交通管理与控制总复习

Yusialone2024-10-252024-10-27

交通管理与控制

内容

交叉口交通管理

交叉口分类：
- A类：信号控制交叉口
  - 平A1类：交通信号控制，进口道展宽交叉口。
  - 平A2类：交通信号控制，进口道不展宽交叉口
- B类无信号控制交叉口
  - 平B1类：干路中心隔离封闭，支路只准右转的交叉口（右转交叉口）
  - 平B2类：减速让行或停车让行标志的管制交叉口
  - 平B3类：全无管制交叉口
- C类：环形交叉口
  - 平C类：环形交叉口
无信控交叉口管理：
- 全无管制交叉口：具有相同或基本相同的重要地位，从而具有同等通行权的两条相交道路，因流量小，不做管理手段。
- 冲突：没有明确停止线、交通安全通过通视距离保证、视距线画在最易发生交通冲突的车道上、视距范围内不得有高于1.2m妨碍视线的物体。

快速路交通管理

优先通行交通管理

特殊事件交通管理

性质

交通管理法规

概述：道路交通使用者在通行过程中所必须遵守的法律、法令、规则和条例的统称。
地位：是交通秩序管理、交通行政管理、交通运行管理的支撑
概念：
- 法律法令由具有立法权的国家立法机关颁布并实施
- 规则条例由国家交通行政主管部分颁布并实施
交通法规的演变：
1. 1934年12月民国颁布了全国统一的道路交通法规《陆上交通管理规则》，是我国历史上第一部较为系统、完整的交通法规。
2. 新中国：1950《汽车管理暂行办法》，1988年《道路交通管理条例》，2003年《中国人民共和国道路交通安全法》
管理法规类型：
- 按层次：
  - 全局（全国）：
    - 政令：治安管理处罚条例
      - 法律：道路交通安全法、治安法
      - 技术规范：道路交通标志和标线
  - 局部（地方）：
    - 法律：北京市：《中华人民共和国道路交通安全法》办法
- 按过程：
  - 源头管理：
    - 车辆与驾驶人：车辆登记、车辆买卖、车辆保险、车辆维修、车辆检验、驾驶员管理
  - 过程管理
    - 道路管理：公路、城市道路、高速公路、收费超限应急
    - 道路运输：一般、城市公共交通、客运与场站、货运与场站、危险货物
  - 事后管理：
    - 交通事故处理：事故处理、事故认定、责任保险、损害赔偿。
    - 交通法规的制定：
    - 事故定义：
    - 1991《道路交通事故处理办法》：违反条例过其他规章制度，过失造成人身伤亡或财产损失的事故。
    - 2003、2007、2011、2021年《中华人民共和国道路交通安全法》：因过错或意外造成的人身伤亡或财产损失。
《中华人民共和国道路交通安全法》对比
- 2003版：
  1. 行人非机动车违反交通安全法律法规，减轻机动车责任。由行人、非机动车故意造成时，机动车不承担责任。
  2. 饮酒驾驶，处拘留、暂扣3-6月驾驶证、罚款。
- 2007、2011、2021年版：
  1. 行人有过错，适当减轻机动车的赔偿，机动车无过错时，赔偿小于10%，事故是由行人、非机动车故意造成时，机动车不承担责任。
  2. 饮酒驾驶，处拘留、吊销机动车驾驶证、罚款

交通秩序管理

基本框架：
1. 交通违法与事故管理
  - 交通违法管理：
  - 定义：公安交通管理部门以及交通警察为了保障道路交通安全与畅通对道路交通安全违法行为进行的纠正教育处罚等行政执法活动的总称。
  - 交通事故管理：
  - 定义：交通事故是一种法律事实，是一种现象，能够引起法律关系（行政法律关系、刑事法律关系、民事法律关系）的产生、变更与消灭，并导致一定法律后果的。
  - 事故责任：是当事人因交通事故产生的法律关系的确认。
2. 交通秩序管理设施
  - 道路交通标志
  - 设置原则：需要、统一性、连续性、易见、反光与照明。
  - 道路交通标线
  - 定义：标划于路面的各种线条、箭头、文字、突起路标、轮廓标等
  - 其他交通设施
  - 隔离设施：护栏、隔离墩、绿化隔离带
  - 道路照明：路面亮度、光源与灯具
  - 其他附属设施：
3. 道路使用管理
  - 交通活动使用
  - 非交通活动使用
4. 通行秩序管理
  - 机动车行驶秩序
  - 慢行交通秩序
  - 乘车候车秩序
  - 高速公路通行秩序

