城市快速路匝道控制系统设计

　 城市快速路匝道控制系统设计

　摘要 城市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, 决定了城市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。本文通过对城市道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，运用在高速公路机电系统课程里所学到的交通监控技术，对城市快速路匝道控制系统进行自行设计，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 城市快速路 匝道控制系统 感应控制 流程图

　城市快速路简介

　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：

　Ⅰ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；

　Ⅱ快速路匝道间距比城市间高速公路短；

　Ⅲ快速路只允许机动车行驶，并且车辆行驶速度高；

　Ⅳ快速路主要为城市内中大量快速交通服务,在城市交通中起着主导性的作用。

　按照我国城市快速路设计标准,它应能为车辆提供快速、高效、舒适、安全的行驶环境。但随着经济的快速发展,机动车辆急剧增多, 加上快速路对出行者的吸，大量车流涌入快速路, 致使快速路交通需求超过交通供给, 交通阻塞现象屡见不鲜, 表现出行驶速度降低、交通事故增加、燃料消耗加大,空气污染加剧、运行效率降低等特征。

　由于城市快速路是整个城市交通大系统的一个重要组成部分, 故其构造上的特点决定了城市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,主要体现在以下两个方面:

　Ⅰ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;

　Ⅱ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。

　因此我们有必要把匝道控制问题与普通道路的交通控制问题相结合, 实现快速路与地面道路的综合控制。

　匝道控制系统特点及其控制原理

　（一）匝道控制系统简介。

　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：

　Ⅰ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构通；

　Ⅱ汇集与快速路相交的低等级的城市道路，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构通；

　Ⅲ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。

　由于匝道是供车辆驶出或进入快速路的单向交通路口，设置于快速路右侧，一般通过互通式立交匝道、高架路匝道、辅路匝道连接。由于出入口是衔接主、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、车辆行驶速度无法提高。因此，出入口在设置时应具有下列特点和要求：

　Ⅰ出入口应设置在主线车行道的右侧；

　Ⅱ出入口附近的平曲线、竖曲线应采用较大的半径；

　Ⅲ立体交叉区域宜设置单一出入口；

　Ⅳ出入口宜设置在平缓路段，设置出入口处纵坡不应大于 2%；

　Ⅴ入口处应保证一定的通视区域；

　Ⅵ出入口应采用缘石等设施与其它道路区别；

　Ⅶ出入口形式应明确，其集合实际应能防止车辆逆行。

　（二）匝道控制系统组成及工作原理。

　1.匝道控制系统组成。入口匝道控制系统主要由车辆检测器、信号灯和匝道控制机组成, 如图一所示。

　 图一：匝道系统入口组成

　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。

　2.匝道控制工作原理。入口匝道控制的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), 从而使快速路主线的交通运行在最佳状态附近, 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。最常用的是定时控制（见图二）和感应控制（见图三）两种形式。

　图三：匝道定时控制图

　匝道控制系统设计

　设计图。

　 本设计通过感应控制来控制匝道出入口。其控制系统的构成如图二所示。交通感应控制通过对快速路的交通参量(流量、占有率、速度、进出口匝道排队长度等)进行实时检测, 利用检测到的实时交通信息进行动态闭环最优控制。

　 图三：匝道控制设计图（感应控制）

　检测器。

　本设计所采用的检测器应该包括如下种类和数量：雷达测速仪装置2个，用来检测快速路上游开来车辆的速度；地感环形线圈若干（不低于4个），用来检测车流量；信号装置一套，用来控制匝道入口车流的驶入。

　埋设地点。

　Ⅰ将雷达测速仪布设在城市快速路匝道口上游100米左右的行车道上空，检测快速路上游开来车辆的速度；

　Ⅱ将环形线圈埋设在城市快速路匝道口下游100米左右，实时检测到路上的车流量，即实际通行能力；

　Ⅲ横挑式信号灯布设在匝道入口上空，且距汇集处100米左右，设置红绿灯，根据检测到的实时交通状况来放行砸到车辆的通行；

　Ⅳ匝道车辆停车线设置在红绿灯前面，距汇集处100米左右，指示匝道上的车辆停车。

　设计原理。

　Ⅰ以速度为60km/h作为速度的分界线。如果在雷达测速仪布设点检测到车速V>60km/h时，说明上游的车速很大，从而可以间接反映上游道路上的车流量并不大，但并不能说明下游车流量不大。此时还得通过下游检测器来加以辅助说明，如果线圈检测到的车流量接近于道路设计通行能力时，就把该信息反馈给控制灯，显示红灯一定时间，禁行；

　Ⅱ如果V>60km/h时，线圈检测到的车流量小于道路设计通行能力时，信号灯显示绿灯，放行；

　Ⅲ如果V<60km/h时，则下游一定达到饱和状态，此时信号灯显示为红灯，禁行。

　流程图。

　图四：匝道控制流程图

　信息反馈

　信息反馈

　信息反馈

　Y

　N

　Y

　N

　禁行

　红灯

　放行

　绿灯

　禁行

　红灯

　实际交通量

　环形线圈

　匝道入口下游100米

　V>60

　雷达测速仪

　匝道入口上游100米

　开始