1、第五章第五章 交通監控設施設計交通監控設施設計 第五節第五節 高速公路主線控制高速公路主線控制 5.1 5.1 主線控制概述主線控制概述 主線控制的對象是高速公路本身即路段上主線控制的對象是高速公路本身即路段上的的交通流交通流，通過對高速公路主線的交通進行，通過對高速公路主線的交通進行調調節、誘導節、誘導和和警告警告，達到優化交通流狀態的目的。，達到優化交通流狀態的目的。 1 1、主線、主線控制的主要目的控制的主要目的保持交通流均勻性和穩定性，增加舒適程度，提高利用率、預防擁擠保持交通流均勻性和穩定性，增加舒適程度，提高利用率、預防擁擠使瓶頸路段達到最大通行能力使瓶頸路段達到最大通行能力改進交

2、通運行，防止沖撞事故改進交通運行，防止沖撞事故保證特殊氣候條件下高速公路的運行安全保證特殊氣候條件下高速公路的運行安全當出現交通事故或因維修而使主線通行能力下降時，要提高道路的使用效率當出現交通事故或因維修而使主線通行能力下降時，要提高道路的使用效率改變高速公路不同方向上的通行能力改變高速公路不同方向上的通行能力將駕駛員誘導到交通狀況較好的道路上將駕駛員誘導到交通狀況較好的道路上2 2、主線控制實現目標的基本方法、主線控制實現目標的基本方法依據交通流模型判依據交通流模型判斷交通流運行狀態斷交通流運行狀態 確定高速公路主線交通確定高速公路主線交通流控制的流控制的目標狀態值目標狀態值及相應及相應的

3、控制方法，使交通流趨于的控制方法，使交通流趨于目標狀態目標狀態 從過去的統計資料從過去的統計資料中或采用交通感應方法中或采用交通感應方法獲得當前高速公路上獲得當前高速公路上交交通流狀態變量值通流狀態變量值 主線控制方式可以是主線控制方式可以是定時控制定時控制，也可以采用，也可以采用交通感應式控制交通感應式控制。 控制配時和等控制配時和等級根據一天時間內級根據一天時間內的交通流變化規律的交通流變化規律預先確定預先確定定時主線控制定時主線控制 控制變量值是控制變量值是基于實時測量到的基于實時測量到的現時交通條件下的現時交通條件下的交通參量交通參量感應主線控制感應主線控制3 3、主線控制涉及到的幾個

4、方面主線控制涉及到的幾個方面車道使用控制車道使用控制警告和誘導警告和誘導優先控制優先控制主線控主線控 制方法制方法4 4、主線控制方法主線控制方法駕駛員信息系統駕駛員信息系統公共汽車、公共汽車、 合用車優先控制合用車優先控制可變速度控制可變速度控制可逆車道控制可逆車道控制主線調節主線調節車道關閉車道關閉5.2 5.2 可變速度控制可變速度控制 可變速度控制是在高速公路主線上設置可變速度控制是在高速公路主線上設置可變限可變限 速標志速標志來限制行車速度，從而使主線上的交通流的來限制行車速度，從而使主線上的交通流的 速度能隨車流密度的改變而變化，以保證交通流的速度能隨車流密度的改變而變化，以保證交

5、通流的 均勻、穩定，同時還能提高道路通行能力。均勻、穩定，同時還能提高道路通行能力。 可變速度控制的基本原理是依據可變速度控制的基本原理是依據道路道路、交通交通、氣氣候等條件候等條件對高速公路主線交通流安全高效運行的限制對高速公路主線交通流安全高效運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、密度的關系，確定的流量、速度、密度的關系，確定能夠允許的最大交通量下的能夠允許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，并據此采用據此采用可變限速標志可變限速標志等方法對高速公路主線交通流等方法對高速公路主線交通流進行速度控制。進行速度控制。1 1、可變速度控制的目標速度、可變速