交通行政管理

基本框架：
- 宏观：交通体制、政策、规划和组织领导等
- 微观：交通协调指挥和控制，包括：
  1. 驾驶人管理
    - 驾驶证：对机动车驾驶人，全世界都使用驾驶证管理的制度
    - 驾驶人教育：视野盲区
    - 驾驶人驾车管理：行为规范、疲劳驾驶等
  2. 车辆管理
    - 车辆牌证管理（硬照+软照）：车辆牌照是全世界都采用的车辆管理的基本方法。牌证是验明违章车辆的依据，是查获车辆的关卡。
    - 车辆买卖管理
    - 车辆保险管理
    - 车辆维修管理
    - 车辆检验管理：GB7258《机动车运行安全条件》是机动车安全技术管理的最基本的技术性规范，是车辆检验的主要技术依据与重要依据。
      1. 初次检验
      2. 定期检验
      3. 临时检验
      4. 特殊检验
    - 车辆报废管理：国家对达到报废标准的机动车实施强制报废。
      - 报废年限：8-10年
  3. 路政管理：是指交通主管部分或其授权的公路管理机构依据《中国人民共和国公路法》和其他相关法律法规，为保护公路路产、维护公路路权以及为发展公路事业所进行的以公路为对象的行政管理。任务有：
    - 保护路产
    - 维护路权
    - 维持秩序
    - 保护权益

交通运行管理

定义：对道路上的车流、人流、与交通有关的活动进行引导、限制、组织协调。车流：动+静
构成：
1. 行车管理
2. 车速管理：强制按照规定车速行驶，保障安全。
  - 限速依据：
    - 视距分析：
    - 视野分析：隧洞视：速度越高，视野范围越小
    - 距离判断：
    - 无法根据对象来车估计相遇点位置
    - 判断与前车的车头间距往往偏小
    - 对迎面车速，低速高估，高速低估
    - 特征车速：85%，15%，50%
  - 控制方法：
    - 法规控制：电子眼、限速标志
    - 工程控制：减速墩
    - 心理控制：改变路面铺装
3. 车道管理：不改变物理性质情况下，对车道功能进行改变。
  - 单向交通：固定式单向交通、定时式单向交通、可逆性、车种性。
    - 交叉口复杂性计算公式：Nb(分流)+3Nm（合流）+5Nc（交叉）
    - 优缺点：
      - 优点：提高通行能力、降低交通事故、提高行车速度、利于干线协调控制；
      - 缺点：增加绕行距离、给公交乘客带来不便、易迷路、弱化了居住商业区的宁静性、弱化了街区的步行环境。
    - 适用条件：
      - 具有起终点相同的两条平行道路，距离在350-400m以内。
      - 具有明显潮汐特征的街道，宽度不足三车道可以实施可逆性单向交通。
      - 复杂的多路交叉口，某些方向交通另有出路的，才可将相应的进口道改成单向交通。
  - 变向交通：不同时间变换车道行车方向或者行车种类。
    - 优缺点：
      - 优点：合理使用道路、充分提高道路利用率、提高道路通行能力、解决交通流在时间分布上的不均匀性的矛盾有较好效果。；
      - 缺点：增加了交通管制的工作量以及相应的设施，要求驾驶人有较好的素质，注意力集中，尤其是过渡地段。
    - 适用条件：
      - 方向性：机动车数至少双向3车道。交通方向分布系数大于2/3，能满足相应的交通需求。
      - 非方向性：自行车借用机动车道仅适用于一块板、两块板道路，且能够满足交通需求，自行车借用非机动车道后，剩余车道应能满足自行车通行安全。行人借用自行车道适用于中心商业区。
  - 专用车道：专供某种类型的车辆通行的车道。（大型活动、公共交通、自行车）
4. 禁行管理：根据道路条件和交通条件，实行对机动车和非机动车的限制通行。（时段禁行、车种禁行、错日禁行、施工禁行、重量禁行）
5. 停车管理：
  - 停车管理困境：
  - 停车开口不合理（开口距离交叉口近，严重影响交叉口通行车辆）
  - 违章现象严重，路边占用非机动车、中央绿化开口处有大量违章停车现象。
  - 停车设施分类：路内停车设施、路外停车设施
  - 停车泊位与计算：长度一般为6m，宽度为2.6m。
  - 停车诱导系统：
  - 定义：通过交通信息显示板、无线通信等向驾驶人提供停车场的位置、使用状况、诱导线路等信息。
  - 功能：提高停车者的使用方便性、促进交通顺畅、确保交通安全、提高停车场的使用效率、增加商业区域的经济活力。
  - 一级屏（高速出口处，路况信息+停车位，给外地人提供信息）、二级屏（主干道上，停车场方位+停车位）、三级屏（各商场、酒店等的入口处，具体位置+停车位）
6. 交通优先管理
  - 公交优先设施：
  - 公交专用道：通过标志划分一条或多条车道给公交车专用。
  - 公交专用进口道、
  - 换乘衔接设施：地铁换乘等
  - 大容量快速交通公交系统
  - 公交优先管理：补贴政策，扶持政策、限制小汽车出行
  - 公交优先控制：调整信号相位方案、增加公交车通行次数、使用公交车感应信号。

