第八讲-快速道路交通控制系统.pptx

11 快速道路的交通特性快速道路的交通特性一、快速道路的交通特性n n高速性：（80-120km/h）n n安全性：分隔行使、严格控制出入n n舒适性：无陡坡、急弯；服务设施齐全n n高效性：通行能力大，运行效率高。2二、常见问题n n交通拥挤：常发、偶发拥挤n n交通安全n n环境问题n n能源问题3三、解决问题的途径三、解决问题的途径n n常发性拥挤：扩大供给、控制需求常发性拥挤：扩大供给、控制需求P264P264图图8-28-2。1 1）车辆需求控制）车辆需求控制 （1 1）入口匝道控制策略：使车辆在最佳的交通密度范围）入口匝道控制策略：使车辆在最佳的交通密度范围内行驶。内行驶。（2 2）主线控制：防止拥挤）主线控制：防止拥挤 （3 3）优先通行权的控制：公交、合乘车辆优先通行）优先通行权的控制：公交、合乘车辆优先通行 （4 4）通道控制：使通行能力与交通需求平衡）通道控制：使通行能力与交通需求平衡 （5 5）拥挤收费）拥挤收费 2 2）几何改善）几何改善 3 3）对旅行需求的管理：）对旅行需求的管理：交通需求高峰的分散，汽车的交通需求高峰的分散，汽车的有效利用（合乘、公交），停车换乘设施，改善公交服务有效利用（合乘、公交），停车换乘设施，改善公交服务4n n偶发性交通拥挤的策略n n事件应急相应系统位置类型严重性事件检测算法观察交通流现场呼叫警报确定事件性质评价现场响应事件延续时间对交通流的潜在影响分流线路状态确定响应类型人员与设备驾驶员实时信息现场交通控制现场外交通控制正常状态 不 是事件结束调节响应限流条件执行响应事件事件5四、高速干道控制与监测系统四、高速干道控制与监测系统四、高速干道控制与监测系统四、高速干道控制与监测系统高速干道控制与监视系统主要包括高速干道的控制系统、高速干道交通高速干道控制与监视系统主要包括高速干道的控制系统、高速干道交通事故检测和排除的监视系统、高速干道的通道控制和监视系统以及驾驶员情事故检测和排除的监视系统、高速干道的通道控制和监视系统以及驾驶员情报系统等。报系统等。1 1高速干道的控制系统高速干道的控制系统高速干道的控制系统高速干道的控制系统高速干道的控制系统可以分为高速于道主线本身的控制系统、出口匝道高速干道的控制系统可以分为高速于道主线本身的控制系统、出口匝道控制系统及进口匝道控制系统等三个部分。控制系统及进口匝道控制系统等三个部分。2 2高速干道交通事故的检测和排除监视系统高速干道交通事故的检测和排除监视系统高速干道交通事故的检测和排除监视系统高速干道交通事故的检测和排除监视系统1 1）交通事故检测）交通事故检测交通事故检测系统的目的是要尽早获得发生交通事故的迹象，便于及时交通事故检测系统的目的是要尽早获得发生交通事故的迹象，便于及时采取措施，迅速排除可能引发交通事故的隐患。检测方法有：采取措施，迅速排除可能引发交通事故的隐患。检测方法有：（1 1）电子监视）电子监视（2 2）闭路电视）闭路电视（3 3）航空监视）航空监视（4 4）呼援装置和紧急电话）呼援装置和紧急电话（5 5）驾驶员救护合作系统）驾驶员救护合作系统（6 6）民用频道无线电话）民用频道无线电话62 2）交通事故的处理）交通事故的处理（1 1）公路警察巡逻车）公路警察巡逻车（2 2）州巡逻车）州巡逻车（3 3）营业服务车三、高速干道的通道控制与监视系统）营业服务车三、高速干道的通道控制与监视系统 3 3）监视和控制高速公路通道）监视和控制高速公路通道（1 1）监视高速公路交通；）监视高速公路交通；（2 2）高速公路交通控制，特别是匝道交通的控制；）高速公路交通控制，特别是匝道交通的控制；（3 3）沿街道路的控制和监视；）沿街道路的控制和监视；（4 4）干线街道的控制和监视；）干线街道的控制和监视；（5 5）进入高速公路司机情报系统；）进入高速公路司机情报系统；（6 6）离开高速公路司机情报系统。）