交通基础/设计
为了拥有一个功能完善的交通系统，连接各个起点和终点的路线需要设计到一定质量水平，以确保所有使用这些路线的车辆能够安全高效地通行。这种质量水平反映在**几何设计**的准确安装上。这种设计需要考虑各种因素，包括车道数量、车道宽度、中央分隔带类型、加速和减速车道长度、曲线半径等等。过去，许多工程师在设计细节方面投入了毕生精力。如今，尽管计算机软件取得了进步，但构建高速公路的基本原理仍然需要理解，以确保将来继续建造直观的道路。
高速公路设计本身包含一系列的考虑因素。下面将讨论一些主要要点。更多细节可以在各自的章节中找到。
视距是指驾驶员从其车辆上所能看到的距离。这在确定设计速度时非常重要，因为允许驾驶员以更快的速度行驶，却无法及时看到潜在的、不可预见的危险是不安全的。视距适用于两大类：
- 停车视距 (SSD)
- 超车视距 (PSD)
坡度是指道路向上或向下倾斜的角度。这尤其重要，因为道路修建的地形很少是平坦的，因此需要在道路上设置固有的“坡度”，以降低挖掘峡谷或隧道的成本。但是，坡度过陡会导致车辆难以在该路段行驶。由于道路是为为旅行者提供服务而修建的，因此不希望道路无法通行。
合适的坡度取决于预计使用该道路的车辆的发动机功率。这分解为一个力平衡方程，其中发动机功率受到各种阻力的抵消。这些阻力包括：
- 空气阻力
- 滚动阻力
- 坡度阻力
水平曲线是设计在水平面上的半圆形曲线，用于使道路绕过障碍物，例如城镇、山脉或湖泊。它们允许在两条不平行的道路之间进行平滑的过渡，而不是急转弯。在设计水平曲线时，设计人员必须考虑预期的设计速度，因为需要向心力才能确保车辆能够成功地通过弯道。设计时需要考虑的因素包括：
- 曲线半径
- 超高
垂直曲线用于使道路跟随地形，无论是山丘还是山谷。垂直曲线主要设计为抛物线，使用抛物线方程的一般形式，其系数对应于所讨论道路的已知元素。设计人员可以通过调整这些元素和最小化成本来设计道路。这些元素包括：
- 进出坡度
- 曲线长度
- 曲率变化率
道路横断面在设计中主要用于排水。如果道路是平坦的，那么水就会积聚在路面上，降低摩擦系数，成为安全隐患。因此，设计人员采用“凸形”横断面，在道路中心线处设置较高的标高，然后随着向路肩方向延伸逐渐降低。这种坡度通常非常小，驾驶员无法察觉，但可以成功地将水排放到排水沟或雨水渠中。
土方工程在高速公路设计中主要是一个预算问题。无论土方是运到工地、运离工地还是在工地内移动，都是一项昂贵的工程。设计人员通常会设计道路，以尽量减少必要的土方工程量，从而降低项目成本。然而，了解如何最大程度地减少土方移动需要了解这个过程。
路面设计通常不被认为是几何设计的一部分，但仍然是设计过程中的重要组成部分。为了促进交通流的有效性，车辆轮胎下面的路面需要坚固、稳定和平滑。路面工程师负责确定必要的路面深度，以允许交通在特定路段通行。设计不当会导致路面开裂、出现坑洼以及路面表层完全损坏。
道路几何设计的计算和设计过程通常既繁琐又耗时。明尼苏达大学创建了一个在线道路几何设计工具，用于帮助交通专业的学生完成这个过程。这个名为道路在线设计应用程序 (ROAD) 的工具允许学生在计算机屏幕上设计道路，使用背景中的等高线地图作为参考。与传统的纸笔方法相比，这个工具使设计过程更高效有效。它可以在下面列出的链接中找到，免费使用，涵盖了设计部分中讨论的主题。它可以在 STREET 网站 上找到。