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第五章交通监控设施设计第五节高速公路主线控制5.1主线控制概述主线控制的对象是高速公路本身即路段上的交通流，通过对高速公路主线的交通进行调节、诱导和警告，达到优化交通流状态的目的。1、主线控制的主要目的保持交通流均匀性和稳定性，增加舒适程度，提高利用率、预防拥挤使瓶颈路段达到最大通行能力改进交通运行，防止冲撞事故保证特殊气候条件下高速公路的运行安全当出现交通事故或因维修而使主线通行能力下降时，要提高道路的使用效率改变高速公路不同方向上的通行能力将驾驶员诱导到交通状况较好的道路上2、主线控制实现目标的基本方法依据交通流模型判断交通流运行状态确定高速公路主线交通流控制的目标状态值及相应的控制方法，使交通流趋于目标状态从过去的统计资料中或采用交通感应方法获得当前高速公路上交通流状态变量值主线控制方式可以是定时控制，也可以采用交通感应式控制。控制配时和等级根据一天时间内的交通流变化规律预先确定定时主线控制控制变量值是基于实时测量到的现时交通条件下的交通参量感应主线控制3、主线控制涉及到的几个方面1车道使用控制2警告和诱导3优先控制主线控制方法4、主线控制方法驾驶员信息系统公共汽车、合用车优先控制可变速度控制可逆车道控制主线调节车道关闭5.2可变速度控制可变速度控制是在高速公路主线上设置可变限速标志来限制行车速度，从而使主线上的交通流的速度能随车流密度的改变而变化，以保证交通流的均匀、稳定，同时还能提高道路通行能力。可变速度控制的基本原理是依据道路、交通、气候等条件对高速公路主线交通流安全高效运行的限制要求和路段交通流的流量、速度、密度的关系，确定能够允许的最大交通量下的最佳速度和最佳密度，并据此采用可变限速标志等方法对高速公路主线交通流进行速度控制。1、可变速度控制的目标速度交通状况（拥挤、低速、正常）、路面条件（车道数变化、坡度、弯道、结冰、积雪）气象条件（雾、雨、雪）最佳速度目标值最佳目标速度的确定方法有两种：①经验统计法；②数据模型法。可变速度控制的目标主要是速度指标。实现主线可变速度控制的方法是在主线上建立由可变限速标志组成的系统，即在主线沿线上每间隔一定距离设置一个可变限速标志，每一个可变限速标志都与中央控制室相联，标志间隔在城市地区一般为2-3km。路旁无线电广播主线可变速度控制实现方式可变信息标志驾驶员信息系统电子道路交通诱导和控制系统减少了交通事故频率及降低事故的严重程度交通量增大明显降低了交通速度，改善了速度分布，使速度偏差控制在7-14km/h可变速度控制方法的有效性主要表现在：可变速度控制存在的问题是，驾驶员不认为可变限速标志所显限速值具有约束力；另一方面是在增加关键瓶颈路段的通行能力上，可变速度控制是不太成功的。5.3可逆车道控制可逆车道控制又称变向车道控制。可逆车道控制的目的在于改变高速公路主线不同方向上的通行能力以适应高峰时某一方向的交通需求。采用可逆车道控制的条件1、采用可逆车道控制的条件交通需求在方向上的不平衡具有明显的差别交通需求主流与次流在方向必须定期或不定期地经常相互转换上述不平衡交通需求在未来若干年内会继续存在没有其他可替代的或更经济有效的解决方向不平衡交通需求的办法2、可逆车道控制的两种基本运行方式可变向车道运行可逆性单向通行方式可逆车道控制3、实施可逆车道控制的方法可逆车道控制技术是使用可移动的交通设施、可变信息标志来改变车道通行方向。这些装置可以由现场人工操作，也可由中央控制室远距离操纵。5.4主线调节控制主线调节控制是根据输入的交通流和下游的通行能力，对经由主线入口（例如收费站、隧道或桥梁入口）进入高速公路控制路段的交通流实行一些限制的方法，使该路段下游高速公路主线能保持期望的服务水平。