高速公路监控系统及交通控制策略研究

1、高速公路监控系统及交通控制策略高速公路监控系统及交通控制策略研究研究目录v第一章 绪论v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路监控系统v第四章 禹阎高速公路监控系统v第五章 高速公路交通控制策略研究目录 交通运输是社会经济发展的基础，是保证社会经济活交通运输是社会经济发展的基础，是保证社会经济活动得以正常进行和发展的前提条件。综观世界各国经济和动得以正常进行和发展的前提条件。综观世界各国经济和交通发展的历史都不难看出交通发展的历史都不难看出: :凡是经济、文化和科技发达凡是经济、文化和科技发达的国家或地区，都有先进发达的交通运输作保证的国家或地区，都有先进发达的交通运输作保证; ;反之，

2、反之，凡是交通闭塞、落后的国家或地区，经济、文化和科技就凡是交通闭塞、落后的国家或地区，经济、文化和科技就不能顺利发展。随着社会经济的发展，交通运输状况如何，不能顺利发展。随着社会经济的发展，交通运输状况如何，己成为衡量一个国家和地区经济水平的主要标志之一。在己成为衡量一个国家和地区经济水平的主要标志之一。在所有的运输方式中，公路运输，尤其是高速公路运输以它所有的运输方式中，公路运输，尤其是高速公路运输以它的机动、灵活、快速、便捷、安全、门到门服务的特点，的机动、灵活、快速、便捷、安全、门到门服务的特点，成为交通运输体系中的重要组成部分。随着近年来我国国成为交通运输体系中的重要组成部分。随着近

3、年来我国国民经济结构的调整，我国进入全面建设公路基础设施的新民经济结构的调整，我国进入全面建设公路基础设施的新时期，全国各地都在进行大规模的高速公路建设，高速公时期，全国各地都在进行大规模的高速公路建设，高速公路运输优势作用己日益发挥且逐步占据了主导地位。路运输优势作用己日益发挥且逐步占据了主导地位。 1.11.1我国高速公路的发展和运行中存在的问题我国高速公路的发展和运行中存在的问题 1 1、公路交通基础设施面貌大为改观、公路交通基础设施面貌大为改观1.1.11.1.1我国高速公路迅速发展回顾我国高速公路迅速发展回顾 2、基础设施总量达到一定的规模、基础设施总量达到一定的规模 公路建设得到中

4、央和地方各级政府的重视，公路建设得到中央和地方各级政府的重视，“要想富、先修路要想富、先修路”，公路建设的重要性逐步为，公路建设的重要性逐步为全社会所认识；在统一规划的基础上开始了有全社会所认识；在统一规划的基础上开始了有计划的全国公路基础设施建设，使公路建设有了计划的全国公路基础设施建设，使公路建设有了明确的总体目标和阶段目标；公路建设在继续扩明确的总体目标和阶段目标；公路建设在继续扩大总体规模的同时，重点加强了质量水平的提高，大总体规模的同时，重点加强了质量水平的提高，高速公路及其他高等级公路的迅速发展改变了高速公路及其他高等级公路的迅速发展改变了我国公路事业的落后面貌。我国公路事业的落后

5、面貌。 3 3、通行能力有了较大提高、通行能力有了较大提高 车辆通行能力与道路条件、交通条件、管制条件有车辆通行能力与道路条件、交通条件、管制条件有密切的联系。要想切实地提高高速公路密切的联系。要想切实地提高高速公路 的通行能力，的通行能力，一方面，营运管理公司要结合本路段的内部管理和外部一方面，营运管理公司要结合本路段的内部管理和外部环境的实际情况，具体问题具体环境的实际情况，具体问题具体 解决；另一方面，在解决；另一方面，在高速公路的建设和管理上要有前瞻的意识，充分做好预高速公路的建设和管理上要有前瞻的意识，充分做好预测，为日后工作打好坚实测，为日后工作打好坚实 的基础，从而使我国高速公的

