公路隧道监控系统的控制策略研究

1、 分类号:U49 10710-2009132059 硕 士 学 位 论 文公路隧道 监控系统 的 控制策 略研究鲍国栋导师姓名 职称赵忠杰 教授 申请学位 级别 工学硕士 学科专业 名称 交通信息 工程及控 制 论文提交 日期 2012 年 5 月 23 日 论文答辩 日期 2012 年 6 月 1 日 学位授予 单位 长安大学Study on the Control Strategy of Monitoring System in Highway Tunnel A Dissertation Submitted for the Degree of MasterCandidate: Bao Gu

2、odongSupervisor: Prof. Zhao ZhongjieChangan University, Xian, China摘 要本文结合高速公路隧道监控系统的发展现状, 对隧道监控系统存在的问题进行了分析和讨论。 基于公路隧道监控系统相关设计规范和系统功能配置, 本文主要对隧道交通控制系统,照明控制系统和通风控制系统进行研究。 结 合 高 速 公 路 隧 道 的 实 际 运 营 状 况 , 总 结 了 高 速 公 路 隧 道 交 通 控 制 方 案 的 基 本 规律, 提出了隧道正常运营、 周期性交通拥挤异常和故障阻塞异常三种状态下的交通诱导控制方案,解决了异常状态下,目标行车线上

3、游车辆与受阻车辆行驶发生冲突的问题。在此基础上,利用组态软件 Kingview6.53 作 为上位机交通控制系统的开发工具,开发了隧道交通控制系统上位机监控软件,实现隧道交通控制系统的本地和远程控制。 结合国内外高速公路隧道照明 控制技术上的应用研究, 提出了既满足隧道照明亮度要求, 又节约能源的隧道照明手动控制、 分段时序控制和自动控制技术方案。 着重分析了自动照明控制算法下的隧道内各照明区段的控制策略, 通过缩小每级的亮度变化, 在视觉上实现隧道照明的连续调光,不仅节约电能,而且提供了安全、舒适的隧道照明,保证了车辆的行驶安全。 通过对模糊控制方法的研究分析, 利用模糊控制技术, 将隧道通

4、风系统看成一个 “黑匣 子 ” ,针对 公 路 隧道通 风 模 糊控制 系 统 ,参考 了 最 优规则 排 序 无关, 即 所 谓的 一 条 控制规则后件部的最佳取值不会影响另一条规则后件部的最佳取值, 在此基础上逐条修改模糊控制规则库。 获得了较优的规则库, 该法与常规试凑法相比, 大大节省了调整时间,最后通过仿真分析得出模糊控制与传统控 制相比能够节省一定 的能量, 得出隧道通风模糊系统理论上在控制效率和成本上达到优化的结论。关键词:隧道,交通控制, 照明控制,隧道通风,模糊控制 ,节能iiiAbstractCombining with the development of the hig

5、hway tunnel monitoring systems,this paper analyses and discuss the problems existing in the monitoring system of the tunnel.This paper mainly studies the traffic control,lighting control and ventilation control systems in the highway tunnel baesd on the specifications for design of monitoring system

6、s in highway tunnel and the configuration of the system functionThrough analyzing the highway tunnel operating circumstance ,the paper sums up the general rules of tunnel traffic control and provides a set of traffic control strategies in the normal,crowded and accident conditions , Especially the p

7、rogram of conflict between up-river vehicles in object-traveled lane and blocked ones in the accident condition is solved successfully, On this basis, the software of KingView6.53 is used as the host computer traffic control system development tools,The highway tunnel traffic control system is compl

8、eted and achieve the local and remote control of the tunnel traffic control systemThrough analyzing the lighting technique of the highway tunnel in the home and around,the paper provides three methods for the lighting control of highway tunnel, including the way to control lighting by watches,or in

9、the basis of a timetable, or completely with the computer. The analysis is focused on the control strategy of each tunnel lighting section under the automatic lighting control algorithm. The continuous adjustment of tunnel illumination in vision is achieved through reducing the change of brightness

10、of each level.These methods not only safe and comfortable,but also be economical enough to save a plenty of electric powerThrough analyzing the fuzzy control technology,the tunnel ventilation system is controlled as a “black box” by using fuzzy control technology, In view of the fuzzy control system

11、 of tunnel ventilation, on the basis of the best rule sorting independence,The characteristic that the best conclusion of one rule does not influence that of others is confirmed by simulation program,On the basis of this,logical rules are modified one by one and the optimized rules are gained.It tak

