高速公路中央分隔帶樹木種植設(shè)計(jì)與行駛車輛防眩原理及其公式構(gòu)建

1、高速公路中央分隔帶樹木種植設(shè)計(jì)與行駛車輛防眩原理及其公式構(gòu)建沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) ,200508,36(4)：466470JournaIofShenyangAgricuIturaIUniversity,2005-08,36(4) ：466 470高速公路中央分隔帶樹木種植設(shè)計(jì) 與行駛車輛防眩原理及其公式構(gòu)建 唐強(qiáng),薛志杰,石平.,閏宏偉半(1沈陽大學(xué),沈陽110044;2沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) ,沈陽110161;3東北大學(xué),沈陽110004)摘要：結(jié)合不同線形的高速公路道路情況 ,采用幾何運(yùn)算方法 ,得出影響防眩效果的植株間距和植株高度的相關(guān)公式 .其中 ,直線路段的植株間距公式為： =261+ ,I+B2)

2、】(6表示植株的正投影半徑；表示植株間距;,B表示車輛縱向中線至中央分隔 帶縱向中線的距離 ; .表示兩輛車縱向距離 );平曲線路段植株間距公式為L=2(bR)(表示中央分隔帶中心線圓弧的半徑);平直線路段植株高度公式為 H=h+(A h)BIB或H=h2 (h2-h1)B(hI表示車輛前照燈的高度 ,h2 表示駕駛員視線高度 ,日表示中央分隔帶植株的高度)；凹形豎曲線路段植株高度的公式為日=(A+hz)12.關(guān)鍵詞：高速公路;中央分隔帶;種植;防眩 中圖分類號(hào)：TU985.18文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：10001700(2005)04 0466 05PIantingDesignofMidCom

3、partitionStriponExpressway andEstabIishingFormuIasofPreventingDizzyforVehicIesTANGQiang.,XUEZhi-jie,SHIPing.,YANHong wei 木(,ShenyangUniversity,Shenyang110044,China,.2,ShenyangAgrieuIturtdUniversity,S henyang110,161,China, iNortheasternUniversity,Shenyang110004,China)e formsexpresswaywerestud- iedfor

4、theaimofpreventingdizzy.Theformulaofspacebetweenplantsofalinearhighway:L= 2b 水1+ 1,(B1+B2)2 】尼;theformulaofspacebetweenplantsofaneveneurvilinearhighway:L=2(bR);theformulaofplantheighto(A2falinearhighway:H=hI+(h-h1)B,IBorH=h2 hOBJB;andtheformulaofplantheightofaconcaveerectcurvehighway: H=(A1+h2)/2.Ke

5、ywords:expressway;midcompartitionstrip;plant;preventingdizzy眩光指在駕駛員視野范圍內(nèi)對(duì)向出現(xiàn)的極高的強(qiáng)光 ,使駕駛員視覺機(jī)能或者視力降低,并產(chǎn)生煩惱和不 舒適的光照t l.高速公路的中央分隔帶既要有效地遮擋對(duì)向車輛前照燈的眩光又要滿足橫向通視好 ,能夠看到斜前方 ,并對(duì)駕駛員心理影響小的要求 .如果采用了完全遮光 ,就會(huì)縮小駕駛員的視野 ,影響巡邏管理車輛對(duì)對(duì)向車道的通視 .并且也會(huì)對(duì)駕駛員駕駛車輛時(shí)產(chǎn)生壓迫感.另外,無論白天還是黑夜對(duì)向車道的交通情 況是行車的重要參照系 ,其中很重要的一點(diǎn)就是駕駛員在夜間能夠通過對(duì)向車輛的前照燈的光

