[科普中国]-交汇控制系统

交汇控制系统是高速干道上用以控制匝道内车辆安全交汇驶入高速干道车流的一种计算机控制系统。这种控制系统在高速干道上及匝道上同时检测车辆的到达位置及行驶车速，并判断高速干道车流中是否有一个允许匝道内车辆驶入的安全交汇空档，以指挥匝道内车辆可否驶入高速干道。1

交汇控制在定时控制和感应控制中，车辆经过匝道进入高速公路时，往往和上游车辆同时到达交汇区，由于上游车辆以较快的速度行驶，从匝道欲进入高速公路的车辆就得在匝道上排队。这些车辆通过匝道口后，急欲进入高速公路，在驶入高速公路时往往会引发交通事故。比较好的办法是将这些车辆控制在交汇区之外，当上游到达车辆比较稀疏时，才允许匝道外的排队车辆进入高速公路。

交汇控制是一种微观控制方法，以安全为控制原则。交汇控制的基本目标是通过驶入口匝道车辆最准确地利用高速公路主线车流的间隙来完成合流，改善高速公路交通流动分布及运行。交汇控制期望使大量的入口匝道车辆安全地汇合而不引起高速公路交通的明显间断。其方法是根据高速公路外侧车道车流间隙的长度来决定能否放行匝道车辆，只有当检测到上述车流间隙长度不小于可插车间隙时，才允许匝道车辆进入高速公路，这样才能保证匝道车辆及时安全汇入高速公路车流中。交汇控制系统实现的入口匝道调节率完全取决于检测到的主线车流间隙数目。这种控制使高速公路上的车流间隙得到最佳利用。2

交汇控制任务（1）根据专用检测器来分析交汇点前面的高速公路右道中的交通流状态，交汇计算机必须有足够的能力来识别沿右道运动车流中的大间隙。

（2）第二部分任务就是在汇流点安全地交汇它即可以用开环控制，也可以用闭环控制。

开环控制上坡车辆开环控制原理是使用了交通信号灯（绿、黄、红），该信号灯安装在斜坡道边上。如果红灯亮，那么想进入高速公路的司机必须停车。当一个充分大的空隙出现时，计算机控制信号灯变绿，允许等待的车通过并进人高速公路（参见下图）。如果司机能将自己的车按预定的加速度行驶，则汽车将会在预报的空隙驶到交汇点。

为了减少由于错误的速度和加速度所引起的交汇因难，采用按规定速度行驶的绿波带技术，该技术是开环控制系统中的先进技术。上图说明了这种绿波带系统的运行情况。

设上坡左道安装的完整的驾驶员显示器有下述内容：

斜坡（匝道）受控闪光信号，该信号告诉司机，斜坡是否受到控制。

有一个绿色丙稀酸面覆盖的绿波带显示部件。

有一个指示绿坡带速度的预告信号。

有一个交汇警告信号。

这样一个斜坡控制装置允许三个运营状态：运动、停止可接受车间隙、定时计量。

1.运动状态

根据安装在高速公路右车道中检测器的检测数据，控制计算机可计算出车间空隙长度和行进的速度。然后，计算机再通知坡边上的驾驶员显示器。显示的绿波带描述了高速公路交通中的可接受车间空隙、预速度信号等。如果司机保持他的汽车在绿波带所限定的位置，那么他将安全地到达已识别出来的车间空隙。

2.停止可接收车间隙状态

当高速公路交通流量增加，使车速下降时，可接受车间隙也下降。当车间隙下降到不能再接受新车流入时，该系统的运行要转换到停止可接受车间隙状态。在此状态中，斜坡信号灯为红（参见上图）。如果计算机识别出一个可接受车间隙，那么等待着的汽车随着个绿色信号和一个加速绿波带被释放。如果在预先确定的时间内没有可利用的间隙，则交通信号用绿灯指示释放车辆p然而不再产生绿波带，并打开交汇警告信号。

3.定时计量状态

当高速公路交通量进一步增加，而且车速已下降到停止可接受车间隙状态范围以下，这时，交汇控制系统要转换到定时计量状态。当斜坡车辆到达检测器时，在取决于计量率的一段短的延时后，交通信号从红灯转到绿灯。当车辆已经越过离开检测器以后，交通信号再转回红色。

上坡车辆的闭环控制在这类控制中，计算机通过沿斜坡安装的双回路传感器来监视斜坡车辆的运动。这样，计算机就能识别出车队长度、速度和交汇点所期望的时间以及由间隙求得的运动参数与算准值的偏差。为了使这个偏差最小，使用了所谓组合信号灯。这些组合信号灯是左道边安装的单个信号灯的前导。此前导能连续照亮，以便配合车辆速度，给司机一种只有一个灯亮的幻觉。因此，这种显示器可以给司机显示最优指定车间隙，使司机来确定自己最恰当的车速。如果计算机不能在高速公路交通中找到一个可能接受的车间隙，那么，交通信号灯转到红色，使斜坡上的车停下，直到找出一个可接受的间隙为止。可能会发生这样的情况：在预先调整好的时间内，没有可接受车间隙被识别出来。在这种情况下，不使用组合信号灯来释放停止的车辆，交汇警告信号在车辆穿过后一对检测器时接通。3

开环和闭环控制系统的效率通过试验可以得出：两种控制系统效率大致是相等的。这可以由逐渐增加传感器的占有时间，相应的斜坡上等待时间，以及斜坡上流量之间的关系来加以说明。由上节图中可清楚地看到，无交汇挖制的曲线是急剧上升的，而有交汇控制则可以缩短延误和增加上坡容量。

目前，交汇控制系统还没有得到普遍应用，其主要原因是成本昂贵。相对来说，简单的定时计量系统更受欢迎，该系统不需要绿波带和步进灯。3

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学