隧道交通组织及控制策略(共25页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 绪 论1.1公路隧道控制管理系统的国内外现状及发展趋势1.1.1公路隧道控制管理系统的国内外现状及发展趋势自改革开放以来，随着我国经济的迅速发展，公路建设日新月异，公路里程逐年增加，公路等级逐步提高。第二次全国公路普查结果显示，除港、澳、台地区外，到2001年底，我国公路总里程达到169.8万公里，居世界第四位。截至2002年底，我国高速公路总里程达2万公里，跃居世界第二位。按国家对高速公路发展的远景规划，到2010年我国将建成“五纵七横”共约3.6万公里的以高速公路为主的公路主干网。随着高速公路、一级公路的迅速发展，公路建设逐步从平原地区、经济相对发达地区转

2、向山区、经济欠发达地区。为克服地形与高程障碍、改变线行、缩短公路里程、提高道路服务水平，道路路线设计时往往采用隧道方式穿过高山。隧道在特定条件下具有其它路线方案难以替代的作用，所以隧道在高等级公路上广泛应用，而且隧道的适用环境也越来越复杂，隧道越建越长。2003年11月，北京至福州高速公路“咽喉”控制性工程的美孤林隧道实现全隧道零误差贯通，隧道全长11.2km，这是我国已建成贯通的最长的高速公路隧道工程，而已经落成的终南山隧道全长18.4km，长度居亚洲第一，世界第二。隧道工程的发展趋势在给公路交通创造有利条件的同时，也给隧道的运营管理提出了特殊的要求，并为其发展提供了契机。上海延安东路隧道与

3、深圳梧桐山隧道在我困较早地实现了隧道监控。上海延安东路隧道监控系统是一个多系统的集成，包括中央计算机、电力SCADA、交通监控、火灾报警、闭路电视、收费管理、有线通信、无线通信、有线广播等九个分系统:其监控层的主控层网络采用的是双光环网，通讯模块选取AB公司的PLC及其DH十网和Phoenix Digita!公司的1771 PLUG-IN光纤通讯模块作为交通、电力子系统的主通一讯干道。此后，成渝高速公路的中梁山隧道、绍云山隧道等高等级公路隧道，通过引进国外设备与自主开发相结合实现了隧道监控。温州景山隧道是我国第一个采用分布式现场总线LonWorks网络技术对公路隧道进行监控的隧道。1.1.2公

4、路隧道控制管理系统的国外研究与应用情况 国外的公路隧道监控系统的建设较国内成熟。意大利TANA公路隧道全长20km,有4座双洞隧道，最短的超过800m，洞内每隔125m安装一个环形线圈检测器，用以检测洞内交通事故和堵塞长度;在隧道入口处，装有三色交通信号灯。美国纽约林肯隧道全长2500m，内设三车道，每条车道上设置了8个环形线圈检测器，6个光电池式检测器，9台工业电视摄像机;还配有巡逻车和一些通信手段，随时向控制室传送有关洞内的交通信息。当某一车道上车辆密度超过35辆/km时，隧道入口交通信号灯就由绿色变成黄色闪烁，同时由入口警报显示板显示出“行车注意”等信息。法国勃朗峰隧道全长11600m，

5、洞内推荐速度为70km/h，最小车头距为1 OOm，采用雷达式车辆检测器测量隧道内的车辆数和区间密度;隧道内安装有CO/VI检测器、风速/风向检测器、车辆检测器，并设有相应的计算机系统和显示系统;隧道内有完善的通风换气装置以及照明、供电设备;在洞外一定范围内进行预监控与检测，避免有事故隐患的车辆进洞。1.2公路隧道监控系统的现状与发展趋势随着隧道长度的增加，隧道运营安全已成为社会广泛关注的问题。公路隧道空间狭窄，光线条件差，空气质量低劣，环境噪音大，比正常路段更容易发生事故。因迂回空间有限，隧道内的事故处理比较困难，中断交通时间较长；若发生火灾或重大交通事故，危险性更大，疏散和救援更加困难。如

6、何在灾害发生时，给司乘人员提供逃生信息，尽可能地减少灾害带来的损失，就需要事先制定预案，即救灾疏散策略。在隧道一旦发生灾害时，可根据事故点位置和程度及时启动预案，根据救灾疏散策略进行交通诱导与控制，利用车行横洞和人行横洞尽快地疏散洞内的车辆和人员，防止二次事故的发生，减少人员伤亡和财产损失，营造安全、舒适、畅通的交通环境，提高运营管理水平。目前，从公路隧道运营状况来看，闭路电视监控系统、环境信息检测系统、通风与照明控制系统、火灾报警系统、消防救援系统、紧急呼叫系统、供配电系统一与通讯系统技术上比较成熟，但部分系统的应用效果不是很理想，交通诱导与控制系统大多数依赖手动控制，检测采集的交通信息、坏

