公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制策略研究

1、 分類號:U49 10710-2009132059 碩 士 學(xué) 位 論 文公路隧道 監(jiān)控系統(tǒng) 的 控制策 略研究鮑國棟導(dǎo)師姓名 職稱趙忠杰 教授 申請學(xué)位 級別 工學(xué)碩士 學(xué)科專業(yè) 名稱 交通信息 工程及控 制 論文提交 日期 2012 年 5 月 23 日 論文答辯 日期 2012 年 6 月 1 日 學(xué)位授予 單位 長安大學(xué)Study on the Control Strategy of Monitoring System in Highway Tunnel A Dissertation Submitted for the Degree of MasterCandidate: Bao Gu

2、odongSupervisor: Prof. Zhao ZhongjieChangan University, Xian, China摘 要本文結(jié)合高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀, 對隧道監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題進行了分析和討論。 基于公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計規(guī)范和系統(tǒng)功能配置, 本文主要對隧道交通控制系統(tǒng),照明控制系統(tǒng)和通風(fēng)控制系統(tǒng)進行研究。 結(jié) 合 高 速 公 路 隧 道 的 實 際 運 營 狀 況 , 總 結(jié) 了 高 速 公 路 隧 道 交 通 控 制 方 案 的 基 本 規(guī)律, 提出了隧道正常運營、 周期性交通擁擠異常和故障阻塞異常三種狀態(tài)下的交通誘導(dǎo)控制方案,解決了異常狀態(tài)下,目標行車線上

3、游車輛與受阻車輛行駛發(fā)生沖突的問題。在此基礎(chǔ)上,利用組態(tài)軟件 Kingview6.53 作 為上位機交通控制系統(tǒng)的開發(fā)工具,開發(fā)了隧道交通控制系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件,實現(xiàn)隧道交通控制系統(tǒng)的本地和遠程控制。 結(jié)合國內(nèi)外高速公路隧道照明 控制技術(shù)上的應(yīng)用研究, 提出了既滿足隧道照明亮度要求, 又節(jié)約能源的隧道照明手動控制、 分段時序控制和自動控制技術(shù)方案。 著重分析了自動照明控制算法下的隧道內(nèi)各照明區(qū)段的控制策略, 通過縮小每級的亮度變化, 在視覺上實現(xiàn)隧道照明的連續(xù)調(diào)光,不僅節(jié)約電能,而且提供了安全、舒適的隧道照明,保證了車輛的行駛安全。 通過對模糊控制方法的研究分析, 利用模糊控制技術(shù), 將隧道通

4、風(fēng)系統(tǒng)看成一個 “黑匣 子 ” ,針對 公 路 隧道通 風(fēng) 模 糊控制 系 統(tǒng) ,參考 了 最 優(yōu)規(guī)則 排 序 無關(guān), 即 所 謂的 一 條 控制規(guī)則后件部的最佳取值不會影響另一條規(guī)則后件部的最佳取值, 在此基礎(chǔ)上逐條修改模糊控制規(guī)則庫。 獲得了較優(yōu)的規(guī)則庫, 該法與常規(guī)試湊法相比, 大大節(jié)省了調(diào)整時間,最后通過仿真分析得出模糊控制與傳統(tǒng)控 制相比能夠節(jié)省一定 的能量, 得出隧道通風(fēng)模糊系統(tǒng)理論上在控制效率和成本上達到優(yōu)化的結(jié)論。關(guān)鍵詞:隧道,交通控制, 照明控制,隧道通風(fēng),模糊控制 ,節(jié)能iiiAbstractCombining with the development of the hig

5、hway tunnel monitoring systems,this paper analyses and discuss the problems existing in the monitoring system of the tunnel.This paper mainly studies the traffic control,lighting control and ventilation control systems in the highway tunnel baesd on the specifications for design of monitoring system

6、s in highway tunnel and the configuration of the system functionThrough analyzing the highway tunnel operating circumstance ,the paper sums up the general rules of tunnel traffic control and provides a set of traffic control strategies in the normal,crowded and accident conditions , Especially the p

7、rogram of conflict between up-river vehicles in object-traveled lane and blocked ones in the accident condition is solved successfully, On this basis, the software of KingView6.53 is used as the host computer traffic control system development tools,The highway tunnel traffic control system is compl

8、eted and achieve the local and remote control of the tunnel traffic control systemThrough analyzing the lighting technique of the highway tunnel in the home and around,the paper provides three methods for the lighting control of highway tunnel, including the way to control lighting by watches,or in

9、the basis of a timetable, or completely with the computer. The analysis is focused on the control strategy of each tunnel lighting section under the automatic lighting control algorithm. The continuous adjustment of tunnel illumination in vision is achieved through reducing the change of brightness

10、of each level.These methods not only safe and comfortable,but also be economical enough to save a plenty of electric powerThrough analyzing the fuzzy control technology,the tunnel ventilation system is controlled as a “black box” by using fuzzy control technology, In view of the fuzzy control system

11、 of tunnel ventilation, on the basis of the best rule sorting independence,The characteristic that the best conclusion of one rule does not influence that of others is confirmed by simulation program,On the basis of this,logical rules are modified one by one and the optimized rules are gained.It tak

