高速公路交通控制ppt课件

南京理工大学交通工程南京理工大学交通工程高速公路 高速公路指能适应年平均昼夜小客车交通量为25000辆以上、专供汽车分向分道高速行驶、并全部控制出入的公路。南京理工大学交通工程城市快速路 城市快速路是指位于城市内适应机动车快速通行的道路。它具有以下特点：u快速路全程无平面交叉口,以互通式立体交叉或进出口匝道与城市地面道路相连接；u快速路匝道间距比城市间高速公路短；u快速路只允许机动车行驶，并且车辆行驶速度高。部分城市快速路与高速公路具有相同的交通控制与管理特征，本章内容主要针对高速公路，可以用于城市快速路的交通管理与控制。南京理工大学交通工程高速公路交通管理南京理工大学交通工程高速公路交通管理 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。南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成 根据监控系统的功能，监控系统可以理解为由信息采集子系统、信息提供子系统和监控中心三大部分组成。交通控制及管理系统交通控制及管理系统信息收集系统信息收集系统（终端）（终端）通信通信系统系统信息处理及控制信息处理及控制系统系统（中央控制室）（中央控制室）通信通信系统系统信息提供系统信息提供系统（终端）（终端）车辆监测器车辆监测器监测电视监测电视紧急电话紧急电话道路部门巡逻车道路部门巡逻车气象观测装置气象观测装置计算机计算机交通状况交通状况监测装置监测装置操作台操作台可变情况板可变情况板公安部门巡逻车公安部门巡逻车 道路部门巡逻车道路部门巡逻车交通广播交通广播收费处收费处救护车救护车南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成（1）信息采集子系统 信息采集子系统是高速公路上设置的用来采集信息的设备和配备。采集的信息主要包括：交通流信息 如交通量、车辆速度、车流密度、车辆占有率、车重等等。交通流信息的采集设备主要是各种类型的车辆检测。气象信息 如风力、风向、降雨、降雪、冰冻、雾区等等。这些信息的检测主要靠气象检测器。南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成 道路环境信息 如路面状况、隧道内的噪声、能见有害气体浓度等等。这些情况靠环境检测器检测。异常事件信息 如交通事故、车辆抛锚、物品散落、道路设施损坏、道路施工现场等。u 车辆检测器 气象检测器 环境检测器u超重检测系统 电视监视系统 测速雷达u紧急电话 巡逻车南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成 超重 检测 南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成闭路电视 南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成 测速雷达 南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成 （2）信息提供子系统 信息提供子系统是用来向道路使用者提供道路交通信息和诱导控制指令，向管理、救助部门和社会提供求助指令或道路交通信息的设施。向道路使用者提供信息。如前方路段交通阻塞情况、事故告警、气象情况、道路施工情况等。这些情况常通过高速公路上的可变情报板或路侧，通信系统提供。向道路使用者提供建议或控制指令。如最佳行驶路线、最佳限速车道控制信号、匝道控制信号等。这些指令常通过可变情报板、可变限速标志、车道控制标志或匝道控制设备来实现。南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成 向管理和救助部门提供信息。在发生如交通事故、车辆抛锚、道路设施损坏等情况时，向消防、急救、服务区、道路养护工区等提供有关指令或信息。这些信息常利用指令电话或业务电话提供。向社会提供信息。包括对新闻媒介和高速公路以外的道路使用者提供本条高速公路的交通信息。