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1、R 陥 +、f现代交通控制理论与方法2011年5月 21日课题名称主动交通管理(ATM)学院(系)交通运输工程学院专业交通运输规划及管理学生姓名学号邮箱当前世界各国和众多城市所面临的交通中的主要问题都是“供不应求”，即 现有的基础设施难以满足交通需求。与此同时，交通系统的发展还面临着两个约 束，第一是资金约束，大量的资金用于维护现有的设施，只有很少的一部分资金 可以用来建设新的交通设施：第二是环境约束，建设新的交通慕础设施必然对环 境产生很大的影响。基丁这两点的考虑，如何发挥出现有交通基础设施的最大效 益，对目前面临的问题有很大的启发意义。2主动交通管理21概念ATM （Active Traf
2、fic Management,主动交通管理）是欧美国家最近兴起的 一种交通管理的理念和方法。主动交通管理包括一系列完整连贯的交通管理措施, 它可以对常发和偶发的交通拥堵进行临时的管理，从而可以发挥现有交通设施的 最大效益。通过运用高新科技，门动化地进行临时的调度和调整，在优化了交通 系统性能的同时，避免了人工调度时间的延误，提高了交通系统的通行能力和安 全性。ATM是随着智能交通系统的发展而逐步发展起來的一种交通管理方法皿。ATM系统是实时预测交通条件的基础之上的临时交通管理，它包括了门动 化控制系统利干预策略来管理交通，以实现道路交通效率的极大化。ATM是一种 反馈过程，其中包括：（1）连续
3、交通测量和对测量数据的分析；（2）管理规划， 其中包括评估各种条件下的道路网络运行状态，比如需求增加，车道封闭以及其 他特殊事件等：运用这些控制策略能够改善运行状况，同时也能够衡量不同控制 策略所带來的成本和效益；（3）使这些策略有效的实施需要借助安装一些必要的 硬件和软件：（4） ATM的决策支持系统是基于实时的，包括过滤测量数据，提供 短期的交通预测，为之后的一个或者两个小时选择最为合适的控制策略。1 ATM工作流程图Active TrafficManagement StrategyPotential BenefitsIncreased throughputIncreased capaci
4、ty1 Xxrensc in primary incidentsIXxrvnsc in second an incidentsccrcasc in incident severityMore iinitonn speedsMore uniGinn driver hehavior”creased trip tcliabilil)町 onset of freeway breakdownReduction in traffic noiseReduction in emissionsReduction in fuel consumptionSpeed harmonizationTempoiaiy di
5、oulder useQueue warningDynamic merge controlCouMniction “tu mugetiimtDynamic true上 restnctioiKDynamic inoiiting ind trader mfomuhot)Dynamic lane markingsAuiousted speed enfoicenient2 ATM预期的效益2.2ATM主要目标ATM的上耍bl标冇两个方而：(1) 提高用户出行可靠度ATM的理念是把道路使用者看作是客户，强调客户出行时间的可靠度，将道 路的状况及时告知道路使用者。例如，徳国的目标是2010年要对80%的出行
6、者 提供可靠的、充分的、标准的实时交通信息。荷兰的目标是提高预测时间和可接 受出行时间的可靠度，使拥挤时段的旅行时间不大于正常情况大旅行时间的2 倍。因此在进行交通管理的时候必须加强与使用者的交流，为什么他们应该选择 另外的路径？为什么他们应该减速？通过交流，加强道路与使用者的互信机制， 由此公众也会更加配合交通管理的实施。(2) 致力于改善交通安全ATM通过各种措施在提高安全性的同时，增加了道路的通行能力，徳国实施 了机动车道排队预警系统，通过提醒道路使用者前方的风险，使驾驶员能够提高 注意力，同时还有速度均匀化措施的实施，减少了二次交通事故的发生，这些都 提高了安全性能。2.3ATM的主要
7、措施(1)速度协调控制(Speed Harmonization)：通过实时、门动化的调整拥堵 区域的速度，减少由于事故和其他事件引起的拥堵的影响程度，同时减少二次事 故发生的可能性，提高安全性。使用专家系统对现场的传感器数据进行分析，当 超过拥堵阈值或者排队正在形成时动调节车速限制。根据不同的交通条件提供 车速限制以及一些其他信息。Vissim软件中有专门的速度协调控制模块，对于 道路上管理措施的评价，仿真是很重要的。(2) 匝道控制(Rampmetering)：高峰时段，主路上的交通流较大，通过实时 的控制匝道汇入主路的交通流，缓解拥堵的发生。(3) 排队预警(Queue warning)：