12、es much less time to regulate rules by using the above method than the traditional one.Finally,the paper simulate the energy conservation control regarding the tunnel ventilation system by using fuzzy control and traditional controliiirespectively,we can get the conclusion that the fuzzy control can

13、 achieve saving a little energy compared to the traditional control,so the tunnel ventilation energy-saving system based on the fuzzy control technology can reach an optimization on control efficiency and control cost theoreticallyKey words :tunnel;traffic control ;lighting control ;tunnel ventilati

14、on ;fuzzy control ; energy-saving iv目 錄第一章 緒 論. 1 1.1 選題背景. 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r. 2 1.2.1 國外發(fā)展?fàn)顩r. 2 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r. 2 1.2.3 發(fā)展趨勢3 1.3 本文研究主要內(nèi)容4 第二章 公路隧道交通控制系統(tǒng)研究 5 2.1 公路隧道的等級分類及設(shè)施配置5 2.2 隧道交通誘導(dǎo)控制系統(tǒng)相關(guān)設(shè)施6 2.3 公路隧道交通控制策略. 6 2.3.1 正常運營. 7 2.3.2 擁擠/阻塞狀態(tài)8 2.3.3 事故異常狀態(tài) 9 2.4 交通控制系統(tǒng)界面設(shè)計 15 2.4.1 交通單個控制系統(tǒng)界面 15 2.4.2

15、交通成組控制系統(tǒng)界面 17 2.5 本章小結(jié) 18 第三章 公路隧道照明控制系統(tǒng)研究19 3.1 公路隧道照明的控制要求. 19 3.2 公路隧道照明控制方式 19 3.3 隧道照明回路設(shè)計. 20 3.4 隧道照明燈具布置方案 22 3.5 隧道照明控制策略. 25 3.5.1 手動照明控制策略25 3.5.2 分段時序照明控制策略. 26 3.5.3 自動照明控制策略27v3.6 本章小結(jié) 33 第四章 公路隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)研究34 4.1 公路隧道通風(fēng)控制概述 34 4.2 公路隧道通風(fēng)控制方式 34 4.3 公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型36 4.3.1 公路隧道通風(fēng)標準. 36 4.3.2

16、 公路隧道通風(fēng)需風(fēng)量計算. 36 4.3.3 空氣動力學(xué)模型 37 4.3.4 污染模型 38 4.3.5 本文研究隧道簡介. 38 4.4 公路隧道通風(fēng)模糊控制系統(tǒng)39 4.4.1 公路隧道通風(fēng)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計. 40 4.4.2 公路隧道通風(fēng)模糊控制系統(tǒng)建模. 43 4.4.3 公路隧道通風(fēng)模糊控制系統(tǒng)仿真. 45 4.4.4 模糊控制規(guī)則調(diào)整及仿真. 46 4.4.5 節(jié)能分析 49 4.5 本章小結(jié) 55 第五章 結(jié)論與展望. 56 5.1 結(jié)論. 56 5.2 展望. 56 參考文獻. 58 致謝61vi 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 1.1 選 題背 景 我國進入改革開放以

17、后, 國家政府做出拉動內(nèi)需、 加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、 加大對公路建設(shè)投入的國策, 連續(xù)每年年均公路建設(shè)投資都超過千億人民幣 , 隨著經(jīng)濟實力的不斷增強, 城市不斷的快速發(fā)展, 公路與公 路隧道建設(shè)的項目也越來越多, 為了克服 這些地理條件的限制、 以達到節(jié)省燃料 、 節(jié)省時間、 提高經(jīng)濟效益的目的 , 越來越多的高速 公路選擇修建隧道。 截至 2010 年底, 全國已經(jīng)建成公路隧道達 7384 座、512.26 萬米, 其1中特長隧道 265 處、113.80 萬米,長隧道 1218 處、202.08 萬米 。今后 我國高速公路隧道的建設(shè)將變得越來越重要。 隧道是高速公路路段上的一段特殊管狀物,

18、具有車速高、 流量大, 照明較差, 空 氣質(zhì)量低, 環(huán)境噪聲大等特點, 因此交通事故發(fā)生的概率比一般的路段要高, 且一旦發(fā)生事故, 造成的危害較大, 甚至危及隧 道主體的安全, 加上隧道的迂回時間有限等客觀條件的限制, 隧道內(nèi)事故的處理比一般路段困難, 事故發(fā)生后造成的中斷時間也較長, 如果發(fā)生火災(zāi), 危害性會更大。 因此, 如何保證隧道的安全運營是我們首先要考慮的問題。 公路隧道發(fā)生大型事故或火災(zāi)的概率 并不是很高, 但是一旦 隧道發(fā)生事故后造成的后果是十分嚴重的, 這一點對于大型的隧道來說更是如此 。 據(jù)資料 統(tǒng)計表明, 近年來國外的隧道很多著名隧道和一些被認為安全性很高的隧道 均發(fā)生過大