6、基础，从而使我国高速公路这一新兴行业，为国家和人民创造就更大的经济效益路这一新兴行业，为国家和人民创造就更大的经济效益和社会效益。和社会效益。4 4、运输市场供求关系发生了重大变化，行业、运输市场供求关系发生了重大变化，行业管理体系初步建立，公路交通对经济和社会发管理体系初步建立，公路交通对经济和社会发展的适应状况有了较大改善展的适应状况有了较大改善 1.1.2高速公路运行中存在的问题1 1、高速公路数量不足，网络结构不够合理、高速公路数量不足，网络结构不够合理公路交通基础设施规模总量不足，覆盖面仍偏公路交通基础设施规模总量不足，覆盖面仍偏低。在高速公路方面，从绝对数量来看，我国低。在高速公路

7、方面，从绝对数量来看，我国高速公路总量仅相当于美国高速公路总量仅相当于美国2020世纪世纪6060年代的水年代的水平，占公路网的比重远远低于多数发达国家，平，占公路网的比重远远低于多数发达国家，高速公路总量同我国人口、经济、资源的客观高速公路总量同我国人口、经济、资源的客观需求相比，存在较大的差距。需求相比，存在较大的差距。2 2、交通事故率较高、交通事故率较高 我国的道路交通特点是人流量大，自行车和摩托车多，道我国的道路交通特点是人流量大，自行车和摩托车多，道路交通设施不完善和人车混合交通。由于人、车、道路及路交通设施不完善和人车混合交通。由于人、车、道路及环境四者之间在时间和空间关系上的平

8、衡失调，加上不少环境四者之间在时间和空间关系上的平衡失调，加上不少人遵守交通规则的意识不强，从而发生交通事故。人遵守交通规则的意识不强，从而发生交通事故。 3、交通拥堵严重 通常公认交通堵塞的原因如下：通常公认交通堵塞的原因如下：汽车增加汽车增加道路容量不足道路容量不足4 4、环境污染日益加深、环境污染日益加深 汽车数量剧增，给自然环境中的空气、土地资源、水资源、海洋、汽车数量剧增，给自然环境中的空气、土地资源、水资源、海洋、人文环境及人类的生存和健康带来许多不利影响。这些影响效应人文环境及人类的生存和健康带来许多不利影响。这些影响效应往往相互叠加，引发出人类事先未曾预料到的诸多问题。往往相互

9、叠加，引发出人类事先未曾预料到的诸多问题。1.2ITS1.2ITS和高速公路监控系统研究与应用和高速公路监控系统研究与应用智能交通系统智能交通系统(ITS-intelligent Transportation (ITS-intelligent Transportation Systems)Systems)简称简称ITSITS，又称智能运输系统，是目前交通，又称智能运输系统，是目前交通运输领域研究的前沿课题，将先进的计算机技术、信运输领域研究的前沿课题，将先进的计算机技术、信息技术、通信技术、电子控制技术、交通工程技术等息技术、通信技术、电子控制技术、交通工程技术等有效地综合应用整个交通运输管理

10、系统有效地综合应用整个交通运输管理系统目录v第一章 绪论v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路监控系统v第四章 禹阎高速公路监控系统v第五章 高速公路交通控制策略研究目录 2.1 2.1 交通流定义和特性交通流定义和特性 公路上行驶车辆构成的车流称之为交通流，公路上行驶车辆构成的车流称之为交通流，不同的交通流表示车辆群体的不同运行状态。不同的交通流表示车辆群体的不同运行状态。人人( (驾驶员驾驶员) )、车、车( (车辆车辆) )、路、路( (道路道路) )是构成交通是构成交通流的三个基本要素。流的三个基本要素。2.1.12.1.1驾驶员和车辆的交通特性驾驶员和车辆的交通特性1.1.驾

