交通工程设施设计09(第五章监控设施,主线、匝道、通道控制)

1、第五章第五章 交通监控设施设计交通监控设施设计 第五节第五节 高速公路主线控制高速公路主线控制 5.1 5.1 主线控制概述主线控制概述 主线控制的对象是高速公路本身即路段上主线控制的对象是高速公路本身即路段上的的交通流交通流，通过对高速公路主线的交通进行，通过对高速公路主线的交通进行调调节、诱导节、诱导和和警告警告，达到优化交通流状态的目的。，达到优化交通流状态的目的。 1 1、主线、主线控制的主要目的控制的主要目的保持交通流均匀性和稳定性，增加舒适程度，提高利用率、预防拥挤保持交通流均匀性和稳定性，增加舒适程度，提高利用率、预防拥挤使瓶颈路段达到最大通行能力使瓶颈路段达到最大通行能力改进交

2、通运行，防止冲撞事故改进交通运行，防止冲撞事故保证特殊气候条件下高速公路的运行安全保证特殊气候条件下高速公路的运行安全当出现交通事故或因维修而使主线通行能力下降时，要提高道路的使用效率当出现交通事故或因维修而使主线通行能力下降时，要提高道路的使用效率改变高速公路不同方向上的通行能力改变高速公路不同方向上的通行能力将驾驶员诱导到交通状况较好的道路上将驾驶员诱导到交通状况较好的道路上2 2、主线控制实现目标的基本方法、主线控制实现目标的基本方法依据交通流模型判依据交通流模型判断交通流运行状态断交通流运行状态 确定高速公路主线交通确定高速公路主线交通流控制的流控制的目标状态值目标状态值及相应及相应的

3、控制方法，使交通流趋于的控制方法，使交通流趋于目标状态目标状态 从过去的统计资料从过去的统计资料中或采用交通感应方法中或采用交通感应方法获得当前高速公路上获得当前高速公路上交交通流状态变量值通流状态变量值 主线控制方式可以是主线控制方式可以是定时控制定时控制，也可以采用，也可以采用交通感应式控制交通感应式控制。 控制配时和等控制配时和等级根据一天时间内级根据一天时间内的交通流变化规律的交通流变化规律预先确定预先确定定时主线控制定时主线控制 控制变量值是控制变量值是基于实时测量到的基于实时测量到的现时交通条件下的现时交通条件下的交通参量交通参量感应主线控制感应主线控制3 3、主线控制涉及到的几个

4、方面主线控制涉及到的几个方面车道使用控制车道使用控制警告和诱导警告和诱导优先控制优先控制主线控主线控 制方法制方法4 4、主线控制方法主线控制方法驾驶员信息系统驾驶员信息系统公共汽车、公共汽车、 合用车优先控制合用车优先控制可变速度控制可变速度控制可逆车道控制可逆车道控制主线调节主线调节车道关闭车道关闭5.2 5.2 可变速度控制可变速度控制 可变速度控制是在高速公路主线上设置可变速度控制是在高速公路主线上设置可变限可变限 速标志速标志来限制行车速度，从而使主线上的交通流的来限制行车速度，从而使主线上的交通流的 速度能随车流密度的改变而变化，以保证交通流的速度能随车流密度的改变而变化，以保证交

5、通流的 均匀、稳定，同时还能提高道路通行能力。均匀、稳定，同时还能提高道路通行能力。 可变速度控制的基本原理是依据可变速度控制的基本原理是依据道路道路、交通交通、气气候等条件候等条件对高速公路主线交通流安全高效运行的限制对高速公路主线交通流安全高效运行的限制要求和路段要求和路段交通流交通流的流量、速度、密度的关系，确定的流量、速度、密度的关系，确定能够允许的最大交通量下的能够允许的最大交通量下的最佳速度最佳速度和和最佳密度最佳密度，并，并据此采用据此采用可变限速标志可变限速标志等方法对高速公路主线交通流等方法对高速公路主线交通流进行速度控制。进行速度控制。1 1、可变速度控制的目标速度、可变速

