快速路交通入口匝道的感应控制方法

快速路交通入口匝道的感应控制方法

文鑫垚

（重庆通拓交通规划设计有限公司 重庆 404100 ）

摘要：快速路系统是交通系统的一个重要组成部分，由于其构造上的特点，决定了快速路的交通状况受进出口匝道以及与之关联的地面道路交通状况的影响。本文通过对快速路及其匝道特点的分析，以调整供求，争取平衡的交通流控制为基本思路，运用交通监控技术，对快速路匝道进行设计，从而解决匝道入口处交通拥堵现象，准确而高效的进行车流引导，提高道路的服务水平。

关键词：匝道控制系统；感应控制

1 绪论

1.1 研究背景与意义

随着经济的发展、城市化进程的加快,人们日常出行的范围日趋扩大。汽车文明的发展，大大缓解了地域对人们生活和工作方式的束缚。但汽车的速度难以在城市中完全发挥，为改善出行的便捷性和可达性，城市快速路这一道路形态大量涌现。

快速路是指城市道路中具有四条及其以上单双向机动车道，并且设有中央分隔带，全部或部分采用立体交叉与控制出入，供车辆以较高速度行驶的道路，它是城市的主骨架，负担城市运输的重任。但不幸的是，城市快速路经常发生如下的情况：

1、不断从匝道“挤入”主线的车辆，迫使主线速度不断降低，从而导致入口匝道车辆难以汇入主线；

2、快速路入口匝道排队车辆的溢出，影响临近地面道路的正常运行

3、受地面交叉口作用，下匝道的车辆无法尽快消散，车辆排队蔓延，导致快速路主线阻塞。

在不断的恶性循环中，快速路不再“快速”，因此探寻适用于快速路的交通控制研究迫在眉睫。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

自从1963年美国芝加哥借助交警进行匝道控制开始，入口匝道控制技术和算法研究逐步进入了国外学者和专家的研究领域之中。到了90年代，随着入口匝道ALINEA方法的提出，入口匝道研究得到飞速发展。

1.2.2 国内研究现状

近十年，北京交通大学侯忠生教授及其学生，在快速路交通入口匝道控制方面做了大量工作，将无模型自适应控制与迭代学习控制成功应用到入口匝道控制中，发表了一系列研究成果。

2 匝道控制系统特点及其控制原理

匝道控制系统就是通过调整供求关系，抑制和转移需求量，通过调整交通和道路参数提高道路通行能力，实现供求动态平衡，使交通流达到预期的控制目标而设计的一套完整的系统。其功能和作用主要体现在以下三方面：

（1）快速路沿线单位、住宅、公共建筑群的自身交通出入，汇集于辅路后再与快速路沟通；

（2）汇集与快速路相交的低等级城市道路，如支路、胡同、小巷等以及小区的出入交通道，使其通过辅路与快速路沟通；

（3）解决快速路两侧平行行驶的低速交通工具(机动车和非机动车)的循环运行或短距离机动车行驶的交通。

出入口是主、辅路的衔接口，不能设置过多，否则造成快速路出入口间距短、车辆行驶速度低。因此，出入口在设置时应具有下列特点和要求：

（1）应设置在主线车行道的右侧；

（2）出入口附近的平曲线、竖曲线应采用较大的半径；

（3）立体交叉区域宜设置单一出入口；

（4）宜设置在平缓路段，设置出入口处纵坡不应大于 2%；

（5）出入口处保证一定的通视区域；

（6）出入口应采用缘石等设施与其它道路区别。

3 入口匝道感应控制

基本原理是通过控制由匝道进入快速路的车辆来调节快速路的车流量，使得快速路上的交通流密度维持在一个期望的水平，提高快速路主道的通行能力。入口匝道调节一般包括入口匝道定时控制、入口匝道感应控制、入口匝道集中控制、入口匝道智能控制。入口匝道感应控制可以较好的改善定时控制中匝道调节率不能随交通流变化的缺陷，它是根据快速路交通系统的实际交通状况，以实时检测数据为依据来设置匝道调节率，能够更好地缓解交通拥堵状况。

3.1 匝道控制系统组成

主要由车辆检测器、信号灯和匝道控制机组成, 如图所示。

图3.1 匝道入口组成

快速路主线检测器用于检测快速路主线的交通状况; 排队检测器用于检测入口匝道的车辆排队长度情况; 检入检测器用于检测是否有车辆到达停车线前等待; 检出检测器用于检测是否有车辆通过停车线; 交汇检测器则用于检测车辆是否顺利地交汇到快速路主线上; 信号灯用于指示车辆通行或在停车线前等待; 匝道控制机是入口匝道控制的核心部分, 执行入口匝道控制程序。

3.2 匝道控制工作原理

工作原理是通过调节从入口匝道进入快速路的交通量, 使快速路主线的交通需求不超过它的容量(即通行能力), 保证快速路交通通畅。

现假设 为快速路车道通行能力， 为车道交通需求量，则控制前提条件可以表述为：

Ⅰ 时，交通流为自由流，无需控制，但是仍需监视，以便处理紧急事故；

Ⅱ 时，若在多条路段的不同时刻出现多次时，说明整条公路的通行能力低于交通需求，此时控制难以改善交通现状，只有扩大道路通行能力，增加车道才能解决矛盾；

Ⅲ 且出现在高峰交通或者个别瓶颈路段时，此时可以通过各种控制手段来解决交通矛盾。

4 总结与展望

4.1 总结

为了充分发挥快速路的特点，应采取先进有效的交通管制措施，以舒缓或消除拥挤。在快速路匝道的协调控制中，应保证控制的实时性，同时为了保持干线的临界交通密度，以缩短入口匝道的排队长度为控制目标，对其进行最优控制。

4.2 展望

智能交通控制是未来快速路控制的发展方向。不同公路之间的数据传输和数据存储结构的设计需要标准化。交通流量预测需要创新，预测精度有待提高。随着智能交通系统和车辆定位技术的发展，如何将智能结合起来，将成为未来研究的重点。

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