这些信息的提供往往通过交通广播系统或广域信息网来实现。南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成 （2）信息提供子系统）信息提供子系统 中心终端驾驶人查询：交通信息）（无线电话、车载电话信系统与驾驶人联系：移动通道路与驾驶人、驾驶人视听兼用：电视电话路侧通信系统播节目一般电台的交通信息广听觉可变标志动信息：可变情报板，线静信息：道路标志与标视觉人发布向驾驶供系统信息提南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成 （3）监控中心 监控中心是位于信息采集子系统和信息提供子系统之间的中间环节，是监控系统的核心部分。它的主要职能是信息的接收、分析、判断、预测、确认，交通异常事件的处理决策、指令发布、设备运行状态的监视和控制等。监控中心通常由计算机系统、室内显示设备和监控系统控制台组成。根据高速公路里程长短、道路路况和监控功能需求的不同，监控中心有集中式和分布式等形式。南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成南京理工大学交通工程高速公路交通控制系统-组成南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 高速公路监控系统的控制类型可以根据所辖路段的道路状况和交通状况分为多种，主要有：主线控制隧道控制匝道控制通道控制综合控制南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （1）主线控制）主线控制 主线控制是高速公路主干线的交通控制。由于保证高速公路主线交通畅通是高速公路的首要目的，因此主线控制是监控系统的基本类型。但是，高速公路本身就是让车辆自由行驶不受控制，因此高速公路主线监控系统的控制功能是很弱的。但当高速公路上发生事故、遇到恶劣天气或遇到其他异常事件时，为了安全和整体的高效，对车辆进行告警、诱导和建议性的“控制”也是必要的。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （1）主线控制）主线控制 主线控制涉及的内容：1）车道使用控制 通过对车辆在使用车道的时间和空间上的限制来达到对交通流进行控制的目的，包括车道关闭、交通调节等；（大车长时间占道）2）警告和诱导 通过给出交通运行变量限制值的方法来控制交通流称为警告，诱导是为驾驶员提供交通信息来诱导驾驶员选择合理的运行状态和行车路线，包括对行车速度、车辆间距、旅行时间和行驶路线方面的警告。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （1）主线控制）主线控制 主线控制涉及的内容：3）优先控制 对一定种类的车辆在使用交通设施上分配优先通权或特别使用权。4）特殊路段控制 对于高速公路主线上的特殊情况，般分为道路特殊情况和气象特殊情况。如事故多发地段，弯道太大或纵坡太大，不合理的构造物使驾驶员视线发生问题，大雾地段，路面结冰地段。弯道速度告警控制，纵坡告警控制，雾区路段控制，结冰路段控制，变向车道控制。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （1）主线控制）主线控制 主线控制涉及的内容：3）优先控制 对一定种类的车辆在使用交通设施上分配优先通权或特别使用权。4）特殊路段控制 对于高速公路主线上的特殊情况，般分为道路特殊情况和气象特殊情况。如事故多发地段，弯道太大或纵坡太大，不合理的构造物使驾驶员视线发生问题，大雾地段，路面结冰地段。弯道速度告警控制，纵坡告警控制，雾区路段控制，结冰路段控制，变向车道控制。南京理工大学交通工程 交通事件是指导致道路通行能力下降或交通需求不正常升高的非周期性发生的事件。交通事件通常由某些特定因素或特殊环境所引发，具有以下特点。(1)非常发性。对于突发性事件，事件发生的时间、地点以及频率等都是不确定的。(2)需求超常性。