19、型交 通事故, 造成多2人傷亡 ; 在國內(nèi)很多隧道也都發(fā)生過嚴重的事故或火災(zāi), 并且造成了不同程度的人員3傷亡和經(jīng)濟損失 。 隨著我國公路事業(yè)的迅猛發(fā)展, 隧道的數(shù)量會不斷增加, 規(guī)模將不斷增大, 特長隧道的比重也會日益增加, 但是由于隧道自身結(jié)構(gòu)的特殊性, 隧道內(nèi)發(fā)生事故或火災(zāi)的后果往往較為嚴重, 如何能做到有效的預(yù)防事故或火災(zāi)的發(fā)生, 或者當(dāng)事故發(fā)生時如何能做到及時準確的判斷、 救援并將誘導(dǎo)信息及時地提供給司乘人員, 盡量減少事故的發(fā)生,降低事故發(fā)生后造成的損失, 是目前急需解決的問題。 因此建立完善的、 智能的隧道監(jiān)控系統(tǒng)就顯得十分必要。 綜上所述, 高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)與人身安全息息相

20、關(guān), 是行車安全的保證, 出于以上考慮并結(jié)合實際隧道的研究, 本文利用 先進的控制理論和智能化的 監(jiān)控設(shè)備分別對隧道交通控制子系統(tǒng)、照明控制 子系統(tǒng)、通風(fēng)控制子系統(tǒng)系統(tǒng)進行研究分析。1 第一章 緒論 1.2 國 內(nèi)外 發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1 國外發(fā)展?fàn)顩r 在國外, 公路隧道機電系統(tǒng)的 相關(guān)研究比國內(nèi)較早, 發(fā)展也比較完善, 已建成通車的長大隧道也較多,如挪威的洛達爾隧道全長 24.51km (2000 年建成) ,瑞士的圣哥達4隧道全長 16.9km (1980 年建成) , 以及從法國至意大利的 Montblanc 隧道全長 11.6km 。由于這些隧道在運營通車后都先后發(fā)生過不同程度的事故,

21、 鑒于此, 許多專家學(xué)者 做了大量工作來研究事故發(fā)生時的誘導(dǎo)措施, 投入很多精力, 制定了 隧道監(jiān)控系統(tǒng)方面相應(yīng)的標準,提出了很多交通控制技術(shù), 并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了具有智能型的 監(jiān)控系統(tǒng)軟件。 國外很多隧道方面的專家在任何能夠使隧道更加安全 的方面做了大量研究工作, 研究出來很多辦法, 有很多方法措施, 比如在隧道內(nèi)安裝大量的各種智能化的傳感器, 通過傳感器來采集各種數(shù)據(jù)(隧道內(nèi)環(huán)境和車流量)將這些數(shù)據(jù)傳送給中心控制計算機,由計算機分析處理, 最終得到控制結(jié)果, 根據(jù)結(jié)果做出相應(yīng)控制調(diào)整, 此外, 一 些大型的、 要求安全等級比較高的隧道, 在隧道洞內(nèi)按照精密的車流量檢 測器, 通過它檢測車流

22、量等信息, 然后分析處理數(shù)據(jù), 做到提前監(jiān)控, 禁止有危險的車輛進入隧道, 還有 一些隧道通過在土建方面采取措施, 比如圣哥達隧道就是在修建隧道時, 在隧道內(nèi)部每隔一段距離就設(shè)置一個避險車道, 同時還在隧道兩頭設(shè)置一個專門的控制室, 安裝各種傳5感器對隧道內(nèi)部各種信息實時監(jiān)測,并在緊急事故發(fā)生時作出有效控制 。 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 目前國內(nèi)的公路隧道監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀 主要分為下面 3 種情況: 集中控制系統(tǒng): 由 1 臺或幾臺主控 PLC 控 制現(xiàn)場的從 PLC 單 元, 在主控 計算機上進行編程, 然后通過對輸入輸出 節(jié)點的操作來實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制 。 該控制方案簡單易行, 造價低, 雖

23、然該系統(tǒng)的控制方案簡單且容易實現(xiàn), 工程造價低, 但是 因為系統(tǒng) 的某些功能較弱,使得在大部分情況下不宜 適應(yīng)這種控制方法,特別是 對于大型隧道。 D C S / P L C 集 散 控 制 系 統(tǒng) : 該 系統(tǒng)利用 HUB 構(gòu) 成以太網(wǎng) 以此來 用于設(shè)備間的通信連接,通過 PLC 將其他弱電設(shè)備(如視頻矩陣、程控 等)連接至該以太網(wǎng)中。集線器、 控制器及現(xiàn)場設(shè)備的連接方式, 分別通過光纖或遠程 I/O 方式進行通信與連接。 通過該控制系統(tǒng), 可以看出系統(tǒng)的總體的控制 能力與管理功能都較為優(yōu)越, 但 是由于系統(tǒng)6的通信之間的線纜布設(shè)比較繁瑣 ,使得投入的成本有所增高 。 現(xiàn) 場 總 線 控 制

24、 系 統(tǒng):這 類 系 統(tǒng) 通過 L o n w o r k s 技術(shù)將各種設(shè)備連接構(gòu)成隧道監(jiān)控管2 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 理網(wǎng)絡(luò),每個監(jiān)控計算機事先制定好 的自動控制功能均可以具有實時與 Lonworks 網(wǎng)絡(luò)分開的能力。 由于此系統(tǒng)的獨立控制的特點使得該網(wǎng)絡(luò)可以更好的開放給用戶, 并且互操作性能強, 風(fēng)險系數(shù)低, 管線的總量減少使得總造價降低。 但是該系統(tǒng)也存在 缺點比如 Lonworks 是事實標準而沒有獲得相應(yīng)認可,還有就是它是否能在比較 惡劣的環(huán)境下7,8正常運轉(zhuǎn)還有待驗證 。 我國隧道監(jiān)控系統(tǒng)目前主要存在以下幾個問題: 1 缺乏相關(guān)系統(tǒng)功能需求、 可靠性以及設(shè)備環(huán)境要求的研究。 造成