离开高速公路司机情报系统。74）监视和控制沿街道路 （1 1）沿街道路与主要横街交叉，可以按孤立交叉口处理，用沿街道路与主要横街交叉，可以按孤立交叉口处理，用局部控制器进行控制；局部控制器进行控制；（2 2）如果是连续地沿街道路，可以起主干线的作用，所有交）如果是连续地沿街道路，可以起主干线的作用，所有交叉口采用联动控制叉口采用联动控制(计算相位差计算相位差)；（3 3）由于主干线横过沿街道路，并为其它交通要求服务，则）由于主干线横过沿街道路，并为其它交通要求服务，则沿街道路可起干线道路网的一部分作用；沿街道路可起干线道路网的一部分作用；（4 4）当高速公路由于正常的高峰期拥挤，或在高峰期间或非）当高速公路由于正常的高峰期拥挤，或在高峰期间或非高峰期间发生不可预测的交通事件，高速公路不能保证一定的服高峰期间发生不可预测的交通事件，高速公路不能保证一定的服务水平时，沿街道路可以作为高速公路驾驶员的选择路线，此时，务水平时，沿街道路可以作为高速公路驾驶员的选择路线，此时，沿街道路和高速公路匝道应进行协调控制；沿街道路和高速公路匝道应进行协调控制；（5 5）高速公路匝道进行控制时，由于不考虑等待队列长度，）高速公路匝道进行控制时，由于不考虑等待队列长度，可能影响沿街道路交叉口的通行，因此，匝道和沿街道路应进行可能影响沿街道路交叉口的通行，因此，匝道和沿街道路应进行协调控制。协调控制。85）监视和控制干线街道 （1）使平行选择路线的交通信号和高速公路的信号协调，从而达到最少的行程时间(或其他标准)；（2）高速公路互通式立体交叉上的交通信号与干线横街上的交通信号进行协调控制；（3）等待队列的匝道控制与横街交叉口控制的协调，以防止等待队列横过交叉口；（4）在平行选择路线与通向高速公路匝道的横街相交的路口提供转弯相位，并尽可能与司机情报显示相配合。92 主线控制方法主线控制方法（一）主线控制的作用（一）主线控制的作用1 1取得最佳均匀车速，从而使瓶颈路段的通行能力达到取得最佳均匀车速，从而使瓶颈路段的通行能力达到最大；最大；2 2一旦因车速或车流密度发生变化而产生冲击波时，可一旦因车速或车流密度发生变化而产生冲击波时，可防止汽车尾端冲撞；防止汽车尾端冲撞；3 3当出现事故或因维修而使干道通行能力受到限制时，当出现事故或因维修而使干道通行能力受到限制时，可提高高速干道的使用效率。可提高高速干道的使用效率。（二）控制方法（二）控制方法1 1可变车速控制法可变车速控制法可变车速控制法可变车速控制法2 2车道封闭控制法车道封闭控制法车道封闭控制法车道封闭控制法3 3驾驶员情报诱导驾驶员情报诱导驾驶员情报诱导驾驶员情报诱导 4 4、可逆车道、可逆车道、可逆车道、可逆车道 5 5、调节控制：需求、调节控制：需求、调节控制：需求、调节控制：需求10可变限速系统控制结构 11驾驶员情报系统驾驶员情报系统驾驶员情报系统驾驶员情报系统驾驶员情报系统的功用是向驾驶员预告前方的行车条驾驶员情报系统的功用是向驾驶员预告前方的行车条件及对可使用的选择路线提出建议。