1、高速公路監控系統及交通控制策略高速公路監控系統及交通控制策略研究研究目錄v第一章 緒論v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路監控系統v第四章 禹閻高速公路監控系統v第五章 高速公路交通控制策略研究目錄 交通運輸是社會經濟發展的基礎，是保證社會經濟活交通運輸是社會經濟發展的基礎，是保證社會經濟活動得以正常進行和發展的前提條件。綜觀世界各國經濟和動得以正常進行和發展的前提條件。綜觀世界各國經濟和交通發展的歷史都不難看出交通發展的歷史都不難看出: :凡是經濟、文化和科技發達凡是經濟、文化和科技發達的國家或地區，都有先進發達的交通運輸作保證的國家或地區，都有先進發達的交通運輸作保證; ;反之，

2、反之，凡是交通閉塞、落后的國家或地區，經濟、文化和科技就凡是交通閉塞、落后的國家或地區，經濟、文化和科技就不能順利發展。隨著社會經濟的發展，交通運輸狀況如何，不能順利發展。隨著社會經濟的發展，交通運輸狀況如何，己成為衡量一個國家和地區經濟水平的主要標志之一。在己成為衡量一個國家和地區經濟水平的主要標志之一。在所有的運輸方式中，公路運輸，尤其是高速公路運輸以它所有的運輸方式中，公路運輸，尤其是高速公路運輸以它的機動、靈活、快速、便捷、安全、門到門服務的特點，的機動、靈活、快速、便捷、安全、門到門服務的特點，成為交通運輸體系中的重要組成部分。隨著近年來我國國成為交通運輸體系中的重要組成部分。隨著近

3、年來我國國民經濟結構的調整，我國進入全面建設公路基礎設施的新民經濟結構的調整，我國進入全面建設公路基礎設施的新時期，全國各地都在進行大規模的高速公路建設，高速公時期，全國各地都在進行大規模的高速公路建設，高速公路運輸優勢作用己日益發揮且逐步占據了主導地位。路運輸優勢作用己日益發揮且逐步占據了主導地位。 1.11.1我國高速公路的發展和運行中存在的問題我國高速公路的發展和運行中存在的問題 1 1、公路交通基礎設施面貌大為改觀、公路交通基礎設施面貌大為改觀1.1.11.1.1我國高速公路迅速發展回顧我國高速公路迅速發展回顧 2、基礎設施總量達到一定的規模、基礎設施總量達到一定的規模 公路建設得到中

4、央和地方各級政府的重視，公路建設得到中央和地方各級政府的重視，“要想富、先修路要想富、先修路”，公路建設的重要性逐步為，公路建設的重要性逐步為全社會所認識；在統一規劃的基礎上開始了有全社會所認識；在統一規劃的基礎上開始了有計劃的全國公路基礎設施建設，使公路建設有了計劃的全國公路基礎設施建設，使公路建設有了明確的總體目標和階段目標；公路建設在繼續擴明確的總體目標和階段目標；公路建設在繼續擴大總體規模的同時，重點加強了質量水平的提高，大總體規模的同時，重點加強了質量水平的提高，高速公路及其他高等級公路的迅速發展改變了高速公路及其他高等級公路的迅速發展改變了我國公路事業的落后面貌。我國公路事業的落后

5、面貌。 3 3、通行能力有了較大提高、通行能力有了較大提高 車輛通行能力與道路條件、交通條件、管制條件有車輛通行能力與道路條件、交通條件、管制條件有密切的聯系。要想切實地提高高速公路密切的聯系。要想切實地提高高速公路 的通行能力，的通行能力，一方面，營運管理公司要結合本路段的內部管理和外部一方面，營運管理公司要結合本路段的內部管理和外部環境的實際情況，具體問題具體環境的實際情況，具體問題具體 解決；另一方面，在解決；另一方面，在高速公路的建設和管理上要有前瞻的意識，充分做好預高速公路的建設和管理上要有前瞻的意識，充分做好預測，為日后工作打好堅實測，為日后工作打好堅實 的基礎，從而使我國高速公的

