一种高速公路弯道路侧景观可视域动态遮挡空间模型制造技术

本发明专利技术公开了一种高速公路弯道路侧景观可视域动态遮挡空间模型，通过构建弯道路侧景观可视过程的动态空间模型，推导出路侧景观可视域的计算方程，并通过空间坐标定义动态遮挡比，提出路侧景观可视域被遮挡的判断模型；最后用所创建的可视域模型对实际路段进行了计算分析，其结果验证了模型的正确性和有效性。本发明专利技术的高速公路弯道路侧景观可视域模型，为高速公路弯道路侧景观的设置、植物种植、公路征地范围等提供了设计依据，为营造高速公路路侧景观的密闭性与开敞性提供模型支持。侧景观的密闭性与开敞性提供模型支持。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路弯道路侧景观可视域动态遮挡空间模型


[0001]本专利技术属于公路工程
，具体涉及一种高速公路弯道路侧景观可视域动态遮挡空 间模型。

技术介绍

[0002]随着生态高速、旅游高速、环保高速等理念的大力提倡和发展，高速公路的路侧景观也 越来越受到重视。许多学者的研究也表明，良好的高速公路路侧景观对减少交通事故具有一 定的作用。由于高速公路路侧景观是可以通过借景来实现，而同时为了交通安全，又不能因 为过于丰富的景观而使驾驶人分心驾驶，因此高速公路路侧景观的遮挡情况及其遮挡程度控 制是高速公路路侧景观可视域需要重点研究的问题。
[0003]对国内外关于弯道处路侧景观的研究进行了总结和分析，发现目前国内外对于弯道处路 侧景观被遮挡的研究存在以下局限性：现阶段关于高速公路交通标志的研究，大多都致力于 标志的视认性、版面设计等方面，基于遮挡对标志的影响方面仍有欠缺；在同向车辆对标志 遮挡概率方面的研究较多，建立了一些动态遮挡概率模型，但是这些遮挡模型仅仅解决了同 向车辆遮挡标志的问题，而标志在实际遮挡过程中受多种因素影响，高速公路弯道标志的设 置、植物种植、路侧边坡的坡率、隔音墙设置的位置等不合理导致标志被遮挡，进而成为事 故隐患。
[0004]因此，有必要建立弯道路侧景观可视域动态遮挡空间模型，准确表示实际遮挡过程，从 而针对可视域内的遮挡要素提出相应的解决措施，减少弯道路段交通事故的发生。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提供一种高速公路弯道路侧景观可视域动态遮挡空间模型。本发 明针对高速路弯道路侧景观的可视域动态被遮挡问题进行研究，依据车辆高速行驶的驾驶人 视野深度和视距，构建弯道路侧景观可视过程的动态空间模型，推导出路侧景观可视域的计 算方程，并通过空间坐标定义动态遮挡比，提出路侧景观可视域被遮挡的判断模型；据此采 用实际路段的标准设计参数，通过MATLAB分析了不同宽度不同高度的遮挡物以及相同宽度 高度的遮挡物在不同位置对路侧景观可视域的遮挡规律，从而提出路侧景观防遮挡净空控制 值及控制内容。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种高速公路弯道路侧景观可视域动态遮挡空间模型，该空间模型是车辆从A点行驶到 任一点t
i
时刻B点的路侧景观可视域被遮挡模型，其用体积遮挡比表达：
[0008][0009]以高速公路弯道圆曲线的圆心作为原点(0,0,0)，则驾驶人所在位置A点坐标为(0,
ꢀ–
(R+w1+w2),h)；同时以视平面作为基准平面，则A点路侧景观可视域体积为：
[0010][0011]当驾驶人从A点行驶到B点时，行驶角度为δ，其行驶距离弧长L
a
为：
[0012][0013]从而可得：
[0014][0015]则，B点的坐标为：
[0016][0017]通过三角函数转换，简化B点的坐标为：
[0018][0019][0020]式中，
[0021]V
A
：A点路侧景观可视域体积，单位m3；
[0022]Α：水平视角，随速度变化而不同，单位
°
；
[0023]α1：未被中央分隔带遮挡的视角，单位
°
；
[0024]L：视距，随速度变化而不同，这里的视距L是指可视距深度，分为车前可视距L1、可视 距集中点(L1+L2)、可视距深度(L1+L2+L3)，单位m；
[0025]Β：垂直视角，是β1和β2的加和，单位
°
；
[0026]β1：视平面的上竖视角，单位
°
；
[0027]β2：视平面的下竖视角，即未被车前可视距遮挡的竖视角，单位
°
；
[0028]h：视高，小汽车1.2m，货车2.0m，单位m；
[0029]R0：高速公路弯道半径，采用圆曲线最小半径模拟，单位m；
[0030]R：高速公路路基边缘线弯道半径，单位m；
[0031]w1：内弯路基边缘至外弯中间带边缘车道边线的宽度，单位m；