12、es much less time to regulate rules by using the above method than the traditional one.Finally,the paper simulate the energy conservation control regarding the tunnel ventilation system by using fuzzy control and traditional controliiirespectively,we can get the conclusion that the fuzzy control can

13、 achieve saving a little energy compared to the traditional control,so the tunnel ventilation energy-saving system based on the fuzzy control technology can reach an optimization on control efficiency and control cost theoreticallyKey words :tunnel;traffic control ;lighting control ;tunnel ventilati

14、on ;fuzzy control ; energy-saving iv目 录第一章 绪 论. 1 1.1 选题背景. 1 1.2 国内外发展状况. 2 1.2.1 国外发展状况. 2 1.2.2 国内发展状况. 2 1.2.3 发展趋势3 1.3 本文研究主要内容4 第二章 公路隧道交通控制系统研究 5 2.1 公路隧道的等级分类及设施配置5 2.2 隧道交通诱导控制系统相关设施6 2.3 公路隧道交通控制策略. 6 2.3.1 正常运营. 7 2.3.2 拥挤/阻塞状态8 2.3.3 事故异常状态 9 2.4 交通控制系统界面设计 15 2.4.1 交通单个控制系统界面 15 2.4.2

15、交通成组控制系统界面 17 2.5 本章小结 18 第三章 公路隧道照明控制系统研究19 3.1 公路隧道照明的控制要求. 19 3.2 公路隧道照明控制方式 19 3.3 隧道照明回路设计. 20 3.4 隧道照明灯具布置方案 22 3.5 隧道照明控制策略. 25 3.5.1 手动照明控制策略25 3.5.2 分段时序照明控制策略. 26 3.5.3 自动照明控制策略27v3.6 本章小结 33 第四章 公路隧道通风控制系统研究34 4.1 公路隧道通风控制概述 34 4.2 公路隧道通风控制方式 34 4.3 公路隧道通风系统数学模型36 4.3.1 公路隧道通风标准. 36 4.3.2

16、 公路隧道通风需风量计算. 36 4.3.3 空气动力学模型 37 4.3.4 污染模型 38 4.3.5 本文研究隧道简介. 38 4.4 公路隧道通风模糊控制系统39 4.4.1 公路隧道通风模糊控制系统设计. 40 4.4.2 公路隧道通风模糊控制系统建模. 43 4.4.3 公路隧道通风模糊控制系统仿真. 45 4.4.4 模糊控制规则调整及仿真. 46 4.4.5 节能分析 49 4.5 本章小结 55 第五章 结论与展望. 56 5.1 结论. 56 5.2 展望. 56 参考文献. 58 致谢61vi 长安大学硕士学位论文 第一章 绪 论 1.1 选 题背 景 我国进入改革开放以

17、后, 国家政府做出拉动内需、 加快基础设施建设、 加大对公路建设投入的国策, 连续每年年均公路建设投资都超过千亿人民币 , 随着经济实力的不断增强, 城市不断的快速发展, 公路与公 路隧道建设的项目也越来越多, 为了克服 这些地理条件的限制、 以达到节省燃料 、 节省时间、 提高经济效益的目的 , 越来越多的高速 公路选择修建隧道。 截至 2010 年底, 全国已经建成公路隧道达 7384 座、512.26 万米, 其1中特长隧道 265 处、113.80 万米,长隧道 1218 处、202.08 万米 。今后 我国高速公路隧道的建设将变得越来越重要。 隧道是高速公路路段上的一段特殊管状物,

18、具有车速高、 流量大, 照明较差, 空 气质量低, 环境噪声大等特点, 因此交通事故发生的概率比一般的路段要高, 且一旦发生事故, 造成的危害较大, 甚至危及隧 道主体的安全, 加上隧道的迂回时间有限等客观条件的限制, 隧道内事故的处理比一般路段困难, 事故发生后造成的中断时间也较长, 如果发生火灾, 危害性会更大。 因此, 如何保证隧道的安全运营是我们首先要考虑的问题。 公路隧道发生大型事故或火灾的概率 并不是很高, 但是一旦 隧道发生事故后造成的后果是十分严重的, 这一点对于大型的隧道来说更是如此 。 据资料 统计表明, 近年来国外的隧道很多著名隧道和一些被认为安全性很高的隧道 均发生过大

