高速公路交通控制課件

高速公路交通控制高速公路交通控制高速公路交通控制15.3.4匯合控制匯合控制是一種微觀控制方法，以安全為控制原則。匯合控制的基本目標(biāo)是通過使入口匝道車輛最準(zhǔn)確利用高速公路間隙來完成合流，改善高速公路交通流的分布及運行。15.3.4匯合控制匯合控制是一種微觀控制方法，以安全為控制原則。匯合控制的基本目標(biāo)是通過使入口匝道車輛最準(zhǔn)確利用高速公路間隙來完成合流，改善高速公路交通流的分布及運行。匯合控制方法是當(dāng)檢測到外側(cè)車道車流間隙長度不小于可插車間隙時，才允許匝道車輛進(jìn)入高速公路，這樣能保證匝道車輛及時安全匯入高速公路車流中。匯合控制系統(tǒng)實現(xiàn)的入口匝道調(diào)節(jié)率完全取決于檢測到的主線車流間隙數(shù)目。檢測高速公路上的可插間隙估計這個可插間隙到達(dá)入口匝道匯合點的時間引導(dǎo)匝道車輛進(jìn)入這個可插間隙匯合控制運行的工作過程匯合控制系統(tǒng)可插間隙匯合控制系統(tǒng)移動匯合控制系統(tǒng)1、可插間隙匯合控制構(gòu)成如圖15-4。播放某個綠燈時間允許通過的車輛數(shù)取決于可插間隙的大小。最小可插間隙是指兩個相隨的車輛的車頭間隙時間足夠一個入口匝道車輛匯合進(jìn)入的最小車頭間隔時間。天氣條件高速公路和入口匝道的幾何形狀車輛加速特性駕駛員水平交通條件影響最小可插間隙的因素停在匝道信號燈前的車輛到達(dá)匯合點預(yù)計行駛時間可插間隙移動速度放行時間的計算依據(jù)匯合地點到間隙/速度檢測器之間的距離2、移動匯合控制利用匝道左側(cè)面帶有綠色光帶的顯示器，向匝道車輛提示高速公路外側(cè)車道的可插間隙移動情況。車輛跟隨光帶的移動，則有助于掌握加速度和速度，有利于順利匯合。播放移動匯合控制模式移動模式適合于高速公路流量較小的情況停車的可插間隙模式隨著高速公路交通量的增加，速度下降到某值時，此時控制系統(tǒng)換用停車的可插間隙狀態(tài)定時調(diào)節(jié)模式當(dāng)高速公路流量繼續(xù)增加，超過某一標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)轉(zhuǎn)為定時調(diào)節(jié)方式3、可插間隙和需求—容量控制匝道調(diào)節(jié)率按照交通需求—容量差額原理來確定，但以此調(diào)節(jié)率放行的匝道車輛要及可利用的可插間隙相符合。4、匯合控制系統(tǒng)的評價匯合控制系統(tǒng)及交通需求—容量差額感應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較如下:

匯合控制可得到比較平滑的交匯運行，車輛由匝道調(diào)節(jié)信號處到達(dá)交匯區(qū)所需時間短匯合控制的匝道車輛放行是根據(jù)檢測到的可插間隙來確定的，因而控制運行方式?jīng)]有規(guī)律，排隊等待時間較長（調(diào)節(jié)率約為4～5veh/min），違章車輛率較高需求—容量差額感應(yīng)調(diào)節(jié)可得到較高的調(diào)節(jié)率和較大的入口匝道容量

當(dāng)駛?cè)朐训谰哂辛己玫募铀佘嚨赖葞缀涡螤顣r，采用定時調(diào)節(jié)、需求—容量差額感應(yīng)調(diào)節(jié)，可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果，無需采用匯合控制系統(tǒng)對于因視距不良、加速車道、坡度缺陷等造成的交匯困難的高速公路，采用匯合控制是有利的匯合控制需增加較多設(shè)備，系統(tǒng)成本昂貴15.4入口匝道整體定時控制入口匝道定時整體控制是指每個入口匝道定時調(diào)節(jié)時必須對其上、下游匝道運行的相互依賴性給予考慮。這時，各個匝道的調(diào)節(jié)率是根據(jù)整個系統(tǒng)的交通需求—容量差額來計算的。