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高速公路运营管理学习情景五：认识高速公路安全管理教学目的理解交通管理的概念、意义、特点；熟悉交通控制与管理系统的组成，交通事故的特点；掌握交通流及其特征，交通管制的内容;高速公路交通事故的原因分析。010203目录概述高速公路交通控制与管理高速公路交通安全管理第一节概述一、交通安全管理概念高速公路的交通管理是对高速公路的车流按有关规则和要求，合理地引导、限制和组织交通流，运用各种现代技术进行交通安全管理和事故处理，以保障交通快速、安全、舒适、畅通的总称。它包括交通控制与管理、交通事故安全管理两大方面。第一节概述二、交通安全管理的任务（1）经常进行交通巡逻、检查，发现高速公路上出现问题，及时向中心控制室报告信息。（2）当发生交通事故时，按中心控制室排除事故指令，及时赶赴现场疏导交通、处理交通事故，进行事故勘察、调查，和消防部门一起进行救援、救护、救灾，配合路政部门清障保通，参与有关行政诉讼和法事处理，依法履行“治安管理处罚”职权。第一节概述二、交通安全管理的任务（3）参与交通控制与管理，对不良气候条件的交通进行控制和限制；对交通拥挤问题，采取必要措施。（4）纠正交通违章，负责交通执法，协助高速公路收费工作，协助通讯、监控、收费等部门进行治安管理。（5）对高速公路行车安全进行宣传、教育，对违章司机进行培训和处罚。第一节概述二、高速公路的交通流概念及特征1．有关概念（1）交通量：单位时间内通过公路某横断面的车辆数称为交通量或流量，单位为辆／h。（2）车辆速度：单位时间内车辆运行的距离称为速度。（3）交通密度：指单位路段的车辆数，也可以用路段上所有车辆的长度总和与路段长度的比率（即车道占用率）来表示。第一节概述（4）交通量、密度和速度的关系速度V和密度K的关系：V＝A-BK式中：A、B为常数。第一节概述（4）交通量、密度和速度的关系交通量Q和密度K的关系：Q＝(A-B)K；K≤KM的点，表示不拥挤情况；KKM的点，表示拥挤情况。第一节概述（4）交通量、密度和速度的关系交通量Q和速度V的关系：Q＝V(A-1)／B＝(AV-V)/B。上部为不拥挤部分，Q↑,V↓直到Q=Qm，V=Vm为止；下部分为拥挤部分：Q↓,V↓直到Q=0，V=0为止；第一节概述二、高速公路的交通流概念及特征2．高速公路的交通流特征（1）速度—密度—流量特征①自由行驶状态：车速为80～l00km／h，车辆密度不大于每公里约25辆，车流量不大于每分钟30辆。②不稳定状态：车速为40～80km／h。车辆密度每公里为25～40辆，车流量每分钟约为30～40辆。③拥挤阻塞状态：车速小于40km/h，密度大于每公里45辆，车流量每分钟低于30辆。第一节概述（2）车辆跟踪特征①当Q＝20辆／min时，约有一半的车辆车头间距不大于2s，即处于跟踪行驶状态。②当Q＞30辆／min时，路上85％的车辆处于跟踪行驶状态。③当Q≥40辆／min时，车辆都处跟踪行驶状态。第一节概述（3）车道分布特征单向双车道，平均每条车道的饱和状态流量为1950辆/h；各方向为3～4条车道时，每车道的饱和流量为1750～1850辆/h；单向三车道时，关闭一条，通行能力下降50％，关闭两条，通行能力仅为三车道的31％。第一节概述三、高速公路交通拥挤与阻塞在理想条件下，高速公路每车道的通行能力大约为1800辆／h。当交通需求超过这一数值时，就会发展为瓶颈，从而发生经常性阻塞、拥挤。当路上发生交通事故、车辆事故、货物掉落、不利气候条件或其他有害事件，则可引起非经常性阻塞。要解决拥挤或阻塞，必须充分利用高速公路交通控制系统，借助交通管制手段，合理地分配、疏散、限制交通流。第一节概述四、高速公路交通控制方式1．主线控制，控制的目的主要在于保证最佳车流速度，防止撞车事故，提高通行能力有限的道路的使用效果。（如：限制车道使用；开辟交通走廊；可逆车道等。）2．