基于智能交通潮汐车道中可移动隔离带的设计与实现

张若雯 冀强 崔媛媛 石佳

摘要：我国现有的交通拥堵问题严重，缓解交通拥堵的形势非常严峻。由此，针对交通流的“潮汐现象”而设计建造的潮汐车道在世界范围内逐渐被推广。潮汐车道最大的缺点在于自身的不可变性。该项目所研究的基于智能交通潮汐车道中可移动隔离带的设计与实现，是针对潮汐车道交通现状，设计出了潮汐车道的可移动隔离带，用手持遥控器来实现控制可移动式隔离护栏，随时调整车道行驶方向，从而缓解早晚高峰进、出城车道车流量严重失衡的情况。该项目的可移动隔离护栏的作用与“拉链车”的作用相同，但其价格相比现有的“拉链车”要更加低廉，同时也省去了“拉链车”所需的人工费用，减少后期的维护费用，增加了社会的经济效益。在研究过程采取了文献研究法、访谈法，以求达到调研目的。实验证明，可移动隔离护栏可实现低成本、低消耗、高利用率，有望在实际应用中缓解交通拥堵状况。

关键词：绿色交通；可移动隔离护栏；低能耗

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

潮汐車道是指根据早晚交通流量不同情况，通过车道灯的指示方向变化来控制主干道车道行驶方向、调整车道数、提高车道使用效率的。在城市快速公路上，根据早晚交通流量不同情况，对有条件的道路，试点开辟某一车道不同时段内的行驶方向的变化。潮汐车道最大的缺点在于自身的不可移动性，而潮汐车道中可移动隔离带的设计和实现正是基于这一点提出的，它可用于解决公路网基础设施滞后的科学规划和设置，根据早晚交通流量不同情况，对有条件的道路，将隔离带变为通过遥控器控制的可移动隔离带，通过变换车道的方式组织交通，从而提高城市综合承载和公共服务能力。

2 国内现状及存在问题

自从国内引进第一条潮汐车道后，交通拥堵的情况大为改善，但是由于潮汐车道自身的不可移动性，无法满足不同时间段的需求。而可移动潮汐车道能在交通高峰时期疏通道路，这在一定程度上降低了潮汐车道给城市道路带来的不便。对于可变式潮汐车道，我国真正实行的是深圳引用的全自动机械“吞吐”道路隔离带的潮汐车道“拉链车”，参照的是美国金门大桥的设置经验。拉链车造价168万，需要维修工、护理工若干人，结算下来是一笔不菲的投资。

3 国外研究现状

澳大利亚悉尼的海港大桥、加拿大温哥华狮门大桥、克罗地亚102国道、英国A61皇后大道及美国其他多个城市都采用了可变车道来缓解城市交通拥堵的状况，在不同时间段设有不同的可逆，所起到的作用与潮汐车道相同。因而，可变车道也可称为“潮汐车道”。

4 项目研究内容

本项目针对潮汐车道交通现状，设计出了潮汐车道的可移动隔离带，通过手持遥控器来控制可移动式隔离护栏，适时调整车道行驶方向，从而缓解早晚高峰进、出城车道车流量严重失衡的情况，加快了城市交通运行的效率。项目小组制作了小型潮汐车道中可移动隔离护栏，并安装风力发电装置以减少资源消耗，产生一定的社会效益和经济效益。可移动隔离护栏通过采用无线电遥控器远距离控制，内部改装护栏，同时采用内部风力供电系统，在护栏顶部及侧面安装风力发电装置来实现潮汐车道的可移动化，以符合“智能交通”的要求，资源利用率达到最大化，在可以改善交通拥堵现状的情况下保护生态环境。

基于智能交通潮汐车道中可移动隔离带可在一定程度上可改善道路拥堵状况，并节约时间成本和经济成本，一旦投入使用，将会在很大程度上惠民便民。

4.1 设计方案

4.1.1 立柱的改造

以普通的道路隔离护栏作为实验材料，针对护栏整体效果进行分析，它分为立柱和护栏两部分，我们要做的就是对立柱部分进行改装，将控制电路及风力发电装置，安装在立柱内部，使其能够成为被遥控的可移动式隔离带。将立柱部分拆分开来，使用打孔工具在立柱侧面进行打孔，方便下一步加入控制电路及安装风力发电装置，将风扇安装在立柱打孔的位置上，将控制电路隐藏在立柱内部。

4.1.2 护栏立柱顶部改造

对于立柱顶部，项目组成员将其内部进行从上至下改装，其中顶部作为无线电接收器，无线电接收器将使可移动隔离护栏更便于使用者管理，充分运用其可移动式，实现可移动隔离护栏的最大价值。为了便于顶部改造，在进行顶部改造之前需对整体立柱进行规划，明确侧面需安装风力发电装置，将装置的线路及零件安装在立柱内部，在节约了空间的前提下保证护栏美观，在使用中也不会有碍市容市貌。

4.1.3 护栏底盘改造

为实现护栏的可移动性，需对护栏底盘进行改造，去除普通护栏中的橡胶底座，项目组将履带小车底盘与立柱底端直接进行连接，让小车带动隔离护栏运动，从而实现了道路隔离护栏的可移动性。并且实行二驱驱动模式，使隔离带只能在潮汐车道开始使用时左右移动不能前后行进。

