高速公路交通管理与控制-王昊(东南大学)

第12章 高速公路交通管理与控制,PPT制作：王昊 东南大学,12.1 高速公路交通管理与控制内容,高速公路的主要特点,行车速度快；通行能力大；设置中央分隔带；全部立体交叉；全封闭式运行；通道与主线监控，并控制出入；服务设施齐全.,高速公路主要交通问题,交通拥挤,当K从0增加到某一值K1时，Q随之增加，这时的交通流称为非拥挤交通流。当K从Kl增大到Km 时，Q达到最大值Qm。若K继续增大，交通拥挤开始发生，交通流量随K的增加而趋于下降。,按交通拥挤的发生特征，可把交通拥挤分为两类：第一类为常发性拥挤；第二类为偶发性拥挤。,交通事故,高速公路某一路段的安全性可通过分析导致死亡、伤害或财产损失的事故频率以及死伤人数来测定。在分析一定长度的高速公路时，这些数据和总行程(以100万车公里计)有关；若针对某一地点而言，这些数据和交通量(以100万辆车计)有关。把这些数据与基本的改进安全标准做比较，即可决定是否需要采取措施。,交通延误,任何阻塞高速公路车道的事故都会引起延误。右图中，横轴表示与事故有关的某一事件的发生时间以及测定事故影响交通流的整个持续时间，纵轴表示累计交通量或在特定时段内通过快速道路某断面的车辆总和。,交通延误的估算,a）简单阻塞,b）短期关闭,c）调整瓶颈,d）修正交通量,一般延误情况示意图,一般延误情况可细分为四种常见的简化情况。,根据图中的几何关系，一般延误情况计算方法如下：,表1 估算延误的典型交通量（辆/h）,高速公路交通管理与控制的内容,（1）高速公路交通管理与控制的重点,通过主线及出入口的调节控制，达到并保持车速密度间隙处于最佳组合状态。,（2）主要方法,通过交通检测器获得交通状态信息，并传送到交通管理情报中心，应用中心计算机进行优化分析，形成高速公路系统控制的优化方案，并将控制方案发布至高速公路入口、出口匝道以及主线控制设备，实施交通控制。,（3）主要控制系统,入口匝道交通控制系统；出口匝道交通控制系统；高速公路主线控制系统；通道交通控制系统。,（4）高速公路交通管理与控制的基本原则,交通信号的说明要完整和简明；交通信号安排要有连续性；及时预告以利驾驶员决策；交通信号或标志要突出；标志要安放在驾驶员容易疏忽的地方。,12.2 高速公路交通管理与控制方法,入口匝道控制, 实施入口匝道控制的前提包括： 在主线通道上有可供使用的额外容量（即有可替换的线路、时段或运输方式）； 入口匝道上可提供足够的停车空间； 交通容量的匹配，即从入口匝道进来的车辆数加上主干道已有的交通量不能超过该路段的容量。, 五种入口匝道的控制形式：封闭式、定时调节、交通感应调节、入口汇合控制、匝道系统控制。,入口匝道封闭式控制,在交通高峰期封闭入口匝道是最简单又较可靠的一种入口匝道控制形式。但它也存在着很大的局限性，如缺少控制的灵活性，该种控制方式通常只在以下几种有限的情况下使用：在入口匝道上没有足够的停车空间，这时封闭匝道可以消除车队积存的问题；入口匝道下游的高速公路的交通需求已达到道路容量，而可替换道路上还有足够的容量可使用；匝道下游发生特殊事件，而产生交通拥堵。, 封闭入口匝道的主要方法有：人工设置栅栏；自动设置栅栏；交通信号及标志控制。,入口匝道定时调节式控制,（1）调节率,调节率作为定时调节式控制的重要参数，是指在一小时内控制进入高速公路上的入口匝道交通流量。一般调节率小于900辆/时，大于180240辆/时。,（2）定时调节系统,图1 定时入口匝道调节系统布局,使用定时调节系统时，匝道信号机以由调节率计算得到的周期来运行。红、绿、黄信号的间隔取决于所使用的调节形式：包括单车进入调节和车队调节两种。, 单车进入调节,绿灯加黄灯的时间（一般3秒）只够入口匝道一辆车通过。, 车队调节,当调节率很大时，可考虑使用车队调节。,入口匝道感应调节式控制,交通感应调节的基本方式有需求容量控制和占有率控制两类。,（1）需求容量控制,需求容量控制是根据上游需求和下游容量的实时比较来选择调节率。确定下游容量值应考虑到气候条件、交通构成和事故等因素对容量的影响。,（2）占有率控制,实际测量入口匝道的上游及下游占有率，在若干预定的调节率中选择一个合适的作为下一个控制周期（一般为一分钟后）的调节率。,（3）交通感应调节,右图是交通感应式入口匝道调节系统的布置。在某些交通感应调节系统中还包括有能检测交通构成和气候条件的检测器。,入口匝道汇合式控制,入口匝道汇合式控制的目标是通过驶入口匝道上的车辆最佳的利用高速公路的间隙，来改善高速公路交通流的分布和运行。汇合式入口匝道控制系统有两种基本形式：可接受间隙汇合控制和移动汇合控制。