第六节高速公路匝道控制6.1入口匝道控制概述入口匝道控制的基本原理就是限制进入高速公路的车辆数目以保证高速公路自身的交通需求不超过其交通容量。增加高速公路实际通行能力（增加匝道整体的驶入量）减少高速公路主线上行驶车辆总的行程时间减少通道内全部行驶车辆的行程时间在高速公路主线和入口匝道上，消除或减少车辆中的冲突和事故改善交通流的平稳性，减少车辆的不舒适感和环境干扰1、入口匝道控制的目标入口匝道控制的目标是上述的一个或全部在通道区域内必须有可供使用的附加容量（即可替换的路线、时段或其他运输方式）在入口匝道上应有足够的停车空间可供等待匝道交通信号的车辆使用在高速公路下游出口处必须有可能利用的容量匝道与主线有足够的交织区且视距良好2、入口匝道控制的条件匝道调节在匝道上使用交通信号灯对进入车辆实行计量控制，也可通过收费站的收费车道开放数来调节进入高速公路的车辆数。匝道关闭匝道关闭可通过自动路栏、交通标志、人工设置隔离墩把某些入口匝道关闭。3、入口匝道控制方法入口匝道控制入口匝道关闭控制匝道关闭就是对所有交通都实行关闭，不允许车辆进入高速公路，维持高速公路不拥挤。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。永久性关闭主要用在立交非常接近、交织问题十分严重的地方，永久性关闭方法一般缺点多于优点。只在下述几种情况下可以考虑使用匝道关闭：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。匝道关闭方法自动路栏关闭设立关闭标志人工设置路栏在关闭匝道控制中，要解决的关键问题是关闭时机的选择，需要采集高速公路上的交通流量数据及气象数据，以经验数据为参考，综合判断匝道关闭的时机。入口匝道调节方法：A定时控制感应（动态）调节B汇合控制D整体定时控制C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。6.2入口匝道定时控制路面标记定时控制系统包含信号灯控制器检测器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图入口匝道定时控制系统构成在定时控制系统中，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。周期内各灯色间隔时间还要取决于所使用的车队调节类型，即串行的或双列的。串行调节：在这种方式下，车辆是一辆接一辆放行的，因此要有足够长的绿灯加黄灯时间，以便允许每个周期内要求放行的车辆均能通过。双列调节：在这种方式下，每个周期并列放行两辆车。双列调节可以达到的最大调节率约为1100veh/h。入口匝道调节率主要依据匝道上游需求、下游容量、匝道需求以及调节率的上下约束条件、道路条件等因素来确定，主要用于预防高速公路上的常发性拥挤。匝道调节率r(veh/h)的计算公式为r=qc-qd(15-1)qc(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r3600nC(15-2)n为每个调节周期允许进入的车辆数，n=1，2，3。TpdrTppd00max匝道调节率r还要受下列条件约束：maxminrrrd(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。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。6.3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。感应调节系统构成如图所示。高速公路信号灯匝道主线检测器汇合检测器排队检测器检出检测器检入检测器停车线检测放大器控制器感应控制系统构成图为了实时反映车辆构成、气候条件等因素对交通流的影响，增加感应调节系统的适应性，可在系统中安装用来确定交通组成和气候条件的检测器。