驾驶员情报系统主要件及对可使用的选择路线提出建议。驾驶员情报系统主要包括以下五个方面：高速公路的可变情报标志；通道可变包括以下五个方面：高速公路的可变情报标志；通道可变情报标志；车内显示设备；路边无线电广播；商业性无线情报标志；车内显示设备；路边无线电广播；商业性无线电广播。电广播。情报必须通过一次或多次感觉传递给司机。常使用的情报必须通过一次或多次感觉传递给司机。常使用的是视觉和听觉传递，也可采用感觉的方法，包括在一定范是视觉和听觉传递，也可采用感觉的方法，包括在一定范围内采用粗糙的路肩、摇杆等措施，围内采用粗糙的路肩、摇杆等措施，情报显示的基本原则是：越重要的情报，越要有多次情报显示的基本原则是：越重要的情报，越要有多次显示机会；过多的情报会降低效果；情报应提前通告；情显示机会；过多的情报会降低效果；情报应提前通告；情报应能引起驾驶员的密切注意，且保证能通知到；避免使报应能引起驾驶员的密切注意，且保证能通知到；避免使用异常情报。用异常情报。情报内容：拥挤地段的位置、距离、延误及拥挤程度情报内容：拥挤地段的位置、距离、延误及拥挤程度(严重、中等、轻量严重、中等、轻量)的情报。的情报。121 1 1 1入口匝道控制的作用入口匝道控制的作用入口匝道控制的作用入口匝道控制的作用入口匝道控制，一般被认为是高速干道的主要交通控制措施，它的入口匝道控制，一般被认为是高速干道的主要交通控制措施，它的作用是：作用是：1 1）减少整个高速干道系统内所有车辆的行程时间；）减少整个高速干道系统内所有车辆的行程时间；2 2）使交通流量均匀平滑；）使交通流量均匀平滑；3 3）消除或减少交汇中的冲突和事故；）消除或减少交汇中的冲突和事故；4 4）由于交通流量均匀平滑，车流状况得到改善，因此减少了不舒适）由于交通流量均匀平滑，车流状况得到改善，因此减少了不舒适感和环境的干扰。感和环境的干扰。入口匝道控制的作用可以是上述作用中的一个、几个或全部。为了入口匝道控制的作用可以是上述作用中的一个、几个或全部。为了取得良好的控制效果遵守以下条件被认为是必须的：取得良好的控制效果遵守以下条件被认为是必须的：（1 1）若要求减少行程时间，则应有其它具有通行能力的路线可供选择）若要求减少行程时间，则应有其它具有通行能力的路线可供选择来为高速干道起到分流作用，否则车辆将被迫阻塞在匝道上，这样就需来为高速干道起到分流作用，否则车辆将被迫阻塞在匝道上，这样就需要在高速干道上行向很远的一些匝道寻找入口。另外也可利用与高速干要在高速干道上行向很远的一些匝道寻找入口。另外也可利用与高速干道连续的沿街道路或平行的干线道路的通行能力。道连续的沿街道路或平行的干线道路的通行能力。（2 2）必须有适当的储备空间可为等待匝道信号的车辆所利用；）必须有适当的储备空间可为等待匝道信号的车辆所利用；（3 3）为节约行程时间，在高速干道下游出口处必须有可供利用的通行）为节约行程时间，在高速干道下游出口处必须有可供利用的通行能力存在，否则较少有益。能力存在，否则较少有益。（4 4）车流）车流odod必须适当，否则使用短程高速干道将意味着车流分散小。必须适当，否则使用短程高速干道将意味着车流分散小。3 3 入口匝道控制入口匝道控制132 2入口匝道控制法入口匝道控制法入口匝道控制法入口匝道控制法1 1）封闭匝道法）封闭匝道法在以下情形下考虑匝道封闭。在以下情形下考虑匝道封闭。