交通基礎/設計
為了擁有一個功能完善的交通系統，連線各個起點和終點的路線需要設計到一定質量水平，以確保所有使用這些路線的車輛能夠安全高效地通行。這種質量水平反映在**幾何設計**的準確安裝上。這種設計需要考慮各種因素，包括車道數量、車道寬度、中央分隔帶型別、加速和減速車道長度、曲線半徑等等。過去，許多工程師在設計細節方面投入了畢生精力。如今，儘管計算機軟體取得了進步，但構建高速公路的基本原理仍然需要理解，以確保將來繼續建造直觀的道路。
高速公路設計本身包含一系列的考慮因素。下面將討論一些主要要點。更多細節可以在各自的章節中找到。
視距是指駕駛員從其車輛上所能看到的距離。這在確定設計速度時非常重要，因為允許駕駛員以更快的速度行駛，卻無法及時看到潛在的、不可預見的危險是不安全的。視距適用於兩大類：
- 停車視距 (SSD)
- 超車視距 (PSD)
坡度是指道路向上或向下傾斜的角度。這尤其重要，因為道路修建的地形很少是平坦的，因此需要在道路上設定固有的“坡度”，以降低挖掘峽谷或隧道的成本。但是，坡度過陡會導致車輛難以在該路段行駛。由於道路是為為旅行者提供服務而修建的，因此不希望道路無法通行。
合適的坡度取決於預計使用該道路的車輛的發動機功率。這分解為一個力平衡方程，其中發動機功率受到各種阻力的抵消。這些阻力包括：
- 空氣阻力
- 滾動阻力
- 坡度阻力
水平曲線是設計在水平面上的半圓形曲線，用於使道路繞過障礙物，例如城鎮、山脈或湖泊。它們允許在兩條不平行的道路之間進行平滑的過渡，而不是急轉彎。在設計水平曲線時，設計人員必須考慮預期的設計速度，因為需要向心力才能確保車輛能夠成功地透過彎道。設計時需要考慮的因素包括：
- 曲線半徑
- 超高
垂直曲線用於使道路跟隨地形，無論是山丘還是山谷。垂直曲線主要設計為拋物線，使用拋物線方程的一般形式，其係數對應於所討論道路的已知元素。設計人員可以透過調整這些元素和最小化成本來設計道路。這些元素包括：
- 進出坡度
- 曲線長度
- 曲率變化率
道路橫斷面在設計中主要用於排水。如果道路是平坦的，那麼水就會積聚在路面上，降低摩擦係數，成為安全隱患。因此，設計人員採用“凸形”橫斷面，在道路中心線處設定較高的標高，然後隨著向路肩方向延伸逐漸降低。這種坡度通常非常小，駕駛員無法察覺，但可以成功地將水排放到排水溝或雨水渠中。
土方工程在高速公路設計中主要是一個預算問題。無論土方是運到工地、運離工地還是在工地內移動，都是一項昂貴的工程。設計人員通常會設計道路，以儘量減少必要的土方工程量，從而降低專案成本。然而，瞭解如何最大程度地減少土方移動需要了解這個過程。
路面設計通常不被認為是幾何設計的一部分，但仍然是設計過程中的重要組成部分。為了促進交通流的有效性，車輛輪胎下面的路面需要堅固、穩定和平滑。路面工程師負責確定必要的路面深度，以允許交通在特定路段通行。設計不當會導致路面開裂、出現坑窪以及路面表層完全損壞。
道路幾何設計的計算和設計過程通常既繁瑣又耗時。明尼蘇達大學建立了一個線上道路幾何設計工具，用於幫助交通專業的學生完成這個過程。這個名為道路線上設計應用程式 (ROAD) 的工具允許學生在計算機螢幕上設計道路，使用背景中的等高線地圖作為參考。與傳統的紙筆方法相比，這個工具使設計過程更高效有效。它可以在下面列出的連結中找到，免費使用，涵蓋了設計部分中討論的主題。它可以在 STREET 網站 上找到。