实时比较匝道上游交通量和下游容量的基础上选择匝道调节率，其目标是更好地利用有效道路容量。交通需求-通行能力控制对匝道的上游或下游的占有率进行实时测量来估算下游剩余容量Δqc，再来确定入口匝道的调节率。占有率控制路肩车道间隔控制入口匝道感应控制的方法有6.4汇合控制汇合控制是一种微观控制方法，以安全为控制原则。汇合控制的基本目标是通过使入口匝道车辆最准确利用高速公路间隙来完成合流，改善高速公路交通流的分布及运行。汇合控制方法是当检测到外侧车道车流间隙长度不小于可插车间隙时，才允许匝道车辆进入高速公路，这样能保证匝道车辆及时安全汇入高速公路车流中。汇合控制系统实现的入口匝道调节率完全取决于检测到的主线车流间隙数目。检测高速公路上的可插间隙估计这个可插间隙到达入口匝道汇合点的时间引导匝道车辆进入这个可插间隙汇合控制运行的工作过程汇合控制系统可插间隙汇合控制系统移动汇合控制系统1、可插间隙汇合控制构成如图。停车线慢车检测器匝道间隙/速度检测器高速公路信号灯汇合检测器排队检测器检出检测器检入检测器检测放大器控制器可插间隙调节控制系统的布置某个绿灯时间允许通过的车辆数取决于可插间隙的大小。最小可插间隙是指两个相随的车辆的车头间隙时间足够一个入口匝道车辆汇合进入的最小车头间隔时间。天气条件高速公路和入口匝道的几何形状车辆加速特性驾驶员水平交通条件影响最小可插间隙的因素停在匝道信号灯前的车辆到达汇合点预计行驶时间可插间隙移动速度放行时间的计算依据汇合地点到间隙/速度检测器之间的距离2、移动汇合控制利用匝道左侧面带有绿色光带的显示器，向匝道车辆提示高速公路外侧车道的可插间隙移动情况。车辆跟随光带的移动，则有助于掌握加速度和速度，有利于顺利汇合。车队检测器检入检出检测器汇合区检测器控制方式移动状态停车可插间隙状态定时调节状态可控信号交汇警告绿带速度闪光时进行匝道控制间隙和速度检测器控制计算机移动汇合控制绿带系统移动汇合控制模式移动模式适合于高速公路流量较小的情况停车的可插间隙模式随着高速公路交通量的增加，速度下降到某值时，此时控制系统换用停车的可插间隙状态定时调节模式当高速公路流量继续增加，超过某一标准，该系统转为定时调节方式4、汇合控制系统的评价汇合控制系统与交通需求—容量差额感应调节系统比较如下:汇合控制可得到比较平滑的交汇运行，车辆由匝道调节信号处到达交汇区所需时间短汇合控制的匝道车辆放行是根据检测到的可插间隙来确定的，因而控制运行方式没有规律，排队等待时间较长（调节率约为4～5veh/min），违章车辆率较高需求—容量差额感应调节可得到较高的调节率和较大的入口匝道容量当驶入匝道具有良好的加速车道等几何形状时，采用定时调节、需求—容量差额感应调节，可获得良好的经济效果，无需采用汇合控制系统对于因视距不良、加速车道、坡度缺陷等造成的交汇困难的高速公路，采用汇合控制是有利的汇合控制需增加较多设备，系统成本昂贵高速公路通道系统由高速公路、匝道以及与高速公路相关的侧道、干道、城市街道等组成。以高速公路为核心的、沟通两个或两个以上地区之间交通的道路网络。7.1高速公路通道控制概述1、通道系统的概念第七节高速公路通道系统控制通道控制的对象是由高速公路、侧道和其他平行干道所组成的通道系统上的交通流。2、通道控制原理高速公路通道控制就是对通道系统交通流进行协调、管理、诱导和警告。基本原理是监测通道系统中所有道路及交叉口，将超载道路上的交通转移到通行能力尚有剩余的道路上去。通道控制系统高速公路监控系统驾驶员信息系统匝道控制侧道控制主线控制交叉口控制干道控制城市道路交通控制区域交通控制的原理、策略和方法3、通道控制方式和措施通道控制可分为限制和分流两种方式。限制控制各道路上的交通需求使其低于通行能力分流把车辆从超负荷的道路上引到尚有剩余通行能力的道路上去当高速