对象

机动车交通管理

非机动车交通管理

定义：以脚踩踏板为动力出行的轮式人力机械交通工具
自行车管理：
- 为自行车提供那个舒适的空间：机非分隔，单向不小于3.5m，双向不小于4m
- 道路空间资源的重新分配：
- 慢行交通过街一体化
- 慢行交通优先通行设计
- 特殊路段自行车道的连续性设计

行人交通管理

步行管理：

人行横道
- 问题：
  - 缺乏必要的标志标线
  - 磨损严重、夜晚缺乏灯光师难以辨识
  - 人行横道上行人的过街路权缺乏保护
- 设置规范（不宜设置地点）：
  - 弯道纵坡等视距不足地方
  - 信号交叉口附近
  - 瓶颈路段
  - 车辆进出口附近
路中冲突
- 人不让车、车不让人
街角空间
- 市政设施、绿化、报亭占道严重
- 过大转角半径减小了驻足空间、增大了过街距离
过街信号
- 问题：
  - 红灯时间过长
  - 绿灯时间过短
  - 车辆过街与转弯车辆共用相位，干扰十分严重
- 二次过街信号灯设置规范：
  - 具有中央隔离带的交叉口和路段人行横道、宽度大于1.5m，需要设置二次过街信号
  - 人行横道大于达到16m，应在道路中央增设人行横道中央的人行横道信号灯。

范围

城市道路交通管理

城市间交通管理

策略

交通系统管理

交通需求管理

交通拥挤管理

看法：
- 交通拥挤是经济繁荣的象征
- 交通拥挤是对我们经济繁荣和生活方式最大的威胁之一、
描述：
- 流量与通行能力的失调
- 交通需求大于交通供给
- 运输交通系统由于交通的干扰处于不能在接受的水平
- 超过通行能力的那部分车辆滞留在道路形成的排队的交通现象
产生原因：
- 土地使用与交通的不协调
- 交通事件的发生
- 交通需求的增长
- 交通基础设施存在缺陷
分类：
- 产生原因：常发性拥挤、偶发性拥挤
- 先后次序分：原发性拥挤、继发性拥挤
- 接受程度分：可接受拥挤、不可接受拥挤
评价指标：拥挤程度、拥挤强度、拥挤持续、拥挤范围
- 平均行程速度、流量、车辆密度、占有率、饱和度、行程时间与延误
管理流程：
- 定位、分析现状与未来的交通拥挤程度
- 研究、评价有效的拥挤缓解方案，根据方案实施效益进行排除
- 评估、监测拥挤缓解方案的实施效果，持续更新和维护交通拥挤管理系统
策略措施：
- 增加通信能力：增加车道、立交
- 提高运行效率：优化配时、接入道路管理、限制车辆进入高速
- 管理需求，改变出行方式以及土地使用模式：鼓励公交与自行车、车道收费。
CMS/CMP：
- 包括制定目标、定义网络、发展评估、收集数据、分析问题、识别和评估策略、实施策略、评估有效性等。