19、型交 通事故, 造成多2人伤亡 ; 在国内很多隧道也都发生过严重的事故或火灾, 并且造成了不同程度的人员3伤亡和经济损失 。 随着我国公路事业的迅猛发展, 隧道的数量会不断增加, 规模将不断增大, 特长隧道的比重也会日益增加, 但是由于隧道自身结构的特殊性, 隧道内发生事故或火灾的后果往往较为严重, 如何能做到有效的预防事故或火灾的发生, 或者当事故发生时如何能做到及时准确的判断、 救援并将诱导信息及时地提供给司乘人员, 尽量减少事故的发生,降低事故发生后造成的损失, 是目前急需解决的问题。 因此建立完善的、 智能的隧道监控系统就显得十分必要。 综上所述, 高速公路隧道监控系统与人身安全息息相

20、关, 是行车安全的保证, 出于以上考虑并结合实际隧道的研究, 本文利用 先进的控制理论和智能化的 监控设备分别对隧道交通控制子系统、照明控制 子系统、通风控制子系统系统进行研究分析。1 第一章 绪论 1.2 国 内外 发展状况 1.2.1 国外发展状况 在国外, 公路隧道机电系统的 相关研究比国内较早, 发展也比较完善, 已建成通车的长大隧道也较多,如挪威的洛达尔隧道全长 24.51km (2000 年建成) ,瑞士的圣哥达4隧道全长 16.9km (1980 年建成) , 以及从法国至意大利的 Montblanc 隧道全长 11.6km 。由于这些隧道在运营通车后都先后发生过不同程度的事故,

21、 鉴于此, 许多专家学者 做了大量工作来研究事故发生时的诱导措施, 投入很多精力, 制定了 隧道监控系统方面相应的标准,提出了很多交通控制技术, 并以此为基础开发了具有智能型的 监控系统软件。 国外很多隧道方面的专家在任何能够使隧道更加安全 的方面做了大量研究工作, 研究出来很多办法, 有很多方法措施, 比如在隧道内安装大量的各种智能化的传感器, 通过传感器来采集各种数据(隧道内环境和车流量)将这些数据传送给中心控制计算机,由计算机分析处理, 最终得到控制结果, 根据结果做出相应控制调整, 此外, 一 些大型的、 要求安全等级比较高的隧道, 在隧道洞内按照精密的车流量检 测器, 通过它检测车流

22、量等信息, 然后分析处理数据, 做到提前监控, 禁止有危险的车辆进入隧道, 还有 一些隧道通过在土建方面采取措施, 比如圣哥达隧道就是在修建隧道时, 在隧道内部每隔一段距离就设置一个避险车道, 同时还在隧道两头设置一个专门的控制室, 安装各种传5感器对隧道内部各种信息实时监测,并在紧急事故发生时作出有效控制 。 1.2.2 国内发展状况 目前国内的公路隧道监控技术现状 主要分为下面 3 种情况: 集中控制系统: 由 1 台或几台主控 PLC 控 制现场的从 PLC 单 元, 在主控 计算机上进行编程, 然后通过对输入输出 节点的操作来实现对现场设备的控制 。 该控制方案简单易行, 造价低, 虽

23、然该系统的控制方案简单且容易实现, 工程造价低, 但是 因为系统 的某些功能较弱,使得在大部分情况下不宜 适应这种控制方法,特别是 对于大型隧道。 D C S / P L C 集 散 控 制 系 统 : 该 系统利用 HUB 构 成以太网 以此来 用于设备间的通信连接,通过 PLC 将其他弱电设备(如视频矩阵、程控 等)连接至该以太网中。集线器、 控制器及现场设备的连接方式, 分别通过光纤或远程 I/O 方式进行通信与连接。 通过该控制系统, 可以看出系统的总体的控制 能力与管理功能都较为优越, 但 是由于系统6的通信之间的线缆布设比较繁琐 ,使得投入的成本有所增高 。 现 场 总 线 控 制

24、 系 统:这 类 系 统 通过 L o n w o r k s 技术将各种设备连接构成隧道监控管2 长安大学硕士学位论文 理网络,每个监控计算机事先制定好 的自动控制功能均可以具有实时与 Lonworks 网络分开的能力。 由于此系统的独立控制的特点使得该网络可以更好的开放给用户, 并且互操作性能强, 风险系数低, 管线的总量减少使得总造价降低。 但是该系统也存在 缺点比如 Lonworks 是事实标准而没有获得相应认可,还有就是它是否能在比较 恶劣的环境下7,8正常运转还有待验证 。 我国隧道监控系统目前主要存在以下几个问题: 1 缺乏相关系统功能需求、 可靠性以及设备环境要求的研究。 造成