交通事件主要影响道路的通行能力和交通需求，从而改变交通状况，通常会导致交通需求大于道路通行能力，产生交通拥堵。(3)波及广泛性。交通事件往往涉及对象众多，影响范围很广。交通事件管理交通事件管理南京理工大学交通工程 交通事件管理就是通过有效地减少事件检测和确认时间，及时采取恰当的应对措施，快速降低或消除事件带来的影响，从而提高交通系统的运行效率和安全性。交通事件管理的内容主要包括：事件检测与确认、事件快速反应、事件现场管理、交通管理、事件清理、事件信息发布等。交通事件管理交通事件管理南京理工大学交通工程高速公路交通事故交通事件交通事件引起的延误引起的延误DTRTCT总延误总延误交通需求量交通需求量通行能力通行能力事件处理后流量事件处理后流量(接近通行能力接近通行能力)事件发生后流量事件发生后流量影响时间影响时间时间时间累累计计交交通通量量GT持续时间持续时间检测时间（检测时间（DT）、反应时间（）、反应时间（RT）、排除时间（）、排除时间（CT）、离去时间（）、离去时间（GT）南京理工大学交通工程高速公路交通事故（1）简单阻塞延误）简单阻塞延误总延误总延误影响时间影响时间时间时间累累计计交交通通量量持续时间持续时间南京理工大学交通工程高速公路交通事故（2）短期关闭）短期关闭总延误总延误影响时间影响时间时间时间累累计计交交通通量量持续时间持续时间南京理工大学交通工程高速公路交通事故（3）调整瓶颈）调整瓶颈（减少事件影响的车道）（减少事件影响的车道）总延误总延误影响时间影响时间时间时间累累计计交交通通量量持续时间持续时间南京理工大学交通工程高速公路交通事故（4）修正交通量）修正交通量（分流或需求管理）（分流或需求管理）总延误总延误影响时间影响时间时间时间累累计计交交通通量量持续时间持续时间南京理工大学交通工程 事件检测 事件检测是及时对可能发生的事件进行发现、判断和对已经发生的事件进行检测的过程。能否及时对事件进行响应，很大程度上依赖于高效、可靠的事件检测技术。尽早检测到事件对于制定恰当的响应策略、及时控制和引导其他车辆避开事发地点、降低事件影响和损失是非常重要的。事件检测方法主要包括以下几种：(1)驾驶人或其他人员电话报警；(2)交通视频监控；(3)基于检测器数据的交通事件自动检测方法；(4)交通警察巡逻；(5)相关部门报告的事件信息等。交通事件管理交通事件管理南京理工大学交通工程 交通事件自动检测(Automatic Incident Detection，AID)是指根据事件检测算法对采集的数据进行处理，自动得到异常事件信息。事件自动检测方法(AID)分为间接检测方法和直接检测方法。绝大多数的AID方法都属于间接检测方法，通过识别由车辆检测器得到的交通流参数的非正常变化来间接判断交通事件的存在。直接检测方法是指采用图像处理技术来发现停驶车辆的一类方法。交通事件管理交通事件管理南京理工大学交通工程 AID算法性能评估的指标 (1)误警率(FAR)(2)检测率(DR)(3)平均检测时间(MTTD)评估的指标是相互依赖的。通常提高检测率的性能，误警率也会随着升高。同样的，如果误警率下降，算法的灵敏度也就降低并且检测率也下降。通常情况下，算法的检测时间越长，检测效果就越好。但是增加检测时间，检测率和误警率都会下降。交通事件管理交通事件管理南京理工大学交通工程 目前算法大多存在误警率过高、可移植性和自适应性差等缺点，为了解决这些问题，首先要采用先进的检测技术来提高检测数据的精度，以满足AID的需要。其次，要降低事件的误警率，同时还要尽量缩短AID的时间。研究表明，人们可以接受的误警率低于1，而事件在发生1min内就可以检测到的话，每年就可以挽救多达3000人的生命。因此，误警率和检测时间对AID来说，是最重要的两个指标。交通事件管理交通事件管理南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （2）隧道控制）隧道控制 高速公路的隧道是主线的一部分，但由于隧道的特殊性，在隧道控制系统中除具备主线控制的功能外，还应当具有其他功能。隧道控制主要包括：照明控制、通风控制、火灾报警控制和交通控制。