高速公路中央分隔带树木种植设计与行驶车辆防眩原理及其公式构建

1、高速公路中央分隔带树木种植设计与行驶车辆防眩原理及其公式构建沈阳农业大学 ,200508,36(4)：466470JournaIofShenyangAgricuIturaIUniversity,2005-08,36(4) ：466 470高速公路中央分隔带树木种植设计 与行驶车辆防眩原理及其公式构建 唐强,薛志杰,石平.,闰宏伟半(1沈阳大学,沈阳110044;2沈阳农业大学 ,沈阳110161;3东北大学,沈阳110004)摘要：结合不同线形的高速公路道路情况 ,采用几何运算方法 ,得出影响防眩效果的植株间距和植株高度的相关公式 .其中 ,直线路段的植株间距公式为： =261+ ,I+B2)

2、】(6表示植株的正投影半径；表示植株间距;,B表示车辆纵向中线至中央分隔 带纵向中线的距离 ; .表示两辆车纵向距离 );平曲线路段植株间距公式为L=2(bR)(表示中央分隔带中心线圆弧的半径);平直线路段植株高度公式为 H=h+(A h)BIB或H=h2 (h2-h1)B(hI表示车辆前照灯的高度 ,h2 表示驾驶员视线高度 ,日表示中央分隔带植株的高度)；凹形竖曲线路段植株高度的公式为日=(A+hz)12.关键词：高速公路;中央分隔带;种植;防眩 中图分类号：TU985.18文献标识码:A文章编号：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眩光指在驾驶员视野范围内对向出现的极高的强光 ,使驾驶员视觉机能或者视力降低,并产生烦恼和不 舒适的光照t l.高速公路的中央分隔带既要有效地遮挡对向车辆前照灯的眩光又要满足横向通视好 ,能够看到斜前方 ,并对驾驶员心理影响小的要求 .如果采用了完全遮光 ,就会缩小驾驶员的视野 ,影响巡逻管理车辆对对向车道的通视 .并且也会对驾驶员驾驶车辆时产生压迫感.另外,无论白天还是黑夜对向车道的交通情 况是行车的重要参照系 ,其中很重要的一点就是驾驶员在夜间能够通过对向车辆的前照灯的光

6、线判断两车的 纵向距离,使其适当注意调整行驶状态.相会两车非常接近（小于50m）时，光线不会 影响视距 ,但当达到某一距离时，会对视距产生较大的影响【2J.高速公路中央分隔带有多种形式，其中以绿 化植物种植最为常见 ,即能起到分隔带的作用 ,又可提高公路的景观效果 .中央分隔带的植物种植不是一定要把对向车灯的光线全部遮挡 ,而是应该采用部分遮光 ,允许部分车辆灯光透过中央分隔带的植物 ,当然透光亮度不应该使驾驶员感到不适 .因此,耍获得良好的防眩效果 ,高速公路中央分隔带树木种植规划设计,需要确定某一合适的植株问距和植株高度 ,本研究报告这方面的研究成果 .1中央分隔带植株间距的确定1.1 直

7、线路段中央分隔带植株间距的确定 在相向行驶的汽车中 ,驾驶员的视线会通过中央分隔带的植物空隙看到对向车辆前照灯发出的光线 ,随着两车行驶距离的接近 ,在一定距离范围内 ,对向车辆前照灯的强光会对驾驶员产生眩光作用 ,使得驾驶员感到不适 ,甚至发生交通事故 .此时驾驶员的视线与对向车辆前照灯发出光线的临界关系如图 1 所示:驾驶员与 收稿日期 :20050422作者简介:唐强（1978一）,男,沈阳大学助教 ,硕士,从事园林规划与设计研究 .十通讯作者Correspondingauthor闫宏伟（1963 ），男,沈阳农业大 学教授 .博士.从事景观规划与设计研究 .第 4 期唐强等 : 高速公