25、隧道 监控系统功能不完善、可靠性差。比如一些隧道的监控系统 没有使用多少时间就 重新对其设计。 62 缺乏专门的、针对性强的监控系统设计规范 ,造成设计不全面。 3 缺乏设备节能方面的考虑,间接增加了隧道运营费用。 1.2.3 发展趋势 公路隧道监控系统的主要目的是为了保证隧道交通畅通和设备的安全运营, 其中控9制是公路隧道管理与运营的核心手段, 其关键是提高控制软件的智能化、 自动化水平 。 从系统设备角度出发, 应提高检测设备 的智能化水平, 提倡 发展无线通讯设备, 不仅能给交通控制和通风控制提供依据, 又能实时监视隧道的运营状态, 达到检测与监视 的统一。 如果设备出现故障可以把信息实

26、时传送到 之类的便携式设备上并进行远程10控制 。 从系统功能角度出发, 交通诱导与控制子系统应具备交通状态的自动判别功能, 路线指示与诱导功能, 异常事件的自动检测与处理功能, 并能为驾驶员提供准确的交通与环境信息。 通风控制系统既要考虑隧道的环境指标参数, 又要考虑隧道的交通运营状态,能够实现智能控制, 达到不仅能为驾驶人员提供一个良好的 行车环境, 又能考虑设备的平衡运转、 减少能耗。 照明控制系统能够实现智能控制, 达到隧道照明系统能根据外界环境和交通流等参数自动调光, 在保证行车安全的前提下, 提高隧道的照明舒适度、 节11约能源等目的 。 管理方面, 由于通风与照明系统的运营费用是

27、系统的最大支出项目, 所以通风与照明系统的控制不仅要满足环境与交通等参数需求,又要考虑设备寿命与节能。3 第一章 绪论 1.3 本 文研 究主要内 容 完善的隧道监控系统是由很多子系统 组成的, 如果对其中每个系统都 做研究的话工作量太大, 时间也不允许。 所以 由于篇幅时间有限, 本文在此仅 对隧道监控系统中的交通控制系统、照明控制系统和通风控制系统进行 相应的研究分析。 本文主要研究内容如下: 1.国内外隧道监控系统相关技术 的讨论分析与总结。 2.通过分析高速公路隧道的实际运营环境, 总结出隧道交通控制系统在正常运营、 周期性交通拥挤和故障阻塞异常三种状态下的交通诱导与控制策略, 重点讨

28、论了隧道在两点事故异常情况下的交通诱导控制策略,并利用 Kingview6.53 组 态软件完成相应的隧道交通控制系统界面设计。 3. 结合高速公路隧道的实际运营环境, 计算、 设计出隧道的灯具布设及照明回路 , 着重分析了隧道照明在自动控制策略下, 隧道内部各个区段照明控制策略,并利用Kingview6.53 组态软件完成相应的隧道照明 控制系统界面设计 。 4 .针对 传统 通 风 控 制 方式 的 缺点不 足 , 提 出了 一 种 基 于模 糊 控 制 的公 路 隧 道通风系统, 并利用 “最优规则排序无关” 的规则对已建立的通风系统的模糊控制规则进行调整 和 优 化 。 并 根 据 实

29、 际 隧 道 参 数 建 立 公 路 隧 道 通 风 系 统 的 结 构 和 数 学 模 型 , 最 后 利 用MATLAB 工具对建立的通风模糊控制 模型进行建模和仿真。 5 . 通 过 与传 统 控 制 方式 相 比 较 ,综 合 分 析 了模 糊 控 制 以及 规 则 优化调整后 的模糊控制这三种控制方式下的能量消耗, 利用 MATLAB 工具 箱 对建立的系统进行 建模、仿真分析, 结果表明, 在满足隧道通风的控制 要求前提下, 隧道通风模糊控制 系统理论上能够取得较为明显的节能效果。4 长安大学硕士学位论文 第二章 公路隧 道交通 控制系 统研究 公路隧道监控系统的主要目的 是确保隧