11、驶员的交通特性驾驶员的交通特性 反应特性是驾驶员最重要的特性之一。反应特性是驾驶员最重要的特性之一。对驾驶员来说，特别重要的是制动反应时间对驾驶员来说，特别重要的是制动反应时间 2、车辆的交通特性 通常所称的车辆，是指在道路上行驶的机动车和非机动车。汽车在机动车中占有支配地位，在设计和分析交通设施时必须充分地考虑车辆的特性。车辆尺寸车辆尺寸 动力性能动力性能 制动性能制动性能 汽车的制动性能还体现在制动效能的稳定性和制动时汽车的制动性能还体现在制动效能的稳定性和制动时汽车的方向稳定性汽车的方向稳定性 2.1.2道路的交通特性道路的交通特性 道路是供行人步行和车辆行驶的设施的统称。道路道路是供行

12、人步行和车辆行驶的设施的统称。道路按照所处的地区不同可以分为公路、城市道路、厂矿道按照所处的地区不同可以分为公路、城市道路、厂矿道路、林区道路、乡村道路等等。通常，把位于城市及其路、林区道路、乡村道路等等。通常，把位于城市及其郊区以外的道路，称为公路郊区以外的道路，称为公路; ;而位于城市范围以内的道而位于城市范围以内的道路，则称为城市道路路，则称为城市道路 2.2.12.2.1交通流基本参数交通流基本参数 交通流运行状态的定性、定量特征及其随时间、空交通流运行状态的定性、定量特征及其随时间、空间变化的规律称为交通流特性。用来描述和反映交通流间变化的规律称为交通流特性。用来描述和反映交通流特性

13、的物理量称为交通流参数。特性的物理量称为交通流参数。2.22.2交通流基本参数及其之间的关系交通流基本参数及其之间的关系交通量交通量q q是指单位时间是指单位时间T T内通过某地点或断面的车内通过某地点或断面的车辆数辆数N N。交通量分为日交通量、小时交通量、流率等，一交通量分为日交通量、小时交通量、流率等，一般采用小时交通量，单位为般采用小时交通量，单位为Veh/hoVeh/ho 车速车速u是指车辆在单位时间内通过的距离。车速是指车辆在单位时间内通过的距离。车速分为地点车速、行驶车速、区间车速、时间平均车速分为地点车速、行驶车速、区间车速、时间平均车速和空间平均车速等。和空间平均车速等。 (

14、1)(1)密度密度k:k:是指一定长度的车道内瞬间拥有的车辆数，单位为是指一定长度的车道内瞬间拥有的车辆数，单位为(Veh/km/Lane)(Veh/km/Lane)。 (2)(2)道路占有率道路占有率: :分空间占有率分空间占有率o,o,和时间占有率和时间占有率O O 在观测路段长度内，行驶车辆的总长度占该路段长在观测路段长度内，行驶车辆的总长度占该路段长度的比例称为空间占度的比例称为空间占 在一定时间内，车辆通过某道路上的任一截面所需时在一定时间内，车辆通过某道路上的任一截面所需时间的累计值与观测间的累计值与观测 4、车头时距和车头间距 (1)车头时距 车头时距是指前后两辆车经过车道上某一

15、地点的时间间隔。 (2)车头间距 车头间距是指在同一时间内，相邻两车辆之间的空间距离。目录v第一章 绪论v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路监控系统v第四章 禹阎高速公路监控系统v第五章 高速公路交通控制策略研究目录3.13.1高速公路监控系统概述高速公路监控系统概述 高速公路交通工程机电系统由收费系统、监控系统、通信系统三大系统，以及照明通风系统和供配电系统组成。3.1.13.1.1高速公路交通监控系统的目标及作用高速公路交通监控系统的目标及作用 I I、监控系统的目标、监控系统的目标 (1)(1)准确地检测道路交通流参数和气象数据准确地检测道路交通流参数和气象数据; ; (2)

