基于智能交通潮汐車道中可移動隔離帶的設計與實現

張若雯 冀強 崔媛媛 石佳

摘要：我國現有的交通擁堵問題嚴重，緩解交通擁堵的形勢非常嚴峻。由此，針對交通流的“潮汐現象”而設計建造的潮汐車道在世界范圍內逐漸被推廣。潮汐車道最大的缺點在于自身的不可變性。該項目所研究的基于智能交通潮汐車道中可移動隔離帶的設計與實現，是針對潮汐車道交通現狀，設計出了潮汐車道的可移動隔離帶，用手持遙控器來實現控制可移動式隔離護欄，隨時調整車道行駛方向，從而緩解早晚高峰進、出城車道車流量嚴重失衡的情況。該項目的可移動隔離護欄的作用與“拉鏈車”的作用相同，但其價格相比現有的“拉鏈車”要更加低廉，同時也省去了“拉鏈車”所需的人工費用，減少后期的維護費用，增加了社會的經濟效益。在研究過程采取了文獻研究法、訪談法，以求達到調研目的。實驗證明，可移動隔離護欄可實現低成本、低消耗、高利用率，有望在實際應用中緩解交通擁堵狀況。

關鍵詞：綠色交通；可移動隔離護欄；低能耗

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）28-0286-03

Design and Implementation of Movable Separation Zone in Tidal Driveway based on Intelligent Traffic

ZHANG Ruo-wen， JI Qiang， CUI Yuan-yuan， SHI Jia

（School of Economics and Management， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot 010051，China）

Abstract： The current problem of traffic congestion in China is serious， and the form of relieving traffic congestion is very severe. As a result， tidal lanes designed and built for the "tidal phenomenon" of traffic flow are gradually being promoted worldwide. The biggest drawback of the tidal lane is its immutability. The design and implementation of the movable barrier based on intelligent traffic tidal lanes studied in this project is to design a movable barrier for tidal lanes based on the traffic conditions of tidal lanes， and to control movable barriers through handheld remote control. Adjust the driving direction of the lane at any time， so as to greatly ease the situation in which the traffic flow between the peak and the exit of the city in the morning and evening is seriously imbalanced. The function of the movable barrier in this project is the same as that of the “zipper car”， but its price is lower than the existing “zipper car”， and it also eliminates the labor cost required for the “zipper car”. Reduce the maintenance costs of the later period and increase the economic benefits of society. In the research process， the literature research method and interview method were adopted to achieve the purpose of research. Experiments have proved that the movable barrier can achieve low cost， low consumption， and high utilization， and it is expected to ease traffic congestion in practical applications.

Key words： green traffic； removable barrier； low energy consumption

1 引言

潮汐車道是指根據早晚交通流量不同情況，通過車道燈的指示方向變化來控制主干道車道行駛方向、調整車道數、提高車道使用效率的。在城市快速公路上，根據早晚交通流量不同情況，對有條件的道路，試點開辟某一車道不同時段內的行駛方向的變化。潮汐車道最大的缺點在于自身的不可移動性，而潮汐車道中可移動隔離帶的設計和實現正是基于這一點提出的，它可用于解決公路網基礎設施滯后的科學規劃和設置，根據早晚交通流量不同情況，對有條件的道路，將隔離帶變為通過遙控器控制的可移動隔離帶，通過變換車道的方式組織交通，從而提高城市綜合承載和公共服務能力。

2 國內現狀及存在問題

自從國內引進第一條潮汐車道后，交通擁堵的情況大為改善，但是由于潮汐車道自身的不可移動性，無法滿足不同時間段的需求。而可移動潮汐車道能在交通高峰時期疏通道路，這在一定程度上降低了潮汐車道給城市道路帶來的不便。對于可變式潮汐車道，我國真正實行的是深圳引用的全自動機械“吞吐”道路隔離帶的潮汐車道“拉鏈車”，參照的是美國金門大橋的設置經驗。拉鏈車造價168萬，需要維修工、護理工若干人，結算下來是一筆不菲的投資。