6、度控制的目標速度交通狀況交通狀況（擁擠、低速、正常）、（擁擠、低速、正常）、路面條件路面條件（車道數變化、坡度、彎道、結冰、積雪）（車道數變化、坡度、彎道、結冰、積雪）氣象條件氣象條件（霧、雨、雪）（霧、雨、雪）最佳速度最佳速度目標值目標值最佳目標速度的確定方法有兩種：最佳目標速度的確定方法有兩種： 經驗統計法經驗統計法；數據模型法數據模型法?？勺兯俣瓤刂频哪繕酥饕强勺兯俣瓤刂频哪繕酥饕撬俣戎笜怂俣戎笜?。 實現主線可變速度控制的方法是在主線上建立由可實現主線可變速度控制的方法是在主線上建立由可變限速標志組成的系統，即在主線沿線上每間隔一定變限速標志組成的系統，即在主線沿線上每間隔一定距離設

7、置一個可變限速標志，每一個可變限速標志都距離設置一個可變限速標志，每一個可變限速標志都與中央控制室相聯，標志間隔在城市地區一般為與中央控制室相聯，標志間隔在城市地區一般為2-3km2-3km。路旁無路旁無 線電廣播線電廣播主線可變速度控制實現方式主線可變速度控制實現方式可變信可變信 息標志息標志駕駛員駕駛員 信息系統信息系統電子道路交通誘導和控制系統電子道路交通誘導和控制系統減少了交通事故頻率減少了交通事故頻率 及降低事故的嚴重程度及降低事故的嚴重程度交通量增大交通量增大明顯降低了交通速度，明顯降低了交通速度， 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可變速度控制方法的有效性主要表現在：可變速度控制方法的有效性主要表現在： 可變速度控制存在的可變速度控制存在的問題問題是，駕駛員不認是，駕駛員不認為可變限速標志所顯限速值具有約束力；另一為可變限速標志所顯限速值具有約束力；另一方面是在增加關鍵瓶頸路段的通行能力上，可方面是在增加關鍵瓶頸路段的通行能力上，可變速度控制是不太成功的。變速度控制是不太成功的。5.3 5.3 可逆車道控制可逆車道控制 可逆車道控制又稱可逆車道控制又稱變向車道控制變向車道控制?？赡孳嚨??？赡孳嚨揽刂频目刂频哪康哪康脑谟诟淖兏咚俟分骶€不同方向上的在于改變高速公路主線不同方向上的通行能力以適應高峰時某一方向

9、的交通需求。通行能力以適應高峰時某一方向的交通需求。 采用可逆車道采用可逆車道 控制的條件控制的條件1 1、采用可逆車道控制的條件、采用可逆車道控制的條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顯的差別具有明顯的差別交通需求主流與交通需求主流與 次流在方向必須次流在方向必須 定期或不定期地定期或不定期地 經常經常相互轉換相互轉換上述不平衡上述不平衡 交通需求在交通需求在 未來若干年未來若干年 內會內會繼續存在繼續存在沒有其他可替代沒有其他可替代的或更經濟有效的或更經濟有效 的解決方向不平衡交通需求的辦法的解決方向不平衡交通需求的辦法2 2、可逆車道控制的兩種基本運行方式可逆車道

10、控制的兩種基本運行方式可變向車道運行可變向車道運行可逆性可逆性 單向通行方式單向通行方式 可逆車道控制可逆車道控制3 3、實施可逆車道控制的方法實施可逆車道控制的方法 可逆車道控制技術是使用可逆車道控制技術是使用可移動的交通設施可移動的交通設施、可可變信息標志變信息標志來改變車道通行方向。這些裝置可以由來改變車道通行方向。這些裝置可以由現現場人工操作場人工操作，也可由，也可由中央控制室遠距離操縱中央控制室遠距離操縱。5.4 5.4 主線調節控制主線調節控制 主線調節控制是根據主線調節控制是根據輸入的交通流輸入的交通流和和下游的通行能下游的通行能力力，對經由，對經由主線入口主線入口（例如收費站、

