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【工程设计背景】：
北京市拟修建一条高速公路，道路路段设计时速为120km/h，互通立交匝道设计时速为60km/h，道路全长约137公里，按双向六车道高速公路标准建设。规划年为2015年，规划年主线断面的年平均日交通量为24800辆，路面为沥青路面，路面宽度为2×3×3.75米，中央分隔带为2.5米，硬路肩宽度为2×3.0米，左侧路缘石宽度为2×0.75米，路面总宽度为32.5米，路基宽度为35米，沿线设置互通立交联通各个途经城市。请进行高速公路机电系统进行设计，以满足高速公路运营需要的系统功能。
表1 目标年某高速公路途经城市断面交通量预测
该路分担的产生交通量（AADT） 24800 序号 站点名称 里程桩号 1 北京主站 途经城市1 途经城市2 途经城市3 途经城市4 0 2 11500 28.9 3 9800 67.6 4 17890 89.8 5 10400 115.3 6 终点城市5 22450 137.0 要求：
1）收费系统设计为必选内容；收费系统设计应包含收费制式设计，收费站布设地点设计，所有收费站的车道数设计，并选取其中一个主线收费站进行完整的平面设计。收费广场详细设计应包含：收费广场（含过渡段）平面设计，收费车道系统设计，收费广场标志标识设计，收费广场照明设计。收费系统应至少包含一条电子收费车道。
2）监控系统设计和照明系统设计为备选内容，设计书中根据自己兴趣，二选一进行设计。
3）监控系统设计应包含，所采用的监控系统结构设计，通信方式，所采用的交通流检测监视设备选型，信息发布终端主要选型和种类，布设位置，交通监控中心位置设计，监控中心配置等。
4）照明系统设计，应根据规范要求，确定需要满足的照明环境和照明条件，确定路段照明、收费广场照明和匝道立交桥区所采用的灯具类型，灯杆高度，灯具布置间距。
5）请画出系统设计图，标明系统设计中涉及的交通工程设施，并在图上标记出。简化起见，暂时不考虑道路线形和走势，以直线表征整个道路路线。
1．收费制式
因为道路全长137公里，中间途径4个城市，城市之间距离过大，所以将采用封闭式收费制式。这样的收费制式收费合理，没有漏收现象。北京到终点车流量较大，采用封闭式收费制式可兼顾收费道路出入口的交通管理，控制高速公路上的车流量，以此达到最好的道路
服务水平。封闭式收费站在所有出入高速公路的互通式立交的匝道处都设有收费站。每个车道都要设置收费站。 2．收费站布设地点
起终点直接设在主线上，道路通过的其他收费口，通过立交匝道的收费方式。由于途径的四个城市的车流量并不是太大，所以匝道收费站采用集中式。集中式将同一立交每一进口匝道均引至一处，与地区道路相衔接，集中设置双向收费站。这样不仅节省占地面积，而且有利于车辆的进入和驶出。在出入口我们将采用入口发卡，出口缴费的半自动收费方式。 3．车道数设计
车辆减速进入收费站，选择排队长度最小的收费车道进行领票和缴费。采用封闭式制式的收费站，平均服务时间入口为6s,出口为10s。
DHV=K30·D·AADT
K30——第30 小时交通量与AADT 之比值，K30 =0.12；
D——道路方向分布系数，一般采用0.6，主线终点采用0.7； AADT——设计年平均日交通量，辆/d。
Lq为平均排队长度，通长情况取1辆，有时候也在不妨碍交通情况下取2或3辆。这里我们Lq=0.5辆。
根据书中表5.12收费站每小时可处理的交通车辆数，可得下表： 车道数 站点名称 产生交通量（AADT） 设计小时交通量(DHV) 入口 出口 北京主站 途经城市1 途经城市2 途经城市3 途经城市4 终点城市5 24800 11500 9800 17890 10400 22450 2083 828 706 1288 749 1886 5 3 3 4 3 5 7 4 3 5 3 6
4．收费广场设计
4.1 收费广场平面设计
收费广场的平面线性最好选择直线，不得已采用曲线时，其曲线半径不得小于200米，
收费站附近的坡度竖曲线半径原则上大于800 米，最大坡度小于2%。 4.1.1车道宽度：
一般收费车道为，3.0米；最外侧车道为超宽车道，3.5米；不停车收费，车道宽度应为3.6米，路肩1.2米。 4.1.2收费岛尺寸：
主线收费站28-36米，宽2.0-2.4米，岛面高度0.2米。匝道收费广场直线段应30-50米，主线广场应为60米，我们的主线广场为50米的水泥混凝土路面。 4.1.3收费广场的渐变段长度：
从收费广场向标准宽度路段过渡的渐变段，要求能够使车辆顺畅行驶。设L为渐变段长度，S为渐变段宽度，根据路线设计规范规定收费广场在主线上时，广场收敛渐变率（L/S）需大于5。我们取渐变率为5。
S=2*3.0+3.5+3.6+2*6=25.1
所以求的渐变长度L=125米。
4.1.4下图就是以北京主站为例的收费广场平面设计图: 7张，收费站的减速标线
4.2收费车道系统设计