6、線判斷兩車的 縱向距離,使其適當(dāng)注意調(diào)整行駛狀態(tài).相會(huì)兩車非常接近（小于50m）時(shí)，光線不會(huì) 影響視距 ,但當(dāng)達(dá)到某一距離時(shí)，會(huì)對(duì)視距產(chǎn)生較大的影響【2J.高速公路中央分隔帶有多種形式，其中以綠 化植物種植最為常見 ,即能起到分隔帶的作用 ,又可提高公路的景觀效果 .中央分隔帶的植物種植不是一定要把對(duì)向車燈的光線全部遮擋 ,而是應(yīng)該采用部分遮光 ,允許部分車輛燈光透過中央分隔帶的植物 ,當(dāng)然透光亮度不應(yīng)該使駕駛員感到不適 .因此,耍獲得良好的防眩效果 ,高速公路中央分隔帶樹木種植規(guī)劃設(shè)計(jì),需要確定某一合適的植株問距和植株高度 ,本研究報(bào)告這方面的研究成果 .1中央分隔帶植株間距的確定1.1 直

7、線路段中央分隔帶植株間距的確定 在相向行駛的汽車中 ,駕駛員的視線會(huì)通過中央分隔帶的植物空隙看到對(duì)向車輛前照燈發(fā)出的光線 ,隨著兩車行駛距離的接近 ,在一定距離范圍內(nèi) ,對(duì)向車輛前照燈的強(qiáng)光會(huì)對(duì)駕駛員產(chǎn)生眩光作用 ,使得駕駛員感到不適 ,甚至發(fā)生交通事故 .此時(shí)駕駛員的視線與對(duì)向車輛前照燈發(fā)出光線的臨界關(guān)系如圖 1 所示:駕駛員與 收稿日期 :20050422作者簡介:唐強(qiáng)（1978一）,男,沈陽大學(xué)助教 ,碩士,從事園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究 .十通訊作者Correspondingauthor閆宏偉（1963 ），男,沈陽農(nóng)業(yè)大 學(xué)教授 .博士.從事景觀規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究 .第 4 期唐強(qiáng)等 : 高速公

8、路中央分隔帶樹木種植設(shè)計(jì)與行駛車輛防眩原理及其公式 構(gòu)建?467?l 前照燈的連線與中央分隔帶的兩棵相鄰植株分別相切IIl/ 上 也挑覷旭地A嘏如鵬II相哪11呻/,一 i嘲 l/I,/II lI圖 1 直線路段相向行駛車輛視線情況 8Figure1ThelineofsightofVisavissteeringvehiclesonasectionofalinearhighwayl圖1中Ot表示駕駛員視線與水平方向的夾角;b表示植株的正投影半徑；表示植株間距 ;日.,日:表示車輛 l縱向中線至中央分隔帶縱向中線的距離 ;表示兩輛車縱向距離.根據(jù)圖 1 中存在的幾何關(guān)系 ,可以得到如下 l公式 :

9、isina=2b/L=(BI+2)/x/(日 I+ 日 2)+ 1(1)或 L=2b,/1+ILl/(BI+B2)(2)8從公式 (1)中可以看出 ,當(dāng)中央分隔帶植株正投影半徑一定時(shí),如果駕駛員的視線與行駛方向的夾角減 l小,那么只有越小植株間距才能遮擋住對(duì)向車輛的前照燈光線.所以確定上面的視線關(guān)系時(shí)只要研究高速公 l路外側(cè)車道駕駛汽車的駕駛員視線就可以了 .i從公式 (2)中可以看出 ,植株間距同植株的正投影的半徑 ,兩輛車輛的橫向距離和兩輛車輛的縱向距離存 l在一定關(guān)系.當(dāng)縱向距離為120m時(shí)進(jìn)入容易引起駕駛員發(fā)生眩光效應(yīng)的范圍，因此可以以120mpl.作為臨界I的兩車縱向距離 .植株的正