7、境信息得不到充分的利用。从系统结构来看，大多数隧道监控系统采用集散式控制模式，不但布线复杂、施工困难、维修养护不方便，而且工程造价高、可靠度低。从系统设备来看，目前国内已能生产所有的隧道监控设备，但其设备的智能化水平低，部分产品没有标准化和规范化，降低了隧道监控系统的整体可靠性。公路隧道监控系统主要是为了进行交通控制，防患于未然，其关键是解决控制模式和提高控制软件智能化水平。从系统结构考虑，系统控制应从集散式控制系统逐步发展为现场控制，从多级控制发展为二级控制，通过互联网进行数据交换和信息共享，从而提高系统的可靠性和维护操作的方便性，降低工程造价。从系统设备考虑，应提高检测设备的水平，大力发展

8、数字化与智能化仪器仪表，发展无线通讯与控制产品，实现遥测、遥讯、遥控，如通过图像处理检测器检测交通参数，既为交通控制、通风控制提供了依据，又对隧道的运营状态进行了监控，达到检测与监视的统一。从系统功能考虑，火灾报警系统应达到自动检测与消防的联动，根据火灾类型与严重程度自动制定灭火与救援措施:通风控制系统不但要考虑隧道的环境指标，而且要考虑交通运营状态，既要为司乘人员提供良好的环境，又要节约能源、提高设备的使用寿命;交通诱导与控制系统应能自动判别交通状态、异常自动检测与处理，为驾驶员提供交通与环境信息，进行路线指示、引导与诱导，提高车速，降低事故率与事故的严重程度及阻塞、火灾时的疏散时间。公路隧

9、道交通工程是一个多学科的边缘科学，包括隧道交通诱导与控制、通风与照明控制、火灾报警及消防救援、闭路电视监控系统、其它管理设施及人员编制等，其运营投资不是一次性可以完备的，需长期大量能源投资。现今技术水平下，大多数隧道管理单位收益远低于投资，其中供电的长期性造成大量能源浪费，成为隧道营运中最头疼的问题。如何组织最优交通流通行，使能源投资达到最小已成为行业界内最关注的问题，大多数学者人士致力于通风照明的节约之中，希望从中获取能源利用的最优值。由此可见，在安全的前提下，进行隧道交通组织策略的研究对我国建设节约型社会具有重要的意义，也对隧道运营管理水平的提高具有不可限量的意义。1.3本文研究的主要内容

10、 本文将以公路隧道的概念和相关专业知识为基础，描述了隧道交通的基本特点和公路隧道交通中信号设施的建立，并根据隧道监控系统的国内外现状及发展趋势，结合我国公路隧通监控系统建设的实践及要求，对隧道交通诱导与控制系统存在的问题进行分析和研究，力求在隧道运营管理过程中，通过检测到的交通信息，采取合适的交通组织与控制方式，使行驶于隧道内的动态交通流与静态交通服务设施的达到协调，及时发现异常交通象，并向随行的交通流提供相应的信息，为实施紧急救援措施创造条件，力求隧道运营管理达到三个“最”，即事故发生率最低、安全隐患最少、习不故损失最小。 通过分析隧道交通流特性，并结合国内外交通流模型的究结果，提出了一套适

11、合于隧道交通特性的宏观动态交通流模型，并对此模型进行了参数估。此模型能够以满意的精度描述 各种不同的交通状况以及相互间转变的过程，为隧道交通组织与控制策略的设计提供了理论基础。 介绍了隧道监控系统的功能和构成，阐述了隧道交通组织与控制系统的实现方式，给出了隧道交通正常情况下的交通组织及信号设置，并建立基于神经网络的隧道小时交通量预测方法，实时对隧道内交通量进行优化控制，达到隧道运营管理的最优、最节约的组织控制方略，该算法的建立使隧道的交通控制逐步走向智能化。 介绍了隧道交通事件或灾害时的交通疏导策略。在几种隧道交通情况(拥挤/阻塞、交通事故、火灾事故)下的交通控制方式，并通过视景仿真软件模拟了

12、一个具有普遍性的公路隧道，初步实现了隧道交通视景仿真。第二章 公路隧道交通的基本特征2.1隧道 2.1.1隧道的基本概念隧道（tunnel）是一种修建在地下，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通过的建筑物。隧道及地下工程（tunnel and underground engineering）有两个方面的含义：一方面是指研究和建造各种隧道及地下工程的规划、勘测设计、施工和养护，是一门应用科学和工程技术，是土木工程的一个分支；另一方面是指在岩体或土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物。在修建隧道时，一般在底层内挖出具有一定几何形状，如圆形、矩形、马蹄形等“坑道”，由于地层被挖开以后，容易变形