30、道能够安全畅通的运营 , 如果隧道内有事故发生, 争取使监控系统能及时准确的发现 并且做出相应处理。 隧道监控系统有很多子系统,其系统构图如图 2.1 所示: 高速公路隧 道 监控系统闭消照 火 电交 通路防明 灾 力通 风电系控 报 监控 控视制 警 统 控制 制监系 系 系系 系控统 统 统统 统系统图 2.1 公路隧 道 监 控系统 构 成 图 本章结合宝汉高速红庙 1# 隧道的实际设计情况,对交通控制系统进行研究 分析。 2.1 公路隧 道的等级 分类及设 施配置 根据相关规范, 按照隧道长度 L 或隧道长度与日交通量之积 LQ 两个 指标将隧道 分为如下 4 个等级,如表 2.1 所

31、示: 表 2.1 隧道等 级 分 类表 分类 A B C D L L 3000 米 1000 米L <3000 米 500 米L <1000 米 100 米L <500 米 LQ 12000LQ LQ 4000 车辆/ 公里 LQ 2000 车辆/ 公里 - 车辆/ 公里 不同等级的隧道配置的交通工程设施 不同, 依据 公路隧道交通工程设计规范中12的公路隧道交通工程配置表 ,我们将红庙 1#隧道列为 B 类,隧道内 必须具备规范中要求的 B 类隧道等级应具有的一些设置 ,还可以考虑其他像可选设 施的实施。本着实用、可靠、先进、实用的设计原则, 所有设施实行分期实施。5 第二

32、章 公路隧道交通控制系统研究 2.2 隧道交 通诱导控 制系统相 关设施 目前隧 道 交 通 诱 导 与 控 制 系 统 外 场 设 施有很多, 再此不一一列出, 本文主要讨论研13究的有以下几种诱导控制设备 。 当隧道内有异常事故发生时, 隧道监控中心的工作人员可通 过交通控制系统所提供的一些隧道现场设备运行的状态信息, 实时调整 或发送此时路况所需的控制 指令。 此外,隧道的运行状态也可以通过隧道 交通控制系统自带的功能进行 自动判断分析, 并通过现场的 PLC 对外场设施进行控制。 1.交通信号灯 交通信号灯由红、 绿、 黄三色灯和左转向箭头灯组成, 一般 设置在隧道入口汽车联络道前。通

33、过区域 PLC 与中心计算机和控制台连接, 计算机分析隧道内运行状况并发出相应的控制指令, 驾驶员根据交通灯的颜色发生变化而判断当前的运营状态, 从而做出相应改变按正确的方式行车。 2.车道指示器 车道指示器安装隧道内车道上方 , 隧道内约 500m 左右设 置一组 , 车道指示器由红、绿两色灯组成, 由三种标志 “” 、 “×” 和 “ ” 构成, 用来指示隧道内车道 的开放或关闭。 3.可 变 限 速 标 志 可 变 限 速 标 志 一 般 设 置 在 隧 道 入 口 汽 车 联 络 道 前 , 用 来 控 制 隧 道 内 车 辆 的 行 驶 速度, 如果隧道的入口处或者洞内发生

34、事故 、 交通拥挤时, 可由监控中心计算机下达命令从而改变其显示内容,从而使隧道交通流达到合理状态。 4.可变情报板 可变情报板主要为驾驶员提供各种交通和环境信息, 可变情报板应有充分的可视距离, 确保驾驶员在行驶的过程中 , 通过看到情报板中的信息而正确及时的判断隧道内的交通情况,确保自身在行驶过程中的行车安全。 2.3 公路隧 道交通控 制策略 定 边 至 汉 中高 速 公 路 (简 称 “ 定 汉线 ” ) 是 陕西 省 规 划 建设 的 “2637” 高 速 公 路网中三条南北纵线之一。 宝鸡至汉中 (陕川界) 公路为定汉线的一段, 路线起于定汉线陕甘界至宝鸡高速公路起点 (与连霍高速

35、公路的交叉节点) , 终于陕川交界的巴中市南江,6 长安大学硕士学位论文 自北向南衔接了连霍、十天和京昆 3 条国 家高速公路。红庙 1# 隧道位于定汉线宝汉高速公路汉中至陕川界的一段。 红庙 1#隧道上行线 1110m , 下行 线 1110m , 设计行车速度 80km/h, 隧道净高 5.0m ,隧道内设有 1 处车行横洞,净宽 4.25m , 其隧道内部的主要设备布设图如下所示:图 2.2 红 庙 1# 隧 道 交 通 设 备 平 面布置 图 由图 2.2 可知, 红庙 1#隧道内上、 下行线各安装了三组车道指示器, 此外在车行横洞处安装了一个在正常运营时不显示的单面式车道指示器, 只

