一種軌道式智能行人過街系統的設計

郭云嘯

(遼寧鐵道職業技術學院 鐵道工程學院,遼寧 錦州 121000)

0 引言

行人過街設施是保障行人安全、高效過街的重要手段.目前,行人過街設施存在諸多問題:過街天橋或過街地道等過街設施給行人,尤其是一些體弱者步行過街帶來極大不便,導致有些步行過街設施被行人棄用[1];自動扶梯式過街天橋的建造與使用成本都較高,并不能得到廣泛的應用;斑馬線等過街設施,無法有效約束行人過街行為;行人過街速度差異大,總通過時間取決于最后通過路口的行人,導致機動車等待時間延長.因此,有必要推動新型自動過街設施及其技術的實現[2],減少車輛等待時間,增加行人過街的舒適性、便捷性和安全性.

軌道式智能行人過街系統是一種結合鐵路、公路、纜車等多種交通方式優勢,以類似“擺渡”的模式將行人安全、便捷地運送過街的智能交通設施.該設施通過對過街行人“化零為整”保障行人以較快的統一速度集中通過路口,避免行人過街速度差異造成車輛滯留,實現“第一人到達即最后一人到達”的理想狀態.相比于傳統的天橋、地下人行通道、過街平臺等設施,軌道式智能行人過街系統安置位置靈活、施工便捷,同時避免了行人繞路和上下臺階的麻煩.本文提出一種軌道式智能行人過街系統,為推動新型自動過街設施及其技術的實現提供新的思路.

1 軌道式智能行人過街系統設計思路

一方面,當前行人過街設施很難做到保障機動車通行能力和行人過街安全、減少行人過街延誤時間、滿足人性化要求等多方面的統一.熊文等就過街設施相關問題對上海市民進行了調查,認為增加自動扶梯等人性化設計是影響行人偏好的根本因素[3].所以,在新型過街設施的設計中,應從行人,特別是老人、兒童、殘障人士等群體的角度出發,設計便捷、舒適的過街方式,從而促進“以人為本”過街方案的實現,有效緩解城市交通擁堵問題,進一步提升城市形象[4].

另一方面,行人過街需求廣泛存在,過街設施的建造成本和使用效率也是設計中重點要考慮的兩點問題.過街設施應能滿足一定的行人通過量,避免出現行人滯留,同時建造成本要結合地方的財政預算,這就對過街設施的架構設計提出了挑戰.

再有,為了避免對公路交通產生嚴重干擾,過街設施應便于施工且工期較短,盡量減少對現有交通設施的破壞和改造,避免對水、電、暖、燃氣管線造成影響.

本文綜合考慮上述問題,設計了一種便于施工的軌道式智能行人過街系統.該設施采用軌道平臺車承載行人過街,有效縮短機動車等待行人過街時間,發揮軌道載具安全穩定、高效廉價的優勢;采用鏈條傳輸動力,使對向運動的平臺以類似纜車的模式協調聯動;平臺與人行道契合,避免影響行車道和原人行道的正常使用;平臺周圍安置距離傳感器,設置急停機制,保障平臺運轉安全;智能化控制系統實時監測行人數量及等待時間信息,智能協調交通信號,減少行人過街等待時間,提高行人過街舒適度.

2 軌道式智能行人過街系統設計方案

軌道式智能行人過街系統示意圖如圖1所示.每組過街設施由2個帶有壓力傳感器的過街平臺、梭形往復導軌、2組電動機、導軌內傳動鏈條、控制器及其他電氣設備組成.

過街系統下置電動機帶動導軌內傳動鏈條,鏈條帶動2個過街平臺沿梭形往復導軌對向運動,通過走行輪傳動帶動平臺旋轉固定角度,嵌入對側街角缺口,完成一次過街行為,其細部設計如下:

2.1 走行機構設計

過街平臺走行面為嵌入導軌的公路表面,為便于行人上下,平臺高度需與人行道持平,設計采用輪徑較小的走行輪;而小輪徑走行輪的通過性差,在承受大荷載的情況下行進阻力、振動及磨損均較高:因此,平臺采用軌道式走行機構設計,將大部分荷載集中于輪軌接觸面.

如圖2所示,軌道式走行機構置于平臺中央,下方連接著與傳動鏈條嚙合的牽引梭,采用單列雙輪設計,輪徑約為300 mm,踏面分布于輪緣兩側,輪緣陷入軌道槽中.軌道式走行機構可承載平臺主要重量,當發生偏載時由平臺三個角點上的φ80 mm加寬萬向膠輪承擔額外荷載,以維持穩定.