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型（2）隧道控制）隧道控制-照明控制照明控制 照明控制系统的形式和运营方法能显著地影响照明系统运营的费用。若根据相应的日、周、月、年等运行经验来编排程序，而没有有机地考虑并结合到气象条件、交通形式等条件的瞬时变化，就会造成能源的浪费。照明系统根据传感装置（光度计）检测到实际亮度，对照明进行实时的控制可达到既保障安全，又可节约能源的目的。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型（2）隧道控制）隧道控制-通风控制通风控制 隧道通风的目的主要是利用隧道内设置的风机冲淡隧道中的汽车废气至用户能接受的程度，保证隧道邻近的空气污染足够低；在隧道着火时，能控制隧道中烟的蔓延。公路长隧道中采用的通风方式有纵向射流、全横向、半横向三种方式。通风控制系统的形式和运营方式也同样影响通风系统消耗能量的费用。可以根据交通量的统计规律折合汽车排出的CO浓度及烟尘浓度来编排风机运转的程序，也可以根据任意时间的实际情况来调节风机运行情况。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型（2）隧道控制）隧道控制-交通控制交通控制 交通控制的目的是根据隧道交通实际变化情况控制交通信号，实现隧道内的安全、高效行车。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型（2）隧道控制）隧道控制-隧道控制检测器隧道控制检测器光亮度检测器（光度计）一氧化碳检测器能见度检测器风向风速计火灾检测报警 感温式火灾检测器、感光式火灾检测器、感烟式火灾检测器、手动火灾报警车辆检测器超高检测器南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型（4）综合控制）综合控制 综合控制的监控系统是更大范围的高速公路网和城市路网的交通监控系统，其目标是寻求整个路网上的交通运行效果最佳。这类系统复杂程度更高，属智能运输系统的范畴。（5）城市与高速公路结合点控制）城市与高速公路结合点控制 城市与高速公路结合点控制实际上是通道控制的一种特殊情况，必须根据其特点制定合理的通道控制战略。城市与高速公路结合点的控制战略取决于这个结合点在城市道路网中的地理位置交通路网络的结构特点南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （6）匝道控制）匝道控制 高速公路的出入口匝道本应是自由进出的，匝道本身并没有交通控制的需求。但是，高速公路的主线上交通量增长到接近饱和的程度，即使不发生交通异常事件，在交通高峰时段也会发生交通阻塞。这种阻塞是周期性的，持续的时间也很长，主线控制没有任何有效手段去消除，只有通过上游入口匝道的交通控制来解决。入口匝道的交通控制适量地限制车辆进入，减少主线交通量，从而有助于主线交通阻塞的消除。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （6）匝道控制）匝道控制 南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （6）匝道控制）匝道控制 进口匝道处的超长排队导致的回溢现象影响地面道路的正常交通;如果出口匝道的流出需求大于与之关联的地面道路所能接受的服务能力时,出口匝道处出现排队甚至延伸到主线上,造成快速路主线交通阻塞问题。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （6）匝道控制）匝道控制 南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型南京理工大学交通工程匝道控制 入口匝道控制的作用入口匝道控制的作用 当道路交通量趋于饱和时，主道上将受各种偶然因素影响出现不同程度的交通阻塞，此时依靠主线控制本身已无法解决。