6、基礎，從而使我國高速公路這一新興行業，為國家和人民創造就更大的經濟效益路這一新興行業，為國家和人民創造就更大的經濟效益和社會效益。和社會效益。4 4、運輸市場供求關系發生了重大變化，行業、運輸市場供求關系發生了重大變化，行業管理體系初步建立，公路交通對經濟和社會發管理體系初步建立，公路交通對經濟和社會發展的適應狀況有了較大改善展的適應狀況有了較大改善 1.1.2高速公路運行中存在的問題1 1、高速公路數量不足，網絡結構不夠合理、高速公路數量不足，網絡結構不夠合理公路交通基礎設施規模總量不足，覆蓋面仍偏公路交通基礎設施規模總量不足，覆蓋面仍偏低。在高速公路方面，從絕對數量來看，我國低。在高速公路

7、方面，從絕對數量來看，我國高速公路總量僅相當于美國高速公路總量僅相當于美國2020世紀世紀6060年代的水年代的水平，占公路網的比重遠遠低于多數發達國家，平，占公路網的比重遠遠低于多數發達國家，高速公路總量同我國人口、經濟、資源的客觀高速公路總量同我國人口、經濟、資源的客觀需求相比，存在較大的差距。需求相比，存在較大的差距。2 2、交通事故率較高、交通事故率較高 我國的道路交通特點是人流量大，自行車和摩托車多，道我國的道路交通特點是人流量大，自行車和摩托車多，道路交通設施不完善和人車混合交通。由于人、車、道路及路交通設施不完善和人車混合交通。由于人、車、道路及環境四者之間在時間和空間關系上的平

8、衡失調，加上不少環境四者之間在時間和空間關系上的平衡失調，加上不少人遵守交通規則的意識不強，從而發生交通事故。人遵守交通規則的意識不強，從而發生交通事故。 3、交通擁堵嚴重 通常公認交通堵塞的原因如下：通常公認交通堵塞的原因如下： 汽車增加汽車增加道路容量不足道路容量不足4 4、環境污染日益加深、環境污染日益加深 汽車數量劇增，給自然環境中的空氣、土地資源、水資源、海洋、汽車數量劇增，給自然環境中的空氣、土地資源、水資源、海洋、人文環境及人類的生存和健康帶來許多不利影響。這些影響效應人文環境及人類的生存和健康帶來許多不利影響。這些影響效應往往相互疊加，引發出人類事先未曾預料到的諸多問題。往往相

9、互疊加，引發出人類事先未曾預料到的諸多問題。1.2ITS1.2ITS和高速公路監控系統研究與應用和高速公路監控系統研究與應用智能交通系統智能交通系統(ITS-intelligent Transportation (ITS-intelligent Transportation Systems)Systems)簡稱簡稱ITSITS，又稱智能運輸系統，是目前交通，又稱智能運輸系統，是目前交通運輸領域研究的前沿課題，將先進的計算機技術、信運輸領域研究的前沿課題，將先進的計算機技術、信息技術、通信技術、電子控制技術、交通工程技術等息技術、通信技術、電子控制技術、交通工程技術等有效地綜合應用整個交通運輸管

10、理系統有效地綜合應用整個交通運輸管理系統目錄v第一章 緒論v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路監控系統v第四章 禹閻高速公路監控系統v第五章 高速公路交通控制策略研究目錄 2.1 2.1 交通流定義和特性交通流定義和特性 公路上行駛車輛構成的車流稱之為交通流，公路上行駛車輛構成的車流稱之為交通流，不同的交通流表示車輛群體的不同運行狀態。不同的交通流表示車輛群體的不同運行狀態。人人( (駕駛員駕駛員) )、車、車( (車輛車輛) )、路、路( (道路道路) )是構成交通是構成交通流的三個基本要素。流的三個基本要素。2.1.12.1.1駕駛員和車輛的交通特性駕駛員和車輛的交通特性1.1.