（1 1）互通式立交非常接近，交织问题十分严重的地方；）互通式立交非常接近，交织问题十分严重的地方；（2 2）有较多车辆要在匝道上排队，但没有足够长度容纳排）有较多车辆要在匝道上排队，但没有足够长度容纳排队车辆的匝道；队车辆的匝道；（3 3）附近有良好的道路可供绕道行驶。）附近有良好的道路可供绕道行驶。2 2）匝道定时限流控制法）匝道定时限流控制法常发性拥挤常发性拥挤这种控制也就是匝道调节限流控制，其目的是为改善高速这种控制也就是匝道调节限流控制，其目的是为改善高速干道的交通状况或改善车流汇合时的安全。如果匝道的几何干道的交通状况或改善车流汇合时的安全。如果匝道的几何形状合理，则其可能的通行能力为形状合理，则其可能的通行能力为8008001 2001 200辆辆/h/h。匝道调节。匝道调节交通量的范围在正常交通量和某个合理最小交通量交通量的范围在正常交通量和某个合理最小交通量(180(180240240辆辆/h)/h)之间。调节控制用匝道上的交通信号之间。调节控制用匝道上的交通信号(标准信号或改进型标准信号或改进型的两灯信号的两灯信号)来实现，按时允许一定数量的匝道车辆驶入高速来实现，按时允许一定数量的匝道车辆驶入高速干道干道。14图1交通需求量超过高速公路瓶颈的例子图2装置环形检测器的匝道调节系统151.限流率（调节率）r（约束条件见P270式8-3）=qcqdqc：匝道下游容量；qd：匝道上游交通需求。C=3600n/rn:每个周期允许进入的车辆数。2.定时控制方式单车进入控制车队进入控制：要求高的限流率，串行、并行 3.优缺点：能为驾驶人提供一种可靠的能迅速适应的情况，但可能会导致上游需求超过下游容量，故可使运行的交通量略低于道路容量。163 3）匝道感应控制法）匝道感应控制法 在高速干道上和匝道上都装有检测器，以取得交通在高速干道上和匝道上都装有检测器，以取得交通情报。根据不同的控制方案，通过就地控制器或中心计情报。根据不同的控制方案，通过就地控制器或中心计算机，实施限流控制，限流率可依据交通情报做相应地算机，实施限流控制，限流率可依据交通情报做相应地调整。匝道调节可看作对高速干道、匝道和匝道引道上调整。匝道调节可看作对高速干道、匝道和匝道引道上交通监视的一种反应。交通监视的一种反应。图3高速干道进口匝道上检测器的位置17感应控制的基本思路：感应控制的基本思路：实时监测仪获得高速干道上交通运行参量；实时监测仪获得高速干道上交通运行参量；用监测的结果分析确定高速干道路段此时工作爱基本交通流曲线的那一部分；根据容量计算允许进入高速干道而又不致引起拥挤的最大匝道交通流量。高速干道上的交通量检测器可以是简单的通过型检测高速干道上的交通量检测器可以是简单的通过型检测器，也可以是最常见最有用并可用来测量平均速度和占有器，也可以是最常见最有用并可用来测量平均速度和占有率的存在型检测器。率的存在型检测器。18 感应控制方法：感应控制方法：（1 1）交通量一通行能力差额控制）交通量一通行能力差额控制（2 2）占有率控制）占有率控制（3 3）路肩车道间隔控制）路肩车道间隔控制 汇合控制（微观控制）：根据高速干道外侧车道汇合控制（微观控制）：根据高速干道外侧车道间隙的长度（不小于可插间隙）来决定能否放行间隙的长度（不小于可插间隙）来决定能否放行匝道车辆，方法有：匝道车辆，方法有：（1 1）可插间隔交汇控制）可插间隔交汇控制（2 2）移动交汇控制）移动交汇控制 19图4匝道控制的可插车间隔模式a)可插车间隔的探测b)可插车间隔的投射c)车辆汇合20图5移动交汇控制的定速系统21对入口匝道控制的几种控制法作如下几点说明：对入口匝道控制的几种控制法作如下几点说明：对入口匝道控制的几种控制法作如下几点说明：对入口匝道控制的几种控制法作如下几点说明：a.a.