根据具体交通条件，入口匝道控制方法一般只选用上述多种方法中的一种，目前国内、国际尚无相关的标准。匝道控制趋势：匝道控制趋势：灵活转换控制方式，综合各种方式的优点，达到预期控制目的。南京理工大学交通工程匝道控制 南京理工大学交通工程匝道控制 2012年月日凌晨，位于陕西省延安市安塞县境内的包茂高速安塞服务区附近发生一起特大交通事故，一辆满载旅客的双层卧铺客车（39人）与一辆运送甲醇的重型罐车发生追尾碰撞，随后燃起的大火导致客车上人死亡，人受伤。南京理工大学交通工程匝道控制 2012年8月26日2时15分，重型半挂货车进入安塞服务区停车休息并更换驾驶员。2时29分，闪文全驾驶重型半挂货车从安塞服务区出发，违法越过出口匝道导流线驶入包茂高速公路第二车道。此时，卧铺大客车正沿包茂高速公路由北向南在第二车道行驶至安塞服务区路段。2时31分许，卧铺大客车在未采取任何制动措施的情况下，正面追尾碰撞重型半挂货车。碰撞致使大量甲醇泄漏，也造成电气线路绝缘破损发生短路，发生爆燃起火。事故共造成大客车内36人死亡、3人受伤，大客车报废，重型半挂货车、高速公路路面和涵洞受损，直接经济损失3160.6万元。南京理工大学交通工程匝道控制 2013年4月11日包茂高速陕西延安“826”特别重大道路交通事故调查报告批复结案。大量人员受到处理，包括司机、车主、公司领导、GPS监控值班员。南京理工大学交通工程高速公路交通控制类型 （6）匝道控制）匝道控制 南京理工大学交通工程匝道控制（1）匝道控制的涵义）匝道控制的涵义 匝道控制主要是在高速公路入口匝道处放置交通信号装置，通过信号灯的周期变化，调节高速公路匝道交通量，从而减少或消除高速公路主线上的交通阻塞。对一条高速公路而言，出口匝道的交通控制则无必要。（2）匝道控制的原则）匝道控制的原则 匝道控制的原则是限制进入高速公路的车辆，使高速公路自身的需求不超过其通行能力，在高速公路上形成和保持无中断、无阻塞的交通流。这种控制原则要使各种延误因素从高速公路转移到入口匝道。南京理工大学交通工程匝道控制（3）匝道控制的作用匝道控制的作用减少整个高速干道系统内所有车辆的行程时间；使交通流量均匀平滑；消除或减少交汇中的冲突和事故；由于交通流量均匀平滑，车流状况得到改善，因此减少了不舒适感和环境的干扰。南京理工大学交通工程匝道控制（4）匝道控制的策略）匝道控制的策略 匝道控制的策略基本有两点：一是分散策略，即减少入口匝道的交通需求，把交通流量分散到其它替代路线上去。二是延迟策略，即在分散策略不可行的情况下，减少匝道交通流与主线交通流区域的摩擦，延迟高峰时阻塞的开始时间，以延长主线自由流的周期时间。南京理工大学交通工程匝道控制 （5）匝道控制的基本思路）匝道控制的基本思路u控制干线流量控制干线流量 消除或减少干道阻塞，尽量缩短主干线系统内所有车辆的行程时间。u控制干线交通流突变控制干线交通流突变 引导汇入车流量的平滑过渡，必要时将干线外车辆延误、分散到周边各次干线。u避免或减轻汇流干扰避免或减轻汇流干扰 提高匝道交通流汇入干线的速度和安全性。u调节车流状态调节车流状态 通过车型、行程控制，改善车流状态，减轻饱和状态下干线交通的环境干扰。南京理工大学交通工程匝道控制（6）匝道控制的方式）匝道控制的方式 无控制 匝道关闭 定时控制 感应控制 组合控制 系统控制南京理工大学交通工程入口匝道控制 1）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。使用条件：匝道存储量不足；干线交通量饱和；替代路线有足够的通行能力。这是一种临时、简单、有效的应急措施，一般情况不可经常或长时间使用。南京理工大学交通工程入口匝道控制 2）定时控制 根据匝道当前交通量的实际需要和以往需求的容量关系确定匝道调节率。调节率下游通行能力上游需求量南京理工大学交通工程入口匝道控制 2）定时控制 关键问题：合理选择定时信号的周期。类似城市道路平交路口信号灯相位设计。优点：实施的控制符合本匝道统计规律，工作稳定可靠，适合大多数时段的控制，驾驶人便于适应。缺点：不能适应干线交通状况的变化，出现意外时应临时改变控制策略。