16、(2)有效地监视道路交通和气候变化，及时掌握道有效地监视道路交通和气候变化，及时掌握道路运营状况路运营状况; ; (3) (3)及时发现和处理安全隐患，减少交通事故，降及时发现和处理安全隐患，减少交通事故，降低事故的严重性低事故的严重性; ; (4) (4)减少偶发事件、交通事故及恶劣气候对道路交减少偶发事件、交通事故及恶劣气候对道路交通的影响通的影响; ; (5) (5)当交通量达到饱和时，利用交通流模型理论分当交通量达到饱和时，利用交通流模型理论分析交通状态，对交通流进行诱导和控制，以提高路网通析交通状态，对交通流进行诱导和控制，以提高路网通行能力。行能力。 2、监控系统的作用、监控系统的

17、作用 (1)(1)准确及时采集交通流、交通环境和主要交通设施的各种状准确及时采集交通流、交通环境和主要交通设施的各种状态信息。态信息。 (2)(2)根据己掌握的信息，通过交通流模型分析，迅速做出有针根据己掌握的信息，通过交通流模型分析，迅速做出有针对性的处理和优化控制方案，并立即执行。对性的处理和优化控制方案，并立即执行。 (3)(3)建立多种信息发布渠道，为用户提供信息服务，通过驾驶建立多种信息发布渠道，为用户提供信息服务，通过驾驶员调整驾驶行为，该到交通流动态平衡。员调整驾驶行为，该到交通流动态平衡。 (4)(4)进行专项监控，如用视频系统监视某大桥的车流通过情况，进行专项监控，如用视频系

18、统监视某大桥的车流通过情况，探测和确认交通事件及路面使用状态检测等。探测和确认交通事件及路面使用状态检测等。 (5)(5)对交通事故作出快速响应，迅速排除事故根源和提供救援对交通事故作出快速响应，迅速排除事故根源和提供救援服务。服务。 (6)(6)建立道路交通数据库，用以支持道路运行状况评价，为改建立道路交通数据库，用以支持道路运行状况评价，为改善道路经营和交通管理的决策提供数据分析。善道路经营和交通管理的决策提供数据分析。3. 1.23. 1.2高速公路监控系统的构成及功能高速公路监控系统的构成及功能 根据监控系统的功能要求和设备特点，监控系统可根据监控系统的功能要求和设备特点，监控系统可分

19、为交通信息采集子系统、交通状态检测子系统、交通分为交通信息采集子系统、交通状态检测子系统、交通控制子系统、交通诱导子系统和计算机网络子系统控制子系统、交通诱导子系统和计算机网络子系统3.1高速公路监控系统构成示意图 监控外场 监控中心 监控外场交通信息采集子交通信息采集子系统系统计计 算算 机机 网网 络络 子子 系系 统统交通控制子系统交通控制子系统交通状态监测子交通状态监测子系统系统交通诱导子系交通诱导子系统统3.2监控中心监控中心 监控中心是介于信息采集子系统和信息提供子系统之间的中间监控中心是介于信息采集子系统和信息提供子系统之间的中间环节，是监控系统的核心部分。环节，是监控系统的核心

20、部分。 3.2.1监控中心的功能监控中心的功能 监控中心的功能监控中心的功能宏观监控功能宏观监控功能宏观监控功能宏观监控功能监视全辖区交通运行状态监视全辖区交通运行状态监视全辖区交通运行状态监视全辖区交通运行状态监视各分中心的系统运行状态，收集各监视各分中心的系统运行状态，收集各分中心系统运行状态信息，从中了解全分中心系统运行状态信息，从中了解全系统设备故障率系统设备故障率统计分析各类交通数据、交通事故、异统计分析各类交通数据、交通事故、异常事件、处置对策的效果、设备完好率常事件、处置对策的效果、设备完好率等，为进一步的宏观决策服务等，为进一步的宏观决策服务交通事件的协调控制交通事件的协调控制