25、隧道 監(jiān)控系統(tǒng)功能不完善、可靠性差。比如一些隧道的監(jiān)控系統(tǒng) 沒有使用多少時間就 重新對其設(shè)計。 62 缺乏專門的、針對性強的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范 ,造成設(shè)計不全面。 3 缺乏設(shè)備節(jié)能方面的考慮,間接增加了隧道運營費用。 1.2.3 發(fā)展趨勢 公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是為了保證隧道交通暢通和設(shè)備的安全運營, 其中控9制是公路隧道管理與運營的核心手段, 其關(guān)鍵是提高控制軟件的智能化、 自動化水平 。 從系統(tǒng)設(shè)備角度出發(fā), 應(yīng)提高檢測設(shè)備 的智能化水平, 提倡 發(fā)展無線通訊設(shè)備, 不僅能給交通控制和通風(fēng)控制提供依據(jù), 又能實時監(jiān)視隧道的運營狀態(tài), 達到檢測與監(jiān)視 的統(tǒng)一。 如果設(shè)備出現(xiàn)故障可以把信息實

26、時傳送到 之類的便攜式設(shè)備上并進行遠程10控制 。 從系統(tǒng)功能角度出發(fā), 交通誘導(dǎo)與控制子系統(tǒng)應(yīng)具備交通狀態(tài)的自動判別功能, 路線指示與誘導(dǎo)功能, 異常事件的自動檢測與處理功能, 并能為駕駛員提供準確的交通與環(huán)境信息。 通風(fēng)控制系統(tǒng)既要考慮隧道的環(huán)境指標參數(shù), 又要考慮隧道的交通運營狀態(tài),能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制, 達到不僅能為駕駛?cè)藛T提供一個良好的 行車環(huán)境, 又能考慮設(shè)備的平衡運轉(zhuǎn)、 減少能耗。 照明控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制, 達到隧道照明系統(tǒng)能根據(jù)外界環(huán)境和交通流等參數(shù)自動調(diào)光, 在保證行車安全的前提下, 提高隧道的照明舒適度、 節(jié)11約能源等目的 。 管理方面, 由于通風(fēng)與照明系統(tǒng)的運營費用是

27、系統(tǒng)的最大支出項目, 所以通風(fēng)與照明系統(tǒng)的控制不僅要滿足環(huán)境與交通等參數(shù)需求,又要考慮設(shè)備壽命與節(jié)能。3 第一章 緒論 1.3 本 文研 究主要內(nèi) 容 完善的隧道監(jiān)控系統(tǒng)是由很多子系統(tǒng) 組成的, 如果對其中每個系統(tǒng)都 做研究的話工作量太大, 時間也不允許。 所以 由于篇幅時間有限, 本文在此僅 對隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的交通控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)和通風(fēng)控制系統(tǒng)進行 相應(yīng)的研究分析。 本文主要研究內(nèi)容如下: 1.國內(nèi)外隧道監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù) 的討論分析與總結(jié)。 2.通過分析高速公路隧道的實際運營環(huán)境, 總結(jié)出隧道交通控制系統(tǒng)在正常運營、 周期性交通擁擠和故障阻塞異常三種狀態(tài)下的交通誘導(dǎo)與控制策略, 重點討

28、論了隧道在兩點事故異常情況下的交通誘導(dǎo)控制策略,并利用 Kingview6.53 組 態(tài)軟件完成相應(yīng)的隧道交通控制系統(tǒng)界面設(shè)計。 3. 結(jié)合高速公路隧道的實際運營環(huán)境, 計算、 設(shè)計出隧道的燈具布設(shè)及照明回路 , 著重分析了隧道照明在自動控制策略下, 隧道內(nèi)部各個區(qū)段照明控制策略,并利用Kingview6.53 組態(tài)軟件完成相應(yīng)的隧道照明 控制系統(tǒng)界面設(shè)計 。 4 .針對 傳統(tǒng) 通 風(fēng) 控 制 方式 的 缺點不 足 , 提 出了 一 種 基 于模 糊 控 制 的公 路 隧 道通風(fēng)系統(tǒng), 并利用 “最優(yōu)規(guī)則排序無關(guān)” 的規(guī)則對已建立的通風(fēng)系統(tǒng)的模糊控制規(guī)則進行調(diào)整 和 優(yōu) 化 。 并 根 據(jù) 實

29、 際 隧 道 參 數(shù) 建 立 公 路 隧 道 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 和 數(shù) 學(xué) 模 型 , 最 后 利 用MATLAB 工具對建立的通風(fēng)模糊控制 模型進行建模和仿真。 5 . 通 過 與傳 統(tǒng) 控 制 方式 相 比 較 ,綜 合 分 析 了模 糊 控 制 以及 規(guī) 則 優(yōu)化調(diào)整后 的模糊控制這三種控制方式下的能量消耗, 利用 MATLAB 工具 箱 對建立的系統(tǒng)進行 建模、仿真分析, 結(jié)果表明, 在滿足隧道通風(fēng)的控制 要求前提下, 隧道通風(fēng)模糊控制 系統(tǒng)理論上能夠取得較為明顯的節(jié)能效果。4 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 公路隧 道交通 控制系 統(tǒng)研究 公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的 是確保隧