11、隧道或橋梁入口）（例如收費站、隧道或橋梁入口）進入高速公路控制路段的交通流實行一些限制的方法，進入高速公路控制路段的交通流實行一些限制的方法，使該路段下游高速公路主線能保持期望的服務水平。使該路段下游高速公路主線能保持期望的服務水平。 第六節第六節 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進入高速限制進入高速 公路的車輛數目公路的車輛數目以保證高速公路自身的交通需求以保證高速公路自身的交通需求 不超過其交通容量。不超過其交通容量。 增加高速公路實際通行能力（增加匝道整體的駛入量）增加高速公路實際

12、通行能力（增加匝道整體的駛入量）減少高速公路主線上行駛車輛總的行程時間減少高速公路主線上行駛車輛總的行程時間減少通道內全部行駛車輛的行程時間減少通道內全部行駛車輛的行程時間在高速公路主線和入口匝道上，消除或減少車輛中的沖突和事故在高速公路主線和入口匝道上，消除或減少車輛中的沖突和事故改善交通流的平穩性，減少車輛的不舒適感和環境干擾改善交通流的平穩性，減少車輛的不舒適感和環境干擾1 1、入口匝道控制的目標、入口匝道控制的目標 入口匝道控制的目標是上述的一個或全部入口匝道控制的目標是上述的一個或全部在通道區域內必須有可供使用的附加容量在通道區域內必須有可供使用的附加容量 （即可替換的路線、時段或其

13、他運輸方式）（即可替換的路線、時段或其他運輸方式） 在入口匝道上應有足夠的停車空間在入口匝道上應有足夠的停車空間 可供等待匝道交通信號的車輛使用可供等待匝道交通信號的車輛使用 在高速公路下游出口處必須有可能利用的容量在高速公路下游出口處必須有可能利用的容量 匝道與主線有足夠的交織區且視距良好匝道與主線有足夠的交織區且視距良好 2 2、入口匝道控制的條件、入口匝道控制的條件 匝道調節匝道調節 在匝道上使用交在匝道上使用交通信號燈對進入車輛通信號燈對進入車輛實行計量控制，也可實行計量控制，也可通過收費站的收費車通過收費站的收費車道開放數來調節進入道開放數來調節進入高速公路的車輛數高速公路的車輛數

14、。匝道關閉匝道關閉 匝道關閉可通匝道關閉可通過自動路欄、交通過自動路欄、交通標志、人工設置隔標志、人工設置隔離墩把某些入口匝離墩把某些入口匝道關閉。道關閉。 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關閉控制入口匝道關閉控制 匝道關閉就是對所有交通都實行關閉，不允許車匝道關閉就是對所有交通都實行關閉，不允許車輛進入高速公路，維持高速公路不擁擠。輛進入高速公路，維持高速公路不擁擠。 匝道關閉分：匝道關閉分：永久性關閉永久性關閉；在高峰期以及偶發性；在高峰期以及偶發性擁擠期擁擠期短期關閉短期關閉。 永久性關閉主要用在立交非常接近、交織問題十永久性關閉主要用在立交非常接

15、近、交織問題十分嚴重的地方，永久性關閉方法一般缺點多于優點。分嚴重的地方，永久性關閉方法一般缺點多于優點。只在下述幾種情況下可以考慮使用匝道關閉：只在下述幾種情況下可以考慮使用匝道關閉： 1、由于大霧、大雪等異常天氣，導致高速公路、由于大霧、大雪等異常天氣，導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達到、入口匝道上游的高速公路的交通需求已達到下游道路容量，而可替換道路上還有足夠的容量下游道路容量，而可替換道路上還有足夠的容量可供使用?？晒┦褂谩?3、潛在進入高速公路的車輛很少。、潛在進入高速公路的車輛很少。 4、在入口匝道上沒有足夠的停車空間。、在入口匝道

