交通工程设施16课匝道控制

1、5.6 5.6 匝道控制匝道控制 根据主线（或高速公路网）交通需求而对高速根据主线（或高速公路网）交通需求而对高速 公路出、入口匝道实施的控制，以辅助主线控制的公路出、入口匝道实施的控制，以辅助主线控制的 有效实施。有效实施。 就独立高速公路而言，匝道控制主要是对高速就独立高速公路而言，匝道控制主要是对高速 入口匝道控制。入口匝道控制。 匝道控制的主要方式：匝道控制的主要方式： 定周期控制定周期控制 感应控制感应控制 合流控制合流控制 匝道关闭匝道关闭 共共27页页 第第2页页 一、入口匝道控制概念一、入口匝道控制概念 车辆从入口匝道驶入快速路的过程分解为两车辆从入口匝道驶入快速路的过程分解为

2、两 个阶段：个阶段： 第一阶段车辆从匝道进入加速车道第一阶段车辆从匝道进入加速车道 第二阶段车辆从加速车道汇入主线第二阶段车辆从加速车道汇入主线 匝道控制即根据主匝道控制即根据主 线交通具体条件，对线交通具体条件，对 两个阶段阶段实施有两个阶段阶段实施有 效控制。效控制。 共共27页页 第第3页页 匝道入口匝道入口 行车方向行车方向 1 1、流量控制、流量控制 针对第一阶段，调节驶入主线的交通流量，针对第一阶段，调节驶入主线的交通流量， 使得匝道下游的主线流量不超过其通行能力或使得匝道下游的主线流量不超过其通行能力或 服务流量。服务流量。 单点控制单点控制 以本匝道附近快速路主线的交通状况最优

3、为以本匝道附近快速路主线的交通状况最优为 目标，确定从匝道进入主线的流量目标，确定从匝道进入主线的流量( (调节率调节率) )。 协调控制协调控制 以整条快速路的交通状况总体最优为目标，以整条快速路的交通状况总体最优为目标， 统筹考虑多个入口匝道的调节率。统筹考虑多个入口匝道的调节率。 先进性与实用性的矛盾。先进性与实用性的矛盾。 共共27页页 第第4页页 2 2、汇入控制、汇入控制 针对第二阶段，引导驶入车辆安全地汇入主针对第二阶段，引导驶入车辆安全地汇入主 线，并尽可能地减少驶入车流对主线车流运行线，并尽可能地减少驶入车流对主线车流运行 的影响。的影响。 匝道几何设计合理时，入口匝匝道几何

4、设计合理时，入口匝 道附近的加速车道一般可以保证道附近的加速车道一般可以保证 驶入加速车道的车辆安全地汇入驶入加速车道的车辆安全地汇入 主线车流，但不能保证驶入车辆主线车流，但不能保证驶入车辆 在汇入主线的过程中不对主线车在汇入主线的过程中不对主线车 流产生挤压或阻滞作用。流产生挤压或阻滞作用。 共共27页页 第第5页页 加速车道加速车道 快速车道快速车道 二、入口匝道控制的作用二、入口匝道控制的作用 当道路交通量趋于饱和时，主道上将受各种当道路交通量趋于饱和时，主道上将受各种 偶然因素影响出现不同程度的交通阻塞，此时偶然因素影响出现不同程度的交通阻塞，此时 依靠主线控制本身已无法解决。依靠主

5、线控制本身已无法解决。 根据具体交通条件，入口匝道控制方法一般根据具体交通条件，入口匝道控制方法一般 只选用上述多种方法中的一种，目前国内、国只选用上述多种方法中的一种，目前国内、国 际尚无相关的标准。际尚无相关的标准。 匝道控制趋势：匝道控制趋势： 灵活转换控制方式，综合各种方式的优点，灵活转换控制方式，综合各种方式的优点， 达到预期控制目的。达到预期控制目的。 共共27页页 第第6页页 1 1、控制干线流量、控制干线流量 消除或减少干道阻塞，尽量缩短主干线系统内消除或减少干道阻塞，尽量缩短主干线系统内 所有车辆的行程时间。所有车辆的行程时间。 2 2、控制干线交通流突变、控制干线交通流突变