15.4.1性能指標(biāo)和調(diào)節(jié)率的算法入口匝道整體定時的控制是基于交通流每日變化大體一致，因而可以把一天劃分為若干時段（大約每段為15或更長），在一個時段內(nèi)交通流近似于均勻，可以認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而根據(jù)實際情況把高速公路分成若干段，每段內(nèi)交通流近似認(rèn)為穩(wěn)定均勻。建立一個描述交通流狀態(tài)只隨道路空間變化的穩(wěn)態(tài)模型，然后根據(jù)主線和各入口匝道的交通需求和每個入口匝道下游的容量，按照某種性能指標(biāo)，在每時段確定一組最佳調(diào)節(jié)率（常數(shù)），使各路段交通狀況總體最優(yōu)。15.5高速公路主線控制15.5.1主線控制概述主線控制的對象是高速公路本身即路段上的交通流，通過對高速公路主線的交通進(jìn)行調(diào)節(jié)、誘導(dǎo)和警告，達(dá)到優(yōu)化交通流狀態(tài)的目的。通過主線控制可以改善高速公路運行的安全和效率，緩解主線上的交通擁擠和交通瓶頸對交通的影響。這種控制對常發(fā)性和偶發(fā)性交通擁擠都是有效的。1、主線控制的主要目的保持交通流均勻性和穩(wěn)定性，增加舒適程度，提高利用率、預(yù)防擁擠使瓶頸路段達(dá)到最大通行能力改進(jìn)交通運行，防止沖撞事故保證特殊氣候條件下高速公路的運行安全當(dāng)出現(xiàn)交通事故或因維修而使主線通行能力下降時，要提高道路的使用效率改變高速公路不同方向上的通行能力將駕駛員誘導(dǎo)到交通狀況較好的道路上2、主線控制涉及到的幾個方面1車道使用控制2警告和誘導(dǎo)3優(yōu)先控制3、主線控制實現(xiàn)目標(biāo)的基本方法依據(jù)交通流模型判斷交通流運行狀態(tài)確定高速公路主線交通流控制的目標(biāo)狀態(tài)值及相應(yīng)的控制方法，使交通流趨于目標(biāo)狀態(tài)從過去的統(tǒng)計資料中或采用交通感應(yīng)方法獲得當(dāng)前高速公路上交通流狀態(tài)變量值主線控制方式可以是定時控制，也可以采用交通感應(yīng)式控制?？刂婆鋾r和等級根據(jù)一天時間內(nèi)的交通流變化規(guī)律預(yù)先確定定時主線控制控制變量值是基于實時測量到的現(xiàn)時交通條件下的交通參量感應(yīng)主線控制主線控制方法4、主線控制方法駕駛員信息系統(tǒng)公共汽車、合用車優(yōu)先控制可變速度控制可逆車道控制主線調(diào)節(jié)車道關(guān)閉15.5.2可變速度控制可變速度控制是在高速公路主線上設(shè)置可變限速標(biāo)志來限制行車速度，從而使主線上的交通流的速度能隨車流密度的改變而變化，以保證交通流的均勻、穩(wěn)定，同時還能提高道路通行能力?？勺兯俣瓤刂频闹饕饔帽憩F(xiàn)在以下幾個方面：增加交通量減少追尾事故一種提前報警系統(tǒng)延緩擁擠的出現(xiàn)改善交通流的穩(wěn)定性，有助于保證達(dá)到最大交通量可變速度控制的基本原理是依據(jù)道路、交通、氣候等條件對高速公路主線交通流安全高效運行的限制要求和路段交通流的流量、速度、密度的關(guān)系，確定能夠允許的最大交通量下的最佳速度和最佳密度，并據(jù)此采用可變限速標(biāo)志等方法對高速公路主線交通流進(jìn)行速度控制。1、可變速度控制的目標(biāo)速度最佳目標(biāo)速度的確定方法有兩種：①經(jīng)驗統(tǒng)計法；②數(shù)據(jù)模型法?？勺兯俣瓤刂频哪繕?biāo)主要是速度指標(biāo)。2、可變速度控制策略和方法主線可變速度控制主要通過主線上交通流的速度在空間和時間上的分布進(jìn)行控制，以保證交通流的穩(wěn)定、均勻，或?qū)崿F(xiàn)將交通流從不穩(wěn)定狀態(tài)、擁擠狀態(tài)調(diào)控到穩(wěn)定狀態(tài)?？