21、交通的宏观优化交通的宏观优化2 2、监控分中心的功能、监控分中心的功能 (1)(1)信息收集功能信息收集功能 (2)(2)信息分析处理功能信息分析处理功能 (3)(3)交通控制功能交通控制功能 (4)(4)特殊控制功能特殊控制功能 (5)(5)辅助管理功能辅助管理功能目录v第一章 绪论v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路监控系统v第四章 禹阎高速公路监控系统v第五章 高速公路交通控制策略研究目录4.1、禹阎高速公路机电工程、禹阎高速公路机电工程 禹阎高速公路机电工程包括监控系统、收费系统、通信系统、照明系统和供配电系统。禹阎高速公路监控系统功能禹阎高速公路监控系统功能 诱导、控制诱导

22、、控制功能功能 功功 能能 信息处理信息处理决策功能决策功能自诊断功能自诊断功能信息收集信息收集功能功能 道路处理、统道路处理、统计、查询、显计、查询、显示功能示功能 信息发布功信息发布功能能 数据备份和数据备份和系统恢复功系统恢复功能能 安全管理安全管理功能功能 信息传输信息传输功能功能 事故、事事故、事件输入功件输入功能能 三、系统总体构成和系统网络构成三、系统总体构成和系统网络构成 总体主要有：系统构成、监控分中心、外场设备、信息传输。系统网络为计算机网络、闭路电视网络。目录v第一章 绪论v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路监控系统v第四章 禹阎高速公路监控系统v第五章 高速公

23、路交通控制策略研究目录5.1、高速公路交通控制策略研究、高速公路交通控制策略研究 5.1.1高速公路主要采用的交通控制策略可分为三高速公路主要采用的交通控制策略可分为三种种:入口匝道控制，主线控制，通道控制。入口匝道控制，主线控制，通道控制。一、高速公路入口匝道控制一、高速公路入口匝道控制 1、实施入口匝道控制应具有如下条件、实施入口匝道控制应具有如下条件: (1)通道中的各条公路具有可供车辆选用的通行能力。通道中的各条公路具有可供车辆选用的通行能力。 (2)收费广场有足够的引道供车辆停留和转移。收费广场有足够的引道供车辆停留和转移。 (3)匝道汇流点有足够长的变速车道。匝道汇流点有足够长的变

24、速车道。 (4)匝道控制策略应对长途和短途车辆都有效。匝道控制策略应对长途和短途车辆都有效。 2、入口匝道控制方法：入口匝道控制包括匝道调节和匝道关闭、入口匝道控制方法：入口匝道控制包括匝道调节和匝道关闭两种形式两种形式 二、主线控制方法二、主线控制方法 (1)(1)主线速度控制通过设置可变限速标志来限制行车速主线速度控制通过设置可变限速标志来限制行车速度。度。 (2)(2)车道使用控制不仅仅是一种紧急控制手段，而且车道使用控制不仅仅是一种紧急控制手段，而且也是提高道路通行能力也是提高道路通行能力和向公共交通、合用车辆提供优先服务的手段。常用的和向公共交通、合用车辆提供优先服务的手段。常用的有

25、有: :车道关闭控制，可逆车道变向控制，公共汽车、合用车道关闭控制，可逆车道变向控制，公共汽车、合用小客车专用车道。小客车专用车道。 (3)(3)驾驶员信息系统利用标志板或通信工具向行车者驾驶员信息系统利用标志板或通信工具向行车者提供有关道路、交通或气象等信息，促使它们采取适当提供有关道路、交通或气象等信息，促使它们采取适当措施，例如继续按原来路线行驶或从高速公路转移等。措施，例如继续按原来路线行驶或从高速公路转移等。 (4)(4)特殊路段控制是对高速公路主线上的特殊情况进特殊路段控制是对高速公路主线上的特殊情况进行控制。行控制。三、高速公路通道控制三、高速公路通道控制 （1）通道控制策略）通道控制策略 以高速公路为主体，将临近的平行道路、以高速公路为主体，将临近的平行道路、联系道路和城市环城道路组成公路网，实施统一管理联系道路和城市环城道路组成公路网，实施统一管