,（1）可接受间隙汇合控制,可接受间隙汇合控制把普通的匝道调节信号用于引导匝道车辆，是一种比较简单的汇合控制方式。系统布置如右图所示。,（2）移动汇合控制,这是一种在匝道的侧面带有连续显示装置的可接受间隙汇合控制方式。显示装置可以表示出匝道车辆将要汇入的那个高速公路车道上接近入口匝道的间隙与匝道车辆的关系。该系统也称为移动汇合控制的绿带系统，由于比较简单、经济合理，更受人们喜爱。图12-2-5是该系统的设备构成。,匝道入口系统控制,匝道入口的系统控制，指的是在设计一段包含有一个以上匝道的高速公路入口匝道控制系统时，统筹考虑这些匝道的控制问题，而不只考虑某一个别匝道的需求容量关系，以避免高速公路可能出现的拥挤现象。,出口匝道控制,出口匝道控制很少作为高速公路交通控制的一种手段。这种方式只能用在通过改变出口能够很方便地到达目的地的地方。主要包括出口匝道调节和出口匝道关闭两种方式。,主线控制,主线控制是有关高速公路本身的交通调节、警告和诱导。作为高速公路交通控制系统的一个基本组成部分，主线控制具有广泛的应用。主线控制的基本目的也是改善高速公路运行的安全和效率。具体地可表现在如下几个方面：,当交通需求接近道路容量时，改善交通流的均匀性和稳定性以提供高速公路利用率并预防拥挤；如果发生拥挤，要能防止尾端冲撞；简化事故处理并从拥挤状态恢复到正常状态；把高速公路上的交通量转移到可替换道路上，以便更好地利用道路容量；减少驾驶员的不满和失误；使用可逆车道改变高速公路不同方向上的容量。,常见的几种主线控制方式： 可变速度控制；驾驶员情况系统；车道关闭；调节控制；可逆车道。,可变限速控制,可变速度控制用于把高速公路上的速度限制到最大交通量相适应的水平。通过改进高速公路上交通速度的均匀性，减少在发生拥挤时，可能产生的尾端冲撞。,驾驶员情报系统,驾驶员情报系统作为主线控制的一种形式，主要用于为高速公路上的驾驶员提供前方情况。使驾驶员开车更安全，并在必要时转移到可替换道路上去。此外，还可减少驾驶员的烦燥和失误。 用于主线控制的驾驶员情报系统有：单一情报标志；可变情报标志；路旁无线电等。,车道关闭,车道关闭就是禁止车辆进入高速公路的一个或多个车道，一般限于以下几种应用：车道堵塞；改善入口匝道汇合运行；转移交通；隧道及桥梁控制。,调节控制,主线控制一般不宜采用调节控制的概念，但在交通需求超过通道容量的地方，主线上车辆时开时停，用入口匝道控制已不能解决高速公路上发生的拥挤现象。这时，就可能需要在高速公路主线上接近入口匝道控制的地段上设置主线调节。,可逆车道,可逆车道用于改变高速公路不同方向的容量，以适应高峰时某一方向的交通需求。一般是当高峰双向交通量不均匀性较大时（如方向不均匀系数大于75%）,并且预计到在未来若干年中还会继续存在时，才可使用可逆车道。利用可逆车道可更经济更有效地使用道路空间和通行能力。,通道控制,目的：交通需求和容量间的最佳平衡。 方法：实现交通感应式控制（监控）。通过限制和转向手段实现。 综合了城市交通控制和高速公路交通控制的概念。,主线 出入口匝道 前沿道路 可作为换用道路的平行干线街道 连接高速公路和换用道路的交叉道路。,通道控制范围：,通道控制方法：,通过限制和转向手段实现。 限制：限制通道上各个道路和交叉口交通需求使其低于道路和交叉口容量。 转向：车辆从超负荷的道路引导到有剩余容量的道路上。,公共汽车和合用车的优先控制,目的,通过引导更多的人利用公共汽车和合用车以满足人们对于高速公路的需求，同时减少车辆的需求。这样，除了可以减少拥挤，提高车辆载客率之外，还可以减少空气污染，降低燃料消耗。,基本控制技术,公共汽车和合用车优先控制的基本技术有：隔离路基、逆流车道、入口匝道上的旁路车道、瓶颈上游的专用车道。,实施经验总结,公共汽车和合用车的优先处理可以大大减少人的总延误时间，从而更有效地利用高速公路。在入口匝道设有专用合用车旁路的地方，合用车数目增加一倍。因此，将来对于合用车的优先处理应给予更多的注意。无论在设计阶段还是在使用阶段，对于优先控制的实施、安全和违犯等各种情况必须给予认真地考虑。对于合用车来说，这更为重要。在合适的地方应该修建隔离路基。,主要参考文献,张金.中华人民共和国道路交通安全法.中国环境科学出版社.2004.2 吴兵，李晔. 交通管理与控制（第四版）. 人民交通出版社.2009.1 “道路交通标志和标线”标准编委会. “道路交通标志和标线”（GB5768-2009）. 中国标准出版社2009年10月出版 全永燊. 城市交通控制.人民交通出版社.1983 段里仁.道路交通自动控制. 乔凤祥.交通控制讲义.东南大学.2000.3.,