16、上沒有足夠的停車空間。 匝道關閉方法匝道關閉方法自動路欄關閉自動路欄關閉 設立關閉標志設立關閉標志 人工設置路欄人工設置路欄 在關閉匝道控制中，要解決的關鍵問題是在關閉匝道控制中，要解決的關鍵問題是 關閉時機的選擇關閉時機的選擇，需要采集高速公路上的交通，需要采集高速公路上的交通 流量數據及氣象數據，以經驗數據為參考，綜流量數據及氣象數據，以經驗數據為參考，綜 合判斷匝道關閉的時機。合判斷匝道關閉的時機。入口匝道調節方法：入口匝道調節方法：A 定時控制定時控制感應（動態）感應（動態） 調節調節B 匯合控制匯合控制D 整體定時整體定時 控制控制C 定時控制是指根據歷史情況的調查掌握交通定時控制是

17、指根據歷史情況的調查掌握交通 流的統計情況，把一天劃分為若干時段。假定每流的統計情況，把一天劃分為若干時段。假定每 個時段內，交通流狀況基本不變，以此作為依據個時段內，交通流狀況基本不變，以此作為依據 來確定每個時段內一組不變的入口調節率，使某來確定每個時段內一組不變的入口調節率，使某 項性能指標最優。項性能指標最優。 6.2 6.2 入口匝道定時控制入口匝道定時控制 路面標記路面標記 定時控制系統包含定時控制系統包含 信號燈信號燈 控制器控制器 檢測器檢測器 在定時控制系統中，匝道信號以固定的在定時控制系統中，匝道信號以固定的 周期運行，周期中紅黃綠信號的配時取決于周期運行，周期中紅黃綠信號

18、的配時取決于 所使用的調節形式是所使用的調節形式是單車調節單車調節還是還是車隊調節車隊調節。（1 1）單車調節）單車調節 匝道調節信號配時規定在每個綠燈時段只匝道調節信號配時規定在每個綠燈時段只允許放一輛車進入高速公路。允許放一輛車進入高速公路。 （2 2）車隊調節）車隊調節 當要求調節率大于當要求調節率大于900veh/h900veh/h時，必須采用時，必須采用每周期允許兩輛或兩輛以上的車輛進入高速公路，每周期允許兩輛或兩輛以上的車輛進入高速公路，稱這種方式為車隊調節方式。稱這種方式為車隊調節方式。 周期內各燈色間隔時間還要取決于所使周期內各燈色間隔時間還要取決于所使用的車隊調節類型，即串行

19、的或雙列的。用的車隊調節類型，即串行的或雙列的。 串行調節串行調節：在這種方式下，車輛是一輛接：在這種方式下，車輛是一輛接一輛放行的，因此要有足夠長的綠燈加黃燈時間，一輛放行的，因此要有足夠長的綠燈加黃燈時間，以便允許每個周期內要求放行的車輛均能通過。以便允許每個周期內要求放行的車輛均能通過。 雙列調節雙列調節：在這種方式下，每個周期并列：在這種方式下，每個周期并列放行兩輛車。雙列調節可以達到的最大調節率約放行兩輛車。雙列調節可以達到的最大調節率約為為1100veh/h1100veh/h。 入口匝道調節率主要依據入口匝道調節率主要依據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、求以及以及調節率的上下約束條調節率的上下約束條 件件、道路條件道路條件等因素來確定，主要用于預防高等因素來確定，主要用于預防高 速公路上的常發性擁擠。速公路上的常發性擁擠。 匝道匝道調節率調節率r(veh/hr(veh/h) )的計算公式為的計算公式為 r = qr = qc c - q - qd d (15-1)(15-1) q qc c (veh/h (veh/h) )為匝道下游容量為匝道下游容量; ; q qd d (veh/h (veh/h) )為匝道上游交通需求。為匝道上游交通需求。匝道調節匝道調節周期長度周期長度C(sC(s) )為為r3600nC (15-2)(15-2) n n