6、度控制的目标速度交通状况交通状况（拥挤、低速、正常）、（拥挤、低速、正常）、路面条件路面条件（车道数变化、坡度、弯道、结冰、积雪）（车道数变化、坡度、弯道、结冰、积雪）气象条件气象条件（雾、雨、雪）（雾、雨、雪）最佳速度最佳速度目标值目标值最佳目标速度的确定方法有两种：最佳目标速度的确定方法有两种： 经验统计法经验统计法；数据模型法数据模型法。可变速度控制的目标主要是可变速度控制的目标主要是速度指标速度指标。 实现主线可变速度控制的方法是在主线上建立由可实现主线可变速度控制的方法是在主线上建立由可变限速标志组成的系统，即在主线沿线上每间隔一定变限速标志组成的系统，即在主线沿线上每间隔一定距离设

7、置一个可变限速标志，每一个可变限速标志都距离设置一个可变限速标志，每一个可变限速标志都与中央控制室相联，标志间隔在城市地区一般为与中央控制室相联，标志间隔在城市地区一般为2-3km2-3km。路旁无路旁无 线电广播线电广播主线可变速度控制实现方式主线可变速度控制实现方式可变信可变信 息标志息标志驾驶员驾驶员 信息系统信息系统电子道路交通诱导和控制系统电子道路交通诱导和控制系统减少了交通事故频率减少了交通事故频率 及降低事故的严重程度及降低事故的严重程度交通量增大交通量增大明显降低了交通速度，明显降低了交通速度， 改善了速度分布，使速改善了速度分布，使速 度偏差控制在度偏差控制在7-14km/h

8、7-14km/h可变速度控制方法的有效性主要表现在：可变速度控制方法的有效性主要表现在： 可变速度控制存在的可变速度控制存在的问题问题是，驾驶员不认是，驾驶员不认为可变限速标志所显限速值具有约束力；另一为可变限速标志所显限速值具有约束力；另一方面是在增加关键瓶颈路段的通行能力上，可方面是在增加关键瓶颈路段的通行能力上，可变速度控制是不太成功的。变速度控制是不太成功的。5.3 5.3 可逆车道控制可逆车道控制 可逆车道控制又称可逆车道控制又称变向车道控制变向车道控制。可逆车道。可逆车道控制的控制的目的目的在于改变高速公路主线不同方向上的在于改变高速公路主线不同方向上的通行能力以适应高峰时某一方向

9、的交通需求。通行能力以适应高峰时某一方向的交通需求。 采用可逆车道采用可逆车道 控制的条件控制的条件1 1、采用可逆车道控制的条件、采用可逆车道控制的条件交通需求在交通需求在方向上的方向上的 不平衡不平衡具有明显的差别具有明显的差别交通需求主流与交通需求主流与 次流在方向必须次流在方向必须 定期或不定期地定期或不定期地 经常经常相互转换相互转换上述不平衡上述不平衡 交通需求在交通需求在 未来若干年未来若干年 内会内会继续存在继续存在没有其他可替代没有其他可替代的或更经济有效的或更经济有效 的解决方向不平衡交通需求的办法的解决方向不平衡交通需求的办法2 2、可逆车道控制的两种基本运行方式可逆车道

10、控制的两种基本运行方式可变向车道运行可变向车道运行可逆性可逆性 单向通行方式单向通行方式 可逆车道控制可逆车道控制3 3、实施可逆车道控制的方法实施可逆车道控制的方法 可逆车道控制技术是使用可逆车道控制技术是使用可移动的交通设施可移动的交通设施、可可变信息标志变信息标志来改变车道通行方向。这些装置可以由来改变车道通行方向。这些装置可以由现现场人工操作场人工操作，也可由，也可由中央控制室远距离操纵中央控制室远距离操纵。5.4 5.4 主线调节控制主线调节控制 主线调节控制是根据主线调节控制是根据输入的交通流输入的交通流和和下游的通行能下游的通行能力力，对经由，对经由主线入口主线入口（例如收费站、