进口及出口控制，进口控制是将可能引起主线阻塞的车流封闭在入口之前，出口控制是利用出口迅速疏导已经发生的阻塞。3．交通走廊控制，即将高速公路与周围疏散道路、街道实行综合控制，利用各种信号提供设施诱导车流方向，提供优化路线，从而形成交通走廊，使交通走廊的通行能力与交通需要之间达到最优平衡。4．其他辅助控制措施。第二节高速公路交通控制与管理高速公路主要存在的交通问题：交通安全和交通拥堵问题。1.交通需求超过容量2.不受限制的入口匝道3.出口匝道排队4.收费站收费交通拥挤的分类运行因素几何因素1.车道减少2.交织路段短3.道路横断面窄4.标志短缺5.视线不良6.互通式立交不合标准1.事件和交通事故2.不利的气候条件3.作业区影响市区高速公路最常见的偶发性问题常发性交通拥挤偶发性交通拥挤第二节高速公路交通控制与管理交通拥挤的分类驾驶员的判断错误公路的几何特征交通量增大车辆故障交通流的相互作用险恶的气候条件驾驶员不熟悉高速公路驾驶方法2）交通安全问题第二节高速公路交通控制与管理常见交通安全问题第二节高速公路交通控制与管理解决高速公路交通问题的方法：有两种方案可供选择：1、新建高速公路或在原有线路上附加支线，但成本很高。2、对高速公路上的交通运行进行控制，成本仅占公路全部投资的5%～10%。偶发性交通问题控制策略：消除或防止引起事件的原因，管理好事件邻近地段的交通需求，并使高速公路尽快恢复到正常服务水平。监视系统事件服务系统驾驶员信息系统第二节高速公路交通控制与管理控制交通需求控制通过几何改善来提高通行能力管理旅行需求主要技术：1、入口匝道控制2、高速公路干道控制3、优先通行权控制4、通道控制常发性交通问题的控制策略第二节高速公路交通控制与管理一、主线控制实现目标的基本原理：依据交通流模型判断交通流运行状态确定控制目标状态值及控制方法，使交通流趋于目标状态由统计资料或采用交通感应方法获得当前交通流状态变量值第二节高速公路交通控制与管理第二节高速公路交通控制与管理一、主线控制我国主线控制目前多用于交通量大的主要干线。正常情况下高速公路营运更倾向管理，交通参与者按需行驶以便于充分发挥道路的效率，但交通出现异常（事故、饱和拥堵）时必须加以严格限制。维持自然状态严格限制与管理适时控制矛盾引导建议提示警告诱导限制第二节高速公路交通控制与管理一、主线控制1、警告、诱导、限速警告、诱导、限速是主线控制体系最基本的控制手段，在出现交通异常时将发挥以下作用：●及时发现交通异常（事故、饱和、气候）●处理并反馈控制指令（救援、清理、疏通）●防止交通事故和二次事故实现有效控制的前提：●适时、自动、准确采集主线交通信息●及时处理并正确判断第二节高速公路交通控制与管理1、警告、诱导、限速主要设备：沿线分布的各类车辆检测器采集的信息：交通量、车速、车流密度等检测点分布：按需要密布，常规距离300～800米第二节高速公路交通控制与管理2、主线车速诱导基本原理在道路交通量接近饱和时，用限制行车速度来稳定主线上交通流量。交通量——速度关系曲线交通量接近饱和时要通过提高行车速度来解决。第二节高速公路交通控制与管理2、主线车速诱导关键数据车速诱导的重要依据是安全车头间距。道路上实际车头间距可由检测系统采集的交通量信息经处理获得。交通量车速车流密度安全车头间距实际车头间距实际测量当时最佳行车速度实施车速诱导对比第二节高速公路交通控制与管理2、主线车速诱导设施设置为获得相关交通参数，在控制路段应密布车辆检测器，每个车道上设置信息发布装置，并在有条件的路段安装闭路电视。●车辆检测器间距：500～800mm●信息发布装置间距：1000～1500mm●闭路电视：特殊地点第二节高速公路交通控制与管理3、特殊路段控制道路特殊情况主要针对环境和气候：地形、路面、道路设计参数等事故多发的地点，以及大雾路段、冰冻路段、可能污染路段等：设置固定限速标志、雷达测速装置等。目前高速公路对气候状况的检测和控制尚无很好的办法，条件允许的情况下通常是增加特殊路段可变交通标志的安装密度。