21、為每個調節周期允許進入的車輛數，為每個調節周期允許進入的車輛數， n=1n=1，2 2，3 3。TpdrTppd00max匝道調節率匝道調節率r r還要受下列條件約束：還要受下列條件約束：maxminrrrd(veh/hd(veh/h)-)-匝道到達率匝道到達率 T T（h h）-時段長度時段長度 P PMAXMAX-匝道上允許的最大排隊車輛數匝道上允許的最大排隊車輛數 P P0 0-匝道上初始排隊車輛數匝道上初始排隊車輛數 R Rminmin-調節率下限值，一般取調節率下限值，一般取180veh/h 180veh/h R Rmaxmax-調節率上限值，單車調節調節率上限值，單車調節900ve

22、h/h900veh/h， 車隊調節為車隊調節為1100veh/h1100veh/h。 以交通量以交通量實時檢測數據實時檢測數據為依據來確定匝為依據來確定匝道道 調節率，因而能響應交通流的隨機變化。調節率，因而能響應交通流的隨機變化。 6.3 6.3 入口匝道感應控制入口匝道感應控制 以交通量以交通量實時檢測數據實時檢測數據為依據來確定匝為依據來確定匝道道 調節率，因而能響應交通流的隨機變化。調節率，因而能響應交通流的隨機變化。 感應調節系統構成如圖所示。感應調節系統構成如圖所示。 為了實時反映車輛構成、氣候條件等因素對交通為了實時反映車輛構成、氣候條件等因素對交通 流的影響，增加感應調節系統的

23、適應性，可在系統中流的影響，增加感應調節系統的適應性，可在系統中 安裝用來確定安裝用來確定交通組成交通組成和和氣候條件氣候條件的檢測器。的檢測器。 實時比較匝實時比較匝道上游交通量和道上游交通量和下游容量的基礎下游容量的基礎上選擇匝道調節上選擇匝道調節率，其目標是更率，其目標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對匝道的上游或對匝道的上游或下游的占有率進下游的占有率進行實時測量來估行實時測量來估算下游剩余容量算下游剩余容量qqc c，再來確定，再來確定入口匝道的調節入口匝道的調節率。率。 占有率控制占有率控制 路肩車道路肩車道間隔控制

24、間隔控制 入口匝道感應控制的方法有入口匝道感應控制的方法有6.4 6.4 匯合控制匯合控制 匯合控制是一種微觀控制方法，以匯合控制是一種微觀控制方法，以安全安全為控制原則。為控制原則。 匯合控制的匯合控制的基本目標基本目標是通過使入口匝道車輛最是通過使入口匝道車輛最 準確利用高速公路間隙來完成合流，改善高速公準確利用高速公路間隙來完成合流，改善高速公 路交通流的分布及運行。路交通流的分布及運行。 匯合控制匯合控制方法方法是當檢測到外側車道車流間隙長是當檢測到外側車道車流間隙長 度不小于可插車間隙時，才允許匝道車輛進入高度不小于可插車間隙時，才允許匝道車輛進入高 速公路，這樣能保證匝道車輛及時安

25、全匯入高速速公路，這樣能保證匝道車輛及時安全匯入高速 公路車流中。公路車流中。 匯合控制系統實現的入口匝道匯合控制系統實現的入口匝道調節率調節率完全取決完全取決 于檢測到的于檢測到的主線車流間隙數目主線車流間隙數目。 檢測高速檢測高速公路上的公路上的可插間隙可插間隙 估計這個可估計這個可插間隙到達插間隙到達入口匝道匯入口匝道匯合點的時間合點的時間 引導匝道引導匝道車輛進入車輛進入這個可插這個可插間隙間隙 匯合控制運行的工作過程匯合控制運行的工作過程匯合控制系統匯合控制系統可插間隙匯可插間隙匯 合控制系統合控制系統移動匯合移動匯合 控制系統控制系統1 1、可插間隙匯合控制構成如圖。、可插間隙匯合