36、有当车行横洞门开启时,该指示器绿色“”转向箭头才点亮。 一般情况下, 公路隧道交通异常分为正常 情况下的运营、 事故发生时的异常、 周期性交通拥挤异常三种情况, 影响控制策略的主要原因有 2 种, 分别是事故 发生的地点和4当时事故发生时洞内车流量的大小 。 下面本文根据车道指示器的分布 情况, 将上行线和下行线各分成二个区域,分别记为 A ,B ,C ,D 共四 个区域,如图 2.3 所示:图 2.3 红庙 1# 隧道 区 段划 分 示 意图 2.3.1 正常运营 隧道 在 正 常通 车 运 营 情况 下 , 由 于本 文 研 究 的红 庙 1# 隧道 是 单 向 双车 道 的 , 所以14

37、本文按照隧道施工、 检修情况下的 实际考虑和当时隧道车流量 的不 同 , 将控制策略分为以下 13 种情况考虑,具体见 表 2.2:7 第二章 公路隧道交通控制系统研究 表 2.2 正 常 运 营 下 隧 道 的 交 通 控 制 策 略 控 制 策 略 关 闭 需要 序号 交 通 量 情 况 车 道 数 维 护 线 路 上行线 下行线 双车道 双车道 1 0 无 交通量差异小 单向 单向 上行线交通量远大于 双车道 双车道 2 0 无 下行线交通量 单向 双向 下行线交通量远大于 双车道 双车道 3 0 无 上行线交通量 双向 单向 上行线通行能力可满足当 单车道 双车道 4 1 上行线单个车

38、道 前交通需求 单向 单向 上行线通行能力不能满足单车道 双车道 5 1 上行线单个车道 当前交通需求且下行线交单向 双向 通量小于上行线交通量 下行线通行能力可满足当 双车道 单车道 6 1 下行线单个车道 前交通需求 单向 单向 下行线通行能力不能满足双车道 单车道 7 1 下行线单个车道 交通需求且上行线交通量双向 单向 小于上行线交通量 双车道 8 2 上行线双车道 ? 关闭 双向 双车道 9 2 下行线双车道 ? 关闭 双向 上行线单个车道 单车道 单车道 10 2 ? 下行线单个车道 单向 单向 上行线双车道 单车道 11 3 ? 关闭 下行线单个车道 单向 上行线单个车道 单车道

39、 12 3 ? 关闭 下行线双车道 单向 上行线双车道 13 4 ? 关闭 关闭 下行线双车道 2.3.2 拥挤/阻塞状态 造成隧道拥挤的原因有很多种, 一般分为偶发性拥挤和常发性拥挤, 本文将拥挤程15度分为三级,并给出控制方案,下面具体讨论三种方案的实施过程 : 1 . 隧道内车 流 量 比 较大 而 且 已 经超 出 了 隧 道的 承 受 能 力 , 从 而 使 隧道 内 部 出现拥挤情况,但是通过采取相应措施仍可解决。 控制方案: 我们把这种情况 叫做常发性拥挤, 由于常发性拥挤在时间上比较有规律性, 所以我们可通过现场路段的传感器 采集到相应路段的车流 量数据, 然后分析预测下3一时

40、段的交通流发展趋势, 利用中心计算机计算 出此路段较为合理的行驶车速 。 最后通过控制室发布命令改变限速标志的显示内容从而改变车速。 2.隧 道 内 发 生 一 些 小 型 事 故,造成洞内 车流 量比较 多, 交通异 常拥 挤 ,隧 道内 因8 长安大学硕士学位论文 车辆拥挤排放的有害气体浓度超标, 影响驾驶员和其他洞内人员的身体健康 。 控制方案: 此时应该暂时关闭隧道 , 之所以关闭是要让隧道进行一定时间的 自然或者人工通风, 等待有害气体的浓度降低到允许范围内 , 通风时间内不允许其它车辆进入隧道,相应的交通信号灯显示红灯做出指示。直到隧道内有害气体浓度在标准范围内,再将隧道正常开放。