6、 引导汇入车流量的平滑过渡，必要时将干线外引导汇入车流量的平滑过渡，必要时将干线外 车辆延误、分散到周边各次干线。车辆延误、分散到周边各次干线。 3 3、避免或减轻汇流干扰、避免或减轻汇流干扰 提高匝道交通流汇入干线的速度和安全性。提高匝道交通流汇入干线的速度和安全性。 4 4、调节车流状态、调节车流状态 通过车型、行程控制，改善车流状态，减轻饱通过车型、行程控制，改善车流状态，减轻饱 和状态下干线交通的环境干扰。和状态下干线交通的环境干扰。 共共27页页 第第7页页 匝道控制原理示意图匝道控制原理示意图 三、匝道控制原理及条件三、匝道控制原理及条件 1 1、基本策略、基本策略 主线上造成的延

7、误转移到匝道入口（延迟策略）主线上造成的延误转移到匝道入口（延迟策略） 过量的交通需求转移到其他道路（分散策略）过量的交通需求转移到其他道路（分散策略） 上游交通上游交通 量实际需求量实际需求 下游交通下游交通 能力判断能力判断 隔离带隔离带 车道车道 匝道匝道 匝道交通匝道交通 量需求量需求 汇流处汇流处 共共27页页 第第8页页 2 2、匝道控制一般思路、匝道控制一般思路 进行匝道控制不论采用分散或延误策略，都应进行匝道控制不论采用分散或延误策略，都应 全面考虑全面考虑道路、匝道结构、车型分布、公众舆论道路、匝道结构、车型分布、公众舆论等等 实际因素。一般有下列方式：实际因素。一般有下列方

8、式： 维持固有交通模式维持固有交通模式 匝道入口车数量等于出口车数量匝道入口车数量等于出口车数量 对没有出口的匝道入口理论上不允许车辆进对没有出口的匝道入口理论上不允许车辆进 入，但实际操作的时候可以根据前后出口的状况限入，但实际操作的时候可以根据前后出口的状况限 制进入车辆数。制进入车辆数。 本控制方式适合主线超流量运行的场合，是本控制方式适合主线超流量运行的场合，是 分散策略和延误策略的综合。分散策略和延误策略的综合。 共共27页页 第第9页页 入口控制维持干线潜能发挥入口控制维持干线潜能发挥 当干线车流处于局部饱和的情况下，可能因局当干线车流处于局部饱和的情况下，可能因局 部拥挤带来的全

9、线通行能力下降。部拥挤带来的全线通行能力下降。 此时对匝道入口实施流量控制，可均衡驾入高此时对匝道入口实施流量控制，可均衡驾入高 速干线的车流量，改善局部路段拥挤，以此提高速干线的车流量，改善局部路段拥挤，以此提高 （维持）干线整体交通能力。（维持）干线整体交通能力。 共共27页页 第第10页页 车辆行程、车型平衡车辆行程、车型平衡 当干线内因车辆行程、车型存在局部的不平衡当干线内因车辆行程、车型存在局部的不平衡 时，也容易造成拥挤。时，也容易造成拥挤。 全面控制进入高速的不同车型、不同行程，使全面控制进入高速的不同车型、不同行程，使 之整体仍呈自然分布状态。之整体仍呈自然分布状态。 考虑公众

10、影响的控制方案考虑公众影响的控制方案 原则上是从大局出发，有时要牺牲个体利益，原则上是从大局出发，有时要牺牲个体利益， 此时必须做好解释工作。此时必须做好解释工作。 共共27页页 第第11页页 3 3、匝道控制的条件、匝道控制的条件 实施控制的匝道现有条件，决定了匝道控实施控制的匝道现有条件，决定了匝道控 制的具体方式及能否达到预期的控制效果。制的具体方式及能否达到预期的控制效果。 有其他具有通行能力的通道供选择有其他具有通行能力的通道供选择 采取分散策略，必须存在其他平行的有可利采取分散策略，必须存在其他平行的有可利 用通行能力的高速公路或一般道路。用通行能力的高速公路或一般道路。 匝道控制