11、隧道或桥梁入口）（例如收费站、隧道或桥梁入口）进入高速公路控制路段的交通流实行一些限制的方法，进入高速公路控制路段的交通流实行一些限制的方法，使该路段下游高速公路主线能保持期望的服务水平。使该路段下游高速公路主线能保持期望的服务水平。 第六节第六节 高速公路匝道控制高速公路匝道控制 6.1 6.1 入口匝道控制概述入口匝道控制概述 入口匝道控制的基本原理就是入口匝道控制的基本原理就是限制进入高速限制进入高速 公路的车辆数目公路的车辆数目以保证高速公路自身的交通需求以保证高速公路自身的交通需求 不超过其交通容量。不超过其交通容量。 增加高速公路实际通行能力（增加匝道整体的驶入量）增加高速公路实际

12、通行能力（增加匝道整体的驶入量）减少高速公路主线上行驶车辆总的行程时间减少高速公路主线上行驶车辆总的行程时间减少通道内全部行驶车辆的行程时间减少通道内全部行驶车辆的行程时间在高速公路主线和入口匝道上，消除或减少车辆中的冲突和事故在高速公路主线和入口匝道上，消除或减少车辆中的冲突和事故改善交通流的平稳性，减少车辆的不舒适感和环境干扰改善交通流的平稳性，减少车辆的不舒适感和环境干扰1 1、入口匝道控制的目标、入口匝道控制的目标 入口匝道控制的目标是上述的一个或全部入口匝道控制的目标是上述的一个或全部在通道区域内必须有可供使用的附加容量在通道区域内必须有可供使用的附加容量 （即可替换的路线、时段或其

13、他运输方式）（即可替换的路线、时段或其他运输方式） 在入口匝道上应有足够的停车空间在入口匝道上应有足够的停车空间 可供等待匝道交通信号的车辆使用可供等待匝道交通信号的车辆使用 在高速公路下游出口处必须有可能利用的容量在高速公路下游出口处必须有可能利用的容量 匝道与主线有足够的交织区且视距良好匝道与主线有足够的交织区且视距良好 2 2、入口匝道控制的条件、入口匝道控制的条件 匝道调节匝道调节 在匝道上使用交在匝道上使用交通信号灯对进入车辆通信号灯对进入车辆实行计量控制，也可实行计量控制，也可通过收费站的收费车通过收费站的收费车道开放数来调节进入道开放数来调节进入高速公路的车辆数高速公路的车辆数

14、。匝道关闭匝道关闭 匝道关闭可通匝道关闭可通过自动路栏、交通过自动路栏、交通标志、人工设置隔标志、人工设置隔离墩把某些入口匝离墩把某些入口匝道关闭。道关闭。 3 3、入口匝道控制方法入口匝道控制方法入口匝道控制入口匝道控制入口匝道关闭控制入口匝道关闭控制 匝道关闭就是对所有交通都实行关闭，不允许车匝道关闭就是对所有交通都实行关闭，不允许车辆进入高速公路，维持高速公路不拥挤。辆进入高速公路，维持高速公路不拥挤。 匝道关闭分：匝道关闭分：永久性关闭永久性关闭；在高峰期以及偶发性；在高峰期以及偶发性拥挤期拥挤期短期关闭短期关闭。 永久性关闭主要用在立交非常接近、交织问题十永久性关闭主要用在立交非常接

15、近、交织问题十分严重的地方，永久性关闭方法一般缺点多于优点。分严重的地方，永久性关闭方法一般缺点多于优点。只在下述几种情况下可以考虑使用匝道关闭：只在下述几种情况下可以考虑使用匝道关闭： 1、由于大雾、大雪等异常天气，导致高速公路、由于大雾、大雪等异常天气，导致高速公路失去通行能力。失去通行能力。 2、入口匝道上游的高速公路的交通需求已达到、入口匝道上游的高速公路的交通需求已达到下游道路容量，而可替换道路上还有足够的容量下游道路容量，而可替换道路上还有足够的容量可供使用。可供使用。 3、潜在进入高速公路的车辆很少。、潜在进入高速公路的车辆很少。 4、在入口匝道上没有足够的停车空间。、在入口匝道