41、 3 . 隧道内车流量特别大 而 且 长 时间 都 没 有 降低 的 趋 势 ,此 时 即 使 把隧 道 内 所有的风机都启动,也无济于事即洞内的 CO 和 VI 的浓度依然很高,远远高于正常指标, 还16有一种情况就是隧道的下游某处发生了事故产生逆向波 , 这种逆向波会随着时间的推移逐渐转移到隧道上游, 这种情况发生时就造成洞内非常堵塞, 此时如果不采取一些措施有可能会造成二次事故的发生。 控制方案: 当发生这种情况时应先 关闭整条隧道, 如果隧道的 另一条的行车线车流量不是很大, 我们可以采取让受到阻塞的车辆 , 经过车行横洞进入两一条线路从而达到疏散的目的, 这种策略实施前, 应先关闭那

42、条需要借助的隧道, 目的是考虑到某些大型车的转弯半径比较大, 在经过车行横洞时可能会和另一条行车线的车辆碰撞, 所以必须先关闭另一条线路。 2.3.3 事故异常状态 由于高速公路隧道的特殊性, 比一般路段更易发生交通事故, 对于单向双车道的双洞隧道来说,根据异常发生点的位置不同, 可将隧道分为 A ,B ,C ,D 四个 区域 如图 2.3 所示 本文按以下几种情况考虑事故异常状态分别为: 单点事故异常、 两点事故异常、 其中单点异常又分为单个车道异常 和双车道异常两种情况, 不同的情况, 诱导方案也 不尽相同,针对上述几种不同异常情况 ,本文将分别给出相应的控制策略。为 了便于分析,将红庙

43、1#隧道内所有交通信灯、车道指示器依次编号见 表 2.3 所示: 表 2.3 隧 道 交 通 控 制 设 备 编 号 表 交通设备 编号 备 注 JT-1 隧道 上 行 线 交 通 信 号 灯 交 通 信 号 灯 JT-2 隧道下 行 线 交 通 信 号 灯 C1-1 C1 组行车道 指示器C1-2 C1 组超车道 指示器 车 道 指 示 器 C2-1 C2 组行车道 指示器 (隧道内共 6 组车道指示 器,每C2-2 C2 组超车道 指示器 个单洞内 3 组,设定隧道内车道C2-3 C2 组单面式 “”车道指示器 正常运营时的行车方向为标准车C3-1 C3 组行车道 指示器9 第二章 公路隧

44、道交通控制系统研究 C3-2 C3 组超车道 指示器 方向沿行车方向将上行线 3 组车C4-1 C4 组行车道 指示器 道指示器依次编号为: C4-2 C4 组超车道 指示器 C1 组、C2 组、C3 组,同 理,将C5-1 C5 组行车道 指示器 下行线车道指示器依此编号为:C5-2 C5 组超车道 指示器 C4 组、C5 组、C6 组) C5-3 C5 组单面式 “”车道指示器C6-1 C6 组超车道 指示器 C6-2 C6 组行车道 指示器 CH 车行横洞指示标志1.单点事故异常 1)阻塞单个车道 根据隧道内设置的 6 组车道指示器, 我们将隧道上下行线分为 A 、B 、C 、D 四个区

45、域,异常事故阻塞单个车道时,异常点有四种可能,即分别发生在上述的四个区域,又由于隧道为双车道由行车道和超车道组成, 则每个区域又存在两种可能, 所以整条隧道共 8 种可能,具体的交通控制策略如表 2.4 所示: 表 2.4 单车道 阻 塞 异常隧道 的 交通控 制 策 略 异常 阻塞 编号 控制策略 位置 车道 JT1 ,JT2 : 绿灯 1 A 行车道 C1-1 : “红× ” (正) “红 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 无显示; 其它: “绿 ” (正) “红 ×” (背) ;CH :关闭 JT1 ,JT2 : 绿灯 2 A 超车道 C1-2 :

46、“红× ” (正) “红 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 无显示; 其它: “绿 ” (正) “红 ×” (背) ;CH :关闭 JT1 ,JT2 : 绿灯 3 B 行车道 C2-1 : “红× ” (正) “红 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 无显示; 其它: “绿 ” (正) “红 ×” (背) ;CH :关闭 JT1 ,JT2 : 绿灯 4 B 超车道 C2-2 : “红× ” (正) “红 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 无显示; 其它: “绿 ” (正) “红 ×”