13、、塌落或有水涌入，所以除了在极为稳固的地层中且没有地下水的地方以外，大都要在坑道的周围修建支护结构，或称之为“衬砌”，以保证使用安全。衬砌的形状和尺寸，应能使结构受力最为合理，既不浪费材料又能稳固结构，以保证隧道安全的使用。以交通为用途的隧道，其两端将自地面引入。隧道端部外露，一般都修筑有保护洞口和排放流水的挡土墙，称之为“洞门”。此外，为了保证隧道的正常使用，还需设置一些附属建筑物，如为维护、检修和人员疏散而设置的横洞；为保证车辆正常运行而设置的照明设施；为排除隧道内渗入的地下水而设置的防排水设施；为净化隧道内车辆所派出的烟尘和有害气体而设置的通风系统。 2.1.2隧道的种类隧道的种类繁多，

14、从不痛的角度有不同的分类方法。从隧道所处的地质条件来分，可分为土质隧道和石质隧道；从隧道埋置的深度来看，可分为浅埋隧道和深埋隧道；从隧道所在的位置来看可分为山岭隧道，水底隧道和城市隧道。分类比较明确的还是按照它的用途来划分，可以有下面几种。1、 交通隧道这是隧道中位数最多的一类，它们的作用是提供运输通道，其中有以下几种类型：1）铁路隧道2）公路隧道3) 地下铁道4）水底隧道5）航运隧道6）人行地道2、水工隧道，它是水利枢纽的一个重要组成部分，主要有以下几类： 1)饮水隧道2)尾水隧道 3）导流隧道或泄洪隧道 4）排沙隧道3、市政隧道，它是城市中为安放各种不同市政设施的地下孔道。把市政设施放在地

15、下，既不占用地面空间，又不扰乱高空位置和损坏市容。市政隧道有： 1）给水隧道 2）污水隧道 3）管路隧道 4）线路隧道 5）人防隧道4、矿山隧道，在矿山开采中，常设一些隧道，从山体以外通向矿床。 1）运输巷道 2）给水隧道 3）通风隧道 2.2 公路隧道随着社会生产的发展，高等级公路增多，它要求交通线路顺直、平缓，路面宽敞，于是在穿越山区时，于是在穿越山区的时候，常采用隧道的方案。此外，在城市附近，为避免平面交叉，利于高速行车，也常采用隧道方案。这类隧道在改善公路技术状态和提高运输能力方面起到了很好的作用。公路隧道按其长度可分为特长隧道、长隧道、中隧道和短隧道，其在山岭地区可用作克服地形或高程

16、障碍，改善线性，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；还可用来避免落石、塌方等危害。在城市可减少用地，构成立体交叉，解决交叉口的拥挤问题。在水下可不影响水路通航。在修建公路隧道时对其线路、界限与净空、横断面及附属建筑等都有相关的要求。公路隧道按其长度分类如下表所示。 2.2.1公路隧道线路隧道内的线路是整条线路中的一个区段，设计时首先要满足露天线路的各种技术指标。而隧道内的环境比露天要差，在车辆运行或维修养护时，都处于不利的条件下，所以在设计隧道内的线路时，除满足露天所规定的技术指标以外，为适应隧道特点，还要附加一些技术要求。1、公路隧道线路平面很明显，线形是

17、越直越好。线路顺直，则距离短，行车速度快，在隧道内就更是这样。隧道如果位于曲线上，将有下列缺点：1) 曲线隧道的建筑限界需要加宽，开挖尺寸相应的加大，不但增大了开挖土石方数量，也增加了衬砌的圬工量；2) 曲线上，隧道断面是变化的，不同断面上的支护和衬砌的尺寸不一致，因而施工时，技术上较直线段复杂；3) 因为洞身弯曲，洞壁对气流的阻力加大，使通风条件变差；4) 由于曲线关系，洞内进行施工测量时，操作变的复杂，精度也有所降低；5) 曲线隧道的养护和维修工作条件不如直线隧道，而反向曲线隧道的条件比同向曲线隧道更差。鉴于上述缺点，隧道内的线路最好采用直线。但受到地形的限制，或是地质的原因，特别是线路走

18、向需要时，往往不得不采用曲线。隧道中曲线设置总的原则是应采用较大的曲线半径和较短的曲线长度，并尽量设在洞口附近，以减少其不利影响。公路隧道内应避免设置平曲线，如必须设置时，宜采用不设超高的平曲线半径，并应满足停车视距的要求，这就要求曲线半径不能太小。因为小半径曲线会产生视距问题，即驾驶员视线不好，容易发生交通事故。要保证视距，势必要加宽隧道断面。而设置超高时，也会导致断面加宽。断面加宽会增加工程造价，也增加了施工的难度。由于隧道内一般是禁止超车的，所以不能采用超车视距，而应采用停车视距。根据停车视距可以换算出不设超高的最小平面曲线半径。2、公路隧道线路纵断面公路隧道的基本坡道形式有单坡道和人字