勺兯俣瓤刂频幕疽罁?jù)是實際服務(wù)水平和由實測交通狀態(tài)數(shù)據(jù)確定的速度—流量關(guān)系，其目標(biāo)是使主線交通流流量最大或保持在一定的服務(wù)水平上。主線服務(wù)水平可以通過將實測的交通流狀態(tài)變量值及理想的速度—流量關(guān)系特性曲線對比來確定交通流運行狀態(tài)變量及服務(wù)水平的關(guān)系，圖15-7（a）交通流狀態(tài)變量及運行狀態(tài)類型的對應(yīng)關(guān)系圖15-7（b）依據(jù)圖15-7（b）的關(guān)系，對于檢測出的交通流狀態(tài)變量值，按照服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)可以準(zhǔn)確地說明當(dāng)前交通流是處于哪種運行狀態(tài)。實現(xiàn)主線可變速度控制的方法是在主線上建立由可變限速標(biāo)志組成的系統(tǒng)，即在主線沿線上每間隔一定距離設(shè)置一個可變限速標(biāo)志。標(biāo)志間隔在城市地區(qū)一般為2-3。可變限速標(biāo)志系統(tǒng)中的每一個可變限速標(biāo)志都及中央控制室相聯(lián)，中央控制室將交通狀況（擁擠、低速、正常）、路面條件（車道數(shù)變化、坡度、彎道、結(jié)冰、積雪）及氣象條件（霧、雨、雪）的各種組合所確定的最佳速度目標(biāo)值與實際檢測出的主線上車流速度值進(jìn)行比較，判斷當(dāng)前車流運行狀態(tài)是否符合控制目標(biāo)，若不符合則將目標(biāo)速度值通過可變限速標(biāo)志告訴駕駛員，從而實現(xiàn)對主線可變速度控制。路旁無線電廣播主線可變速度控制實現(xiàn)方式可變信息標(biāo)志駕駛員信息系統(tǒng)電子道路交通誘導(dǎo)和控制系統(tǒng)檢測內(nèi)容包括車速、車隊長度、車流密度。主線交通狀況的檢測可用設(shè)在主車道上的環(huán)形線圈檢測器來進(jìn)行，也可以用設(shè)在路旁的緊急電話作為事故發(fā)生、特殊氣候等信息的來源。檢測到車隊的存在或車流密度過大時，可由控制中心決定速度限制的時間和速度限制值在沿線上的空間序列分布，并自動顯示。減少了交通事故頻率及降低事故的嚴(yán)重程度交通量增大明顯降低了交通速度，改善了速度分布，使速度偏差控制在7-14可變速度控制方法的有效性主要表現(xiàn)在：變速度控制存在的問題是，駕駛員不認(rèn)為可變限速標(biāo)志所顯限速值具有約束力；另一方面是在增加關(guān)鍵瓶頸路段的通行能力上，可變速度控制是不太成功的。3、主線計算機(jī)控制系統(tǒng)主線計算機(jī)控制系統(tǒng)由局部控制器和主線控制中心構(gòu)成15.5.3可逆車道控制可逆車道控制又稱變向車道控制。可逆車道控制的目的在于改變高速公路主線不同方向上的通行能力以適應(yīng)高峰時某一方向的交通需求。采用可逆車道控制的條件1、采用可逆車道控制的條件交通需求在方向上的不平衡具有明顯的差別交通需求主流與次流在方向必須定期或不定期地經(jīng)常相互轉(zhuǎn)換上述不平衡交通需求在未來若干年內(nèi)會繼續(xù)存在沒有其他可替代的或更經(jīng)濟(jì)有效的解決方向不平衡交通需求的辦法2、可逆車道控制的兩種基本運行方式可變向車道運行可逆性單向通行方式可逆車道控制3、實施可逆車道控制的方法可逆車道控制技術(shù)是使用可移動的交通設(shè)施、可變信息標(biāo)志來改變車道通行方向。這些裝置可以由現(xiàn)場人工操作，也可由中央控制室遠(yuǎn)距離操縱。15.5.4主線調(diào)節(jié)控制主線調(diào)節(jié)控制是根據(jù)輸入的交通流和下游的通行能力，對經(jīng)由主線入口（例如收費站、隧道或橋梁入口）進(jìn)入高速公路控制路段的交通流實行一些限制的方法，使該路段下游高速公路主線能保持期望的服務(wù)水平。