47、 (背) ;CH :关闭 JT1 ,JT2 : 绿灯 5 C 行车道 C4-1 : “红× ” (正) “红 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 无显示; 其它: “绿 ” (正) “红 ×” (背) ;CH :关闭 JT1 ,JT2 : 绿灯 6 C 超车道 C4-2 : “红× ” (正) “红 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 无显示; 其它: “绿 ” (正) “红 ×” (背) ;CH :关闭 JT1 ,JT2 : 绿灯 7 D 行车道 C5-1 : “红× ” (正) “红 ×” (背)

48、;C2-3 ,C5-3 : 无显示; 其它: “绿 ” (正) “红 ×” (背) ;CH :关闭 JT1 ,JT2 : 绿灯 8 D 超车道 C5-2 : “红× ” (正) “红 ×” (背) ;C2-3 ,C5-3 : 无显示; 其它: “绿 ” (正) “红 ×” (背) ;CH :关闭10 长安大学硕士学位论文 当上述表中 8 种情况发生时 , 如果当时隧道内车流量不是很大, 那么发生事故 车道的下游车辆可以通过没有发生事故的 车道离开隧道, 受阻车辆一直不能被疏散的话 必然14会降低道路的通行能力从而形成拥挤交通流 , 所以当务之急是 先疏散

49、隧道内部拥挤交通流, 如果隧道上行线和下行线 的车流量差别比较大, 那么我们 可以将其中一条线路实行单向通行,另一条线路实行双向通行 ,通过采取这种方式来排除拥挤 交通流。 2)阻塞双车道 根据隧道划分的 A ,B ,C ,D 四 个区域, 当异常事故阻塞双车道时,异常点 的情况有如下 4 种可能,具体交通控制 策略如表 2.5 所示: 表 2.5 双车道 阻 塞 异常隧道 的 交通控 制 策 略 异常 编号 即时 控制策略 长时控制策略 位置 JT1 ,JT2 : 红灯; JT1 :红灯+ 绿箭,JT2 : 绿灯; C1-1 、C1-2 : “红×” (正 、背) C1-1?C3-

50、2 : “红×” (正 、背) C2-1?C3-2 : “绿” (正 ) C4-1 、C5-1 、C6-1 : “绿 ” (正) “红×” (背 ) ; “红×” (背 ) ; 1 A C4-1 、C5-1 、C6-1 : “绿 ” (正) C4-2 、C5-2 、C6-2 : “红 ×” (正) “红×” (背 ) ; “绿” (背 ) ; C4-2 、C5-2 、C6-2 : “红 ×” (正、背 ) C2-3 、C5-3 :无显示;CH :关闭 C2-3 、C5-3 :无显示;CH :关闭 JT1 ,JT2 : 红灯; JT1

51、:红灯+ 绿箭,JT2 : 绿灯; C1-1?C2-2 : “红×” (正 、背) C1-1?C3-2 : “红×” (正 、背) C3-1 、C3-2 : “绿” (正 ) C4-1 、C5-1 、C6-1 : “绿 ” (正) “红×” (背 ) ; “红×” (背 ) ; C4-1?C5-2 : “红×” (正 ) C4-2 、C5-2 、C6-2 : “红 ×” (正) 2 B “绿” (背 ) ; “绿” (背 ) ; C6-1 、C6-2 : “红×” (正 、背) C2-3 、C5-3 :无显示; C2-3 :

52、 “ 绿 ” ;C5-3 : 无 显 示 ;CH : CH :关闭 开启 JT1 ,JT2 : 红灯; JT2 :红灯+ 绿箭,JT1 : 绿灯 C4-1 、C4-2 : “红×” (正 、背) C4-1?C6-2 : “红×” (正 、背) C5-1?C6-2 : “绿” (正 ) C4-1 、C5-1 、C6-1 : “绿 ” (正) “红×” (背 ) ; “红×” (背 ) ; C1-1 、C2-1 、C3-1 : “绿 ” (正) C4-2 、C5-2 、C6-2 : “红 ×” (正) 3 C “红×” (背 ) ; “绿” (背 ) ; C1-2 、C2-2 、C3-2 : “红 ×” (正、背 ) C2-3 、C5-3 :无显示; C2-3 、C5-3 :无显示;CH :关闭 CH :关闭11 第二章 公路隧道交通控制系统研究 表 2.5 双车道 阻 塞 异常隧 道 的 交通控 制 策 略 续 JT1 ,JT2 : 红灯; JT2 :红灯+ 绿箭,JT1 : 绿灯; C4-1?C5-2 : “红×” (正 、背) C4