交通组织优化

交通组织：综合运用交通工程技术，改善道路交通秩序、保障道路交通安全、提高交通运行使用效率，对交通流进行协调和安排。
交通组织优化：有限空间道路内，科学合理的分配使用道路，是交通保持安全、有序、高效。
优化原则：
- 分离交通流：各从其类
- 均衡交通流：时空协调
- 连续交通流：方式设施衔接
- 优先交通流：交通方式优先排序
- 疏导交通流：宁疏勿堵
优化层次：
- 宏观：政策，层次等
- 中观：地区地域交通组织
- 微观：
  - 压缩交叉口尺度，优化交通秩序
  - 待行区设置，提高空间利用率

特殊事件交通管理

定义：导致道路通行能力暂时下降、道路交通需求非周期性异常增大。
分类：
- 计划性：养护作业、节日聚会、音乐会、会展
- 突发性：天气、事故、损坏
影响：交通需求增大（不同种类、不同数量），通行能力减小（部分车道关闭）

交通系统管理（TSM）

定义：是一套技术、用于增加运输基础设施的容量，不增加其他大小。（通道管理和渠化，改善运作（交通信号协调、匝道计量））
策略原则：
- 方式转换提高交通效益
- 消除瓶颈增加交通供给
- 削峰填谷调节交通需求
- 系统组织促进交通供需之间的均衡
工作过程：
必要性与局限性：
- 系统管理聚焦的是如何提供更多的交通资源、
- 系统管理只能解决有限的交通问题

交通需求管理

增加出行选择，鼓励个人改变出行行为，或减少出行需求。
实施层次
- 土地使用
- 交通发生
- 交通方式
实施途径：
- 减少发生量：
  - 调整交通发生源
- 减少机动车交通量
  - 提高汽车利用效率
  - 变更交通方式
- 均匀交通量
  - 变更出行路径
  - 变更出行时间
策略分类：
- 短期策略
  - 合乘车
  - 公交改善
  - 高占有率车道
  - 改变工作时间
  - 改善步行与非机动车
- 中长期策略
  - 替代出行
  - 停车管理
  - 土地利用规划
  - 拥挤收费
需要从被动需求管理走向主动需求管理

单点定时信号控制

相位的“环-分界”（NEMA）：
1. 环（Ring）：
  - 环是指一组相位，这些相位可以同时进行但不冲突。每个环包含若干个相位，环内部的相位可以按照一定的顺序进行控制。
  - 每个环通常与一个或多个方向的交通流相关联，比如南北向或东西向。
2. 分界（Barrier）：
  - 分界是用来分隔两个环的时段，确保两个环内的相位不会同时发生冲突。分界强制两个环在一定的时间段内互相停止，以便安全地进行相位转换。
  - 分界的存在确保了环与环之间的相位转换是安全的，并且避免了同时发生的冲突。
基本概念：
- 损失时间：
- 前损失：绿初损失（启动损失）
- 后损失：黄灯后期，汽车选择停车
- 全红时间
基本概念：
- 流量：
  - 设计流量(q)：高峰小时最大15min中流率扩算得到的小时流量。
  - 设计流率(q)：按设计流量换算的一定时间的车辆数。
- 饱和流量(s)：一次连续的绿灯时间内，进口道一系列车队能够通过进口道停止线的最大车辆数，pcu/小时
- 流量比：y=q/s
- 有效绿灯：ge=g（显示绿灯）+I（绿灯间隔）-Ls（损失）
- 绿信比：λ=ge/C（周期）
- 通行能力（CAP）=λs
- 饱和度：q/CAP
- 分配：ba
- 公平：等饱和分配
- 富裕：最小平均延误