3 國外研究現狀

澳大利亞悉尼的海港大橋、加拿大溫哥華獅門大橋、克羅地亞102國道、英國A61皇后大道及美國其他多個城市都采用了可變車道來緩解城市交通擁堵的狀況，在不同時間段設有不同的可逆，所起到的作用與潮汐車道相同。因而，可變車道也可稱為“潮汐車道”。

4 項目研究內容

本項目針對潮汐車道交通現狀，設計出了潮汐車道的可移動隔離帶，通過手持遙控器來控制可移動式隔離護欄，適時調整車道行駛方向，從而緩解早晚高峰進、出城車道車流量嚴重失衡的情況，加快了城市交通運行的效率。項目小組制作了小型潮汐車道中可移動隔離護欄，并安裝風力發電裝置以減少資源消耗，產生一定的社會效益和經濟效益。可移動隔離護欄通過采用無線電遙控器遠距離控制，內部改裝護欄，同時采用內部風力供電系統，在護欄頂部及側面安裝風力發電裝置來實現潮汐車道的可移動化，以符合“智能交通”的要求，資源利用率達到最大化，在可以改善交通擁堵現狀的情況下保護生態環境。

基于智能交通潮汐車道中可移動隔離帶可在一定程度上可改善道路擁堵狀況，并節約時間成本和經濟成本，一旦投入使用，將會在很大程度上惠民便民。

4.1 設計方案

4.1.1 立柱的改造

以普通的道路隔離護欄作為實驗材料，針對護欄整體效果進行分析，它分為立柱和護欄兩部分，我們要做的就是對立柱部分進行改裝，將控制電路及風力發電裝置，安裝在立柱內部，使其能夠成為被遙控的可移動式隔離帶。將立柱部分拆分開來，使用打孔工具在立柱側面進行打孔，方便下一步加入控制電路及安裝風力發電裝置，將風扇安裝在立柱打孔的位置上，將控制電路隱藏在立柱內部。

4.1.2 護欄立柱頂部改造

對于立柱頂部，項目組成員將其內部進行從上至下改裝，其中頂部作為無線電接收器，無線電接收器將使可移動隔離護欄更便于使用者管理，充分運用其可移動式，實現可移動隔離護欄的最大價值。為了便于頂部改造，在進行頂部改造之前需對整體立柱進行規劃，明確側面需安裝風力發電裝置，將裝置的線路及零件安裝在立柱內部，在節約了空間的前提下保證護欄美觀，在使用中也不會有礙市容市貌。

4.1.3 護欄底盤改造

為實現護欄的可移動性，需對護欄底盤進行改造，去除普通護欄中的橡膠底座，項目組將履帶小車底盤與立柱底端直接進行連接，讓小車帶動隔離護欄運動，從而實現了道路隔離護欄的可移動性。并且實行二驅驅動模式，使隔離帶只能在潮汐車道開始使用時左右移動不能前后行進。

選用履帶式小車的原因是相對于其他移動裝置來講，其運動速度及行走能力強，可適應室外的各種自然環境條件，在惡劣天氣下依舊不影響可移動式隔離帶的使用，其結構特點足以帶動隔離帶運動。同時，履帶式小車與頂端的無線電裝置連接后，在移動過程中既能實現高速運動，又能保證慢速準確定位。

4.1.4 護欄立柱頂端改造電路及安裝風力發電裝置

在實驗中，為立柱頂部安裝無線電遙控裝置。無線電裝置可以實現對護欄的隨時遙控，根據交通流量不同情況，開辟某一車道不同時段內的行駛方向的變化，通過變換車道的方式組織交通，控制車流方向。為了實現可移動隔離帶低消耗的特點，項目組在立柱中加入了風力發電裝置。安裝在立柱側面的四葉漿可以是將風能轉換為機械功，帶動隔離護欄移動，在應用過程中可減少一部分電能消耗，使隔離帶運動更加綠色、環保。