16、上没有足够的停车空间。 匝道关闭方法匝道关闭方法自动路栏关闭自动路栏关闭 设立关闭标志设立关闭标志 人工设置路栏人工设置路栏 在关闭匝道控制中，要解决的关键问题是在关闭匝道控制中，要解决的关键问题是 关闭时机的选择关闭时机的选择，需要采集高速公路上的交通，需要采集高速公路上的交通 流量数据及气象数据，以经验数据为参考，综流量数据及气象数据，以经验数据为参考，综 合判断匝道关闭的时机。合判断匝道关闭的时机。入口匝道调节方法：入口匝道调节方法：A 定时控制定时控制感应（动态）感应（动态） 调节调节B 汇合控制汇合控制D 整体定时整体定时 控制控制C 定时控制是指根据历史情况的调查掌握交通定时控制是

17、指根据历史情况的调查掌握交通 流的统计情况，把一天划分为若干时段。假定每流的统计情况，把一天划分为若干时段。假定每 个时段内，交通流状况基本不变，以此作为依据个时段内，交通流状况基本不变，以此作为依据 来确定每个时段内一组不变的入口调节率，使某来确定每个时段内一组不变的入口调节率，使某 项性能指标最优。项性能指标最优。 6.2 6.2 入口匝道定时控制入口匝道定时控制 路面标记路面标记 定时控制系统包含定时控制系统包含 信号灯信号灯 控制器控制器 检测器检测器 在定时控制系统中，匝道信号以固定的在定时控制系统中，匝道信号以固定的 周期运行，周期中红黄绿信号的配时取决于周期运行，周期中红黄绿信号

18、的配时取决于 所使用的调节形式是所使用的调节形式是单车调节单车调节还是还是车队调节车队调节。（1 1）单车调节）单车调节 匝道调节信号配时规定在每个绿灯时段只匝道调节信号配时规定在每个绿灯时段只允许放一辆车进入高速公路。允许放一辆车进入高速公路。 （2 2）车队调节）车队调节 当要求调节率大于当要求调节率大于900veh/h900veh/h时，必须采用时，必须采用每周期允许两辆或两辆以上的车辆进入高速公路，每周期允许两辆或两辆以上的车辆进入高速公路，称这种方式为车队调节方式。称这种方式为车队调节方式。 周期内各灯色间隔时间还要取决于所使周期内各灯色间隔时间还要取决于所使用的车队调节类型，即串行

19、的或双列的。用的车队调节类型，即串行的或双列的。 串行调节串行调节：在这种方式下，车辆是一辆接：在这种方式下，车辆是一辆接一辆放行的，因此要有足够长的绿灯加黄灯时间，一辆放行的，因此要有足够长的绿灯加黄灯时间，以便允许每个周期内要求放行的车辆均能通过。以便允许每个周期内要求放行的车辆均能通过。 双列调节双列调节：在这种方式下，每个周期并列：在这种方式下，每个周期并列放行两辆车。双列调节可以达到的最大调节率约放行两辆车。双列调节可以达到的最大调节率约为为1100veh/h1100veh/h。 入口匝道调节率主要依据入口匝道调节率主要依据匝道上游需求匝道上游需求、 下游容量下游容量、匝道需求匝道需

20、求以及以及调节率的上下约束条调节率的上下约束条 件件、道路条件道路条件等因素来确定，主要用于预防高等因素来确定，主要用于预防高 速公路上的常发性拥挤。速公路上的常发性拥挤。 匝道匝道调节率调节率r(veh/hr(veh/h) )的计算公式为的计算公式为 r = qr = qc c - q - qd d (15-1)(15-1) q qc c (veh/h (veh/h) )为匝道下游容量为匝道下游容量; ; q qd d (veh/h (veh/h) )为匝道上游交通需求。为匝道上游交通需求。匝道调节匝道调节周期长度周期长度C(sC(s) )为为r3600nC (15-2)(15-2) n n