最优周期的一般形式：C=xL/(x-Y)[其中L为总损失时间，Y为各个相位流量比之和]
以Webster为例：
C=（1.5*L+5）/（1-Y）
过程：

确定各个车道饱和流量S，注意单位
计算各个相位临界车道流量比，yi=qi/si
计算总损失时间：L=li+AR（全红时间）
计算周期长度C=（1.5*L+5）/（1-Y）
计算绿灯时间：Ge=C0-L
计算各个相位有效绿灯：gei=Ge*yi/Y
单相位通行能力：Ni=gei*Si/C
总通行能力N =(C-L)*S/C

在城市路网的一信号控制交叉口，若采用三相位信号控制，各入口直行两车道，东西左转各 1车道，各方向车辆到达率为：北方向850 pcu/h ，南方向700 pcu/h ，东直行800 pcu/h ，东左转400 pcu/h，西直行450 pcu/h ，西左转250pcu/h。设每个直行相位损失时间3.5s，左转相位损失时间3s，每个相位A=3s，AR=1，每车道饱和流量S=1800 pcu/h 。
试计算该路口信号控制的有关配时参数，并作出信号配时图；

相序会影响全红时间，全红时间计算是由上一个相位最后一个车辆与下一个相位最前方的车辆冲突点时间。
状态指标：
排队长度：

感应控制：
初期绿灯时间=最小绿灯时间+单位延长时间
单位绿灯延长时间应能使车辆通过检测器后能开出停车线：
半感应：仅有一条路有检测器
主路优先：

次路优先：按照最小绿灯时间运行
全感应：交叉道路均有检测器
公交优先：
绿灯延长、红灯早断、相位插入

快速道路交通控制

快速路（expressway）：一种专门设计的道路，通常为多车道，有中央分隔带，以限制进入和退出。这种道路通常用于长距离快速通行。常用于城市中的快速交通。
高速公路（highway）：通常是跨城快速交通。距离更长。
快速路基本特征：
- 高标准线形
- 中央分隔带
- 全封闭
- 出入口受控制
- 形式车速受控制
- 相交道路全为立交
- 机动车专用
- 流量大
- 匝道间距近
控制需求：
- 交通拥挤、交通事故、交通排放、交通噪声
控制策略：
主线控制
- 限速控制（可变限速）
  - 机动性：交通流畅通、降低停车次数、消减冲击波
  - 安全性：降低事故风险
  - 环保：减少环境污染、减少能源消耗。
- 车道封闭
  - 封闭部分车道，来提高瓶颈路段的通行能力
- 可逆车道：
- 动态路肩：根据高峰时段的拥堵程度和非高峰时段的事故或其他交通事件等状况，动态启用路肩作为行车道
- 合承车道
- 排队预警：使用VMS等
- 定向车道：根据道路预设方向到达的不同地点，指定某车道仅供驶向规定地点、规定方向的车辆使用，驶向其余地点方向的车辆不得驶入的专用车道。主要用来解决快速路车道变换导致的通行效率下降和交通秩序混乱的问题
- 禁止变道路段：
入口控制：
- 入口匝道控制：
  - 匝道关闭：
  - 定时调节控制：
    - 单车调节、车队调节（单列、双列）
    - 周期：调节率（600veh/h），周期为6
    - 车队调节：如调节率为1080 veh/h，即18 veh/min的情况下并且每个周期放行2辆车，则每分钟安排9个周期因此周期长度为6.67 s
  - 感应调节控制
    - ALINEA：
    - 控制策略：
      - 不需调节：匝道+主线<下游通行能力
      - 调节无效：主线>下游通行能力
      - 调节：主线<下游通行能力,匝道+主线>下游通行能力
- 出口控制
- 优先控制
- 通道控制