30、道能夠安全暢通的運營 , 如果隧道內(nèi)有事故發(fā)生, 爭取使監(jiān)控系統(tǒng)能及時準確的發(fā)現(xiàn) 并且做出相應(yīng)處理。 隧道監(jiān)控系統(tǒng)有很多子系統(tǒng),其系統(tǒng)構(gòu)圖如圖 2.1 所示: 高速公路隧 道 監(jiān)控系統(tǒng)閉消照 火 電交 通路防明 災(zāi) 力通 風(fēng)電系控 報 監(jiān)控 控視制 警 統(tǒng) 控制 制監(jiān)系 系 系系 系控統(tǒng) 統(tǒng) 統(tǒng)統(tǒng) 統(tǒng)系統(tǒng)圖 2.1 公路隧 道 監(jiān) 控系統(tǒng) 構(gòu) 成 圖 本章結(jié)合寶漢高速紅廟 1# 隧道的實際設(shè)計情況,對交通控制系統(tǒng)進行研究 分析。 2.1 公路隧 道的等級 分類及設(shè) 施配置 根據(jù)相關(guān)規(guī)范, 按照隧道長度 L 或隧道長度與日交通量之積 LQ 兩個 指標將隧道 分為如下 4 個等級,如表 2.1 所

31、示: 表 2.1 隧道等 級 分 類表 分類 A B C D L L 3000 米 1000 米L <3000 米 500 米L <1000 米 100 米L <500 米 LQ 12000LQ LQ 4000 車輛/ 公里 LQ 2000 車輛/ 公里 - 車輛/ 公里 不同等級的隧道配置的交通工程設(shè)施 不同, 依據(jù) 公路隧道交通工程設(shè)計規(guī)范中12的公路隧道交通工程配置表 ,我們將紅廟 1#隧道列為 B 類,隧道內(nèi) 必須具備規(guī)范中要求的 B 類隧道等級應(yīng)具有的一些設(shè)置 ,還可以考慮其他像可選設(shè) 施的實施。本著實用、可靠、先進、實用的設(shè)計原則, 所有設(shè)施實行分期實施。5 第二

32、章 公路隧道交通控制系統(tǒng)研究 2.2 隧道交 通誘導(dǎo)控 制系統(tǒng)相 關(guān)設(shè)施 目前隧 道 交 通 誘 導(dǎo) 與 控 制 系 統(tǒng) 外 場 設(shè) 施有很多, 再此不一一列出, 本文主要討論研13究的有以下幾種誘導(dǎo)控制設(shè)備 。 當(dāng)隧道內(nèi)有異常事故發(fā)生時, 隧道監(jiān)控中心的工作人員可通 過交通控制系統(tǒng)所提供的一些隧道現(xiàn)場設(shè)備運行的狀態(tài)信息, 實時調(diào)整 或發(fā)送此時路況所需的控制 指令。 此外,隧道的運行狀態(tài)也可以通過隧道 交通控制系統(tǒng)自帶的功能進行 自動判斷分析, 并通過現(xiàn)場的 PLC 對外場設(shè)施進行控制。 1.交通信號燈 交通信號燈由紅、 綠、 黃三色燈和左轉(zhuǎn)向箭頭燈組成, 一般 設(shè)置在隧道入口汽車聯(lián)絡(luò)道前。通

33、過區(qū)域 PLC 與中心計算機和控制臺連接, 計算機分析隧道內(nèi)運行狀況并發(fā)出相應(yīng)的控制指令, 駕駛員根據(jù)交通燈的顏色發(fā)生變化而判斷當(dāng)前的運營狀態(tài), 從而做出相應(yīng)改變按正確的方式行車。 2.車道指示器 車道指示器安裝隧道內(nèi)車道上方 , 隧道內(nèi)約 500m 左右設(shè) 置一組 , 車道指示器由紅、綠兩色燈組成, 由三種標志 “” 、 “×” 和 “ ” 構(gòu)成, 用來指示隧道內(nèi)車道 的開放或關(guān)閉。 3.可 變 限 速 標 志 可 變 限 速 標 志 一 般 設(shè) 置 在 隧 道 入 口 汽 車 聯(lián) 絡(luò) 道 前 , 用 來 控 制 隧 道 內(nèi) 車 輛 的 行 駛 速度, 如果隧道的入口處或者洞內(nèi)發(fā)生

34、事故 、 交通擁擠時, 可由監(jiān)控中心計算機下達命令從而改變其顯示內(nèi)容,從而使隧道交通流達到合理狀態(tài)。 4.可變情報板 可變情報板主要為駕駛員提供各種交通和環(huán)境信息, 可變情報板應(yīng)有充分的可視距離, 確保駕駛員在行駛的過程中 , 通過看到情報板中的信息而正確及時的判斷隧道內(nèi)的交通情況,確保自身在行駛過程中的行車安全。 2.3 公路隧 道交通控 制策略 定 邊 至 漢 中高 速 公 路 (簡 稱 “ 定 漢線 ” ) 是 陜西 省 規(guī) 劃 建設(shè) 的 “2637” 高 速 公 路網(wǎng)中三條南北縱線之一。 寶雞至漢中 (陜川界) 公路為定漢線的一段, 路線起于定漢線陜甘界至寶雞高速公路起點 (與連霍高速