11、駕駛員的交通特性駕駛員的交通特性 反應特性是駕駛員最重要的特性之一。反應特性是駕駛員最重要的特性之一。對駕駛員來說，特別重要的是制動反應時間對駕駛員來說，特別重要的是制動反應時間 2、車輛的交通特性 通常所稱的車輛，是指在道路上行駛的機動車和非機動車。汽車在機動車中占有支配地位，在設計和分析交通設施時必須充分地考慮車輛的特性。車輛尺寸車輛尺寸 動力性能動力性能 制動性能制動性能 汽車的制動性能還體現在制動效能的穩定性和制動時汽車的制動性能還體現在制動效能的穩定性和制動時汽車的方向穩定性汽車的方向穩定性 2.1.2道路的交通特性道路的交通特性 道路是供行人步行和車輛行駛的設施的統稱。道路道路是供

12、行人步行和車輛行駛的設施的統稱。道路按照所處的地區不同可以分為公路、城市道路、廠礦道按照所處的地區不同可以分為公路、城市道路、廠礦道路、林區道路、鄉村道路等等。通常，把位于城市及其路、林區道路、鄉村道路等等。通常，把位于城市及其郊區以外的道路，稱為公路郊區以外的道路，稱為公路; ;而位于城市范圍以內的道而位于城市范圍以內的道路，則稱為城市道路路，則稱為城市道路 2.2.12.2.1交通流基本參數交通流基本參數 交通流運行狀態的定性、定量特征及其隨時間、空交通流運行狀態的定性、定量特征及其隨時間、空間變化的規律稱為交通流特性。用來描述和反映交通流間變化的規律稱為交通流特性。用來描述和反映交通流特

13、性的物理量稱為交通流參數。特性的物理量稱為交通流參數。2.22.2交通流基本參數及其之間的關系交通流基本參數及其之間的關系交通量交通量q q是指單位時間是指單位時間T T內通過某地點或斷面的車內通過某地點或斷面的車輛數輛數N N。交通量分為日交通量、小時交通量、流率等，一交通量分為日交通量、小時交通量、流率等，一般采用小時交通量，單位為般采用小時交通量，單位為Veh/hoVeh/ho 車速車速u是指車輛在單位時間內通過的距離。車速是指車輛在單位時間內通過的距離。車速分為地點車速、行駛車速、區間車速、時間平均車速分為地點車速、行駛車速、區間車速、時間平均車速和空間平均車速等。和空間平均車速等。

14、(1)(1)密度密度k:k:是指一定長度的車道內瞬間擁有的車輛數，單位為是指一定長度的車道內瞬間擁有的車輛數，單位為(Veh/km/Lane)(Veh/km/Lane)。 (2)(2)道路占有率道路占有率: :分空間占有率分空間占有率o,o,和時間占有率和時間占有率O O 在觀測路段長度內，行駛車輛的總長度占該路段長在觀測路段長度內，行駛車輛的總長度占該路段長度的比例稱為空間占度的比例稱為空間占 在一定時間內，車輛通過某道路上的任一截面所需時在一定時間內，車輛通過某道路上的任一截面所需時間的累計值與觀測間的累計值與觀測 4、車頭時距和車頭間距 (1)車頭時距 車頭時距是指前后兩輛車經過車道上某

15、一地點的時間間隔。 (2)車頭間距 車頭間距是指在同一時間內，相鄰兩車輛之間的空間距離。目錄v第一章 緒論v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路監控系統v第四章 禹閻高速公路監控系統v第五章 高速公路交通控制策略研究目錄3.13.1高速公路監控系統概述高速公路監控系統概述 高速公路交通工程機電系統由收費系統、監控系統、通信系統三大系統，以及照明通風系統和供配電系統組成。3.1.13.1.1高速公路交通監控系統的目標及作用高速公路交通監控系統的目標及作用 I I、監控系統的目標、監控系統的目標 (1)(1)準確地檢測道路交通流參數和氣象數據準確地檢測道路交通流參數和氣象數據; ; (2)