21、为每个调节周期允许进入的车辆数，为每个调节周期允许进入的车辆数， n=1n=1，2 2，3 3。TpdrTppd00max匝道调节率匝道调节率r r还要受下列条件约束：还要受下列条件约束：maxminrrrd(veh/hd(veh/h)-)-匝道到达率匝道到达率 T T（h h）-时段长度时段长度 P PMAXMAX-匝道上允许的最大排队车辆数匝道上允许的最大排队车辆数 P P0 0-匝道上初始排队车辆数匝道上初始排队车辆数 R Rminmin-调节率下限值，一般取调节率下限值，一般取180veh/h 180veh/h R Rmaxmax-调节率上限值，单车调节调节率上限值，单车调节900ve

22、h/h900veh/h， 车队调节为车队调节为1100veh/h1100veh/h。 以交通量以交通量实时检测数据实时检测数据为依据来确定匝为依据来确定匝道道 调节率，因而能响应交通流的随机变化。调节率，因而能响应交通流的随机变化。 6.3 6.3 入口匝道感应控制入口匝道感应控制 以交通量以交通量实时检测数据实时检测数据为依据来确定匝为依据来确定匝道道 调节率，因而能响应交通流的随机变化。调节率，因而能响应交通流的随机变化。 感应调节系统构成如图所示。感应调节系统构成如图所示。 为了实时反映车辆构成、气候条件等因素对交通为了实时反映车辆构成、气候条件等因素对交通 流的影响，增加感应调节系统的

23、适应性，可在系统中流的影响，增加感应调节系统的适应性，可在系统中 安装用来确定安装用来确定交通组成交通组成和和气候条件气候条件的检测器。的检测器。 实时比较匝实时比较匝道上游交通量和道上游交通量和下游容量的基础下游容量的基础上选择匝道调节上选择匝道调节率，其目标是更率，其目标是更好地利用有效道好地利用有效道路容量。路容量。 交通需求交通需求- - 通行能力控制通行能力控制对匝道的上游或对匝道的上游或下游的占有率进下游的占有率进行实时测量来估行实时测量来估算下游剩余容量算下游剩余容量qqc c，再来确定，再来确定入口匝道的调节入口匝道的调节率。率。 占有率控制占有率控制 路肩车道路肩车道间隔控制

24、间隔控制 入口匝道感应控制的方法有入口匝道感应控制的方法有6.4 6.4 汇合控制汇合控制 汇合控制是一种微观控制方法，以汇合控制是一种微观控制方法，以安全安全为控制原则。为控制原则。 汇合控制的汇合控制的基本目标基本目标是通过使入口匝道车辆最是通过使入口匝道车辆最 准确利用高速公路间隙来完成合流，改善高速公准确利用高速公路间隙来完成合流，改善高速公 路交通流的分布及运行。路交通流的分布及运行。 汇合控制汇合控制方法方法是当检测到外侧车道车流间隙长是当检测到外侧车道车流间隙长 度不小于可插车间隙时，才允许匝道车辆进入高度不小于可插车间隙时，才允许匝道车辆进入高 速公路，这样能保证匝道车辆及时安

25、全汇入高速速公路，这样能保证匝道车辆及时安全汇入高速 公路车流中。公路车流中。 汇合控制系统实现的入口匝道汇合控制系统实现的入口匝道调节率调节率完全取决完全取决 于检测到的于检测到的主线车流间隙数目主线车流间隙数目。 检测高速检测高速公路上的公路上的可插间隙可插间隙 估计这个可估计这个可插间隙到达插间隙到达入口匝道汇入口匝道汇合点的时间合点的时间 引导匝道引导匝道车辆进入车辆进入这个可插这个可插间隙间隙 汇合控制运行的工作过程汇合控制运行的工作过程汇合控制系统汇合控制系统可插间隙汇可插间隙汇 合控制系统合控制系统移动汇合移动汇合 控制系统控制系统1 1、可插间隙汇合控制构成如图。、可插间隙汇合