35、公路的交叉節(jié)點) , 終于陜川交界的巴中市南江,6 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 自北向南銜接了連霍、十天和京昆 3 條國 家高速公路。紅廟 1# 隧道位于定漢線寶漢高速公路漢中至陜川界的一段。 紅廟 1#隧道上行線 1110m , 下行 線 1110m , 設(shè)計行車速度 80km/h, 隧道凈高 5.0m ,隧道內(nèi)設(shè)有 1 處車行橫洞,凈寬 4.25m , 其隧道內(nèi)部的主要設(shè)備布設(shè)圖如下所示:圖 2.2 紅 廟 1# 隧 道 交 通 設(shè) 備 平 面布置 圖 由圖 2.2 可知, 紅廟 1#隧道內(nèi)上、 下行線各安裝了三組車道指示器, 此外在車行橫洞處安裝了一個在正常運營時不顯示的單面式車道指示器, 只

36、有當(dāng)車行橫洞門開啟時,該指示器綠色“”轉(zhuǎn)向箭頭才點亮。 一般情況下, 公路隧道交通異常分為正常 情況下的運營、 事故發(fā)生時的異常、 周期性交通擁擠異常三種情況, 影響控制策略的主要原因有 2 種, 分別是事故 發(fā)生的地點和4當(dāng)時事故發(fā)生時洞內(nèi)車流量的大小 。 下面本文根據(jù)車道指示器的分布 情況, 將上行線和下行線各分成二個區(qū)域,分別記為 A ,B ,C ,D 共四 個區(qū)域,如圖 2.3 所示:圖 2.3 紅廟 1# 隧道 區(qū) 段劃 分 示 意圖 2.3.1 正常運營 隧道 在 正 常通 車 運 營 情況 下 , 由 于本 文 研 究 的紅 廟 1# 隧道 是 單 向 雙車 道 的 , 所以14

37、本文按照隧道施工、 檢修情況下的 實際考慮和當(dāng)時隧道車流量 的不 同 , 將控制策略分為以下 13 種情況考慮,具體見 表 2.2:7 第二章 公路隧道交通控制系統(tǒng)研究 表 2.2 正 常 運 營 下 隧 道 的 交 通 控 制 策 略 控 制 策 略 關(guān) 閉 需要 序號 交 通 量 情 況 車 道 數(shù) 維 護 線 路 上行線 下行線 雙車道 雙車道 1 0 無 交通量差異小 單向 單向 上行線交通量遠大于 雙車道 雙車道 2 0 無 下行線交通量 單向 雙向 下行線交通量遠大于 雙車道 雙車道 3 0 無 上行線交通量 雙向 單向 上行線通行能力可滿足當(dāng) 單車道 雙車道 4 1 上行線單個車

38、道 前交通需求 單向 單向 上行線通行能力不能滿足單車道 雙車道 5 1 上行線單個車道 當(dāng)前交通需求且下行線交單向 雙向 通量小于上行線交通量 下行線通行能力可滿足當(dāng) 雙車道 單車道 6 1 下行線單個車道 前交通需求 單向 單向 下行線通行能力不能滿足雙車道 單車道 7 1 下行線單個車道 交通需求且上行線交通量雙向 單向 小于上行線交通量 雙車道 8 2 上行線雙車道 ? 關(guān)閉 雙向 雙車道 9 2 下行線雙車道 ? 關(guān)閉 雙向 上行線單個車道 單車道 單車道 10 2 ? 下行線單個車道 單向 單向 上行線雙車道 單車道 11 3 ? 關(guān)閉 下行線單個車道 單向 上行線單個車道 單車道

39、 12 3 ? 關(guān)閉 下行線雙車道 單向 上行線雙車道 13 4 ? 關(guān)閉 關(guān)閉 下行線雙車道 2.3.2 擁擠/阻塞狀態(tài) 造成隧道擁擠的原因有很多種, 一般分為偶發(fā)性擁擠和常發(fā)性擁擠, 本文將擁擠程15度分為三級,并給出控制方案,下面具體討論三種方案的實施過程 : 1 . 隧道內(nèi)車 流 量 比 較大 而 且 已 經(jīng)超 出 了 隧 道的 承 受 能 力 , 從 而 使 隧道 內(nèi) 部 出現(xiàn)擁擠情況,但是通過采取相應(yīng)措施仍可解決。 控制方案: 我們把這種情況 叫做常發(fā)性擁擠, 由于常發(fā)性擁擠在時間上比較有規(guī)律性, 所以我們可通過現(xiàn)場路段的傳感器 采集到相應(yīng)路段的車流 量數(shù)據(jù), 然后分析預(yù)測下3一時

