主線控制與匝道控制

主線控制與匝道控制第1頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.5主線控制合理、有效地對(duì)交通干線監(jiān)控，是局域公路（或公路網(wǎng)）暢通的基礎(chǔ)保證。

主線控制是道路監(jiān)控最基本的一種，其具體實(shí)施取決于道路的交通特性。第2頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三高速公路主線是相對(duì)于高速公路匝道及周邊集散道路而言的概念。高速公路主線的道路交通特性決定了主線監(jiān)控系統(tǒng)具有較深的技術(shù)內(nèi)涵。一.主線的特點(diǎn)是里程長(zhǎng)。二.主線上各路道路交通特性區(qū)別很大。三.高速公路所經(jīng)地區(qū)氣象情況不同。四.交通量時(shí)空分布不均。第3頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一.系統(tǒng)構(gòu)成與功能

1、系統(tǒng)構(gòu)成采集子系統(tǒng)、提供子系統(tǒng)、監(jiān)控中心三大部分。信息采集子系統(tǒng)車輛檢測(cè)器氣象檢測(cè)器緊急電話CCTV交通流狀態(tài)（計(jì)數(shù)、測(cè)速、各類違章）道路環(huán)境能見度路面濕度、冰凍隧道照明、CO檢測(cè)緊急信息的音傳輸各類局部的特殊需求第4頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三提供子系統(tǒng)：可變情報(bào)板、可變限速標(biāo)志、車道控制器。監(jiān)控中心：采用一個(gè)中心和下轄的若干分中心組成兩級(jí)模式。2.系統(tǒng)功能高速公路上的交通問題可歸納為三類：一.偶爾性交通異常，不造成交通阻塞二.偶發(fā)性交通事件引起的交通阻塞三.不發(fā)生異常事件，交通量超過通行能力引起的自然阻塞多路匯交處控制中心第5頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三針對(duì)上面三個(gè)問題，監(jiān)控系統(tǒng)也分為三個(gè)等級(jí)第一級(jí)，初級(jí)規(guī)模，針對(duì)第一類問題。功能：只對(duì)重點(diǎn)路段進(jìn)行交通監(jiān)測(cè)，收集所轄高速公路的交通信息，可以沒有控制功能。第二級(jí)，中級(jí)規(guī)模，針對(duì)第二類問題。功能：在初級(jí)基礎(chǔ)上增強(qiáng)監(jiān)測(cè)能力，對(duì)重要路段增加交通阻塞的自動(dòng)檢測(cè)和判斷能力，并進(jìn)行相應(yīng)的主線交通控制。第三級(jí)，高級(jí)規(guī)模，針對(duì)第三類問題。功能：在一、二級(jí)基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)，除主線的誘導(dǎo)、告警、限速之外，還應(yīng)輔以入口匝道的交通控制。第6頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三書上151頁(yè)第7頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二.主線控制策略高速公路是區(qū)域交通關(guān)鍵通道，我國(guó)主線控制目前多用于交通量大的主要干線。正常情況下高速公路營(yíng)運(yùn)更傾向管理，交通參與者按需行駛以便于充分發(fā)揮道路的效率，但交通出現(xiàn)異常（事故、飽和擁堵）時(shí)必須加以嚴(yán)格限制。第8頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.主線警告、誘導(dǎo)、限速警告、誘導(dǎo)、限速是主線控制體系最基本的控制手段，在出現(xiàn)交通異常時(shí)將發(fā)揮以下作用：

●及時(shí)發(fā)現(xiàn)交通異常（事故、飽和、氣候）●處理并反饋控制指令（救援、清理、疏通）●防止交通事故和二次事故實(shí)現(xiàn)有效控制的前提：●適時(shí)、自動(dòng)、準(zhǔn)確采集主線交通信息●及時(shí)處理并正確判斷第9頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三●加里福利亞算法——P152式5－1

基本思想：比較同一時(shí)段相鄰檢測(cè)器數(shù)據(jù)