19、坡两种，总破最小坡度不应小于0.3%，以利于排水。最大坡度不应大于3%，且以控制在2%以下为最好，这是因为当坡度大于2%时，汽车上坡行驶时排放的的有害物质会加剧增加，为通风效果考虑，宜将坡度控制在2%以内。原则上，应尽量避免采用平坡。对单向通行的隧道，设计成单坡（下坡）对通风是非常有利的，因为汽车都是下坡行使的，发动机处于低功率状态，产生的有害气体少，但坡度不要大于3%，否则施工时，高位洞口的施工会有难度。对采用自然通风的隧道，因为洞口两端的高差是觉得通风效果的重要因素之一，所以坡度可尽量采用上限值，但也不能大于3%。采用人字坡的隧道，有利于施工时隧道两端的出渣和排水，但通风较差，所以将坡度控

20、制在1%以下为宜。隧道内的纵坡变更处均应设置竖曲线，应尽量选用大半径竖曲线，以利于行车平顺、通视和通风。 2.2.2公路隧道界限与净空隧道净空是指隧道衬砌内轮廓线所包围的空间。隧道净空是根据隧道建筑界限确定的。隧道建筑限界是为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全而规定的在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。隧道建筑限界是指衬砌内缘不能侵入的轮廓线。 2.2.3公路隧道横断面隧道的净空限界确定以后，就可以据此进行隧道横断面的初步拟定。由于隧道衬砌是一个超静定结构，不能直接用力学方法计算出应有的截面尺寸，而必须先拟定一种截面尺寸，按照这个截面尺寸来演算在荷载作用下的内力。如果截面强度不

21、足，或是截面强度富裕太多，就得调整截面，重新计算，直至合适为止。所以，再设计隧道衬砌时，需要根据经验初步拟定一个以计算的结构截面形状以及它的尺寸。初步拟定结构形状和尺寸可以采取经验类比的方法，或是规范制定的方法。在隧道断面形状设计时需要考虑的因素有以下几点：a) 隧道的内轮廓必须符合隧道建筑净空限界，结构的任何部位都不能侵入限界以内。同时，隧道内轮廓还应该考虑通风、照明、安全、监控等设施所必须的富余量。b) 采用施工的方法能确保断面的形状及尺寸有利于隧道的稳定。c) 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减少洞室的体积，即使土石开挖量与圬工砌筑量为最省。因此，内轮廓线一般紧贴限界。但其形状又不能如限界

22、般曲折，要平顺圆滑，以使结构在受力及围岩稳定方面均处于有利条件。d) 结构的轴线应尽可能的符合在荷载作用下所决定的压力线。若是两线重合，结构的各个截面都只承受单纯的压力而无拉力最为理想。山岭隧道衬砌的断面形状根据围岩压力的性质和目前的一些施工方法，通常采用圆拱石墙式或曲墙式、全断面圆形或接近圆形等形式。当围岩的侧压力较小时，可采用直墙式侧壁断面，在地质条件差时可采用接近圆形的断面。公路隧道的建筑限界取决于公路等级、地形、车道数等条件；公路隧道的附属设施如通风、照明、消防、报警等设备都需要占有一定的空间，且每一座隧道均会因交通流量和隧道长度不同而要求不同。因此，公路隧道的横断面需根据其具体的要求

23、对每一座隧道进行单独设计。目前公路隧道大多采用单心园或三心园的拱形断面。2.2.4公路隧道附属建筑公路隧道仅有主洞好不能保证车辆安全通行，为了其安全营运，还必须修建一些附属设施，主要包括：行车横洞、行人横洞、紧急停车带、设备洞室、电缆沟槽及防排水设施等。1、紧急停车带 当隧道中行驶的车辆发生故障时应及时离开干道进行避让，以免发生交通事故，紧急停车带就是专供急停车使用的停车位置。尤其是在长大隧道中，故障车必须尽快离开干道，否则必然引起交通阻塞，甚至导致交通事故。因此，高速公路，一级公路的特长隧道和长隧道，应根据需要设置紧急停车带。为使车辆能在发生火灾时发生退避，对于10km以上的特长隧道还应考虑

24、设置方向转换场地（或称回车道设置）。紧急停车带的间隔主要根据故障车的可能滑行距离和人力可能推动的距离而定。一般很难断言其距离的大小，如小轿车较卡车的滑行距离较长，人力推动也较省力；下坡叫上坡时滑行的距离长，推动时也省力。依据经验，隧道内的紧急停车带的距离一般可取为500800m。我国目前参照国际道路常设委员会隧道委员会推荐值来确定紧急停车带的有关参数，即超过2km以上的隧道必须考虑设置2.5m、长2540m的紧急停车带，间隔约750m。2、人性横洞和车行横洞设计规范规定行车方向分离的双洞公路隧道，当长度超过400m时，宜设置人行横洞，长度超过800m时，宜设置车行横洞，以供巡查、维修和救援及车

