CN115620521A - 一种多车道高速公路的动态渠化交通调整方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多车道高速公路的动态渠化交通调整方法及系统，涉及交通工程技术领域，该方法包括：获取目标路段的道路材料参数、交通量和目标路段所在地的气候参数，建立所述目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程；根据回归方程，确定重载车道的车辙深度达到预设的车辙深度阈值时的轴载作用次数，并根据轴载作用次数预测出渠化交通的调整时机；在达到调整时机时，发出目标路段的渠化交通调整提醒，以及给出目标路段的渠化交通调整策略。这样，可以及时、高效地发现不合理的交通渠化并作出调整，从而有利于延长多车道高速公路路面的使用寿命，提高高速公路的利用率。

Description

一种多车道高速公路的动态渠化交通调整方法及系统
技术领域
本发明属于交通工程技术领域，尤其涉及一种多车道高速公路的动态渠化交通调整方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
近年来，高速公路建设标准已从传统的双向四车道或六车道开始向多车道高速公路(双向八车道及以上的高速公路)跨越。与一般高速公路相比，多车道高速公路的车道数量多，为了提高通行效率与交通安全，通常规定重载车辆(客货车)在外侧的两个车道(重载车道)通行，客车及小汽车在内侧的两个车道(轻载车道)行驶，具有显著的渠化交通特征，因而，重载车道与轻载车道的荷载水平(轴重、轴载作用次数)有明显差异。相对于轻载车道，重载车道的客货车荷载较重且车速较慢，路面车辙病害发生的时机早，程度也最为严重，造成重载车道路面寿命缩短，养护维修频繁，严重影响车辆行驶的畅通与安全；而轻载车道的路面结构与材料未能充分发挥潜能，造成资源浪费。
针对上述问题，一些学者提出了公路路面不同车道差异化设计方法及施工方案，即不同车道采用不同的路面结构及材料，这些技术给施工生产带来了诸多不便，且在不同车道路面结构衔接处易产生接缝、不均匀沉降等病害。
对于既有多车道高速公路，现有的移动标线摆移法可以适时适量地改变车道标线的施划位置，来引导通行车辆改变原有行车轨迹，使得车辆轮迹带在路面上横向重新分布，但是，在标线摆移施工时依然会造成车道拥堵，严重影响高速公路的使用效率。因此，如何及时、高效地发现不合理的交通渠化并作出调整成为目前需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种多车道高速公路的动态渠化交通调整方法及系统，通过建立目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程，预测渠化交通的调整时机，在达到调整时机时，发出渠化交通调整提醒，并给出相应的渠化交通调整策略，以及时、高效地发现不合理的交通渠化并作出调整，从而有利于延长多车道高速公路路面寿命，提高高速公路的利用率。
为了实现上述目的，本发明主要包括以下几个方面：
第一方面，本发明实施例提供一种多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，包括：
获取目标路段的道路材料参数、交通量和所述目标路段所在地的气候参数，建立所述目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程，其中，所述目标路段包括重载车道和轻载车道；
根据所述回归方程，确定重载车道的车辙深度达到预设的车辙深度阈值时的轴载作用次数，并根据所述轴载作用次数预测出渠化交通的调整时机；
在达到所述调整时机时，发出所述目标路段的渠化交通调整提醒，以及给出所述目标路段的渠化交通调整策略。
在一种可能的实施方式中，所述目标路段的渠化交通调整策略包括：设置并显示重载车道和轻载车道的车道变换路段和变换方式。
在一种可能的实施方式中，获取所述目标路段的入口、出口的位置信息，以及所述入口和出口之间的路径信息；在距离所述入口的第一预设间隔处设置并显示信息板；或者，在所述入口和出口之间的路面上布设路面标志；或者，在距离所述出口的第二预设间隔处设置并显示信息板；所述信息板用于展示车道变换路段和变换方式，所述路面标志用于展示车辆标志和车辆行驶速度。
在一种可能的实施方式中，还包括：在设定车道的路面上设置车道标线，以及在所述入口和出口之间的路侧布设警示标识牌。
在一种可能的实施方式中，还包括：在设定车道的路面上设置变道缓冲段，所述变道缓冲段的车速不超过预设的速度阈值。
在一种可能的实施方式中，所述道路材料参数包括热传导率、密度、热容量、回弹模量、泊松比。