比較同一檢測(cè)器相鄰時(shí)段數(shù)據(jù)●雙指數(shù)平滑算法——P152式5－2基本思想：

對(duì)車道單向斷面檢測(cè)數(shù)據(jù)作序列分析建立以檢測(cè)參數(shù)為變量的平滑函數(shù)觀測(cè)自變量變化對(duì)平滑函數(shù)值的影響第10頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.主線車速誘導(dǎo)1）原理：在道路交通量接近飽和時(shí)，用限制行車速度來穩(wěn)定主線上交通流量。車速誘導(dǎo)的重要依據(jù)是安全車頭間距，有關(guān)計(jì)算（見P153式5－3）。其影響因素包括人、車、路、速度幾方面。道路上實(shí)際車頭間距可由檢測(cè)系統(tǒng)采集的交通量信息經(jīng)處理獲得。交通量車速車流密度安全車頭間距實(shí)際測(cè)量實(shí)際車頭間距當(dāng)時(shí)最佳行車速度對(duì)比實(shí)施車速誘導(dǎo)第11頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2）系統(tǒng)運(yùn)行為獲得相關(guān)交通參數(shù)，在控制路段應(yīng)密布車輛檢測(cè)器，每個(gè)車道上設(shè)置信息發(fā)布裝置，并在有條件的路段安裝閉路電視?！褴囕v檢測(cè)器間距：500～800mm●信息發(fā)布裝置間距：1000～1500mm●閉路電視：特殊地點(diǎn)第12頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.特殊路段控制對(duì)于告訴公路主線上的特殊情況，一般分為道路特殊情況和氣象特殊情況。特殊情況下控制系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)根據(jù)具體情況而定。1）彎道速度告警控制一般可由固定標(biāo)志完成。考慮實(shí)際，往往此處容易超速行駛。在這里可以設(shè)置速度檢測(cè)器，當(dāng)超速時(shí)由路邊限速標(biāo)志發(fā)出告警信號(hào)。2）縱坡告警控制高速公路縱坡視野不好，易追尾，故在此設(shè)置檢測(cè)器及限速告警標(biāo)志。3）霧區(qū)路段控制大霧常發(fā)點(diǎn)設(shè)置霧檢測(cè)器第13頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三可變限速告警標(biāo)志考慮覆蓋足夠區(qū)段4）結(jié)冰路段控制在高速公路段安裝一到幾套結(jié)冰預(yù)告系統(tǒng)在常結(jié)冰路段設(shè)置自動(dòng)灑鹽水系統(tǒng)，防止路面結(jié)冰4.變向車道控制1）控制策略變向車道控制就是用控制手段使某一條車道在某一時(shí)間正向開通，在另一時(shí)間反向開通，以便有效地利用高速公路的通行能力。變向車道控制路段應(yīng)具備以下特征：第14頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）此路段是連接A、B兩端點(diǎn)的主要最近通道（2）A、B兩端點(diǎn)分別連接有其他快速通道，其通行能力大雨咽喉路段單向與變向車道通行能力之和（3）A、B兩端點(diǎn)具有容納、疏導(dǎo)交通的設(shè)施，如定向立交或信號(hào)燈控制設(shè)施（4）變向路段交通流特點(diǎn)應(yīng)為在高峰期內(nèi)單方向交通量占全部交通量的70%，在另一高峰期反方向交通量占全部交通量的70%如某一路段具備以上特點(diǎn)，則可考慮對(duì)其交通進(jìn)行變向車道控制第15頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2）變向車道控制系統(tǒng)構(gòu)成（1）車道控制需在變向車道上方設(shè)置雙面、雙向紅色及綠色箭頭車道控制標(biāo)志。在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)開啟相應(yīng)信號(hào)標(biāo)志。（2）可變車道導(dǎo)向標(biāo)志在A、B兩端點(diǎn)應(yīng)設(shè)置可變車道導(dǎo)向標(biāo)志，使變向車道上的車輛逐步向不變向車道上行駛。（3）在A、B兩端還應(yīng)設(shè)置疏導(dǎo)信號(hào)設(shè)施，使高峰期的大量車輛可以迅速離開瓶頸路段。（4）考慮到變向車道控制路段的重要性和一定危險(xiǎn)性，應(yīng)設(shè)置閉路電視監(jiān)視此路段交通。重點(diǎn)監(jiān)視A、B端點(diǎn)的交通匯合、分流處。變向車道控制還可以用在隧道、大橋等特殊路段第16頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.6匝道控制根據(jù)主線（或高速公路網(wǎng)）交通需求而對(duì)高速公路出、入口匝道實(shí)施的控制，以輔助主線控制的有效實(shí)施。

就獨(dú)立高速公路而言，匝道控制主要是對(duì)高速入口匝道控制。第17頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一.控制原理1.匝道控制的涵義匝道控制是高速公路交通控制的一部分。匝道控制主要是在高速公路入口匝道處設(shè)置交通信號(hào)裝置，通過信號(hào)燈的周期變化，調(diào)節(jié)高速公路匝道交通量，從而減少或消除高速公路主線上的交通阻塞。出口匝道控制在高速公路通道控制或路網(wǎng)的綜合控制系統(tǒng)中也是需要的，但對(duì)一條高速公路而言，一般情況下出口匝道的交通控制則無(wú)必要，所以這里介紹的匝道控制僅指入口匝道控制。第18頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.匝道控制的原則匝道控制的原則是限制進(jìn)入高速公路的的車輛，使高速公路自身的需求不超過起通行能力，在高速公路上形成并保持無(wú)中斷、無(wú)阻塞的交通流。3.匝道控制的策略基本策略：1.分散策略，即減少入口匝道的交通需求，把交通流量分散到其他替代路線上去；2.延遲策略，即在分散策略不可行的情況下，減少匝道交通流區(qū)域的摩擦，延遲高峰是阻塞的開始時(shí)間，以延長(zhǎng)主線自由流的周期時(shí)間。第19頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三實(shí)施匝道控制策略考慮條件：1.固有的交通模式匝道入口車數(shù)量等于出口車數(shù)量2.入口匝道控制的潛能對(duì)匝道入口實(shí)施流量控制，可均衡駕入高速干線的車流量，改善局部路段擁擠，以此提高（維持）干線整體交通能力。3.入口匝道上足夠的存貯空間安裝排隊(duì)檢測(cè)器，以調(diào)節(jié)控制車輛數(shù)，避免阻塞擴(kuò)展。4.各種車輛的平衡問題全面控制進(jìn)入高速的不同車型、不同行程，使之整體仍呈自然分布狀態(tài)。5.公眾的接受程度原則上是從大局出發(fā)，有時(shí)要犧牲個(gè)體利益，此時(shí)必須做好解釋工作。第20頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.匝道控制調(diào)節(jié)率概念：干線下游通行能力與上游交通需求之差。目的：通過控制需求量大于通行能力的概率，從而減輕或消除干線阻塞。原理：依據(jù)最大匯流條件，阻止下游的無(wú)序匯流，確保干線飽和或大流量運(yùn)行時(shí)的匝道匯流安全。