16、 (2)有效地監視道路交通和氣候變化，及時掌握道有效地監視道路交通和氣候變化，及時掌握道路運營狀況路運營狀況; ; (3) (3)及時發現和處理安全隱患，減少交通事故，降及時發現和處理安全隱患，減少交通事故，降低事故的嚴重性低事故的嚴重性; ; (4) (4)減少偶發事件、交通事故及惡劣氣候對道路交減少偶發事件、交通事故及惡劣氣候對道路交通的影響通的影響; ; (5) (5)當交通量達到飽和時，利用交通流模型理論分當交通量達到飽和時，利用交通流模型理論分析交通狀態，對交通流進行誘導和控制，以提高路網通析交通狀態，對交通流進行誘導和控制，以提高路網通行能力。行能力。 2、監控系統的作用、監控系統

17、的作用 (1)(1)準確及時采集交通流、交通環境和主要交通設施的各種狀準確及時采集交通流、交通環境和主要交通設施的各種狀態信息。態信息。 (2)(2)根據己掌握的信息，通過交通流模型分析，迅速做出有針根據己掌握的信息，通過交通流模型分析，迅速做出有針對性的處理和優化控制方案，并立即執行。對性的處理和優化控制方案，并立即執行。 (3)(3)建立多種信息發布渠道，為用戶提供信息服務，通過駕駛建立多種信息發布渠道，為用戶提供信息服務，通過駕駛員調整駕駛行為，該到交通流動態平衡。員調整駕駛行為，該到交通流動態平衡。 (4)(4)進行專項監控，如用視頻系統監視某大橋的車流通過情況，進行專項監控，如用視頻

18、系統監視某大橋的車流通過情況，探測和確認交通事件及路面使用狀態檢測等。探測和確認交通事件及路面使用狀態檢測等。 (5)(5)對交通事故作出快速響應，迅速排除事故根源和提供救援對交通事故作出快速響應，迅速排除事故根源和提供救援服務。服務。 (6)(6)建立道路交通數據庫，用以支持道路運行狀況評價，為改建立道路交通數據庫，用以支持道路運行狀況評價，為改善道路經營和交通管理的決策提供數據分析。善道路經營和交通管理的決策提供數據分析。3. 1.23. 1.2高速公路監控系統的構成及功能高速公路監控系統的構成及功能 根據監控系統的功能要求和設備特點，監控系統可根據監控系統的功能要求和設備特點，監控系統可

19、分為交通信息采集子系統、交通狀態檢測子系統、交通分為交通信息采集子系統、交通狀態檢測子系統、交通控制子系統、交通誘導子系統和計算機網絡子系統控制子系統、交通誘導子系統和計算機網絡子系統3.1高速公路監控系統構成示意圖 監控外場 監控中心 監控外場交通信息采集子交通信息采集子系統系統計計 算算 機機 網網 絡絡 子子 系系 統統交通控制子系統交通控制子系統交通狀態監測子交通狀態監測子系統系統交通誘導子系交通誘導子系統統3.2監控中心監控中心 監控中心是介于信息采集子系統和信息提供子系統之間的中間監控中心是介于信息采集子系統和信息提供子系統之間的中間環節，是監控系統的核心部分。環節，是監控系統的核

20、心部分。 3.2.1監控中心的功能監控中心的功能 監控中心的功能監控中心的功能宏觀監控功能宏觀監控功能宏觀監控功能宏觀監控功能監視全轄區交通運行狀態監視全轄區交通運行狀態監視全轄區交通運行狀態監視全轄區交通運行狀態監視各分中心的系統運行狀態，收集各監視各分中心的系統運行狀態，收集各分中心系統運行狀態信息，從中了解全分中心系統運行狀態信息，從中了解全系統設備故障率系統設備故障率統計分析各類交通數據、交通事故、異統計分析各類交通數據、交通事故、異常事件、處置對策的效果、設備完好率常事件、處置對策的效果、設備完好率等，為進一步的宏觀決策服務等，為進一步的宏觀決策服務交通事件的協調控制交通事件的協調控