26、控制構成如圖。 某個綠燈時間允許通過的車輛數取決于某個綠燈時間允許通過的車輛數取決于可插可插 間隙間隙的大小。的大小。 最小可插間隙是指兩個相隨的車輛的車頭間最小可插間隙是指兩個相隨的車輛的車頭間 隙時間足夠一個入口匝道車輛匯合進入的最小車隙時間足夠一個入口匝道車輛匯合進入的最小車 頭間隔時間。頭間隔時間。天氣條件天氣條件高速公路和高速公路和 入口匝道的入口匝道的 幾何形狀幾何形狀車輛車輛 加速特性加速特性駕駛員駕駛員 水平水平交通條件交通條件影響最小影響最小 可插間隙的因素可插間隙的因素停在匝道信號燈前的車輛停在匝道信號燈前的車輛 到達匯合點預計行駛時間到達匯合點預計行駛時間可插間隙移動速度

27、可插間隙移動速度放行時間的放行時間的 計算依據計算依據 匯合地點到間隙匯合地點到間隙/ /速度速度 檢測器之間的距離檢測器之間的距離2 2、移動匯合控制、移動匯合控制 利用匝道左側面帶有綠色光帶的顯示器，向利用匝道左側面帶有綠色光帶的顯示器，向 匝道車輛提示高速公路外側車道的可插間隙移動匝道車輛提示高速公路外側車道的可插間隙移動 情況。車輛跟隨光帶的移動，則有助于掌握加速情況。車輛跟隨光帶的移動，則有助于掌握加速 度和速度，有利于順利匯合。度和速度，有利于順利匯合。 移動匯合控制模式移動匯合控制模式移動模式移動模式適合于高適合于高 速公路流速公路流 量較小的量較小的 情況情況停車的可插停車的可

28、插 間隙模式間隙模式隨著高速公隨著高速公 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 時，此時控時，此時控 制系統換用制系統換用 停車的可插停車的可插 間隙狀態間隙狀態定時調節模式定時調節模式當高速公路當高速公路 流量繼續增流量繼續增 加，超過某加，超過某 一標準，該一標準，該 系統轉為定系統轉為定 時調節方式時調節方式4 4、匯合控制系統的評價、匯合控制系統的評價匯合控制系統與交通需求匯合控制系統與交通需求容量差額感應調節系統比較如下容量差額感應調節系統比較如下: 匯合控制可得到比較平滑的匯合控制可得到比較平滑的交匯運行，車輛由匝道調節信號交匯運行，車輛由匝道調節信號處

29、到達交匯區所需時間短處到達交匯區所需時間短 匯合控制的匝道車輛匯合控制的匝道車輛放行是根據檢測到的可插放行是根據檢測到的可插間隙來確定的，因而控制間隙來確定的，因而控制運行方式沒有規律，排隊運行方式沒有規律，排隊等待時間較長（調節率約等待時間較長（調節率約為為4 45veh/min5veh/min），違章），違章車輛率較高車輛率較高 需求需求容量差額感應容量差額感應調節可得到較高的調節率調節可得到較高的調節率和較大的入口匝道容量和較大的入口匝道容量 當駛入匝道具有良好的當駛入匝道具有良好的加速車道等幾何形狀時，采加速車道等幾何形狀時，采用定時調節、需求用定時調節、需求容量差容量差額感應調節，可獲得良好的額感應調節，可獲得良好的經濟效果，無需采用匯合控經濟效果，無需采用匯合控制系統制系統 對于因視距不良、加速對于因視距不良、加速車道、坡度缺陷等造成的交車道、坡度缺陷等造成的交匯困難的高速公路，采用匯匯困難的高速公路，采用匯合控制是有利的合控制是有利的 匯合控制需增加匯合控制需增加較多設備，系統成本較多設備，系統成本昂貴昂貴 高速公路通道系統由高速公路通道系統由高速公路高速公路、匝道匝道以及與以及與高速公路相關的高速公路相關的側道側道、干道干道、城市街道城市街道等組成。以等組成。以高速