[0032]w2：外弯中间带外缘车道边线到汽车所处坐标位置宽度，单位m；
[0033]v：车辆行驶速度，单位km/h。
[0034]t
i
：车辆从A点运动到B点时的行驶时间，单位s。
[0035]D：遮挡物的宽度，单位m；
[0036]H：遮挡物的高度，单位m；
[0037]x
z
：遮挡物的X坐标值，单位m。
[0038]本专利技术的高速公路弯道标志可视域模型的构建包括以下步骤：
[0039](1)对所发生的弯道事故的高风险路侧景观情况进行分析，从各方面分析弯道路侧景观 可视域动态遮挡的因素。
[0040](2)对弯道路侧景观可视域进行定义：
[0041]在车辆运动过程中，弯道路侧景观的可视域区域如图1所示，即其为驾驶人的视高点h的 左侧同中央分隔带的切线与右侧视野范围及可视距深度所围合的锥体。而弯道路侧景观可视 域被遮挡是指在一定的车速条件下，假定驾驶人头部不动，仅注视高速公路前方，驾驶人的 可视域范围内出现遮挡物，使驾驶人无法从右侧路基看到路侧景观或者路侧景观出现局部遮 挡，从而影响路侧景观的整体性。
[0042](3)对高速公路弯道路侧景观的可视过程构建动态遮挡空间模型：
[0043]1)高速公路弯道路侧景观可视域的体积计算方程为：
[0044]如图2所示，以高速公路弯道圆曲线的圆心作为原点(0,0,0)，则驾驶人所在位置A点坐 标为(0,
–
(R+w1+w2),h)；同时以视平面作为基准平面，则A点路侧景观可视域体积为：
[0045][0046]式中，
[0047]V
A
：A点路侧景观可视域体积，单位m3；
[0048]α：水平视角，单位
°
；
[0049]α1：未被中央分隔带遮挡的视角，单位
°
；
[0050]L：视距，随速度变化而不同，这里的视距L是指可视距深度，分为车前可视距L1、可视 距集中点(L1+L2)、可视距深度(L1+L2+L3)，单位m；
[0051]β：垂直视角，单位
°
；
[0052]β1：视平面的上竖视角，单位
°
；
[0053]β2：视平面的下竖视角，即未被车前可视距遮挡的竖视角，单位
°
；
[0054]h：视高，小汽车1.2m，货车2.0m，单位m；
[0055]R0：高速公路弯道半径，采用圆曲线最小半径模拟，单位m；
[0056]R：高速公路路基边缘线弯道半径，单位m；
[0057]w1：内弯路基边缘至外弯中间带边缘车道边线的宽度，单位m；
[0058]w2：外弯中间带外缘车道边线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速公路弯道路侧景观可视域动态遮挡空间模型，其特征在于，该空间模型是车辆从A点行驶到任一点t
i
时刻B点的路侧景观可视域被遮挡模型，其用体积遮挡比表达：以高速公路弯道圆曲线的圆心作为原点(0,0,0)，则驾驶人所在位置A点坐标为(0,
–
(R+w1+w2),h)；同时以视平面作为基准平面，则A点路侧景观可视域体积为：当驾驶人从A点行驶到B点时，行驶角度为δ，其行驶距离弧长L
a
为：从而可得：则，B点的坐标为：通过三角函数转换，简化B点的坐标为：简化B点的坐标为：式中，V
A
：A点路侧景观可视域体积，单位m3；Α：水平视角，随速度变化而不同，单位
°
；α1：未被中央分隔带遮挡的视角，单位
°
；L：视距，随速度变化而不同，这里的视距L是指可视距深度，分为车前可视距L1、可视距集中点(L1+L2)、可视距深度(L1+L2+L3)，单位m；
Β：垂直视角，是β1和β2的加和，单位
°
；β1：视平面的上竖视角，单位
°
；β2：视平面的下竖视角，即未被车前可视距遮挡的竖视角，单位
°
；h：视高，小汽车1.2m，货车2.0m，单位m；R0：高速公路弯道半径，采用圆曲线最小半径模拟，单位m；R：高速公路路基边缘线弯道半径，单位m；w1：内弯路基边缘至外弯中间带边缘车道边线的宽度，单位m；w2：外弯中间带外缘车道边线到汽车所处坐标位置宽度，单位m；v：车辆行驶速度，单位km/h；t
i
：车辆从A点运动到B点时的行驶时间，单位s；D：遮挡物的宽度，单位m；H：遮挡物的高度，单位m；x
z
：遮挡物的X坐标值，单位m。2.根据权利要求1所述的高速公路弯道路侧景观可视域动态遮挡空间模型，其特征在于，所述模型的构建包括以下步骤：(1)对所发生的弯道事故的高风险路侧景观情况进行分析，从各方面分析弯道路侧景观可视域动态遮挡的因素；(2)对弯道路侧景观可视域进行定义：在车辆运动过程中，弯道路侧景观的可视域区域如图1所示，即其为驾驶人的视高点h的左侧同中央分隔带的切线与右侧视野范围及可视距深度所围合的锥体；而弯道路侧景观可视域被遮挡是指在一定的车速条件下，假定驾驶人头部不动，仅注视高速公路前方，驾驶人的可视域范围内出现遮挡物，使驾驶人无法从右侧路基看到路侧景观或者路侧景观出现局部遮挡，从而影响路侧景观的整体性；(3)对高速公路弯道路侧景观的可视过程构建动态遮挡空间模型：1)高速公路弯道路侧景观可视域的体积计算方程为：如图2所示，以高速公路弯道圆曲线的圆心作为原点(0,0,0)，则驾驶人所在位置A点坐标为(0,