11、空间条件匝道控制空间条件 采取延误策略时，匝道控制范围必须存在足采取延误策略时，匝道控制范围必须存在足 够的车辆存储空间。够的车辆存储空间。 共共27页页 第第12页页 4 4、匝道控制调节率（限流率）、匝道控制调节率（限流率） 调节率的概念调节率的概念 干线下游通行能力与上游交通需求之差。干线下游通行能力与上游交通需求之差。 综合考虑上游交通需求和下游交通能力来确定综合考虑上游交通需求和下游交通能力来确定 本匝道车辆允许汇入干道的数量和密度参数。本匝道车辆允许汇入干道的数量和密度参数。 （即准入的时间或间隔）（即准入的时间或间隔） 目的和原理目的和原理 目的：目的：通过控制需求量大于通行能力

12、的概率，通过控制需求量大于通行能力的概率， 从而减轻或消除干线阻塞。从而减轻或消除干线阻塞。 原理：原理：依据最大汇流条件，阻止下游的无序汇依据最大汇流条件，阻止下游的无序汇 流，确保干线饱和或大流量运行时的匝道汇流，确保干线饱和或大流量运行时的匝道汇 流安全。流安全。 共共27页页 第第13页页 调节率的计算调节率的计算 基本思想：基本思想： 调节率下游通行能力上游需求量调节率下游通行能力上游需求量 具体计算应还考虑匝道的通行能力（线型、具体计算应还考虑匝道的通行能力（线型、 视距、加速车道长度等）、汇入车辆的类型、干视距、加速车道长度等）、汇入车辆的类型、干 道汇流有效间距等。道汇流有效间

13、距等。 共共27页页 第第14页页 四、匝道控制的具体方式四、匝道控制的具体方式 1 1、关闭匝道、关闭匝道 一种分散策略，最简单有效的控制方式。其灵活一种分散策略，最简单有效的控制方式。其灵活 性小、限制性大，使用不当会增加替代路线的负担。性小、限制性大，使用不当会增加替代路线的负担。 使用条件：使用条件： 匝道存储量不足；匝道存储量不足； 干线交通量饱和；干线交通量饱和； 替代路线有足够的通行能力。替代路线有足够的通行能力。 这是一种临时、简单、有效的应急措施，一般情这是一种临时、简单、有效的应急措施，一般情 况不可经常或长时间使用。况不可经常或长时间使用。 共共27页页 第第15页页 2

14、 2、定时控制（、定时控制（Fix Time ControlFix Time Control） 根据匝道当前交通量的实际需要和以往需根据匝道当前交通量的实际需要和以往需 求的容量关系确定匝道调节率。求的容量关系确定匝道调节率。 关键问题：关键问题：合理选择定时信号的周期。合理选择定时信号的周期。 类似城市道路平交路口信号灯相位设计。类似城市道路平交路口信号灯相位设计。 优点：优点：实施的控制符合本匝道统计规律，工实施的控制符合本匝道统计规律，工 作稳定可靠，适合大多数时段的控作稳定可靠，适合大多数时段的控 制，驾驶人便于适应。制，驾驶人便于适应。 缺点：缺点：不能适应干线交通状况的变化，出现不

15、能适应干线交通状况的变化，出现 意外时应临时改变控制策略。意外时应临时改变控制策略。 共共27页页 第第16页页 3 3、容量需求差额控制（、容量需求差额控制（D DC C控制）控制） 交通感应匝道控制交通感应匝道控制 自适应交通感应匝道控制自适应交通感应匝道控制 利用干线信息判断当前干线容量（匝道附利用干线信息判断当前干线容量（匝道附 近或上游、下游），结合匝道同时刻交通需近或上游、下游），结合匝道同时刻交通需 求，确定匝道调节率。求，确定匝道调节率。 共共27页页 第第17页页 教材教材P157P157 干线信息干线信息 匝道信息匝道信息 控制机控制机信号灯信号灯 容量容量 需求需求 调节