选用履带式小车的原因是相对于其他移动装置来讲，其运动速度及行走能力强，可适应室外的各种自然环境条件，在恶劣天气下依旧不影响可移动式隔离带的使用，其结构特点足以带动隔离带运动。同时，履带式小车与顶端的无线电装置连接后，在移动过程中既能实现高速运动，又能保证慢速准确定位。

4.1.4 护栏立柱顶端改造电路及安装风力发电装置

在实验中，为立柱顶部安装无线电遥控装置。无线电装置可以实现对护栏的随时遥控，根据交通流量不同情况，开辟某一车道不同时段内的行驶方向的变化，通过变换车道的方式组织交通，控制车流方向。为了实现可移动隔离带低消耗的特点，项目组在立柱中加入了风力发电装置。安装在立柱侧面的四叶浆可以是将风能转换为机械功，带动隔离护栏移动，在应用过程中可减少一部分电能消耗，使隔离带运动更加绿色、环保。

5 工作原理及性能分析

5.1 核心内容

现有的可移动式潮汐车道的建设需要大量的资金和高科技的引进，而本项目基于智能交通下的可移动式潮汐道路是将固定护欄变为可移动式护栏。可低成本地实现基于智能交通中的可移动式潮汐车道，达到改善交通拥堵现状的目标。采用无线电遥控器远距离控制、改装护栏、安装风力发电装置等措施，来实现潮汐车道低消耗的可移动化。将原有的固定护栏变为可移动式可以实现多次利用，根据交通流量及不同的时间段来合理设置可移动式隔离护栏的位置，有效解决单方向交通拥堵的问题。利用风力发电装置，减少耗能，实现可移动性，减少人工费用，极大地提高隔离护栏的使用价值。

5.2 最终成果

通过各项试验及项目制作，最终实现潮汐车道中的可移动隔离护栏。

潮汐车道中的可移动隔离护栏在现实生活中具有较高的可行性。例如当早高峰期来临时，进城车流量激增，交警只需手持遥控器控制道路隔离护栏的走向，给进城车辆增加一至两个车道，而出城车辆较少，在有限的车道里出城车辆速度较快，此时行驶车辆产生扰动风速恰好带动隔离护栏上的风力发电机，为智能道路隔离护栏节约了大量的电力资源，晚高峰时，出城车流量激增，交警只需使用遥控器给出城车辆增加一至两个车道，而进城车辆产生扰动风速带动风力发电机。当高峰期过后，潮汐车道内的车辆速度较快，车辆扰动风力带动风力发电机，储备了大量的电力资源。由此可见，潮汐车道中的可移动隔离护栏完全可以实现低成本、低消耗、高利用率，可以有效地减缓交通拥堵状况，减少市民对交通拥堵的烦恼。

经过历时几个月的实验制作，小型隔离护栏可在小范围内正常运作。

6 创新点及应用

6.1 实现可移动性

国内已有可伸缩性的潮汐车道，可伸缩实现了前后移动，而本项目所研究的潮汐车道中的可移动隔离带，实现的是左右移动，所以，它将因为具有横向可移动性而更加快捷方便，便于实现。

6.2 增加社会效益

交警可根据现场交通情况，通过手持遥控器，控制可移动式隔离护栏，随时调整车道行驶方向，此外，控制中心还可以通过仪器监控路口路况，适时使用远程控制手段对可移动式隔离护欄进行控制。可以大大缓解早晚高峰进、出城车道车流量严重失衡的情况，加快了城市交通运行的效率，可以有效节省市民出行的时间。

6.3 提高经济效益

美国金门大桥“自动化潮汐车道”造价高达300万美元，实施整个“自动化潮汐车道”共花费3千万美金。深圳潮汐车道中，“拉链车”作业速度为5-10公里/小时，其造价168万，各项维护费用也需要大笔资金。

6.4 利用风扇减少电能消耗

汽车在无风的条件下以80迈的速度行驶，其外部的风速达到每秒约22米，理想条件下，汽车在城市道路行驶限速每小时40公里，外部风速即达到每秒10米，经过实地操作，在12：00-13：00时，道路拥堵实时风速为5.5m/s，在16：40-17：40时，道路较为畅通，实时风速达到8.0m/s。

经过实地操作，六片扇叶全部正常工作。潮汐车道中的可移动隔离护栏在现实生活中具有较高的可行性。交警可根据车流量手持遥控器控制道路隔离护栏的走向，行驶车辆产生扰动风速恰好带动隔离护栏上的风力发电机，为智能道路隔离护栏节约了大量电力资源。

6.5 移动轨迹的设计与实现

可以在驱动装置中设置有导轨，导轨的下表面设置卡槽，隔离墩的上端两侧均设置有凹槽，凹槽的设置使隔离墩的上端形成一T型凸起；T型凸起的尺寸与卡槽的尺寸相适配。利用GPS导航技术来完美地实现移动路线的精准运行。

通过可移动隔离带的电子、机械化智能移动，使得隔离带能够调节潮汐车道的行驶方向，分离不同方向的车流，减少不必要的劳动力。潮汐车道和其他车道间通过隔离带区分，让司机更明了地知道潮汐车道的行驶方向，避免逆行等危险事故发生，在提高道路行车安全的同时缓解了交通压力。

建成一个完整的可移动式潮汐车道需要大量的资金。建成后的维护费用也将是一大笔资金，相比之下，本项目所研究的基于智能交通下潮汐车道中可移动隔离护栏将减少不少成本，更具可实现性，便于落地实施。

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