21、制交通的宏觀優化交通的宏觀優化2 2、監控分中心的功能、監控分中心的功能 (1)(1)信息收集功能信息收集功能 (2)(2)信息分析處理功能信息分析處理功能 (3)(3)交通控制功能交通控制功能 (4)(4)特殊控制功能特殊控制功能 (5)(5)輔助管理功能輔助管理功能目錄v第一章 緒論v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路監控系統v第四章 禹閻高速公路監控系統v第五章 高速公路交通控制策略研究目錄4.1、禹閻高速公路機電工程、禹閻高速公路機電工程 禹閻高速公路機電工程包括監控系統、收費系統、通信系統、照明系統和供配電系統。禹閻高速公路監控系統功能禹閻高速公路監控系統功能 誘導、控制誘

22、導、控制功能功能 功功 能能 信息處理信息處理決策功能決策功能自診斷功能自診斷功能信息收集信息收集功能功能 道路處理、統道路處理、統計、查詢、顯計、查詢、顯示功能示功能 信息發布功信息發布功能能 數據備份和數據備份和系統恢復功系統恢復功能能 安全管理安全管理功能功能 信息傳輸信息傳輸功能功能 事故、事事故、事件輸入功件輸入功能能 三、系統總體構成和系統網絡構成三、系統總體構成和系統網絡構成 總體主要有：系統構成、監控分中心、外場設備、信息傳輸。系統網絡為計算機網絡、閉路電視網絡。目錄v第一章 緒論v第二章 高速公路交通流模型v第三章 高速公路監控系統v第四章 禹閻高速公路監控系統v第五章 高速

23、公路交通控制策略研究目錄5.1、高速公路交通控制策略研究、高速公路交通控制策略研究 5.1.1高速公路主要采用的交通控制策略可分為三高速公路主要采用的交通控制策略可分為三種種:入口匝道控制，主線控制，通道控制。入口匝道控制，主線控制，通道控制。一、高速公路入口匝道控制一、高速公路入口匝道控制 1、實施入口匝道控制應具有如下條件、實施入口匝道控制應具有如下條件: (1)通道中的各條公路具有可供車輛選用的通行能力。通道中的各條公路具有可供車輛選用的通行能力。 (2)收費廣場有足夠的引道供車輛停留和轉移。收費廣場有足夠的引道供車輛停留和轉移。 (3)匝道匯流點有足夠長的變速車道。匝道匯流點有足夠長的

24、變速車道。 (4)匝道控制策略應對長途和短途車輛都有效。匝道控制策略應對長途和短途車輛都有效。 2、入口匝道控制方法：入口匝道控制包括匝道調節和匝道關閉、入口匝道控制方法：入口匝道控制包括匝道調節和匝道關閉兩種形式兩種形式 二、主線控制方法二、主線控制方法 (1)(1)主線速度控制通過設置可變限速標志來限制行車速主線速度控制通過設置可變限速標志來限制行車速度。度。 (2)(2)車道使用控制不僅僅是一種緊急控制手段，而且車道使用控制不僅僅是一種緊急控制手段，而且也是提高道路通行能力也是提高道路通行能力和向公共交通、合用車輛提供優先服務的手段。常用的和向公共交通、合用車輛提供優先服務的手段。常用的

25、有有: :車道關閉控制，可逆車道變向控制，公共汽車、合用車道關閉控制，可逆車道變向控制，公共汽車、合用小客車專用車道。小客車專用車道。 (3)(3)駕駛員信息系統利用標志板或通信工具向行車者駕駛員信息系統利用標志板或通信工具向行車者提供有關道路、交通或氣象等信息，促使它們采取適當提供有關道路、交通或氣象等信息，促使它們采取適當措施，例如繼續按原來路線行駛或從高速公路轉移等。措施，例如繼續按原來路線行駛或從高速公路轉移等。 (4)(4)特殊路段控制是對高速公路主線上的特殊情況進特殊路段控制是對高速公路主線上的特殊情況進行控制。行控制。三、高速公路通道控制三、高速公路通道控制 （1）通道控制策略）通道控制策略 以高速公路為主體，將臨近的平行道路、以高速公路為主體，將臨近的平行道路、聯系道路和城市環城道路組成公路網，實施統一管理聯系道路和城市環城道路組成公路網，實施統一