若入口匝道具有良好的加速车道等几何设计，则采用定时调节、交通量若入口匝道具有良好的加速车道等几何设计，则采用定时调节、交通量通通行能力差额控制或占有率控制系统，可获得良好的经济效果，毋需采用可插行能力差额控制或占有率控制系统，可获得良好的经济效果，毋需采用可插车间隔或移动交汇控制系统。车间隔或移动交汇控制系统。b.b.以占有率为基础的控制系统，用交通量一通行能力差额控制法来抑制已被证以占有率为基础的控制系统，用交通量一通行能力差额控制法来抑制已被证明很有效果。明很有效果。c.c.对因视距不良或加速车道、坡度等道路条件造成车辆交汇困难的那种老式高对因视距不良或加速车道、坡度等道路条件造成车辆交汇困难的那种老式高速干道，采用可插车间隔控制是有利的。速干道，采用可插车间隔控制是有利的。d.d.移动交汇控制对低标准交汇运行的匝道是有利的。移动交汇控制对低标准交汇运行的匝道是有利的。e.e.采用单车调节控制的地方，由于信号周期循环需要时间的限制，入口匝道的采用单车调节控制的地方，由于信号周期循环需要时间的限制，入口匝道的交通量将交通量将 800800辆辆h h。4 4）匝道系统控制）匝道系统控制）匝道系统控制）匝道系统控制 将一系列匝道集中起来作为一个整体统一考虑交通控制的系统，称为匝道将一系列匝道集中起来作为一个整体统一考虑交通控制的系统，称为匝道系统控制。其限流率根据整个系统的交通量与通行能力之差确定。它与独立系统控制。其限流率根据整个系统的交通量与通行能力之差确定。它与独立的限流控制相比，匝道系统控制的优点是能够兼顾整个系统。的限流控制相比，匝道系统控制的优点是能够兼顾整个系统。整体车辆感应限流控制能适应交通量变化要求，使整个系统的车流保持最整体车辆感应限流控制能适应交通量变化要求，使整个系统的车流保持最佳化。若高速干道某段发生交通事故，这种控制就显得特别有效。此时，发佳化。若高速干道某段发生交通事故，这种控制就显得特别有效。此时，发生事故的匝道下行方向，限流率会自动增加，而匝道上行向的限流率会自动生事故的匝道下行方向，限流率会自动增加，而匝道上行向的限流率会自动减少。这种控制系统操作复杂，需用中心计算机进行控制。减少。这种控制系统操作复杂，需用中心计算机进行控制。22方法：方法：方法：方法：1 1调节驶离高速干道的车辆数调节驶离高速干道的车辆数调节驶离高速干道的车辆数调节驶离高速干道的车辆数 此方法不是一种有效的方法，唯一有利之处乃是缓解了接近干道交叉口此方法不是一种有效的方法，唯一有利之处乃是缓解了接近干道交叉口的交通拥挤程度。不过，这将意味着要承担一些交通事故的风险，因为在信的交通拥挤程度。不过，这将意味着要承担一些交通事故的风险，因为在信号灯前停车，车辆急剧减速有发生滑行和造成尾端冲撞的危险，且使等待驶号灯前停车，车辆急剧减速有发生滑行和造成尾端冲撞的危险，且使等待驶离高速干道之车辆排队从信号灯向后延伸到高速干道上。离高速干道之车辆排队从信号灯向后延伸到高速干道上。2 2封闭出口匝道封闭出口匝道封闭出口匝道封闭出口匝道 此控制方法可起到大大减少车辆在该处的交织及随之而带来的交通安全此控制方法可起到大大减少车辆在该处的交织及随之而带来的交通安全之作用。