第二节高速公路交通控制与管理4、可逆车道控制城市道路、高速公路、城市高架路等的结合部，由于交通流量随时间发生规律性的方向变化所实施的一种交通控制。①道路变向控制条件：高速公路、快速路、高架路等与城市干线连接的路段，由于统一的作息时间，导致单向交通高峰（3：7以上）。第二节高速公路交通控制与管理4、可逆车道控制②瓶颈路段变道实例第二节高速公路交通控制与管理二、匝道控制通过对高速公路入口匝道的控制，用以辅助主线控制的有效实施。当道路交通量趋于饱和时，主道上将随机出现不同程度的交通阻塞，此时只有通过控制各匝道入口车辆数进行调节和控制，必要时关闭匝道入口。（此时主线控制本身已无法解决）就独立高速公路而言，匝道控制主要是对高速入口匝道控制。第二节高速公路交通控制与管理1、匝道控制原理原理及策略●主线上造成的延误转移到匝道入口（延迟策略）●过量的交通需求转移到其他道路（分散策略）第二节高速公路交通控制与管理2、匝道控制的条件匝道现有条件决定了匝道控制的具体方式及达到预期的控制效果。①有其他具有通行能力的通道供选择其他平行高速或一般道路、下游出口有可利用的通行能力等。（系统存在余量）②匝道控制空间条件采取延误策略，匝道控制范围必须存在足够的车辆存储空间。综合考虑现有控制条件，方能获得有效的控制，使入口匝道控制达到应有的控制效能。第二节高速公路交通控制与管理3、匝道控制的具体方式方式一：关闭匝道一种分散策略，最简单有效的控制方式。其灵活性小、限制性大，使用不当会增加替代路线的负担。匝道关闭分：永久性关闭；在高峰期以及偶发性拥挤期短期关闭。第二节高速公路交通控制与管理使用条件：1）由于大雾、大雪等异常天气，导致高速公路失去通行能力。2）入口匝道上游的高速公路的交通需求已达到下游道路容量，而可替换道路上还有足够的容量可供使用。3）潜在进入高速公路的车辆很少。4）在入口匝道上没有足够的停车空间。第二节高速公路交通控制与管理方式二：入口匝道定时控制控制定时控制是指根据历史情况的调查掌握交通流的统计情况，把一天划分为若干时段。假定每个时段内，交通流状况基本不变，以此作为依据来确定每个时段内一组不变的入口调节率，使某项性能指标最优。第二节高速公路交通控制与管理通过检测器信号灯普通道路匝道排队检测器匝道控制标志检入检测器高速公路停止线控制器入口匝道定时控制系统构成第二节高速公路交通控制与管理在定时控制系统中，匝道信号以固定的周期运行，周期中红黄绿信号的配时取决于所使用的调节形式是单车调节还是车队调节。（1）单车调节匝道调节信号配时规定在每个绿灯时段只允许放一辆车进入高速公路。（2）车队调节当要求调节率大于900veh/h时，必须采用每周期允许两辆或两辆以上的车辆进入高速公路，称这种方式为车队调节方式。第二节高速公路交通控制与管理匝道调节率r(veh/h)的计算公式为r=qc-qdqc(veh/h)为匝道下游容量;qd(veh/h)为匝道上游交通需求。匝道调节周期长度C(s)为n为每个调节周期允许进入的车辆数，n=1，2，3。r3600nC第二节高速公路交通控制与管理匝道调节率r还要受下列条件约束：d(veh/h)--匝道到达率T（h）--时段长度PMAX--匝道上允许的最大排队车辆数P0--匝道上初始排队车辆数Rmin--调节率下限值，一般取180veh/hRmax--调节率上限值，单车调节900veh/h，车队调节为1100veh/h。TpdrTppd00maxmaxminrrr第二节高速公路交通控制与管理第一个约束：左边表示防止匝道堵塞，右边表示防止调节失去意义。第二个约束：rmin一般取180辆每小时，和信号灯最大周期有关；rmax一般取900辆每小时（单车）或者1100量每小时（车队），和信号灯最小周期有关。第二节高速公路交通控制与管理方式三：入口匝道感应控制以交通量实时检测数据为依据来确定匝道调节率，因而能响应交通流的随机变化。感应控制方法：（1）交通量一通行能力差额控制（2