8、路中央分隔带树木种植设计与行驶车辆防眩原理及其公式 构建?467?l 前照灯的连线与中央分隔带的两棵相邻植株分别相切IIl/ 上 也挑觑旭地A嘏如鹏II相哪11呻/,一 i嘲 l/I,/II lI图 1 直线路段相向行驶车辆视线情况 8Figure1ThelineofsightofVisavissteeringvehiclesonasectionofalinearhighwayl图1中Ot表示驾驶员视线与水平方向的夹角;b表示植株的正投影半径；表示植株间距 ;日.,日:表示车辆 l纵向中线至中央分隔带纵向中线的距离 ;表示两辆车纵向距离.根据图 1 中存在的几何关系 ,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从公式 (1)中可以看出 ,当中央分隔带植株正投影半径一定时,如果驾驶员的视线与行驶方向的夹角减 l小,那么只有越小植株间距才能遮挡住对向车辆的前照灯光线.所以确定上面的视线关系时只要研究高速公 l路外侧车道驾驶汽车的驾驶员视线就可以了 .i从公式 (2)中可以看出 ,植株间距同植株的正投影的半径 ,两辆车辆的横向距离和两辆车辆的纵向距离存 l在一定关系.当纵向距离为120m时进入容易引起驾驶员发生眩光效应的范围，因此可以以120mpl.作为临界I的两车纵向距离 .植株的正

10、投影半径受到植株的冠幅的限定 ,一般根据所选择植株种类 ,以及植株的生长习性 .的不同确定单簇植株的冠幅在1.21.8m 之间.如果植株的冠幅确定 ,植株间距将直接受到相向行驶的两车的 l横向距离的影响 .由公式 (2)可知,两车的横向距离越大 ,而中央分隔带要想起到很好的遮蔽眩光效果 ,其植株 l间距就要求越小 .当相向行驶的两辆车辆均在外车道行驶时 ,两车的横向距离最大 .也就是说 ,如果植株冠幅 i确定,只要研究在外车道相向行驶的两辆车辆发生眩光的情况就可以确定中央分隔带植株的最大间距 .而实 l际上.所确定的植株间距就是要确定其最大值 .由于高速公路情况各异 ,最外车道中线之间的距离也

11、不同 ,因 j此应该结合实际情况确定相向行驶两车的最大横向距离在平曲线路段 ,车辆前照灯的光线沿着平曲线的切线方向射出 .曲线外侧车道上车辆的/八缸Alia A 前照灯光线主要射向路外不会影响内侧车道-r/rjrvi- n Jb_.的交通 .而转弯内侧车辆的前照灯射向外侧车=王 n 牛= 道.外侧车道上车辆驾驶员的眼睛则暴露在眩 亦:酋棚n由昌的日日瞎露硎睡r廿1眩的照射.需要经过一段暗适应的过程【 5】.而引起驾 R驶员理上ZI适.驾驶员的视线情况,以及F22曲向of vi sa- vilgurehe1ineolt-sigutOIis-a-s视譬 tee情兄 ring,e- tncles中央

12、分隔带的遮光情况见图 2.onasectionofanevencurviHnearhighway图 2中表示驾驶员视线与圆弧切线方向的夹角 ;表示中央分隔带中心线圆弧的半径;6 表示植株的正投影半径 ;表示植株间距 .根据图 2 中存在的几何关系 ,可以得到如下公式 : sina=2b/L=L/2R(3)468?沈阳农业大学第 36 卷 或 L=2(bR),2=2,/ 丽(4) 由公式 (4)可知,在转弯处株间距的大小受到植株的正投影半径和平曲线的曲度的影响.当平曲线的曲度 定时 ,随着植株冠幅的增大 ,植株间距可以适当变长 .2 防眩植物高度的确定2.1 平直线路段防眩植物高度的确定lI /