南京理工大学交通工程入口匝道控制 3）匝道感应控制 利用干线信息判断当前干线容量（匝道附近或上游、下游），结合匝道同时刻交通需求，确定匝道调节率。D1V、D2V、D3V、D4V、D5V、D6V高速干道上的交通量检测器；D20、D50占有率检测器；DA、DB用于测量速度和车辆间隔的存在检测器；DM交汇区的存在检测器；D0等待队列检测器；D1“登记”检测器；Dco“检验”检测器。南京理工大学交通工程入口匝道控制南京理工大学交通工程入口匝道控制 （1）需求容量差额控制南京理工大学交通工程入口匝道控制 （2）占有率控制 占有率控制是以匝道上行方向测得的占有率(一般用第2车道的D20测得占有率)作为控制基础。根据占有率选择合适的调节率。ALNEA算法：r和 Oout 为第 个单位控制时段内的匝道调节率和匝道下游主线占有率；K为调节参数；O为理想状态下的匝道下游占有率。)()1()(kOOKkrkroutR南京理工大学交通工程入口匝道控制 （3）路肩车道间隔控制 路肩车道间隔控制仅以路肩车道(仅用D1V检测器)测得的交通量为控制基础。根据D1V测得的交通量与已知下行向路肩车道通行能力或根据D4V测得的交通量)进行比较，确定是否有为交汇车辆利用的间隔。南京理工大学交通工程入口匝道控制 （4）可插间隔交汇控制 车道检测器检测可插车间隔，从匝道信号前起动车辆的行程时间与到交汇区的可插车间隔的移动时间相匹配。原理：不考虑干线流量，运用入口主线前方监控 信息为驾驶员正确判断汇流时机，以确保匝道车辆最大限度的汇入。南京理工大学交通工程入口匝道控制 （4）可插间隔交汇控制 对于交通流量大的主线，此类控制调节率低，造成匝道上车辆拥挤。弥补了容量需求控制汇流时对主线干扰的缺陷，但没有考虑合理的调节率，对主线通行效率有一定影响。南京理工大学交通工程入口匝道控制（4）可插间隔交汇控制南京理工大学交通工程入口匝道控制 （5）移动交汇控制 高速干道的可插车间隔由路肩车道检测器确定。移动交汇控制为匝道上的驾驶员提供驶出匝道的连续显示，如顺次发光的交通灯，引导驾驶员进入一个可插车间隔；又如以一种或几种速度移动的绿带进行引导。南京理工大学交通工程入口匝道控制 （6）组合控制 将容量需求差额控制和间隙可接受汇流控制有机结合，是目前较为成熟和实用组合控制。控制机判断主线车流可接受间隙的存在。D6D3D2D1匝道有车匝道有车调节率为正调节率为正安全车头间距安全车头间距信信号号灯灯绿绿一一辆辆车车时时间间信号灯黄信号灯黄至红至红返回返回调节率为调节率为零或负零或负信号灯红信号灯红返回返回有车有车通过通过D D4 4 D D5 5D7有信号有信号D DC C控制控制GAPGAP控制控制无信号无信号 D D7 7有信号表示有信号表示匝道已无剩余存匝道已无剩余存车空间。车空间。南京理工大学交通工程入口匝道控制 （7）系统匝道控制 将高速公路上所有匝道入口联成一个体系，考虑整个公路系统的容量关系来确定各个匝道不同时段的调节率。两种基本方式：定时系统匝道控制 集成的感应式系统匝道控制 系统匝道控制是属于通道控制、综合控制的一个组成部分，其实施过程较为复杂。南京理工大学交通工程匝道控制 出口匝道控制：调节驶离快速道路的车辆数 这种方法不是一种有效的方法，唯一可取之处是缓解了快速道路出口交叉口的交通拥挤程度。由于有信号灯，车辆急剧减速有发生滑行和造成尾端冲撞的危险，且使等待驶离快速道路的车辆排队从信号灯向后延伸到快速道路上。当匝道的车队有变长的危险时，就使匝道信号转为绿灯。南京理工大学交通工程匝道控制 出口匝道控制：封闭出口匝道 这种方法可以起到大大减少车辆在该处的交织及随之而带来的交通安全问题的作用。特别是一个出口匝道链接着一个大型互通式立交的沿街道路或者近郊道路的距离较短时（小于0.8km),封闭匝道是一种很实用的解决办法。南京理工大学交通工程匝道控制 封闭出口匝道的缺点是：（1）大大增加了驾驶人的行车时间及距离；（2）若使用人工控制的栅栏，或某种形式的自动门，则在高峰期间封闭匝道，其费用甚大；（3）由于限制了出口，将会激起公众强烈的反对；（4）尾撞事故的可能性大为增加。