25、辆转换方向之用。若隧道长度为400600m时，可再隧道中间设一个人行横洞，长度小于400m时，可不设人行横洞；当隧道长度为8001000m时，可在隧道中间设一车行横洞，长度小于800m时，可不设车行横洞。3、设备洞室对长大隧道而言，特别是高速公路隧道和一级公路隧道均有诸如消防设备、供电设备、通讯设备、控制设备和检测设备等这些设备都需要一个空间去安装，因此，需要预留相应的洞室。这些洞室应该做统一的规划，尽量使其分布均匀，几何尺寸一致，避免杂乱，讲究美观。4、电缆沟槽长大隧道一般都设置有通风、照明和交通监控等机电设施，与其对应的电力电缆、通讯电缆等需要分别敷设在不同的电缆沟槽内，同时，还应该沿线过

26、往的电缆提供相应的通道， 所以一般需要在隧道侧壁下部设置电缆沟槽，电缆沟槽一般应与排水沟一并考虑，并在适当的地点预留引出或者引入电缆的人井或手井。电缆沟槽应设置盖板。此外，公路隧道还需留有设置消防水管的位置，消防水管通常与电缆一起放置在电缆沟槽内，因此，在名称上，称之为其他设施预留沟槽更为确切。5、排水沟出常年干燥无水的隧道以外，一般的隧道都应该设置纵向排水沟，以便将渗漏到洞内的地下水和车道上的积水，顺着沿线方向排除洞外。排水沟的断面按排水量计算确定，但一般沟底宽不小于40cm，够深不应小于35cm。水沟应用预制的钢筋混凝土盖板遮盖。排水沟在一定长度上应设检查井，以便随时清理淤渣。水沟边墙上应

27、预留足够的泄水孔。2. 3公路隧道交通流运行特性 在规定的时间间隔内，公路隧道路段的可能运行状况与交通条件及几何线性有着密切的关系。车辆运行情况往往随车辆的技术状况、驾驶员特点和交通环境(道路条件、气象、车辆相互影响和交通管制等)而变化。 2.3.1隧道交通环境特点 相对于洞外公路而言，公路隧道属于半封闭环境，具有与洞外公路不同的交通坏境特点。 1.隧道“黑洞效应”和“白洞现象” 白天进入隧道前，由于隧道内外亮度差别极大，从隧道外部去看照明很不充分的隧道入口会看到黑洞(长隧道)及黑框(短隧道)现象;出洞时则相反，白天在隧道出口因外部亮度极高，出口看上去是个亮洞，视觉上出现眩光而倍感不适，即“白

28、洞现象”。“黑洞效应”和“白洞现象”对安全行车极为不利。 2、环境照度 由于隧道内空间狭长，隧道内存在大量的汽车尾气，坏境照度低(一般在5 - 1001x范围内)，故行车能见度差。 3、环境噪声 由于隧道内洞壁的反射，其环境噪声大，影响了驾驶人员的正常思维判断和反应能力。 4、空气质量 山于隧道能见度通常较低，加上入洞时的黑洞、黑框效应以及洞内的墙效应，隧道内常为事故多发段，并诱发各种齐样的火灾，而且易发生二次事故，其交通事故后果严重，这些都致使隧道内空气污染严重，一氧化碳和烟雾浓度大，影响驾驶人员的身体健康。 2.3.2隧道车辆行驶特性 由于公路隧道特殊的构造和环境，车辆在隧道内行驶与在开阔

29、的公路上行驶相比有很大的区别。 1、在正常行驶条件下，所有车辆必须各行其道，不得变线。除非有事故车占道，并有信号指令方可变线。在隧道内一般没有其它车道可供使用，所以在事发点上游易发生拥挤现象或造成堵塞。 2,隧道内禁止蛇行和超车，为此在隧道内应有分道标志线(实线)。 3,隧道内不得停车。如车辆发生故障，行驶的车辆不得不停车时，可以停在划定的紧急停车段内。为了防止后续车辆拥挤，紧急停车段应间隔划分，使停车数量不超过正常行驶时的交通密度。这种方式可以保证每条车道不会被车辆挤满，还可以提供另一个车道供其它车辆通过。2.4交通流基本理论 2.4.1交通流的基本参数 交通流运行状态的定性定量特征被称为交

30、通流特性，常用各种物理量描述交通流特性，并称这些物理量为交通特征变量或简称交通流参数。任何已知交通流的运行状态都是由速度、交通量或流率以及密度这三种主要度量指标来确定的。他们之间的基本关系可以表示为 (2-1)式中，流量，辆/小时;速度，公里/小时;密度，辆/公里。 2.4.2交通流特性基本参数之间的关系 1、速度一密度的关系广义的速度一密度公式可表示为 (2-2)式中， 当车流密度很小时，车流在自由状态下的最大车速; 当交通发生阻塞时，车速趋近于0时的最大车流密度。 2、流量一密度的关系将式(2-2)代入式(2-1)，得到 （2-3） 式(2-3)为抛物线方程，根据V一P关系式的不同，可得到