2.2 承載平臺設計

如圖3所示,平臺承載面是類似勒洛三角形的對稱結構,其中兩邊與人行道街角弧度一致,第三邊是以人行道路緣石延長線交點為圓心的弧.這種形狀的設計使平臺在過街過程中以較小角度的旋轉即可嵌入對側路口的缺口中,且不論平臺嵌入哪側路口,都能構成完整的弧線街角形狀,不影響轉彎車輛通行.同時,這種形狀最大限度地保留了人行道的通行寬度,在街角有建筑物且人行橫道寬度為4 m時,最窄處可保留約1.5 m的通行空間.

為容納軌道式走行機構,平臺中部設計為成φ800 mm、高度430 mm的圓柱形凸起,這一設計與普通座椅的高、深相似,便于行人圍坐其上等候過街,凸起中心置φ100 mm立柱,頂部支遮陽傘并配備扶手、拉環;平臺臨街的兩側設護欄,后部中央設護欄,并留有出入口.

2.3 動力系統設計

動力系統包括牽引動力系統和自旋傳動系統.

牽引動力源為2臺預埋于街角承載平臺下方的電機,通過鏈條嚙合齒輪傳動,鏈條嵌入軌道槽內的一側,以防雨水侵蝕.鏈條與平臺軌道式走行輪下方的牽引梭嚙合,帶動平臺移動,如圖4所示.

平臺自旋是為將平臺嵌入人行道街角缺口處所進行的角度調整過程.平臺從一側向另一側街角移動的同時,需調整一個正角度值,反之需調整一個負角度值,平臺過街過程中旋轉的絕對角度為45°,但相對于運行在梭形往復導軌上的走行輪來說,平臺旋轉的角度并不相同,靠近路口的平臺相對轉角為45°+梭形導軌圓心角,遠離路口的平臺相對轉角為45°-梭形導軌圓心角,因此需要分別設置自旋傳動比.自旋動力依靠軌道向走行系統施加的反作用力產生,軌道輪通過齒輪、90°換向齒輪、傳動比調整齒輪將縱向扭矩轉為水平扭矩,帶動平臺自旋.在自旋過程中,平臺會由于軌道輪磨損、打滑產生角度誤差,但這種誤差在嵌入街角行為中得到校準,并不會積累,因此不會影響系統運行,如圖5所示.

3 軌道式智能行人過街系統運行方式

系統的運行方式包括觸發運行和信號協同兩種.

觸發運行有三種情況:一是時間觸發,即當平臺重力傳感器檢測到有行人進入承載平臺時開始計時,計時達到行人極限等待時間后被動觸發過街行為;二是過街人數觸發,即在未達到等待時間但重力傳感器檢測到滿載重量(約15人)時,主動觸發過街行為;三是根據固定信號配時進行的計劃觸發.

信號協同是指過街平臺與機動車道信號燈的信號協同,此協同行為需要單獨設左轉、直行和右轉信號燈.當某車道平臺行人過街時,需切斷該車道的出入車流,因此信號配時應考慮系統的運行進行綜合設計;也可在信號切換過程中設置延遲,利用延遲時間同時運行各車道過街平臺,這樣雖然增加了車輛額外的等待時間,但避免了為行人步行過街設置較長的紅燈配時.根據計算,在雙向八車道寬30 m、人行道4～5 m的情況下,過街平臺單次最大可輸送約2×15人至2×22人,單次輸送時間約為7 s.這與正常成年行人平均步行過街速度20 s相比,時間縮短了一半以上,如果考慮到老人、兒童、殘疾人等步行速度較慢的群體,節約的過街時間將更為可觀,車輛受行人過街時間的影響將極大縮短.同時,封閉式的過街平臺消除了行人違規過街對行進車輛造成的影響,總體上提高了交通效率.

4 結語

本文提出的軌道式智能行人過街系統主要應用于人流、車流沖突嚴重的大型路口.該系統設計采用全封閉欄桿集中運輸,杜絕行人違章過街行為;同時,過街平臺與人行道路面持平,保障了行人舒適度,提高了行動不便人士過街的安全性;通過結構優化避免了車道停止線后移,減少了對車流通過效率的影響;過街平臺設計位置比傳統斑馬線更靠近路口中心,縮短了行人過街的步行距離;在配時設計方面,雖然過街平臺對路口交通產生了一定影響,但極大縮短了行人過街導致的車輛等待時間,避免了零散過街行人對交通產生的持續干擾,改善了城市交通擁堵的狀況,提高了交通效率.同時,本文所設計的軌道式智能行人過街系統也為過街設施的優化和創新提供了新的思路.