除專門設(shè)置主線調(diào)節(jié)控制設(shè)施外，利用設(shè)置在主線上的收費站也是實現(xiàn)主線調(diào)節(jié)控制的主要手段之一。15.6高速公路通道系統(tǒng)控制通道控制的對象是由高速公路、側(cè)道和其他平行干道所組成的通道系統(tǒng)上的交通流。高速公路通道系統(tǒng)由高速公路、匝道以及及高速公路相關(guān)的側(cè)道、干道、城市街道等組成。以高速公路為核心的、溝通兩個或兩個以上地區(qū)之間交通的道路網(wǎng)絡(luò)。圖15-8是一個典型的高速公路通道系統(tǒng)組成。15.6.1高速公路通道控制概述1、通道系統(tǒng)的概念2、通道控制原理高速公路通道控制就是對通道系統(tǒng)交通流進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理、誘導(dǎo)和警告。基本原理是監(jiān)測通道系統(tǒng)中所有道路及交叉口，將超載道路上的交通轉(zhuǎn)移到通行能力尚有剩余的道路上去。通道控制系統(tǒng)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)駕駛員信息系統(tǒng)匝道控制側(cè)道控制主線控制交叉口控制干道控制城市道路交通控制區(qū)域交通控制的原理、策略和方法3、通道控制方式和措施通道控制可分為限制和分流兩種方式。限制控制各道路上的交通需求使其低于通行能力分流把車輛從超負(fù)荷的道路上引到尚有剩余通行能力的道路上去當(dāng)高速公路上的交通需求超過或接近其通行能力時再用通道分流方法，這樣可以提高通道系統(tǒng)的總體運行效率。當(dāng)發(fā)生常發(fā)性或偶發(fā)性交通擁擠以及在道路維修情況下，可用通道分流控制方式來緩解或消除交通擁擠。措施E公共汽車、合用車優(yōu)先控制A采用臨時性分流標(biāo)志B優(yōu)化各類道路交通信號配時方案D運用駕駛員信息系統(tǒng)C統(tǒng)籌制定各匝道的調(diào)節(jié)率通道控制的常用措施4、通道控制的目的及特點高速公路通道的通行能力是由高速公路的通行能力和能為高速公路交通需求提供可替換服務(wù)的平面道路及交叉口的通行能力組成的。通道控制是通過在通道系統(tǒng)內(nèi)有效地分配和管理交通流，以達(dá)到在交通需求及通道通行能力之間獲得最佳平衡和充分利用通道通行能力的目的，使整個通道系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)。能否有效監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)各條線路的交通狀態(tài)是控制效果好壞的關(guān)鍵因素。影響通道控制效果的另一基本因素是通道控制方法。15.6.2通道控制戰(zhàn)略通道控制系統(tǒng)是具有實時響應(yīng)控制能力的動態(tài)控制系統(tǒng)。另一方面，通道控制系統(tǒng)問題是一個典型的大系統(tǒng)控制問題。1、通道控制系統(tǒng)的特點及構(gòu)成按控制對象分，通道控制系統(tǒng)可由下列子系統(tǒng)構(gòu)成高速公路（包括主線和匝道）控制系統(tǒng)側(cè)道、干道控制系統(tǒng)城市道路交通控制系統(tǒng)駕駛員信息系統(tǒng)交通監(jiān)視系統(tǒng)中央控制系統(tǒng)按控制功能分，通道控制系統(tǒng)可由下列設(shè)備組成1提供通道系統(tǒng)內(nèi)各道路運行情況實時信息的檢測系統(tǒng)2對上述信息進(jìn)行處理，在此基礎(chǔ)上做出控制決策的中心控制設(shè)備3執(zhí)行控制策略的外場控制設(shè)備4連接檢測設(shè)備、中心控制設(shè)備、外場控制設(shè)備及車載設(shè)備的通信系統(tǒng)2、通道控制戰(zhàn)略的概念通道控制戰(zhàn)略是指從通道系統(tǒng)整體利益出發(fā)，為實現(xiàn)提高通道