在一种可能的实施方式中，根据交通量水平，计算路面结构层顶部在不同轴载作用次数下发生的竖向变形，建立车辙深度与轴载作用次数的回归方程，并确定所述回归方程的相关参数。
第二方面，本发明实施例提供一种多车道高速公路的动态渠化交通调整系统，包括：
参数获取模块，用于获取目标路段的道路材料参数、交通量和所述目标路段所在地的气候参数，建立所述目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程，其中，所述目标路段包括重载车道和轻载车道；
时机预测模块，用于根据所述回归方程，确定重载车道的车辙深度达到预设的车辙深度阈值时的轴载作用次数，并根据所述轴载作用次数预测出渠化交通的调整时机；
策略调整模块，在达到所述调整时机时，发出所述目标路段的渠化交通调整提醒，以及给出所述目标路段的渠化交通调整策略。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述第一方面中所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述第一方面中所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法的步骤。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
(1)本发明提供一种多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，通过建立目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程，预测渠化交通的调整时机，在达到调整时机时，发出渠化交通调整提醒，并给出相应的渠化交通调整策略，可以及时、高效地发现不合理的交通渠化并作出调整，从而有利于延长多车道高速公路路面的使用寿命，提高高速公路的利用率。
(2)通过设置重载车道和轻载车道的车道变换路段和变换方式，能够使得多车道高速公路行车荷载横向分布相对均匀，各车道病害发生与养护维修基本同步，从而延长多车道高速公路路面使用寿命，大幅度减少因一个车道维修即可能带来整体维修的资源过度浪费及阻碍交通等问题。
(3)通过在高速公路出/入口、途中等各处设置信息板和提醒标志等，可以保障各车道车辆驾乘人员行驶安全，确保动态渠化调整的顺利实施。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例一所提供的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一所提供的收费站入口处提醒标志牌的效果展示图；
图3是本发明实施例一所提供的客货车变道提醒标志牌的效果展示图；
图4是本发明实施例一所提供的高速公路驶入处渠化方式指示牌的效果展示图；
图5是本发明实施例一所提供的变道缓冲段起点提醒标志牌的效果展示图；
图6是本发明实施例一所提供的变道缓冲段终点提醒标志牌的效果展示图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，具体包括以下步骤：
S101：获取目标路段的道路材料参数、交通量和所述目标路段所在地的气候参数，建立所述目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程，其中，所述目标路段包括重载车道和轻载车道。
在具体实施中，现阶段的高速公路通常为多车道，以双向八车道高速公路为例，采用ABAQUS中的时间硬化蠕变模型计算沥青路面的车辙深度，首先横向选取最外侧重载车道建立有限元模型，宽度为3.75m，纵向深度为3m。获取该目标路段的面层、基层以及路基材料的热特性参数和弹性参数等道路材料参数，包括热传导率、密度、热容量、回弹模量以及泊松比等，具体如表1中所示：
表1道路材料参数
Figure BDA0003899796570000061
进一步的，根据交通量水平，提取路面结构层顶部在不同轴载作用次数下发生的竖向变形，建立车辙深度与轴载作用次数的回归方程，并确定所述回归方程的相关参数。
在具体实施中，通过10HZ的加载频率模拟车辆的行车速度，选用的交通量水平分别为20万次标准轴次、30万次标准轴次、40万次标准轴次、50万次标准轴次、70万次标准轴次、90万次标准轴次，加载应力均为标准轴载0.7MPa。提取出路面结构层顶部在不同轴载作用次数下发生的竖向变形即车辙深度，建立车辙深度与轴载作用次数的回归方程，并确定相关参数，如下所示：
lg y＝0.83318x0.13054；
其中，x为轴载作用次数；y为车辙深度。