16、率调节率 自动控制系统平面布置图自动控制系统平面布置图 共共27页页 第第18页页 干线干线 匝道匝道 普通公路普通公路 加速车道加速车道 停车线停车线 信号灯信号灯 上游流量检测组上游流量检测组D D1 1 间距间距/ /速度检测组速度检测组D D2 2 下游流量检测组下游流量检测组D D3 3 汇合检测器汇合检测器D D4 4 检出检测器检出检测器D D5 5 检入检测器检入检测器D D6 6 车队检测器车队检测器D D7 7 上游流量、间距、车速上游流量、间距、车速 下游流量下游流量 有无车辆驶入加速车道有无车辆驶入加速车道 待放行车辆存在及位置待放行车辆存在及位置 离开停车线车辆离开停

17、车线车辆 车队长度车队长度 控制机控制机信号灯信号灯 容容 量量 需需 求求 差差 额额 控控 制制 容量需求差额控制逻辑关系容量需求差额控制逻辑关系 考虑匝道前方、后方干线实际交通情况及考虑匝道前方、后方干线实际交通情况及 匝道上交通实际情况来确定匝道调节率。匝道上交通实际情况来确定匝道调节率。 调节率下游通行能力上游需求量调节率下游通行能力上游需求量 D1D1、D2D2、D3D3、D5D5为通过型检测器，有车经为通过型检测器，有车经 过则触发信号过则触发信号 D4D4、D6D6、D7D7为存在型检测器，有车等待则为存在型检测器，有车等待则 触发型号触发型号 共共27页页 第第19页页 D6

18、D3 D2 D1 匝道有车匝道有车 调节率为正调节率为正 信信 号号 灯灯 绿绿 D D4 4 D D5 5 一一 辆辆 车车 时时 间间 信号灯信号灯 黄至红黄至红 返回返回 调节率为调节率为 零或负零或负 信号灯红信号灯红 返回返回 有车有车 通过通过 控制机功能控制机功能 接受并处理各检测器传送来的信息接受并处理各检测器传送来的信息 计算主线上游车流间隙和车速计算主线上游车流间隙和车速 计算主线下游容量与上游车流量的差额计算主线下游容量与上游车流量的差额 确定匝道信号灯的调节率确定匝道信号灯的调节率 控制入口匝道信号灯不同色灯的启动与关闭控制入口匝道信号灯不同色灯的启动与关闭 共共27页

19、页 第第20页页 D DC C控制特点控制特点 适时跟踪交通状态变化适时跟踪交通状态变化 匝道调节率高匝道调节率高 汇流对主线干扰汇流对主线干扰 由于忽略了主线右侧车道上车头间距和车由于忽略了主线右侧车道上车头间距和车 速，匝道调节率较大，适合主线流量正常偏小速，匝道调节率较大，适合主线流量正常偏小 的交通状况。的交通状况。 共共27页页 第第21页页 5 5、间隙可接受汇流匝道控制、间隙可接受汇流匝道控制（GAPGAP控制）控制） 考虑匝道汇流的绿级带（汇流安全间距）。考虑匝道汇流的绿级带（汇流安全间距）。 原理：原理：不考虑干线流量，运用入口主线前方监控不考虑干线流量，运用入口主线前方监控

20、 信息为驾驶员正确判断汇流时机，以确保匝信息为驾驶员正确判断汇流时机，以确保匝 道车辆最大限度的汇入。道车辆最大限度的汇入。 对于交通流量大的主线，此类控制调节率对于交通流量大的主线，此类控制调节率 低，造成匝道上车辆拥挤。低，造成匝道上车辆拥挤。 本控制弥补了容量需求控制汇流时对主线本控制弥补了容量需求控制汇流时对主线 干扰的缺陷，但没有考虑合理的调节率，对主线干扰的缺陷，但没有考虑合理的调节率，对主线 通行效率有一定影响。通行效率有一定影响。 共共27页页 第第22页页 6 6、组合控制、组合控制 将容量需求差额控制和间隙可接受汇流将容量需求差额控制和间隙可接受汇流 控制有机结合，是目前较