40、段的交通流發(fā)展趨勢, 利用中心計算機計算 出此路段較為合理的行駛車速 。 最后通過控制室發(fā)布命令改變限速標志的顯示內(nèi)容從而改變車速。 2.隧 道 內(nèi) 發(fā) 生 一 些 小 型 事 故,造成洞內(nèi) 車流 量比較 多, 交通異 常擁 擠 ,隧 道內(nèi) 因8 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 車輛擁擠排放的有害氣體濃度超標, 影響駕駛員和其他洞內(nèi)人員的身體健康 。 控制方案: 此時應(yīng)該暫時關(guān)閉隧道 , 之所以關(guān)閉是要讓隧道進行一定時間的 自然或者人工通風(fēng), 等待有害氣體的濃度降低到允許范圍內(nèi) , 通風(fēng)時間內(nèi)不允許其它車輛進入隧道,相應(yīng)的交通信號燈顯示紅燈做出指示。直到隧道內(nèi)有害氣體濃度在標準范圍內(nèi),再將隧道正常開放。

41、 3 . 隧道內(nèi)車流量特別大 而 且 長 時間 都 沒 有 降低 的 趨 勢 ,此 時 即 使 把隧 道 內(nèi) 所有的風(fēng)機都啟動,也無濟于事即洞內(nèi)的 CO 和 VI 的濃度依然很高,遠遠高于正常指標, 還16有一種情況就是隧道的下游某處發(fā)生了事故產(chǎn)生逆向波 , 這種逆向波會隨著時間的推移逐漸轉(zhuǎn)移到隧道上游, 這種情況發(fā)生時就造成洞內(nèi)非常堵塞, 此時如果不采取一些措施有可能會造成二次事故的發(fā)生。 控制方案: 當(dāng)發(fā)生這種情況時應(yīng)先 關(guān)閉整條隧道, 如果隧道的 另一條的行車線車流量不是很大, 我們可以采取讓受到阻塞的車輛 , 經(jīng)過車行橫洞進入兩一條線路從而達到疏散的目的, 這種策略實施前, 應(yīng)先關(guān)閉那

42、條需要借助的隧道, 目的是考慮到某些大型車的轉(zhuǎn)彎半徑比較大, 在經(jīng)過車行橫洞時可能會和另一條行車線的車輛碰撞, 所以必須先關(guān)閉另一條線路。 2.3.3 事故異常狀態(tài) 由于高速公路隧道的特殊性, 比一般路段更易發(fā)生交通事故, 對于單向雙車道的雙洞隧道來說,根據(jù)異常發(fā)生點的位置不同, 可將隧道分為 A ,B ,C ,D 四個 區(qū)域 如圖 2.3 所示 本文按以下幾種情況考慮事故異常狀態(tài)分別為: 單點事故異常、 兩點事故異常、 其中單點異常又分為單個車道異常 和雙車道異常兩種情況, 不同的情況, 誘導(dǎo)方案也 不盡相同,針對上述幾種不同異常情況 ,本文將分別給出相應(yīng)的控制策略。為 了便于分析,將紅廟

43、1#隧道內(nèi)所有交通信燈、車道指示器依次編號見 表 2.3 所示: 表 2.3 隧 道 交 通 控 制 設(shè) 備 編 號 表 交通設(shè)備 編號 備 注 JT-1 隧道 上 行 線 交 通 信 號 燈 交 通 信 號 燈 JT-2 隧道下 行 線 交 通 信 號 燈 C1-1 C1 組行車道 指示器C1-2 C1 組超車道 指示器 車 道 指 示 器 C2-1 C2 組行車道 指示器 (隧道內(nèi)共 6 組車道指示 器,每C2-2 C2 組超車道 指示器 個單洞內(nèi) 3 組,設(shè)定隧道內(nèi)車道C2-3 C2 組單面式 “”車道指示器 正常運營時的行車方向為標準車C3-1 C3 組行車道 指示器9 第二章 公路隧

44、道交通控制系統(tǒng)研究 C3-2 C3 組超車道 指示器 方向沿行車方向?qū)⑸闲芯€ 3 組車C4-1 C4 組行車道 指示器 道指示器依次編號為: C4-2 C4 組超車道 指示器 C1 組、C2 組、C3 組,同 理,將C5-1 C5 組行車道 指示器 下行線車道指示器依此編號為:C5-2 C5 組超車道 指示器 C4 組、C5 組、C6 組) C5-3 C5 組單面式 “”車道指示器C6-1 C6 組超車道 指示器 C6-2 C6 組行車道 指示器 CH 車行橫洞指示標志1.單點事故異常 1)阻塞單個車道 根據(jù)隧道內(nèi)設(shè)置的 6 組車道指示器, 我們將隧道上下行線分為 A 、B 、C 、D 四個區(qū)

45、域,異常事故阻塞單個車道時,異常點有四種可能,即分別發(fā)生在上述的四個區(qū)域,又由于隧道為雙車道由行車道和超車道組成, 則每個區(qū)域又存在兩種可能, 所以整條隧道共 8 種可能,具體的交通控制策略如表 2.4 所示: 表 2.4 單車道 阻 塞 異常隧道 的 交通控 制 策 略 異常 阻塞 編號 控制策略 位置 車道 JT1 ,JT2 : 綠燈 1 A 行車道 C1-1 : “紅× ” (正) “紅 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 無顯示; 其它: “綠 ” (正) “紅 ×” (背) ;CH :關(guān)閉 JT1 ,JT2 : 綠燈 2 A 超車道 C1-2 :