S102：根据所述回归方程，确定重载车道的车辙深度达到预设的车辙深度阈值时的轴载作用次数，并根据所述轴载作用次数预测出渠化交通的调整时机。
在具体实施中，根据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210-2018)的规定，当轮迹处纵向带处车辙大于10mm时即为车辙损坏，此时对行车舒适性和安全有一定的影响，因此规定车辙深度为10mm时作为渠化交通调整的分界标准，由此可以反算出时间，该时间即为车道调整的时机。
具体地，依据上述的回归方程可以确定相应的累计轴载作用次数为4.05万次，换算为实际路面轴载作用次数为334.85万次。根据该高速路面设计确定的设计年限(15年)内一个车道上的累计当量轴次为3.5424×107次/车道，可以推算该路段大约通车5年后路面车辙深度达到临界深度10mm。因此，在第5年调整车道的渠化组织。
S103：在达到所述调整时机时，发出所述目标路段的渠化交通调整提醒，以及给出所述目标路段的渠化交通调整策略。
在具体实施中，若调整时机为5年，从第5年开始进行动态渠化交通组织的准备工作，通过各种相关信息传播渠道向广大司机提前告知新的渠化交通组织方法，制作相关标识、标志以及标线。第5年年末开始实行新的渠化交通组织方法。
这样，通过建立目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程，预测渠化交通的调整时机，在达到调整时机时，发出渠化交通调整提醒，并给出相应的渠化交通调整策略，可以及时、高效地发现不合理的交通渠化并作出调整，从而有利于延长多车道高速公路路面的使用寿命，提高高速公路的利用率。
作为一可选实施方式，所述目标路段的渠化交通调整策略包括：设置并显示重载车道和轻载车道的车道变换路段和变换方式。
在具体实施中，通常情况下，重载车辆(客货车)在外侧的两个车道(重载车道)通行，客车及小汽车在内侧的两个车道(轻载车道)行驶，本实施例通过设置并显示重载车道和轻载车道的车道变换路段和变换方式，即将客货车变换至内侧两车道、小客车变换至外侧两车道行驶，以使得多车道高速公路行车荷载横向分布相对均匀，各车道病害发生与养护维修基本同步，从而延长多车道高速公路路面使用寿命，大幅度减少因一个车道维修即可能带来整体维修的资源过度浪费及阻碍交通的问题。
作为一可选实施方式，可以通过在高速公路入口处、行程中以及出口处设置采取相应的交通组织措施来保证行车安全。具体地，获取所述目标路段的入口、出口的位置信息，以及所述入口和出口之间的路径信息；在距离所述入口的第一预设间隔处设置并显示信息板；或者，在所述入口和出口之间的路面上布设路面标志；或者，在距离所述出口的第二预设间隔处设置并显示信息板；所述信息板用于展示车道变换路段和变换方式，所述路面标志用于展示车辆标志和车辆行驶速度。
在具体实施中，在收费站入口处100m悬挂如图2所示的标志牌，用于告知司机车道变换路段和变换方法，在匝道处设置图3所示的提醒标志牌，用于提醒客货车进入高速公路后及时变道至内侧车道，小客车继续在最外侧两车道行驶不可驶入内侧车道，驶出匝道进入高速公路路段后在每车道上方设置如图4所示标志牌再次声明本路段的车道分布方式，用于提醒司机按标志合理选择车道行驶。
可选的，还包括：在设定车道的路面上设置车道标线，以及在所述入口和出口之间的路侧布设警示标识牌；在设定车道的路面上设置变道缓冲段，所述变道缓冲段的车速不超过预设的速度阈值。
在具体实施中，内侧两车道的车道标线采用红色震荡标线，每隔1公里在路侧设置警示标识，避免小客车频繁变道造成的安全风险。
在高速公路出口处前2公里处悬挂如图5所示的变道缓冲段起点提醒标志牌，通过设置变道缓冲段保证客货车驶离高速公路时各车道行车顺畅。变道缓冲段内所有车道限速90km/h，出口过后悬挂图6所示变道缓冲段终点标志，解除限速。
按照上述设置的渠化交通调整策略进行目标路段的布置，可以保障各车道车辆驾乘人员行驶安全，确保动态渠化调整的顺利实施。
实施例二
本发明实施例还提供一种多车道高速公路的动态渠化交通调整系统，包括：
参数获取模块，用于获取目标路段的道路材料参数、交通量和所述目标路段所在地的气候参数，建立所述目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程，其中，所述目标路段包括重载车道和轻载车道；
时机预测模块，用于根据所述回归方程，确定重载车道的车辙深度达到预设的车辙深度阈值时的轴载作用次数，并根据所述轴载作用次数预测出渠化交通的调整时机；
策略调整模块，在达到所述调整时机时，发出所述目标路段的渠化交通调整提醒，以及给出所述目标路段的渠化交通调整策略。