10、投影半徑受到植株的冠幅的限定 ,一般根據(jù)所選擇植株種類 ,以及植株的生長習(xí)性 .的不同確定單簇植株的冠幅在1.21.8m 之間.如果植株的冠幅確定 ,植株間距將直接受到相向行駛的兩車的 l橫向距離的影響 .由公式 (2)可知,兩車的橫向距離越大 ,而中央分隔帶要想起到很好的遮蔽眩光效果 ,其植株 l間距就要求越小 .當(dāng)相向行駛的兩輛車輛均在外車道行駛時(shí) ,兩車的橫向距離最大 .也就是說 ,如果植株冠幅 i確定,只要研究在外車道相向行駛的兩輛車輛發(fā)生眩光的情況就可以確定中央分隔帶植株的最大間距 .而實(shí) l際上.所確定的植株間距就是要確定其最大值 .由于高速公路情況各異 ,最外車道中線之間的距離也

11、不同 ,因 j此應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況確定相向行駛兩車的最大橫向距離在平曲線路段 ,車輛前照燈的光線沿著平曲線的切線方向射出 .曲線外側(cè)車道上車輛的/八缸Alia A 前照燈光線主要射向路外不會(huì)影響內(nèi)側(cè)車道-r/rjrvi- n Jb_.的交通 .而轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)車輛的前照燈射向外側(cè)車=王 n 牛= 道.外側(cè)車道上車輛駕駛員的眼睛則暴露在眩 亦:酋棚n由昌的日日瞎露硎睡r廿1眩的照射.需要經(jīng)過一段暗適應(yīng)的過程【 5】.而引起駕 R駛員理上ZI適.駕駛員的視線情況,以及F22曲向of vi sa- vilgurehe1ineolt-sigutOIis-a-s視譬 tee情兄 ring,e- tncles中央

12、分隔帶的遮光情況見圖 2.onasectionofanevencurviHnearhighway圖 2中表示駕駛員視線與圓弧切線方向的夾角 ;表示中央分隔帶中心線圓弧的半徑;6 表示植株的正投影半徑 ;表示植株間距 .根據(jù)圖 2 中存在的幾何關(guān)系 ,可以得到如下公式 : sina=2b/L=L/2R(3)468?沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)第 36 卷 或 L=2(bR),2=2,/ 麗(4) 由公式 (4)可知,在轉(zhuǎn)彎處株間距的大小受到植株的正投影半徑和平曲線的曲度的影響.當(dāng)平曲線的曲度 定時(shí) ,隨著植株冠幅的增大 ,植株間距可以適當(dāng)變長 .2 防眩植物高度的確定2.1 平直線路段防眩植物高度的確定lI /

13、L /,忘 咿/ /圖 3 直線路段相向行駛車輛視線情況及相向行駛車輛視線與前照燈高度關(guān)系Figure3TheHneofsightofvisavissteeringvehiclesonasectionofalinear highwayandtheconnectionofthelineofsightandheightofafrontheadlamp根據(jù)前面的分析，主要研究行駛在公路外側(cè)車輛之間的關(guān)系，如圖3所示,B表示相 向行駛兩車縱向中線之間的距離；B,B：表示車輛縱向中線至中央分隔帶縱向中線的距離；表示汽車前照燈高度(m),大型車取1.0m,小型車取0.8m;h:表示駕駛員視線高度(m),大

14、型車取2.0m,小型車取1.3m.H=h-+(h2-h-/BH=hz-(h2-h-1B(5) (7)由上面公式可以看出 .中央分隔帶植物的高度受到相向行駛車輛的類型的限制,當(dāng)不同類型機(jī)動(dòng)車輛之 間橫向距離固定而相向行駛時(shí),h和h.的不同，將直接影響到涉及防眩效果的中央 分隔帶植株高度 ,一般情況 ,本試驗(yàn)只對(duì)出現(xiàn)頻率比較高的大車和大車相遇,以及大車和小車相遇作為主要情況進(jìn)行研究 .2.2 豎曲線嗍路段防眩植物高度的確定2.2.1 凹形豎曲線防眩植物高度在凹形豎曲線路段,駕駛員顯然可以從較高的角度看到對(duì)向車前照燈的眩 光,因而應(yīng)該根據(jù)凹形豎曲線的半徑和前后縱坡度的大小 ,適當(dāng)增加凹形豎曲線路段中