21、为成熟和实用组合控制。控制有机结合，是目前较为成熟和实用组合控制。 控制机判断主线车流可接受间隙的存在。控制机判断主线车流可接受间隙的存在。 共共27页页 第第23页页 D6D3 D2 D1 匝道有车匝道有车 调节率为正调节率为正 安全车头间距安全车头间距 信信 号号 灯灯 绿绿 一一 辆辆 车车 时时 间间 信号灯信号灯 黄至红黄至红 返回返回 调节率为调节率为 零或负零或负 信号灯红信号灯红 返回返回 有车有车 通过通过 D D4 4 D D5 5 D7 有信号有信号 D DC C控制控制GAPGAP控制控制 无信号无信号 D D7 7有信号表有信号表 示匝道已无剩示匝道已无剩 余存车空间

22、。余存车空间。 7 7、系统匝道控制、系统匝道控制 将高速公路上所有匝道入口联成一个体系，将高速公路上所有匝道入口联成一个体系， 考虑整个公路系统的容量关系来确定各个匝道不同考虑整个公路系统的容量关系来确定各个匝道不同 时段的调节率。时段的调节率。 两种基本方式：两种基本方式： 定时系统匝道控制定时系统匝道控制 集成的感应式系统匝道控制集成的感应式系统匝道控制 系统匝道控制是属于通道控制、综合控制的一系统匝道控制是属于通道控制、综合控制的一 个组成部分，其实施过程较为复杂。个组成部分，其实施过程较为复杂。 共共27页页 第第24页页 五、匝道控制的效益分析五、匝道控制的效益分析 匝道控制对干线

23、交通产生的效益情况可从匝道控制对干线交通产生的效益情况可从 以下几方面考虑：以下几方面考虑： 1 1、对消除或减轻干线交通阻塞的效果、对消除或减轻干线交通阻塞的效果 这是入口匝道控制的主要目的。这是入口匝道控制的主要目的。 延误策略对具体某辆车可能并没减少行程时延误策略对具体某辆车可能并没减少行程时 间，甚至还存在延误，但就干线整体而言是维间，甚至还存在延误，但就干线整体而言是维 持了稳定的交通流。持了稳定的交通流。 共共27页页 第第25页页 2 2、对公路网造成的影响程度、对公路网造成的影响程度 匝道控制分散策略的实施必然造成路网中匝道控制分散策略的实施必然造成路网中 其他道路交通流量的增

24、加，势必引发交通效其他道路交通流量的增加，势必引发交通效 率的变化。率的变化。 考察相关通道的流量情况。考察相关通道的流量情况。 3 3、对采用各类控制的性价比分析。、对采用各类控制的性价比分析。 详细结算运用的匝道控制方式所进行的经详细结算运用的匝道控制方式所进行的经 济投入，并与所取得的效益结合，进行分析济投入，并与所取得的效益结合，进行分析 对比。对比。 共共27页页 第第26页页 思考题思考题 1 1、理解主线控制策略中变向车道控制原理。、理解主线控制策略中变向车道控制原理。 2 2、叙述匝道控制的原理和策略。、叙述匝道控制的原理和策略。 3 3、如何评价匝道控制的效率？、如何评价匝道

25、控制的效率？ 共共27页页 第第27页页 入口控制维持干线潜能发挥入口控制维持干线潜能发挥 当干线车流处于局部饱和的情况下，可能因局当干线车流处于局部饱和的情况下，可能因局 部拥挤带来的全线通行能力下降。部拥挤带来的全线通行能力下降。 此时对匝道入口实施流量控制，可均衡驾入高此时对匝道入口实施流量控制，可均衡驾入高 速干线的车流量，改善局部路段拥挤，以此提高速干线的车流量，改善局部路段拥挤，以此提高 （维持）干线整体交通能力。（维持）干线整体交通能力。 共共27页页 第第10页页 3 3、匝道控制的条件、匝道控制的条件 实施控制的匝道现有条件，决定了匝道控实施控制的匝道现有条件，决定了匝道控 制的具体方式及能否达到预期的控制效果。制的具体方式及能否达到预期的控制效果。 有其他具有通行能力的通道供选择有其他具有通行能力的通道供选择 采取分散策略，必须存在其他平行的有可利采取分散策略，必须存在其他平行的有可利 用通行能力的高速公路或一般道路。用通行能力的高速公路或一般道路。 匝道控制空间条件匝道控制空间条件 采取延误策略时，匝道控制范围必须存在足采取延误策略时，匝道控制范围必须存在足 够的车辆存储空