高速公路交通控制课件

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汇合控制汇合控制是一种微观控制方法，以安全为控制原则。汇合控制的基本目标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，改善高速公路交通流的分布及运行。15.3.4汇合控制汇合控制是一种微观控制方法，以安全为控制原则。汇合控制的基本目标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，改善高速公路交通流的分布及运行。汇合控制方法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。汇合控制系统实现的入口匝道调节率完全取决于检测到的主线车流间隙数目。检测高速公路上的可插间隙估计这个可插间隙到达入口匝道汇合点的时间引导匝道车辆进入这个可插间隙汇合控制运行的工作过程汇合控制系统可插间隙汇合控制系统移动汇合控制系统1、可插间隙汇合控制构成如图15-4。播放某个绿灯时间允许通过的车辆数取决于可插间隙的大小。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头间隔时间。天气条件高速公路和入口匝道的几何形状车辆加速特性驾驶员水平交通条件影响最小可插间隙的因素停在匝道信号灯前的车辆到达汇合点预计行驶时间可插间隙移动速度放行时间的计算依据汇合地点到间隙/速度检测器之间的距离2、移动汇合控制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。播放移动汇合控制模式移动模式适合于高速公路流量较小的情况停车的可插间隙模式随着高速公路交通量的增加，速度下降到某值时，此时控制系统换用停车的可插间隙状态定时调节模式当高速公路流量继续增加，超过某一标准，该系统转为定时调节方式3、可插间隙和需求—容量控制匝道调节率按照交通需求—容量差额原理来确定，但以此调节率放行的匝道车辆要及可利用的可插间隙相符合。4、汇合控制系统的评价汇合控制系统及交通需求—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交汇运行，车辆由匝道调节信号处到达交汇区所需时间短汇合控制的匝道车辆放行是根据检测到的可插间隙来确定的，因而控制运行方式没有规律，排队等待时间较长（调节率约为4～5veh/min），违章车辆率较高需求—容量差额感应调节可得到较高的调节率和较大的入口匝道容量

当驶入匝道具有良好的加速车道等几何形状时，采用定时调节、需求—容量差额感应调节，可获得良好的经济效果，无需采用汇合控制系统对于因视距不良、加速车道、坡度缺陷等造成的交汇困难的高速公路，采用汇合控制是有利的汇合控制需增加较多设备，系统成本昂贵15.4入口匝道整体定时控制入口匝道定时整体控制是指每个入口匝道定时调节时必须对其上、下游匝道运行的相互依赖性给予考虑。这时，各个匝道的调节率是根据整个系统的交通需求—容量差额来计算的。15.4.1性能指标和调节率的算法入口匝道整体定时的控制是基于交通流每日变化大体一致，因而可以把一天划分为若干时段（大约每段为15或更长），在一个时段内交通流近似于均匀，可以认为是稳态，进而根据实际情况把高速公路分成若干段，每段内交通流近似认为稳定均匀。建立一个描述交通流状态只随道路空间变化的稳态模型，然后根据主线和各入口匝道的交通需求和每个入口匝道下游的容量，按照某种性能指标，在每时段确定一组最佳调节率（常数），使各路段交通状况总体最优。15.5高速公路主线控制15.5.1主线控制概述主线控制的对象是高速公路本身即路段上的交通流，通过对高速公路主线的交通进行调节、诱导和警告，达到优化交通流状态的目的。通过主线控制可以改善高速公路运行的安全和效率，缓解主线上的交通拥挤和交通瓶颈对交通的影响。这种控制对常发性和偶发性交通拥挤都是有效的。1、主线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、预防拥挤使瓶颈路段达到最大通行能力改进交通运行，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将驾驶员诱导到交通状况较好的道路上2、主线控制涉及到的几个方面1车道使用控制2警告和诱导3优先控制3、主线控制实现目标的基本方法依据交通流模型判断交通流运行状态确定高速公路主线交通流控制的目标状态值及相应的控制方法，使交通流趋于目标状态从过去的统计资料中或采用交通感应方法获得当前高速公路上交通流状态变量值主线控制方式可以是定时控制，也可以采用交通感应式控制。控制配时和等级根据一天时间内的交通流变化规律预先确定定时主线控制控制变量值是基于实时测量到的现时交通条件下的交通参量感应主线控制主线控制方法4、主线控制方法驾驶员信息系统公共汽车、合用车优先控制可变速度控制可逆车道控制主线调节车道关闭15.5.2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限速标志来限制行车速度，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，以保证交通流的均匀、稳定，同时还能提高道路通行能力。可变速度控制的主要作用表现在以下几个方面：增加交通量减少追尾事故一种提前报警系统延缓拥挤的出现改善交通流的稳定性，有助于保证达到最大交通量可变速度控制的基本原理是依据道路、交通、气候等条件对高速公路主线交通流安全高效运行的限制要求和路段交通流的流量、速度、密度的关系，确定能够允许的最大交通量下的最佳速度和最佳密度，并据此采用可变限速标志等方法对高速公路主线交通流进行速度控制。1、可变速度控制的目标速度最佳目标速度的确定方法有两种：①经验统计法；②数据模型法。