13、L /,忘 咿/ /图 3 直线路段相向行驶车辆视线情况及相向行驶车辆视线与前照灯高度关系Figure3TheHneofsightofvisavissteeringvehiclesonasectionofalinear highwayandtheconnectionofthelineofsightandheightofafrontheadlamp根据前面的分析，主要研究行驶在公路外侧车辆之间的关系，如图3所示,B表示相 向行驶两车纵向中线之间的距离；B,B：表示车辆纵向中线至中央分隔带纵向中线的距离；表示汽车前照灯高度(m),大型车取1.0m,小型车取0.8m;h:表示驾驶员视线高度(m),大

14、型车取2.0m,小型车取1.3m.H=h-+(h2-h-/BH=hz-(h2-h-1B(5) (7)由上面公式可以看出 .中央分隔带植物的高度受到相向行驶车辆的类型的限制,当不同类型机动车辆之 间横向距离固定而相向行驶时,h和h.的不同，将直接影响到涉及防眩效果的中央 分隔带植株高度 ,一般情况 ,本试验只对出现频率比较高的大车和大车相遇,以及大车和小车相遇作为主要情况进行研究 .2.2 竖曲线嗍路段防眩植物高度的确定2.2.1 凹形竖曲线防眩植物高度在凹形竖曲线路段,驾驶员显然可以从较高的角度看到对向车前照灯的眩 光,因而应该根据凹形竖曲线的半径和前后纵坡度的大小 ,适当增加凹形竖曲线路段中

15、央分隔带植株的高度/B潮审审 /审审.c(aj(bj图 4 凹形竖曲线路段相向行驶车辆视线情况及相向行驶车辆视线与前照灯高度 关系Figure4Thelineofsightofvisavissteeringvehiclesonasectionofaconcaveerect curvehighwayandtheconnectionofthelineofsightandheightofafrontheadlamp第 4 期唐强等 :高速公路中央分隔带树木种植设计与行驶车辆防眩原理及其公式构建?469?图4(b)表示驾驶员的视线与对向车辆前照灯高度结合的3种情况:A为驾驶员视线高度和对向汽车前照灯高

16、度都抬高时的驾驶员视线 ;A 为驾驶员视线高度抬高 ,而汽车前照灯高度未变时的驾驶员视线 ;A 为驾驶 员视线高度未变，而汽车前照灯高度抬高时的驾驶员视线.可见，只有A.的情况要 求中央分隔带植株的高度最高,即中央分隔带的该植株位于凹形曲线的最低点,而相向行驶的车辆分别位于该点纵向距离相等的位置 .根据人能感觉到的眩光的最大纵距为 120m,A.情况两车的纵距为120m.由图4的几何关系可以得到下面的 公式:H=(hl+h2)/2(8) h.表示车辆前照灯的高度，h:表示驾驶员视线高度.日表示中央分隔带植株的高度.2.2.2凸形竖曲线防眩植物高度在凸形竖曲线路段 ,驾驶员可以在一定范围从较低的

17、角度看到对向车前照 灯的眩光 ,随着两车驶近 ,视线上移 ,眩光才能被中央分隔带的植物遮挡 .所以在凸形竖曲线路段应该加强植 株下部空间的遮光作用 ,比如在灌木下层栽种较高地被植物 ,或者借助工程设施 ,消除眩光的影响 .其设置的范围至少为凸形竖曲线顶部两侧各120m.这是因为平直路段两车感觉不到眩光的两车最小纵距为 120m 左 右,而汽车远照灯光的照距也是120m左右.3 结论与建议3.1 高速公路中央分隔带植物设计与防眩原理公式应用 本研究结合高速公路的道路线形 ,分析了高速公路中央分隔带的植株间距和植株高度,得到如下公式 :3.1.1 关于植株间距的公式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)适用于高速公路直线路段中央分隔带植株间距的计算.由分析得出.欲计算高速公路这样路段中央分隔带的植株间距 ,需要明确该段高速公路最外车道中线之间的距离 ,并结合所选植株的冠幅 .即可求出该段高速公路中央分隔带植株间距的最大值 以沈大高速公路（改造后）K62+322 K88+000段中央分隔带种植设计为例，两车的最大横向距离 （即外侧车道中线之间的距离）为31m,根据所选择的枫树球的生长习性，苗源情况,以及其15 后生长情况确定的冠幅 为1.8m,将这些参数带人公式（2）,就可以得到该段中央分隔带