26、控制构成如图。 某个绿灯时间允许通过的车辆数取决于某个绿灯时间允许通过的车辆数取决于可插可插 间隙间隙的大小。的大小。 最小可插间隙是指两个相随的车辆的车头间最小可插间隙是指两个相随的车辆的车头间 隙时间足够一个入口匝道车辆汇合进入的最小车隙时间足够一个入口匝道车辆汇合进入的最小车 头间隔时间。头间隔时间。天气条件天气条件高速公路和高速公路和 入口匝道的入口匝道的 几何形状几何形状车辆车辆 加速特性加速特性驾驶员驾驶员 水平水平交通条件交通条件影响最小影响最小 可插间隙的因素可插间隙的因素停在匝道信号灯前的车辆停在匝道信号灯前的车辆 到达汇合点预计行驶时间到达汇合点预计行驶时间可插间隙移动速度

27、可插间隙移动速度放行时间的放行时间的 计算依据计算依据 汇合地点到间隙汇合地点到间隙/ /速度速度 检测器之间的距离检测器之间的距离2 2、移动汇合控制、移动汇合控制 利用匝道左侧面带有绿色光带的显示器，向利用匝道左侧面带有绿色光带的显示器，向 匝道车辆提示高速公路外侧车道的可插间隙移动匝道车辆提示高速公路外侧车道的可插间隙移动 情况。车辆跟随光带的移动，则有助于掌握加速情况。车辆跟随光带的移动，则有助于掌握加速 度和速度，有利于顺利汇合。度和速度，有利于顺利汇合。 移动汇合控制模式移动汇合控制模式移动模式移动模式适合于高适合于高 速公路流速公路流 量较小的量较小的 情况情况停车的可插停车的可

28、插 间隙模式间隙模式随着高速公随着高速公 路交通量的路交通量的 增加，速度增加，速度 下降到某值下降到某值 时，此时控时，此时控 制系统换用制系统换用 停车的可插停车的可插 间隙状态间隙状态定时调节模式定时调节模式当高速公路当高速公路 流量继续增流量继续增 加，超过某加，超过某 一标准，该一标准，该 系统转为定系统转为定 时调节方式时调节方式4 4、汇合控制系统的评价、汇合控制系统的评价汇合控制系统与交通需求汇合控制系统与交通需求容量差额感应调节系统比较如下容量差额感应调节系统比较如下: 汇合控制可得到比较平滑的汇合控制可得到比较平滑的交汇运行，车辆由匝道调节信号交汇运行，车辆由匝道调节信号处

29、到达交汇区所需时间短处到达交汇区所需时间短 汇合控制的匝道车辆汇合控制的匝道车辆放行是根据检测到的可插放行是根据检测到的可插间隙来确定的，因而控制间隙来确定的，因而控制运行方式没有规律，排队运行方式没有规律，排队等待时间较长（调节率约等待时间较长（调节率约为为4 45veh/min5veh/min），违章），违章车辆率较高车辆率较高 需求需求容量差额感应容量差额感应调节可得到较高的调节率调节可得到较高的调节率和较大的入口匝道容量和较大的入口匝道容量 当驶入匝道具有良好的当驶入匝道具有良好的加速车道等几何形状时，采加速车道等几何形状时，采用定时调节、需求用定时调节、需求容量差容量差额感应调节，可获得良好的额感应调节，可获得良好的经济效果，无需采用汇合控经济效果，无需采用汇合控制系统制系统 对于因视距不良、加速对于因视距不良、加速车道、坡度缺陷等造成的交车道、坡度缺陷等造成的交汇困难的高速公路，采用汇汇困难的高速公路，采用汇合控制是有利的合控制是有利的 汇合控制需增加汇合控制需增加较多设备，系统成本较多设备，系统成本昂贵昂贵 高速公路通道系统由高速公路通道系统由高速公路高速公路、匝道匝道以及与以及与高速公路相关的高速公路相关的侧道侧道、干道干道、城市街道城市街道等组成。以等组成。以高速