15、央分隔帶植株的高度/B潮審審 /審審.c(aj(bj圖 4 凹形豎曲線路段相向行駛車輛視線情況及相向行駛車輛視線與前照燈高度 關(guān)系Figure4Thelineofsightofvisavissteeringvehiclesonasectionofaconcaveerect curvehighwayandtheconnectionofthelineofsightandheightofafrontheadlamp第 4 期唐強(qiáng)等 :高速公路中央分隔帶樹木種植設(shè)計(jì)與行駛車輛防眩原理及其公式構(gòu)建?469?圖4(b)表示駕駛員的視線與對(duì)向車輛前照燈高度結(jié)合的3種情況:A為駕駛員視線高度和對(duì)向汽車前照燈高

16、度都抬高時(shí)的駕駛員視線 ;A 為駕駛員視線高度抬高 ,而汽車前照燈高度未變時(shí)的駕駛員視線 ;A 為駕駛 員視線高度未變，而汽車前照燈高度抬高時(shí)的駕駛員視線.可見，只有A.的情況要 求中央分隔帶植株的高度最高,即中央分隔帶的該植株位于凹形曲線的最低點(diǎn),而相向行駛的車輛分別位于該點(diǎn)縱向距離相等的位置 .根據(jù)人能感覺到的眩光的最大縱距為 120m,A.情況兩車的縱距為120m.由圖4的幾何關(guān)系可以得到下面的 公式:H=(hl+h2)/2(8) h.表示車輛前照燈的高度，h:表示駕駛員視線高度.日表示中央分隔帶植株的高度.2.2.2凸形豎曲線防眩植物高度在凸形豎曲線路段 ,駕駛員可以在一定范圍從較低的

17、角度看到對(duì)向車前照 燈的眩光 ,隨著兩車駛近 ,視線上移 ,眩光才能被中央分隔帶的植物遮擋 .所以在凸形豎曲線路段應(yīng)該加強(qiáng)植 株下部空間的遮光作用 ,比如在灌木下層栽種較高地被植物 ,或者借助工程設(shè)施 ,消除眩光的影響 .其設(shè)置的范圍至少為凸形豎曲線頂部兩側(cè)各120m.這是因?yàn)槠街甭范蝺绍嚫杏X不到眩光的兩車最小縱距為 120m 左 右,而汽車遠(yuǎn)照燈光的照距也是120m左右.3 結(jié)論與建議3.1 高速公路中央分隔帶植物設(shè)計(jì)與防眩原理公式應(yīng)用 本研究結(jié)合高速公路的道路線形 ,分析了高速公路中央分隔帶的植株間距和植株高度,得到如下公式 :3.1.1 關(guān)于植株間距的公式sinot=2b/L=(B1+B

18、2)/X/(B,+B2)2+L1(1)L=2b,/I+L1/(B1+Bz)(2)公式(1)和公式(2)適用于高速公路直線路段中央分隔帶植株間距的計(jì)算.由分析得出.欲計(jì)算高速公路這樣路段中央分隔帶的植株間距 ,需要明確該段高速公路最外車道中線之間的距離 ,并結(jié)合所選植株的冠幅 .即可求出該段高速公路中央分隔帶植株間距的最大值 以沈大高速公路（改造后）K62+322 K88+000段中央分隔帶種植設(shè)計(jì)為例，兩車的最大橫向距離 （即外側(cè)車道中線之間的距離）為31m,根據(jù)所選擇的楓樹球的生長習(xí)性，苗源情況,以及其15 后生長情況確定的冠幅 為1.8m,將這些參數(shù)帶人公式（2）,就可以得到該段中央分隔帶