調(diào)節(jié)率的計(jì)算：調(diào)節(jié)率＝下游通行能力－上游需求量影響因素：1.防止阻塞因素2.保障安全因素3.把握車輛匯流時(shí)間的因素第21頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三匝道控制原理示意圖隔離帶上游交通量實(shí)際需求車道下游交通能力判斷匯流處匝道匝道交通量需求第22頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二.匝道控制方式1.關(guān)閉匝道一種分散策略，最簡(jiǎn)單有效的控制方式。其靈活性小、限制性大，使用不當(dāng)會(huì)增加替代路線的負(fù)擔(dān)。

使用條件：●匝道存儲(chǔ)量不足；●干線交通量飽和；●替代路線有足夠的通行能力。

這是一種臨時(shí)、簡(jiǎn)單、有效的應(yīng)急措施，一般情況不可經(jīng)常或長(zhǎng)時(shí)間使用。第23頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.定時(shí)控制根據(jù)匝道當(dāng)前交通量的實(shí)際需要和歷史需求的容量關(guān)系確定匝道調(diào)節(jié)率。

定時(shí)控制的基本硬件需求圖匝道檢測(cè)器控制器固定的調(diào)節(jié)率信號(hào)燈第24頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.交通感應(yīng)控制交通感應(yīng)控制與定時(shí)控制相反，它直接與高速公路主線、匝道上的交通情況有關(guān)。它是利用檢測(cè)器對(duì)匝道附近交通量和匝道上的交通需求進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，確定適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)率。

交通感應(yīng)控制的基本硬件需求圖信號(hào)燈控制器高速公路檢測(cè)器匝道檢測(cè)器第25頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.自適應(yīng)交通感應(yīng)匝道控制利用自適應(yīng)交通感應(yīng)匝道控制方式可得到從匝道上游到下游的車輛檢測(cè)器及匝道控制器檢測(cè)的交通量和車輛占有率等數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)的變化方式實(shí)施匝道控制?；痉椒ǎ菏紫葲Q定下游路段是否有一個(gè)穩(wěn)定的沒有阻塞的交通流。如果有，則上游檢測(cè)器的運(yùn)行類似于交通感應(yīng)的匝道控制方式；否則下游的交通阻塞會(huì)更加限制調(diào)節(jié)率的實(shí)施。5.間隙可接受匯流匝道控制匝道匯流控制是使入口匝道的車輛最大限度地、安全地匯入，而對(duì)高速公路沒有干擾。考慮匝道匯流的綠級(jí)帶（匯流安全間距）。第26頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三原理：不考慮干線流量，運(yùn)用入口主線前方監(jiān)控信息為駕駛員正確判斷匯流時(shí)機(jī)，以確保匝道車輛最大限度的匯入。

對(duì)于交通流量大的主線，此類控制調(diào)節(jié)率低，造成匝道上車輛擁擠。最小的可接受間隙與諸多因素有關(guān)：入口匝道和高速公路的幾何形狀；車輛運(yùn)行特征；駕駛員行為；交通狀況；氣候條件；第27頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.系統(tǒng)的匝道控制將高速公路上所有匝道入口聯(lián)成一個(gè)體系，考慮整個(gè)公路系統(tǒng)的容量關(guān)系來確定各個(gè)匝道不同時(shí)段的調(diào)節(jié)率。兩種基本方式：●定時(shí)系統(tǒng)匝道控制●集成的感應(yīng)式系統(tǒng)匝道控制

系統(tǒng)匝道控制是屬于通道控制、綜合控制的一個(gè)組成部分，其實(shí)施過程較為復(fù)雜。第28頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)匝道控制的基本硬件需求圖控制器控制器本地控制交換函數(shù)控制計(jì)算機(jī)其他匝道其他控制計(jì)算機(jī)第29頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三.匝道控制的效益分析1.總的評(píng)價(jià)入口匝道控制使高速公路具有更高的和更多的可預(yù)知服務(wù)水平。匝道控制保持無(wú)阻塞的告訴公路交通流，或至少可以減少高速公路的阻塞，因而保證了高速公路的高校性和安全性。2.匝道控制對(duì)公路網(wǎng)的影響入口匝道控制能使全部通道及周邊道路的通行能力達(dá)到最大的利