我们大部分车道采用半自动收费系统。半自动收费系统：人工识别车型，人工收费，计算机计费结算。上图中还有一条自动收费系统ETC。使用该系统，车主只要在车窗上安装感应卡并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，也无须停车，高速费将从卡中自动扣除。
4.2.1半自动收费系统
入口车道：负责判别车型，将本站信息和车辆信息写入通行券，放行车辆。
图2 入口收费车道设备组成
出口车道：检验车辆所携带通行券，计算收取通行费，打印票据，放行车辆。
图3 出口收费车道设备组成
4.2.2 ETC自动收费系统 图
4.3收费广场附属设施设计 4.3.1地下通道：
收费车道多余8条，且收费业务繁忙的站点应设置地下通 道
4.3.2收费雨棚：
一般在5.5-6米，大型站点可增至7.0米 4.3.3收费监控楼：
通过玻璃窗，便于值班人员监控广场情况 4.3.4收费广场的标志、标线： 预告标志，禁止标志，限高标志
4.4计算机网络结构设计
该封闭式收费系统的计算机网络结构为树状多级结构，如下图：
收费中心
收费分中心
收费站
5.收费广场标志标识设计
交通标志依据功能可分为主标志和辅助标志两大类。辅助标志附设在主标志下，起辅助说明作用。依旧交通标志的支持方式，可将标志分为路侧式、悬臂式、门式和附着式四类。高速公路标志一般为绿底白字。收费广场入口处的路径指引标志。出口处的预告标志。 5.1路径指引标志
路径指引标志是为高速公路用户提供从出发地到目的地沿途所经路线信息的交通标志，包括路线编号（名称）、沿线可达地区或地点的名称、行驶的方向及到达目的地或出口的距离等信息。
5.2 出口预告标志
5.3 收费广场的ETC专用道也需要提前给予指示
5.4 收费广场的禁止标志
在高速公路的入口，在互通或主线收费站之前，设置禁止拖拉机通行标志、 禁止摩托车通行标志、禁止非机动车通行标志、禁止行人通行标志。为节省立柱、 基础与版面可把以上标志合并设置。 5.5 其他标志
收费广场的电子收费车道和超宽车道分别设置相应标识；收费广场必要时设 置限高标志。
5.6 收费广场的标线
收费岛标线为黄黑相间的斜线，线宽为15cm，由岛头中间以450 角向两边标 画。
ETC有专用车道，它的标线醒目，容易与其他标线区别，一般为为黄色虚线，如图：
6.收费广场照明设计
参照照明系统设计-收费广场照明中的相应说明。
照明系统设计
路段性质
• 道路线形，路面状况，沿线地形 交通流性质
• 路段高峰小时交通量，交通组成，限速 安全要求
• 事故高发路段，夜间交通事故发射频率 经济效益评价
• 投入费用和夜间事故的经济效益评价 1. 路段照明
根据不同的照明场所，所选择的照明设备也不相同。因为是高速公路，为了防止眩光等不利因素，我们选择光源种类低压钠灯，灯具类型高压钠截光型或半截光型灯。
我们选择全线照明，这种连续照明，有效地防止了灯光忽明忽暗的问题，提高了照明的质量。路灯布置我们采用交错布置，这可以使灯光更均匀。如图所示
图
灯具安装高度h：一般取10-15米。h 跟路面宽度有关，一般要求最小高度在0.5-1倍的路宽以上，因为路面总宽为32.5米，所以我们选择18米。灯具安装间距s：小于3-4倍的高度。所以S取5o米。灯具的外伸部分，设计中不超过h的1/4，这里取4米。倾斜角度θ：一般在5度以下，最大控制在15以内，我们取10度。设计如图：
图
1.1 曲率半径小于1000米的路段，路灯应布置到弯道外侧，并缩小间距到正常间距的50~70%，如图：
图
1.2 转弯处的灯具不应布置在直线段延长线上，提高视觉诱导性.如图：
图
2． 收费广场照明 2.1收费广场照明设计
设计标准路明亮度要求：1.5-2.0 cd/cm2 收费广场照明方式
低杆照明用于小型收费广场 中高杆照明用于大中型收费广场 装饰性灯杆和功能性灯杆 收费天棚照明
具有比收费广场更高的照明标准，帮助收费员 看清车型
一般采用嵌入式窄射光类照明器 广场灯具安装的高度
H> 0.5R(m)=0.5倍的被照射范围半径 投光灯照明布设方式 一般广场 同一侧布置 对称布置 收费广场
两侧排列：H1，H2 一侧排列：H1
中间设置：H1，H2， H3 3． 隧道照明系统
3.1隧道照明常用的措施 1、洞外设置专用减光措施
遮光棚、植树、铺设黑色路面 2、分段设置不同亮度
根据司机进出隧道过程的视觉感受，暗适应和 明适应的生理过程，在隧道灯具布置中设置亮 度逐渐变化的效果如图 隧道内照明灯具布置
安装高度一般在4米为宜
不应布置在侧面，而是在天棚顶和墙面之间 布置类型
相对布置：亮度分布最优 交错布置
中间布置：安装和维修困难，一般很少采用 诱导性
增加墙面与路面亮度对比
利用照明器加强隧道路线的诱导 3.2应急照明
由于隧道照明的特殊性，宜采用两组独立供电 电源
应急照明是另外独立的供电系统
备用电源在主电源停用后自动投入，持续3min 以上
应急照明一般在正常照明的1/5以上 4． 砸到立交桥区照明设计
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