–
(R+w1+w2),h)；同时以视平面作为基准平面，则A点路侧景观可视域体积为：式中：V
A
：A点路侧景观可视域体积，单位m3；α：水平视角，单位
°
；α1：未被中央分隔带遮挡的视角，单位
°
；L：视距，随速度变化而不同，这里的视距L是指可视距深度，分为车前可视距L1、可视距集中点(L1+L2)、可视距深度(L1+L2+L3)，单位m；β：垂直视角，单位
°
；β1：视平面的上竖视角，单位
°
；β2：视平面的下竖视角，即未被车前可视距遮挡的竖视角，单位
°
；
h：视高，小汽车1.2m，货车2.0m，单位m；R0：高速公路弯道半径，采用圆曲线最小半径模拟，单位m；R：高速公路路基边缘线弯道半径，单位m；w1：内弯路基边缘至外弯中间带边缘车道边线的宽度，单位m；w2：外弯中间带外缘车道边线到汽车所处坐标位置宽度，单位m；2)起点处(A点)路侧景观可视域遮挡空间模型如图3所示，假设遮挡物，其投影到可视域内的最大截面为长方形，其宽D，高H，遮挡物其中1个点的相对坐标为(x
z
,y
z
,z
z
)，遮挡物其它3个点的相对坐标分别为(x
z
,y
z
–
D,z
z
)，(x
z
,y
z
–
D,z
z
+H)，(x
z
,y
z
,z
z
+H)，其中z
z
＝0m，y
z
为：式中：R：高速公路路基边缘线弯道半径，单位m；w1：内弯路基边缘至外弯中间带边缘车道边线的宽度，单位m；w2：外弯中间带外缘车道边线到汽车所处坐标位置宽度，单位m；x
z
：遮挡物的X坐标值，单位m；A点的遮挡体积，由两部分的差值计算，即底面为近似矩形的大三角锥V1和底面积为矩形的小三角锥V2；
①
底面为近似矩形的大三角锥体积V1计算公式由三角形比值关系，得到：式中：H
s
为遮挡物的高度投影到视距L最末端近似矩形底面的两条边的参量，单位m；H：遮挡物的高度，单位m；L：视距，随速度变化而不同，这里的视距L是指可视距深度，分为车前可视距L1、可视距集中点(L1+L2)、可视距深度(L1+L2+L3)，单位m；x
z
：遮挡物的X坐标值，单位m；式中：D
s
为遮挡物的宽度投影到视距L最末端近似矩形底面的两条边的参量，单位m；D：遮挡物的宽度，单位m；L：视距，随速度变化而不同，这里的视距L是指可视距深度，分为车前可视距L1、可视距集中点(L1+L2)、可视距深度(L1+L2+L3)，单位m；x
z
：遮挡物的X坐标值，单位m；式中：
H
s
为遮挡物的高度投影到视距L最末端近似矩形底面的两条边的参量，单位m；H：遮挡物的高度，单位m；D
s
为遮挡物的宽度投影到视距L最末端近似矩形底面的两条边的参量，单位m；D：遮挡物的宽度，单位m；L：视距，随速度变化而不同，这里的视距L是指可视距深度，分为车前可视距L1、可视距集中点(L1+L2)、可视距深度(L1+L2+L3)，单位m；x
z
：遮挡物的X坐标值，单位m；
②
底面积为矩形的小三角锥体积V2计算公式所以，A点的遮挡体积为：式中：H：遮挡物的高度，单位m；D：遮挡物的宽度，单位m；L：视距，随速度变化而不同，这里的视距L是指可视距深度，分为车前可视距L1、可视距集中点(L1+L2)、可视距深度(L1+L2+L3)，单位m；x
z
：遮挡物的X坐标值，单位m；因此，A点的遮挡比为：3)车辆行驶到任一点(B点)的路侧景观可视域遮挡空间模型当行驶车辆从A点运动到B点时，即在t
i
时刻B点的可视域被遮挡体积如图4所示；当驾驶人从A点行驶到B点时，其行驶距离弧长L
a
为：式中：v：车辆行驶速度，单位km/h；R：高速公路路基边缘线弯道半径，单位m；t
i
：车辆从A点运动到B点时的行驶时间，单位s；w1：内弯路基边缘至外弯中间带边缘车道边线的宽度，单位m；w2：外弯中间带外缘车道边线到汽车所处坐标位置宽度，单位m；δ：行驶角度从而可得：式中：v：车辆行驶速度，单位km/h；
R：高速公路路基边缘线弯道半径，单位m；t
i
：...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖剑，查旭东，崔勇，杨柳林，韦召力，肖仪姣，
申请(专利权)人：广西建设职业技术学院，
类型：发明
国别省市：