19、植株間距近似的最 大距離為5.6m.再結(jié)合植株 日后的生長需要，植株間距在4.6-5.6m之間為適宜.而在高速公路平曲線及中央分隔帶植株間距計(jì)算時(shí)采用下列公式sinot=2b/L=L/2R(3)L=2X/-(4)當(dāng)采用公式 （3）和公式 （4）計(jì)算高速公路平曲線路段中央分隔帶植株間距時(shí),也存在受到停車視距的制 約,只有當(dāng)平曲線的弦長大于停車視距時(shí) ,該公式成立 .平曲線弦長小于停車視距時(shí)建議采用其他有效的防眩 設(shè)施 .當(dāng)然植株的冠幅會(huì)受到基地條件或苗源的限制 .另外,當(dāng)平曲線的半徑較小 ,且中央分隔帶比較窄時(shí) ,中央分隔帶的植物會(huì)影響到曲線外側(cè)車道的視距 ,因此,在進(jìn)行中央分隔帶植物種植時(shí)應(yīng)該

20、進(jìn)行停車視距的分 析,保證進(jìn)行中央分隔帶的植物種植后不會(huì)減少停車視距 .高速公路的停車視距受到車速的影響 ,我國對(duì)高速公路的停車視距61要求為當(dāng)車速為120km?h時(shí)停車視距為210m,車速為80km?h 時(shí)停車視距為110m,車速為60km-h時(shí)為75m,當(dāng)平曲線的弦長小于或者等于一個(gè)停車視距的長度時(shí)，高速公路的中央分隔帶不適合栽種植物 .以限速為 120km?h 的高速公路平曲線路段為例 ,當(dāng)弦長等于停車視距時(shí) sin a=IO5/R,結(jié)合公式可以得出 :尺=105L/2b (5)470?沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)第 36 卷 由于停車視距的要求 ,在停車視距的范圍內(nèi)不能種植遮擋視線的植物 ,所以 L

21、的最 小取值即該段平曲線 的弦長210m,根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),b可取最小值0.6m,將這些數(shù)值帶入公式 ，可以得到R=18375m.當(dāng)車速控制在120km?h,平曲線半徑小于18375m時(shí)，該平曲線路段中央分隔帶不適合栽種 影響視線的植物 .此時(shí)植株的最小間距為停車視距，即210m.由上面的分析發(fā)現(xiàn)，高速公路平曲線的最小植株間 距也要受到該高速公路的 限速影響 .實(shí)際上,對(duì)于平曲線半徑過小路段 ,建議不采用植物種植 ,而改用即能遮光又具有很好透光性能的 其他防眩設(shè)施 ,效果會(huì)更好 .3.1.2關(guān)于植株高度的公式H=hl+(2 h)啟/B(5)H=h2-(h2 一 hI/B(6)I-1=(hI+hz)

22、/2(7)公式(5)和公式(6)適用于計(jì)算平直線路段高速公路中央分隔帶植株高度 .公式(7)適用于凹形豎曲線植株高度的計(jì)算 .凸形豎曲線只要視線凸形豎曲線沿線兩側(cè)各120m 中央分隔帶植 株的下層空間有效遮光 ,就可以滿足防眩要求 .通過公式 (5),(6)和(7)可以計(jì)算出不同車輛組合時(shí)的高速公式中央分隔帶植株最低高度的理論值結(jié)果 ,見表 1.表 1 不同車輛組合時(shí)的植株最低高度的理論值TablelTheminimumplantheightwithvariousautomobiles超車道 Line 主車道 Mainline 植株高度 Plantheight/m小型車 Smallautomobiles 小型車Smallautomobiles1.o9大型車Largeautomobiles大型車Largeautomobiles1.5O小型車Smallautomobiles大型車Largeautomobiles1.4O大型車Largeautomobiles大型車Largeautomobiles1.5O小型車Smallautomobiles大型車Largeautomobiles1.27大型車Largeautomobiles小型車Smallautomobiles1.62大型車Largeautomobiles小