特别是一个出口匝道到连接着一个大型互通式立交的沿街道路或者之作用。特别是一个出口匝道到连接着一个大型互通式立交的沿街道路或者近郊道路的距离较短时，封闭匝道是一种很实用的解决办法。近郊道路的距离较短时，封闭匝道是一种很实用的解决办法。缺点：缺点：缺点：缺点：1 1）大大增加驾驶员的行车时间及距离，）大大增加驾驶员的行车时间及距离，2 2）若使用人工控制的栅栏，或某种型式的自动门，则在高峰期间封闭）若使用人工控制的栅栏，或某种型式的自动门，则在高峰期间封闭匝道，其费用甚大；匝道，其费用甚大；3 3）由于限制了出入口，将会激起公众强烈的反对，）由于限制了出入口，将会激起公众强烈的反对，4 4）尾撞事故的可能性大为增加。）尾撞事故的可能性大为增加。3 出口匝道控制出口匝道控制234 异常事件检测与应急管理系统异常事件检测与应急管理系统一、异常事件的定义一、异常事件的定义一、异常事件的定义一、异常事件的定义n n交通事故交通事故交通事故交通事故n n交通事件交通事件交通事件交通事件二、检测原理二、检测原理二、检测原理二、检测原理 不是检测事件本身，而是发现事件所带来的交不是检测事件本身，而是发现事件所带来的交不是检测事件本身，而是发现事件所带来的交不是检测事件本身，而是发现事件所带来的交通流特征的变化，若变化程度超过了预置的极限值，通流特征的变化，若变化程度超过了预置的极限值，通流特征的变化，若变化程度超过了预置的极限值，通流特征的变化，若变化程度超过了预置的极限值，则判定为交通异常事件发生。则判定为交通异常事件发生。则判定为交通异常事件发生。则判定为交通异常事件发生。24三、检测方法三、检测方法电子监视：要求干道和匝道上按照大量检测器电子监视：要求干道和匝道上按照大量检测器闭路电视：费用高，受天气影响大闭路电视：费用高，受天气影响大航空监视：范围大时，未必能及时地检测到异航空监视：范围大时，未必能及时地检测到异 常事件常事件呼援装置和紧急电话呼援装置和紧急电话驾驶人救护合作系统：驾驶人救护合作系统：flashflash（闪光求助）（闪光求助）民用频道无线电话：设置车载无线电收发机民用频道无线电话：设置车载无线电收发机25四、应急管理系统四、应急管理系统1 1、目的和目标、目的和目标目的目的目标目标1、减少二次事故2、提高事件处理人员的 安全3、积极提供并鼓励使用 替代路线4、减少事件响应部门的 负担1、减少事件检测时间2、减少事件响应时间3、提供更多的驾驶人信息4、建快事件清除过程5、减少车道关闭数量6、减少道路或车道的关闭时间262、管理过程n n事件检测事件检测n n事件确认事件确认n n事件信息服务事件信息服务n n事件响应事件响应n n现场管理现场管理n n交通事件管理交通事件管理n n事件清除事件清除27五、紧急事件救援系统五、紧急事件救援系统n n措施n n提供紧急救援服务；提供紧急救援服务；n n维修和牵引事故车辆；维修和牵引事故车辆；n n改变交通管制方案；改变交通管制方案；n n提供交通事故信息等。提供交通事故信息等。28六、高速干道的通道监控系统六、高速干道的通道监控系统n n监控方法n n监视高速干道交通；监视高速干道交通；n n高速干道交通控制，特别是匝道交通的控制；高速干道交通控制，特别是匝道交通的控制；n n沿街道路的控制和监控；沿街道路的控制和监控；n n进入高速干道驾驶人情报系统；进入高速干道驾驶人情报系统；n n离开高速干道驾驶人情报系统。离开高速干道驾驶人情报系统。