8、排队预警是对速度协调控制的一个重耍补充， 在速度协调控制的指示牌处显示拥堵象形图片，有时也会设置在DMS上方。排队 预警系统是为了帮助减少常发和偶发交通拥挤下的二次事故发生的可能性，信息 装置每隔1km建设一个，当发生一起事故的时候在前而第三个和第四个装置之间 减少车辆的行驶速度。(4) 临时信息板和路径引导(Rerouting information on a dynamic message sign)：通过交通控制中心，实时为驾驶员提供可供选择的其他路径，从而避免 发生交通拥堵，减轻已经拥堵地区的交通床力。(5) 汇入控制(merge control)： 一般用于匝道入口处或者汇入点处。即
9、匝道 控制和匝道上的乍辆控制的结合。这项措施往往实施在上游路口比较多，下游路 口比较少。这种策略为交通量大的提供了优先，也称为节点控制或者主线汇入控 制。(6) 车道管理(managed lanes)：对髙速公路设施或者车道进行实施的管理， 以相应不断变化的交通条件來维持交通的畅通。区别于传统的车道管理的是，往 往会涉及使用一种以上的管理策略来达到畅通的目标。(7) 增加车道(plus lane)：增加路内侧的路肩作为车道，或者临时使用來改 善拥挤时期的高速网络瓶颈。路启只有在速度协调控制时或者午辆限度降低时才 可以使用。(8) 匝道汇入(ramp metering):通过管理上匝道交通流來缓
10、解拥堵。在匝道 入口处设置信号灯，使车辆在一定的时间间隔进入主线。(9) 临时路肩使用(temporary shoulder use)：临时路肩的使用往往和速度 协调控制结合在一起，在道路通行能力瓶颈路段，临时路启的使用提髙了道路的 通行能力同时也降低了乍速。临时路肩的使用不仅仅要受到数据的影响，还要经 过交通管理中心控制人员慎重的权衡才能开始实施。总体上，通过临时路肩的使 用，增加了一条临时的车道，在增大通行能力的同时速度有略微的减小，减小了 拥堵发生的儿率。(10) 货车限制(truck restrictions)：限制货午或者重型车辆的车速和使用 的车道。在速度协调控制的过程中，重型货车
11、要求只能在最右边的午道上行驶, 而且不能阻碍同一条车道上超越低速行驶的重型货车。可变车速限制(variable speed limits)：根据己知的道路、交通、天 气等状况来限制车速。CCTVAdvancedAdvanced LightwoightMotorwayMotorway GantryEmorgoncy Refuge AreaRoadside TelephonesActivelyInductiveManagedLoopsHardShoulder3 ATM系统组成部分（a）Fixed dvection signingMS4 driverInfofmation panelLighbng
12、Columns CCTV camera。Emergency Retuge 0areasHard Shoulder runningLane specific。 signalsLightweight . GantiieMIDAS 0Continue 4英国M12 ATM系统组成部分（b）2.4ATM与TDM的联系与区别ATM与交通需求管理的区别叫主动交通管理是一种通过对路上现有交通流 的实时控制和诱导，最大限度的发挥道路基础设施的作用，提高安全性。ATM包 扌舌了一系列的实施策略，极大化适应已建成的交通设施，为交通网络提供更有效 的管理方法。ATM和TDM的理念在本质上是不同的，交通需求管理是从源
13、头上对交通出行进 行管理。不去考虑出行者是否独I驾车，是否有其他的出行选择，比如工作地点、 路径、出行时间和出行方式。从广义上说，需求管理也可定义为向出行者提供可 能的选择來提高可靠性。影响出行需求可以从TDM的层面上考虑，ATM则关注与如 何有效解决车辆对于交通设施的需求。这两种管理措施并非是相对的，而是能够 很好的结合在一起。连续的减少需求和管理拥挤路段上的交通是一个双贏的建议。 如果TDM降低了整个路段上的交通星，通过改变出行方式提商个人的吞吐量；ATM 增加了设施的通行能力，极大化车辆的吞吐量，这种结合的策略是非常明智的一 种选择。两种策略的结合使用比单独的使用效果要好的多。2速度协调
14、控制策略2.1速度协调控制策略基本原理对速度协调的成功的最重要的因素之一就是控制策略。也就是确定给定路段 下何时以及如何限速的控制算法。这种控制算法主要分为两组，一组是在线控制 策略，最佳车速基于当时的交通条件进行实时控制；另一组是脱机控制策略，最 佳速度的确定是以历史资料为基础。在理想的条件下，人们更喜欢使用在线控制, 因为可以根据当时的交通条件进行实时的控制。然而速度协调策略需要大量密集 部署ITS基础设施。可能在一个道路网络当中某些区域无法做到实时的信息，因 此这时就需要使用离线控制。2.2交通流基本变量介绍由于控制算法在很大程度上基于交通流理论计算，因此这里首先对几个重要的基木变最进行介绍。1) q-JjiL 量2) k-密度3) u-速度 4）时间平均速度-石（石=扌器讪）5）空间平均车速耳；厶=丄丄/i6）流密速关系q = k7)空间平均速度和密度的关系-U；（k） = uf -弋k8）密度和流星的关系-g = k（uf -尹）实证的流量-密度曲线可以通过监测数据来建立，来校准式7）和式8）。举 例说明如下图5所示2503D O 005000502 112斥一$亠3上-i *弓上？舌-U.1：04060S31C3erbity (vri Jtb (nlie Jtf