31、不同的表达式。 3、流量一速度的关系 同样通过速度一密度关系，可以求I_IL流量一速度关系为 （2-4） 由式(2-2), (2-3), (2-4)关系式可绘制V- P , Q-V, Q-P关系曲线图，见下图2-1所示。 图2-1交通量一车速一密度关系图2. 5公路隧道交通流检测设备2.5.1检测器设备车辆交通检测器产品的种类很多，检测的技术方式各不相同如表5.2, 5.3所示，如线圈、视频、微波、超声波、红外线等。根据其用途可分为两类，一类是用十交通数据采集，将采集到车流量、车速、车型、道路占用率等交通参数以报表、图形、图表等方式输出，为智能化的交通分析与道路管理提供基础信息;另一类是用十交

32、通异常事件自动检测，通过分析采集到的交通流参数的异常变化，判别交通事故和交通拥堵发生的存在，并向中央控制室发送异常警报。技术优点缺点环型感应线圈检测器*技术成熟、易于掌握*检测精度非常高*性价比高*适应性强 *安装过程对可靠性和寿命影响很大 *修理或安装需中断交通，对己建成的道路应用比较困难 *影响路面寿命 *易被重型车辆、路面修理等损坏视频检测器 *可为事故竹理提供可视图像 *可提供丰富的交通信息 *单台摄像机可检测多车道 *大型车可能遮挡随行的小行车 *阴影、积水反射、隧道内照度的变化、空气的污浊造成检测误差微波检测器 *在恶劣气候下性能出色 *可以侧向方式检测多车道 *可检测静止的车辆

33、*检测器安装精度要求高 *道路具有铁质的分隔带时，检测精度下降 超声波检测器 *体积小，易于安装 *使用寿命较长，可移动，架设方便 *检测精度受环境影响较大红外线车辆检测器 *可以侧向方式检测多车道 *可检测静止的车辆 *性能随环境温度和气流影响而降低通过上述表格的对比分析，环型感应线圈检测器的检测精度较高，但是容易损坏，以及在进行维护和安装过程中需封闭道路，对已建成的交通流量较大的道路应用起来比较困难;微波检测器具有检测精度高、可以检测多车道信息以及不受天气影响等优点，但是在道路上存在铁质分隔带或者周围存在较高建筑物遮挡时检测精度会受到一定的影响;超声波检测器采用悬挂式安装，不需破坏路面，也

34、不受路面变型的影响，还具有使用寿命较长，可以移动使用等优点，但是其检测效果容易受环境的影响;红外检测器检测同超声波检测器一样，检测精度容易受到风、雪、雨等自然环境的影响。通过以上分析，其中感应线圈和视频检测器能够较好的适用十隧道的运营和管理。这是因为，隧道内空间狭小，对交通检测设备安装要求苛刻;隧道相对较封闭，事故风险高，影响严重，其对交通异常事件的检测与识别有着较高的要求。所以，隧道内多采用感应线圈与视频检测器相配合，提高隧道整体的安全性。2.5.2布设方法 根据隧道内环境的特性可将隧道交通流检测设备安装如下图2-2所示：图2-2 隧道交通流检测设备安装图2. 6本章小结 本章简要介绍了隧道

35、的基本概念、交通流的基本理论知识和隧道内交通流检测设备及其布设方法。第三章 正常情况下公路隧道交通组织及控制策略3.1交通组织及控制系统概述 3.1.1 交通组织及控制系统的功能高速公路隧道组织及控制系统是高速公路隧道监控系统中的一个子系统，它的主要任务是根据隧道内交通流信息处理结果，判断隧道的运营状态，并根据相应的状态做出处理，提供诱导信息，诱导洞内车辆和驾乘人员以最佳方式驶离隧道，从而保证洞内车辆安全行驶，达到隧道通行能力的目的。作为高速公路监控系统的一个子系统，交通诱导与控制系统与行车人员的关系最为密切。交通信号系统用于隧道正常交通、火灾、事故、检修等特殊情况的交通控制，通过交通可关闭、

36、开放或改变隧道运行方式，打到减少事故、充分有效的使用隧道的目的。交通信号系统包括车辆检测器、交通信号灯、车道指示器、可变限速标志、可变情报板等设备。中心计算机根据各区域控制器检测到的交通流量、隧道运行工况模式，通过车道指示器、可变限速标志、交通信号灯和可变情报板来处理各种交通模式。隧道的交通流方式包括正常交通、双向交通、波动交通、夜间、事故、火灾、维护等多种情况。双洞单向隧道的运行模式一般可分为以下五种：（1） 双洞单向双车道运行模式（正常模式）（2） 左洞单向单车道，右洞单向双车道（3） 左洞单向双车道，右洞单向单车道（4） 左洞双向单车道，右洞关闭（5） 右洞双向单车道，左洞关闭系统根据不