19、植株间距近似的最 大距离为5.6m.再结合植株 日后的生长需要，植株间距在4.6-5.6m之间为适宜.而在高速公路平曲线及中央分隔带植株间距计算时采用下列公式sinot=2b/L=L/2R(3)L=2X/-(4)当采用公式 （3）和公式 （4）计算高速公路平曲线路段中央分隔带植株间距时,也存在受到停车视距的制 约,只有当平曲线的弦长大于停车视距时 ,该公式成立 .平曲线弦长小于停车视距时建议采用其他有效的防眩 设施 .当然植株的冠幅会受到基地条件或苗源的限制 .另外,当平曲线的半径较小 ,且中央分隔带比较窄时 ,中央分隔带的植物会影响到曲线外侧车道的视距 ,因此,在进行中央分隔带植物种植时应该

20、进行停车视距的分 析,保证进行中央分隔带的植物种植后不会减少停车视距 .高速公路的停车视距受到车速的影响 ,我国对高速公路的停车视距61要求为当车速为120km?h时停车视距为210m,车速为80km?h 时停车视距为110m,车速为60km-h时为75m,当平曲线的弦长小于或者等于一个停车视距的长度时，高速公路的中央分隔带不适合栽种植物 .以限速为 120km?h 的高速公路平曲线路段为例 ,当弦长等于停车视距时 sin a=IO5/R,结合公式可以得出 :尺=105L/2b (5)470?沈阳农业大学第 36 卷 由于停车视距的要求 ,在停车视距的范围内不能种植遮挡视线的植物 ,所以 L

21、的最 小取值即该段平曲线 的弦长210m,根据实践经验,b可取最小值0.6m,将这些数值带入公式 ，可以得到R=18375m.当车速控制在120km?h,平曲线半径小于18375m时，该平曲线路段中央分隔带不适合栽种 影响视线的植物 .此时植株的最小间距为停车视距，即210m.由上面的分析发现，高速公路平曲线的最小植株间 距也要受到该高速公路的 限速影响 .实际上,对于平曲线半径过小路段 ,建议不采用植物种植 ,而改用即能遮光又具有很好透光性能的 其他防眩设施 ,效果会更好 .3.1.2关于植株高度的公式H=hl+(2 h)启/B(5)H=h2-(h2 一 hI/B(6)I-1=(hI+hz)

22、/2(7)公式(5)和公式(6)适用于计算平直线路段高速公路中央分隔带植株高度 .公式(7)适用于凹形竖曲线植株高度的计算 .凸形竖曲线只要视线凸形竖曲线沿线两侧各120m 中央分隔带植 株的下层空间有效遮光 ,就可以满足防眩要求 .通过公式 (5),(6)和(7)可以计算出不同车辆组合时的高速公式中央分隔带植株最低高度的理论值结果 ,见表 1.表 1 不同车辆组合时的植株最低高度的理论值TablelTheminimumplantheightwithvariousautomobiles超车道 Line 主车道 Mainline 植株高度 Plantheight/m小型车 Smallautomobiles 小型车Smallautomobiles1.o9大型车Largeautomobiles大型车Largeautomobiles1.5O小型车Smallautomobiles大型车Largeautomobiles1.4O大型车Largeautomobiles大型车Largeautomobiles1.5O小型车Smallautomobiles大型车Largeautomobiles1.27大型车Largeautomobiles小型车Smallautomobiles1.62大型车Largeautomobiles小