可变速度控制的目标主要是速度指标。2、可变速度控制策略和方法主线可变速度控制主要通过主线上交通流的速度在空间和时间上的分布进行控制，以保证交通流的稳定、均匀，或实现将交通流从不稳定状态、拥挤状态调控到稳定状态。可变速度控制的基本依据是实际服务水平和由实测交通状态数据确定的速度—流量关系，其目标是使主线交通流流量最大或保持在一定的服务水平上。主线服务水平可以通过将实测的交通流状态变量值及理想的速度—流量关系特性曲线对比来确定交通流运行状态变量及服务水平的关系，图15-7（a）交通流状态变量及运行状态类型的对应关系图15-7（b）依据图15-7（b）的关系，对于检测出的交通流状态变量值，按照服务水平标准可以准确地说明当前交通流是处于哪种运行状态。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距离设置一个可变限速标志。标志间隔在城市地区一般为2-3。可变限速标志系统中的每一个可变限速标志都及中央控制室相联，中央控制室将交通状况（拥挤、低速、正常）、路面条件（车道数变化、坡度、弯道、结冰、积雪）及气象条件（雾、雨、雪）的各种组合所确定的最佳速度目标值与实际检测出的主线上车流速度值进行比较，判断当前车流运行状态是否符合控制目标，若不符合则将目标速度值通过可变限速标志告诉驾驶员，从而实现对主线可变速度控制。路旁无线电广播主线可变速度控制实现方式可变信息标志驾驶员信息系统电子道路交通诱导和控制系统检测内容包括车速、车队长度、车流密度。主线交通状况的检测可用设在主车道上的环形线圈检测器来进行，也可以用设在路旁的紧急电话作为事故发生、特殊气候等信息的来源。检测到车队的存在或车流密度过大时，可由控制中心决定速度限制的时间和速度限制值在沿线上的空间序列分布，并自动显示。减少了交通事故频率及降低事故的严重程度交通量增大明显降低了交通速度，改善了速度分布，使速度偏差控制在7-14可变速度控制方法的有效性主要表现在：变速度控制存在的问题是，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。3、主线计算机控制系统主线计算机控制系统由局部控制器和主线控制中心构成15.5.3可逆车道控制可逆车道控制又称变向车道控制。可逆车道控制的目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的交通需求。采用可逆车道控制的条件1、采用可逆车道控制的条件交通需求在方向上的不平衡具有明显的差别交通需求主流与次流在方向必须定期或不定期地经常相互转换上述不平衡交通需求在未来若干年内会继续存在没有其他可替代的或更经济有效的解决方向不平衡交通需求的办法2、可逆车道控制的两种基本运行方式可变向车道运行可逆性单向通行方式可逆车道控制3、实施可逆车道控制的方法可逆车道控制技术是使用可移动的交通设施、可变信息标志来改变车道通行方向。这些装置可以由现场人工操作，也可由中央控制室远距离操纵。15.5.4主线调节控制主线调节控制是根据输入的交通流和下游的通行能力，对经由主线入口（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，使该路段下游高速公路主线能保持期望的服务水平。除专门设置主线调节控制设施外，利用设置在主线上的收费站也是实现主线调节控制的主要手段之一。15.6高速公路通道系统控制通道控制的对象是由高速公路、侧道和其他平行干道所组成的通道系统上的交通流。高速公路通道系统由高速公路、匝道以及及高速公路相关的侧道、干道、城市街道等组成。以高速公路为核心的、沟通两个或两个以上地区之间交通的道路网络。图15-8是一个典型的高速公路通道系统组成。15.6.1高速公路通道控制概述1、通道系统的概念2、通道控制原理高速公路通道控制就是对通道系统交通流进行协调、管理、诱导和警告。基本原理是监测通道系统中所有道路及交叉口，将超载道路上的交通转移到通行能力尚有剩余的道路上去。通道控制系统高速公路监控系统驾驶员信息系统匝道控制侧道控制主线控制交叉口控制干道控制城市道路交通控制区域交通控制的原理、策略和方法3、通道控制方式和措施通道控制可分为限制和分流两种方式。限制控制各道路上的交通需求使其低于通行能力分流把车辆从超负荷的道路上引到尚有剩余通行能力的道路上去当高速公路上的交通需求超过或接近其通行能力时再用通道分流方法，这样可以提高通道系统的总体运行效率。当发生常发性或偶发性交通拥挤以及在道路维修情况下，可用通道分流控制方式来缓解或消除交通拥挤。措施E公共汽车、合用车优先控制A采用临时性分流标志B优化各类道路交通信号配时方案D运用驾驶员信息系统C统筹制定各匝道的调节率通道控制的常用措施4、通道控制的目的及特点高速公路通道的通行能力是由高速公路的通行能力和能为高速公路交通需求提供可替换服务的平面道路及交叉口的通行能力组成的。通道控制是通过在通道系统内有效地分配和管理交通流，以达到在交通需求及通道通行能力之间获得最佳平衡和充分利用通道通行能力的目的，使整个通道系统处于最佳运行状态。能否有效监测系统内各条线路的交通状态是控制效果好坏的关键因素。影响通道控制效果的另一基本因素是通道控制方法。15.6.2通道控制战略通道控制系统是具有实时响应控制能力的动态控制系统。另一方面，通道控制系统问题是一个典型的大系统控制问题。1、通道控制系统的特点及构成按控制对象分，通道控制系统可由下列子系统构成高速公路（包括主线和匝道）控制系统侧道、干道控制系统城市道路交通控制系统驾驶员信息系统交通监视系统中央控制系统按控制功能分，通道控制系统可由下列设备组成1提供通道系统内各道路运行情况实时信息的检测系统2对上述信息进行处理，在此基础上做出控制决策的中心控制设备3执行控制策略的外场控制设备4连接检测设备、中心控制设备、外场控制设备及车载设备的通信系统2、通道控制战略的概念通道控制战略是指从通道系统整体利益出发，为实现提高通道