46、“紅× ” (正) “紅 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 無顯示; 其它: “綠 ” (正) “紅 ×” (背) ;CH :關(guān)閉 JT1 ,JT2 : 綠燈 3 B 行車道 C2-1 : “紅× ” (正) “紅 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 無顯示; 其它: “綠 ” (正) “紅 ×” (背) ;CH :關(guān)閉 JT1 ,JT2 : 綠燈 4 B 超車道 C2-2 : “紅× ” (正) “紅 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 無顯示; 其它: “綠 ” (正) “紅 ×”

47、 (背) ;CH :關(guān)閉 JT1 ,JT2 : 綠燈 5 C 行車道 C4-1 : “紅× ” (正) “紅 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 無顯示; 其它: “綠 ” (正) “紅 ×” (背) ;CH :關(guān)閉 JT1 ,JT2 : 綠燈 6 C 超車道 C4-2 : “紅× ” (正) “紅 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 無顯示; 其它: “綠 ” (正) “紅 ×” (背) ;CH :關(guān)閉 JT1 ,JT2 : 綠燈 7 D 行車道 C5-1 : “紅× ” (正) “紅 ×” (背)

48、;C2-3 ,C5-3 : 無顯示; 其它: “綠 ” (正) “紅 ×” (背) ;CH :關(guān)閉 JT1 ,JT2 : 綠燈 8 D 超車道 C5-2 : “紅× ” (正) “紅 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 無顯示; 其它: “綠 ” (正) “紅 ×” (背) ;CH :關(guān)閉10 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 當(dāng)上述表中 8 種情況發(fā)生時 , 如果當(dāng)時隧道內(nèi)車流量不是很大, 那么發(fā)生事故 車道的下游車輛可以通過沒有發(fā)生事故的 車道離開隧道, 受阻車輛一直不能被疏散的話 必然14會降低道路的通行能力從而形成擁擠交通流 , 所以當(dāng)務(wù)之急是 先疏散

49、隧道內(nèi)部擁擠交通流, 如果隧道上行線和下行線 的車流量差別比較大, 那么我們 可以將其中一條線路實行單向通行,另一條線路實行雙向通行 ,通過采取這種方式來排除擁擠 交通流。 2)阻塞雙車道 根據(jù)隧道劃分的 A ,B ,C ,D 四 個區(qū)域, 當(dāng)異常事故阻塞雙車道時,異常點 的情況有如下 4 種可能,具體交通控制 策略如表 2.5 所示: 表 2.5 雙車道 阻 塞 異常隧道 的 交通控 制 策 略 異常 編號 即時 控制策略 長時控制策略 位置 JT1 ,JT2 : 紅燈; JT1 :紅燈+ 綠箭,JT2 : 綠燈; C1-1 、C1-2 : “紅×” (正 、背) C1-1?C3-

50、2 : “紅×” (正 、背) C2-1?C3-2 : “綠” (正 ) C4-1 、C5-1 、C6-1 : “綠 ” (正) “紅×” (背 ) ; “紅×” (背 ) ; 1 A C4-1 、C5-1 、C6-1 : “綠 ” (正) C4-2 、C5-2 、C6-2 : “紅 ×” (正) “紅×” (背 ) ; “綠” (背 ) ; C4-2 、C5-2 、C6-2 : “紅 ×” (正、背 ) C2-3 、C5-3 :無顯示;CH :關(guān)閉 C2-3 、C5-3 :無顯示;CH :關(guān)閉 JT1 ,JT2 : 紅燈; JT1

51、:紅燈+ 綠箭,JT2 : 綠燈; C1-1?C2-2 : “紅×” (正 、背) C1-1?C3-2 : “紅×” (正 、背) C3-1 、C3-2 : “綠” (正 ) C4-1 、C5-1 、C6-1 : “綠 ” (正) “紅×” (背 ) ; “紅×” (背 ) ; C4-1?C5-2 : “紅×” (正 ) C4-2 、C5-2 、C6-2 : “紅 ×” (正) 2 B “綠” (背 ) ; “綠” (背 ) ; C6-1 、C6-2 : “紅×” (正 、背) C2-3 、C5-3 :無顯示; C2-3 :

52、 “ 綠 ” ;C5-3 : 無 顯 示 ;CH : CH :關(guān)閉 開啟 JT1 ,JT2 : 紅燈; JT2 :紅燈+ 綠箭,JT1 : 綠燈 C4-1 、C4-2 : “紅×” (正 、背) C4-1?C6-2 : “紅×” (正 、背) C5-1?C6-2 : “綠” (正 ) C4-1 、C5-1 、C6-1 : “綠 ” (正) “紅×” (背 ) ; “紅×” (背 ) ; C1-1 、C2-1 、C3-1 : “綠 ” (正) C4-2 、C5-2 、C6-2 : “紅 ×” (正) 3 C “紅×” (背 ) ; “綠” (背 ) ; C1-2 、C2-2 、C3-2 : “紅 ×” (正、背 ) C2-3 、C5-3 :無顯示; C2-3 、C5-3 :無顯示;CH :關(guān)閉 CH :關(guān)閉11 第二章 公路隧道交通控制系統(tǒng)研究 表 2.5 雙車道 阻 塞 異常隧 道 的 交通控 制 策 略 續(xù) JT1 ,JT2 : 紅燈; JT2 :紅燈+ 綠箭,JT1 : 綠燈; C4-1?C5-2 : “紅×” (正 、背) C4