干线协调控制

交叉口间距：一般不宜超过600m
分类：
协调方向：通常为直行方向，一条干道之多两个协调方向。
协调相位：通常为直行相位，至多四个协调相位。
控制技术：分为：
预设时长协调信号控制
交通响应式协调信号控制
数量不同：
- 单向协调控制
- 双向协调控制
实施条件（并非所有都适宜）：
车辆有规律：
- 相邻信号控制交叉口间距不超过600m
- 相邻信号控制交叉口之间不存在无信号控制交叉口或人行横道。
运行速度有保障
- 协调方向至少两条行车道（可以进行超车）
- 协调方向不存在常发性交通瓶颈
时间基准须一致。
- 所有信号机具有相同的系统时钟
参数：
相序
- 单向为初级
- 双向为高级
- 重要性高的成为主要协调相位
- 重要性低的称为次要协调相位（通常取决于交通需求）
周期：
- 协调信号的周期时长需要一致。
- 机动车相位数较少时，可以将周期设为公共信号周期的一半，此时称作半信号周期交叉口或双信号周期交叉口。
- 初级方法：计算各个交叉口内的周期，取最大
- 高级方法：以某个性能为目标建立目标优化模型，一并求解公共信号周期时长等其他参数。
- 新潮方法：机器学习。
富裕的公共信号周期时长如何分配？
- 分配给所有相位
- 分给协调相位和其并发相位
绿信比
- 各个交叉口绿信比不一定相同
- 协调相位期望获得更大的绿信比以获得更好的协调效果
相位差
- 系统时间参考点是指协调信号控制系统中某个交叉口的信号周期起点
  - 通常选择位于系统边界的交叉口的信号周期起点作为系统时间参考点
- 相位差参考点是指协调相位的某种信号灯色在一个信号周期内的开始或者结束时刻。
- 通常选择协调相位的绿灯开始时刻作为相位差参考点
- 相位差定义：不同交叉口协调相位绿灯启亮时间差
  - 绝对相位差：以某一个标准信号的绿灯或红灯的起点或终点作为参考点
  - 相对相位差：相邻两信号的绿灯或红灯的起点或终点的时间差
- 相位差大，意味着协调相位的绿灯开始得晚；相位差小，意味着协调相位的绿灯开始得早
- 相位差是同一个协调方向不同协调相位在时间维度必须保持的联动关系
- 设置适宜的相位差，既可以使来自上游协调相位的机动车不停车通过下游协调相位的停止线，也可以避免下游协调相位出现绿灯浪费现象
  - 相位差过大：导致上游协调相位的机动车在下游交叉口受到初始排队车辆的阻滞
  - 相位差过小：导致下游绿灯时间出现浪费现象
- 相位差取值需要考虑相邻协调相位的停止线距离、行进速度以及初始排队车辆。
- 第一俩车的行驶轨迹对于相位差具有决定性意义。
- 初级方法：相邻协调相位的停止线距离/协调方向的行进车速-下游协调相位的初始排队车辆服务时长
行进车速：
- 行进车速是指协调方向的机动车在相邻交叉口之间运行时应当达到并保持的速度
- 行进车速是交通工程师向协调方向的机动车驾驶员提供的建议车速
- 不按照行进车速可能无法受到协调控制
- 0.85*道路限制车速≤行进车速≤道路限制车速
- 相邻交叉口之间可以独立设定行进车速
- 由于无法消除阻碍协调方向的机动车达到并保持正常行进车速的因素，刻意将行进车速取为一个较小的数值，对于提高协调相位的通行效率没有实质性意义
绿波带
- 以行进车速运行且不停车的通过下游协调相位停止线的运行轨迹线范围。
- 时间-距离图中平行斜线所标定的时间范围称为绿波带
- 带宽：滤波带的宽度、表示能够利用的通车时间，单位为秒，或者周期的百分比
- 带速：通行车速
- 同步式协调：同一时刻、上下游相位显示相同的灯色
- 交互式协调：同一时刻，上下游协调相位显示相反的灯色
- 续进式协调：上下游协调相位先后启亮绿灯
- 绿波带宽过小时，没有必要进行协调控制
- 车辆排队车辆清空时长
  - 是指协调相位启亮绿灯时停止线上游的排队车辆
  - 来自：上游协调相位、非协调相位，相邻交叉口之间的机动车入口
- 初始排队车辆清空时长
  - 为下游协调相位设置一定的初始排队车辆时长，可以使来自上游协调相位的第一辆机动车不停车通过下游协调相位的停止线
- 协调相位的绿灯时长是影响绿波带宽的决定性因素
- 设计实例：