37、同的交通量和隧道运行工况条件，选择不同的运行模式，已达到隧道最佳经济运行的目的，控制流程如图3-3-1所示。交通诱导及控制系统和cctv等子系统相结合自动判断进入隧道车辆是否为危险车辆，并决定是否允许其进入隧道，从而减少事故和火灾的可能性。隧道内一旦发生火灾或重大交通事故，交通诱导系统会控制隧道内车行横洞和人行横洞的开启，有策略有目的的进行事故条件下的交通诱导与控制，尽快的控制和疏散事故发生点后续车辆的进入，防止事故的进一步扩大和二次事故的发生，尽可能的减少人员伤亡和财产损失，并可视事故大小由原来运行模式改为其他运行模式，直至关闭单洞或双洞，同时对洞外车辆进行疏导和控制，并指挥救援人员进行救灾

38、。3.1.2诱导与控制策略隧道交通组织及控制就是格局实际交通情况选择不同的控制方法，调整交通和道路参数，提高行车安全和交通效率，减低事故发生率。主要的诱导与控制策略可归纳为隧道入口控制、可变速度控制、车道使用控制和路网交通控制四种。1,隧道入口控制 隧道入口控制就是通过控制公路隧道的交通需求来保持路段畅通，特别是控制高峰小时期间进入隧道的车辆数目。隧道入口控制包括入口调节和入口关闭两种形式。(1)入口调节入口调节是针对特长隧道而言限制隧道入口(联络道、立交处)交通流率的控制方法，对进入隧道的车辆进行计量控制，即按时间以一定的调节率控制进入隧道的交通量，通过调整隧道入口调节率可以消除交通拥挤现象

39、。（2）入口关闭 入口关闭属于隧道入口控制的极端情况，当上下游交通已达饱和，或入口处缺乏足够的容纳排队车辆的能力，或发生交通事件、火灾时，可通过采取人工设置栅栏、自动弹起式栅栏或采用不准驶入隧道标志等措施，暂时关闭隧道入口，常常伴有开启横洞疏导交通。2、可变速度控制 可变速度控制是通过设置可变限速标志来限制车速，使交通量一密度一速度达到最佳配合，提高道路通行能力。限速值由控制中心根据检测器数据及优化计算结果确定。可变速度控制分两种情况，一种情况是对即将驶入隧道的高速度车辆在隧道入口 前限速，这是因为隧道的特殊环境使司机对速度和距离的判断产生困难，故应在进入隧道区域前进行速度限制，以达到平滑交通

40、流的目的;另一种情况是当出现拥挤、交通事故以及改变交通引导方向时，应降低速度、疏导交通。3、车道使用控制 车道使用控制不仅是一种紧急控制手段，而且也是合理分流车辆、减少拥挤、提高道路通行能力的手段。常用的控制方式有车道关闭控制和可逆车道变向控制。 (1)车道关闭控制 当某车道上发生交通事故或进行隧道施工作业时，易产生安全问题，可根据情况暂时关闭该车道，禁止车辆行驶，以提高由于某种原因通行能力降低时的安全性和使用效率。对于不带停车车道的两车道对向交通隧道，必须进行关闭。对于每方向多于一个车道的隧道，且事故方向交通不会阻碍该隧道内其对向空闲车道交通时，车辆可沿事故点旁经过，同时发生事故点处的车道需

41、区段封闭。另外，为了给救援车辆提供快速救援车道，必须间断地封闭整个故障车道。可以通过车道指示器实现车道关闭控制。 (2)可逆车道变向控制 在发生交通事故期间，交通量会呈现较大的方向不平衡性，为了有效地利用道路空间，提高通行能力，常把反方向的某一条车道临时用作逆向车道，并通过车道指示器发布车道变相信息，及时疏导阻塞车辆。4、路网交通控制当隧道作为交通瓶颈出现在高速公路_日付，如果隧道发生交通事故、阻塞或禁止通行，可以通过隧道前方立交处的可变信息标志实现交通引导，及时把交通流引导到路网中其它高速公路上。3.1.3执行控制 1、系统控制方式 目前公路隧道的监控系统基木采用二级控制方式。隧道内的各种检