5 工作原理及性能分析

5.1 核心內容

現有的可移動式潮汐車道的建設需要大量的資金和高科技的引進，而本項目基于智能交通下的可移動式潮汐道路是將固定護欄變為可移動式護欄。可低成本地實現基于智能交通中的可移動式潮汐車道，達到改善交通擁堵現狀的目標。采用無線電遙控器遠距離控制、改裝護欄、安裝風力發電裝置等措施，來實現潮汐車道低消耗的可移動化。將原有的固定護欄變為可移動式可以實現多次利用，根據交通流量及不同的時間段來合理設置可移動式隔離護欄的位置，有效解決單方向交通擁堵的問題。利用風力發電裝置，減少耗能，實現可移動性，減少人工費用，極大地提高隔離護欄的使用價值。

5.2 最終成果

通過各項試驗及項目制作，最終實現潮汐車道中的可移動隔離護欄。

潮汐車道中的可移動隔離護欄在現實生活中具有較高的可行性。例如當早高峰期來臨時，進城車流量激增，交警只需手持遙控器控制道路隔離護欄的走向，給進城車輛增加一至兩個車道，而出城車輛較少，在有限的車道里出城車輛速度較快，此時行駛車輛產生擾動風速恰好帶動隔離護欄上的風力發電機，為智能道路隔離護欄節約了大量的電力資源，晚高峰時，出城車流量激增，交警只需使用遙控器給出城車輛增加一至兩個車道，而進城車輛產生擾動風速帶動風力發電機。當高峰期過后，潮汐車道內的車輛速度較快，車輛擾動風力帶動風力發電機，儲備了大量的電力資源。由此可見，潮汐車道中的可移動隔離護欄完全可以實現低成本、低消耗、高利用率，可以有效地減緩交通擁堵狀況，減少市民對交通擁堵的煩惱。

經過歷時幾個月的實驗制作，小型隔離護欄可在小范圍內正常運作。

6 創新點及應用

6.1 實現可移動性

國內已有可伸縮性的潮汐車道，可伸縮實現了前后移動，而本項目所研究的潮汐車道中的可移動隔離帶，實現的是左右移動，所以，它將因為具有橫向可移動性而更加快捷方便，便于實現。

6.2 增加社會效益

交警可根據現場交通情況，通過手持遙控器，控制可移動式隔離護欄，隨時調整車道行駛方向，此外，控制中心還可以通過儀器監控路口路況，適時使用遠程控制手段對可移動式隔離護欄進行控制。可以大大緩解早晚高峰進、出城車道車流量嚴重失衡的情況，加快了城市交通運行的效率，可以有效節省市民出行的時間。

6.3 提高經濟效益

美國金門大橋“自動化潮汐車道”造價高達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”作業速度為5-10公里/小時，其造價168萬，各項維護費用也需要大筆資金。

6.4 利用風扇減少電能消耗

汽車在無風的條件下以80邁的速度行駛，其外部的風速達到每秒約22米，理想條件下，汽車在城市道路行駛限速每小時40公里，外部風速即達到每秒10米，經過實地操作，在12：00-13：00時，道路擁堵實時風速為5.5m/s，在16：40-17：40時，道路較為暢通，實時風速達到8.0m/s。

經過實地操作，六片扇葉全部正常工作。潮汐車道中的可移動隔離護欄在現實生活中具有較高的可行性。交警可根據車流量手持遙控器控制道路隔離護欄的走向，行駛車輛產生擾動風速恰好帶動隔離護欄上的風力發電機，為智能道路隔離護欄節約了大量電力資源。

6.5 移動軌跡的設計與實現

可以在驅動裝置中設置有導軌，導軌的下表面設置卡槽，隔離墩的上端兩側均設置有凹槽，凹槽的設置使隔離墩的上端形成一T型凸起；T型凸起的尺寸與卡槽的尺寸相適配。利用GPS導航技術來完美地實現移動路線的精準運行。

通過可移動隔離帶的電子、機械化智能移動，使得隔離帶能夠調節潮汐車道的行駛方向，分離不同方向的車流，減少不必要的勞動力。潮汐車道和其他車道間通過隔離帶區分，讓司機更明了地知道潮汐車道的行駛方向，避免逆行等危險事故發生，在提高道路行車安全的同時緩解了交通壓力。

建成一個完整的可移動式潮汐車道需要大量的資金。建成后的維護費用也將是一大筆資金，相比之下，本項目所研究的基于智能交通下潮汐車道中可移動隔離護欄將減少不少成本，更具可實現性，便于落地實施。

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