轉彎半徑為34.5m。

3.3 在中央分隔帶掉頭的應用

某城市主干道,設計速度50km/h,雙向六車道,每條車道3.5m,中央分隔帶寬9m,用于掉頭的中央分隔帶斷口寬12m,交通組成以小客車為主。采用Autoturn軟件對雙向車輛掉頭進行模擬,在掉頭處的小客車車輛速度采用5km/h。如車輛的掉頭行駛軌跡邊界都嚴格的控制在內側車道內。另外可以看出此處中央分隔帶斷口寬12m存在優化的余地,經驗證做到8m仍可以滿足要求。

4Autoturn的優缺點分析

優點:車輛類型數據庫覆蓋范圍廣,能夠滿足大部分地區的使用需求,并且能夠將自定義車輛加入到數據庫中。獵尋轉彎半徑方法多,共有四種模擬轉彎形式,可以模擬所有的轉彎機動行為,尤其適用于道路狹窄、彎道較多的情況。輸出成果直觀易懂,可以輸出類似道路直曲轉角表形式的圖樣體現全過程的行駛轉彎機動行為。實際運行效果好,其核心數據與車輛的實際參數基本一致。

缺點:沒有考慮縱坡、車輛跟馳及駕駛員心理等因素,車輛轉彎的加減速過程以及車速的隨機性沒有體現,整個過程以勻速控制,不適合交通量較大的路段。

5結語

Autoturn軟件目前已更新到8.0版本,在功能上、操作上已趨于完善,但在國內的工程應用中實例較少,究其原因是對土建工程設計之前交通預測、分析、模擬及評價的漠視。我們在要想富,先修路的傳統觀念上更要加上交通先行的設計理念,從工程源頭杜絕一切有害因素,降低人力和資源成本,打造精品工程。Autoturn交通模擬軟件在筆者單位得到成功應用,希望對國內其它單位和工程項目起到拋磚引玉的作用。

參考文獻

[1] 城市道路設計規范.CJJ37-90.

[2] 津濱高速公路空港經濟區聯絡線施工圖.天津市市政工程設計研究院.

[3] 白子建,段緒斌.交叉口右轉大型車輛交通事故特性分析及管理措施研究[J].中國公路,2012.