42、测信息经过隧道区域控制器预处理后，上传至中央控制室计算机。中央控制室计算机对上传信息综合分析后向隧道区域控制器发出各种控制命令，并通过隧道控制器驱动各终端控制设备。当控制计算机系统或通讯线路故障时，则由各区域控制器根据检测数据按预设的故障方案自动进行处理，以防止隧道内交通出现失控现象。中央控制室计算机的手动控制的优先级为第一级，自动控制的优先级为第二级。 在交通诱导与控制系统中，交通区域控制器收集区段内各设备的检测信息(包括路段交通量、密度和速度等)，对检测信息进行分析处理和存储，并将信息上传至中央控制室计算机系统，中央控制室计算.机系统依据上传的信息判断隧道交通情况( 正常、拥挤和阻塞等)，

43、并向交通区域控制器发送控制指令控制下端执行设备。在中央控制室计算机或通讯线路发生故障的情况下，由交通区域控制器对现场设备按预设程序实施控制。2、诱导与控制的设施交通诱导与控制设施主要用于收集和处理交通信息，根据车辆检测器数据分析、判断交通拥挤和阻塞等异常情况及发生地点和时间，做出相应的报警处理，同时接受中央控制室计算机传来的有关信息和命令，实现对隧道内交通流和交通状态的有效控制。交通诱导与控制设施按照选定的方案或控制指令实施诱导诱导与控制，如向道路使用者提供道路交通状况信息，对行驶车辆发出限制、劝诱、建议性指令，对交通管理部门、事故救助机构提供交通交通事故和其他异常事件的处置指令，对信息媒体或

44、社会提供更为广泛的高速公路交通信息，常提供的交通信息包括：不同地域的交通状况；异常交通交通现象发上的地点时间和事故类别信息；流入和流出诱导信息；车道或行驶速度限制信息；路网上工程施工与管理情况等。交通诱导与控制的重要终端设备主要包括交通信号灯、车道指示器、可变信息标志、可变限速标志和交通区域控制单元等，隧道中还设置各种隧道标志作为交通诱导与控制的辅助设施。同时火灾报警系统和紧急呼叫系统设备在交通诱导与控制中也起到提供信息、引导交通、发布信息等作用。（1） 交通信号灯 交通信号灯是根据隧道内采集到的各种交通信息如阻塞或其他其他异常情况，由计算机发出交通控制指令，控制信号灯改变颜色，达到控制交通流

45、的目的。其是通过与其距离较近的区域控制单元与中央控制计算机和控制台相连接，根据隧道的运营情况，可自动或手动改变灯色显示而达到交通控制的目的。 其安装在隧道入口附近，模型中的信号灯主要有“”、“”和“”三种方式。分别表示左行信号，隧道运行正常（不闪烁）与注意行驶过度信号（闪烁），禁止车辆前进信号。隧道入口一般要配有专门的信号灯，密封良好，显示清晰，视距不小于200m，色片度范围符合国际CIE标准。（2） 车道指示器由于隧道内的光线较暗，运营环境恶劣，车道指示器一般选用高亮度、高清晰度、密封性能良好的设备。车道指示器安装如图3-1所示。车道指示器与区域控制单元相连接，通过区域控制单元接受来自控制中

46、心计算机的控制命令，并传回状态表示。车道指示器一般由一组“” 、“”、“”形灯组成，分别为红、绿、绿灯。“”亮表示禁止车辆前进，“”亮时表示引导车辆左拐，“”亮时表示本车道允许车辆通行。车道指示器应造型美观，密封性能良好，显示清晰，显色范围符合国际CIE标准。图 3-1 车道指示器、可变信息板洞内安装位置示意图（3） 可变信息标志可变信息标志可根据实际交通状况的变化动态自动或手动选择计算机已存储的情报显示信息，也能根据临时情况及时编辑显示监控计算机的显示内容，然后以文字或图案的形式显示各种信息，提醒道路适用者注意隧道内交通状况，使道路使用者对前方路况做好充分的心理准备，预防事故发生，它对维持隧

47、道内外正常交通非常重要。可变信息板可采用LED、光电式、光纤或屏幕式等各种形式，可以以图形、文字或符号等方式为驾驶员提供各种信息情报。 气象及路面状况情报，包括雨、雪、雾、冰以及路面维护等。 交通运行情报，包括交通拥挤、阻塞、交通事故及发生地点等； 实时交通诱导信息。 可变限速标志可变限速标志是根据隧道内的实际交通运行状况和周围环境情况，改变洞内车道上车辆行驶速度限制值的动态标志，多用于隧道入口或内部，在发生交通拥挤、事故等情况时，可根据中央控制室指令改变其内容，确保行车安全。控制器直接连接在区域控制器上，通过区域控制器接受来自中心控制计算机的控制命令。（4） 区域控制单元区域控制单元一般由处理器单元、存储单元、通信单元构成，设置在区域控制器箱内，下端设备的数据送到区域控制单元经过处理编排，上传到中央控制室计算机。中央控制室计算机的命令、数据等送到区域控制单元下发到各个下端设备，由下端设备执行。区域控制单元可根据隧道内信息量和隧道监控模式合理设计。应符合下列