本实施例提供的多车道高速公路的动态渠化交通调整系统用于实现前述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，因此多车道高速公路的动态渠化交通调整系统中的具体实施方式可见前文中的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法的实施例部分，在此不再进行赘述。
实施例三
本发明实施例还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器、存储器和总线。所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时，可以执行如上述图1所示方法实施例中的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
实施例四
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述方法实施例中所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，其特征在于，包括：
获取目标路段的道路材料参数、交通量和所述目标路段所在地的气候参数，建立所述目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程，其中，所述目标路段包括重载车道和轻载车道；
根据所述回归方程，确定重载车道的车辙深度达到预设的车辙深度阈值时的轴载作用次数，并根据所述轴载作用次数预测出渠化交通的调整时机；
在达到所述调整时机时，发出所述目标路段的渠化交通调整提醒，以及给出所述目标路段的渠化交通调整策略。
2.如权利要求1所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，其特征在于，所述目标路段的渠化交通调整策略包括：设置并显示重载车道和轻载车道的车道变换路段和变换方式。
3.如权利要求2所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，其特征在于，获取所述目标路段的入口、出口的位置信息，以及所述入口和出口之间的路径信息；在距离所述入口的第一预设间隔处设置并显示信息板；或者，在所述入口和出口之间的路面上布设路面标志；或者，在距离所述出口的第二预设间隔处设置并显示信息板；所述信息板用于展示车道变换路段和变换方式，所述路面标志用于展示车辆标志和车辆行驶速度。
4.如权利要求3所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，其特征在于，还包括：在设定车道的路面上设置车道标线，以及在所述入口和出口之间的路侧布设警示标识牌。
5.如权利要求3所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，其特征在于，还包括：在设定车道的路面上设置变道缓冲段，所述变道缓冲段的车速不超过预设的速度阈值。
6.如权利要求1所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，其特征在于，所述道路材料参数包括热传导率、密度、热容量、回弹模量、泊松比。
7.如权利要求1所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法，其特征在于，根据交通量水平，计算路面结构层顶部在不同轴载作用次数下发生的竖向变形，建立车辙深度与轴载作用次数的回归方程，并确定所述回归方程的相关参数。
8.一种多车道高速公路的动态渠化交通调整系统，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取目标路段的道路材料参数、交通量和所述目标路段所在地的气候参数，建立所述目标路段的车辙深度与轴载作用次数的回归方程，其中，所述目标路段包括重载车道和轻载车道；
时机预测模块，用于根据所述回归方程，确定重载车道的车辙深度达到预设的车辙深度阈值时的轴载作用次数，并根据所述轴载作用次数预测出渠化交通的调整时机；
策略调整模块，在达到所述调整时机时，发出所述目标路段的渠化交通调整提醒，以及给出所述目标路段的渠化交通调整策略。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至7任一项所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7任一项所述的多车道高速公路的动态渠化交通调整方法的步骤。
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