隧道工程交通控制指標與仿真平臺研究

周慶華

（陜西交通職業(yè)技術學院 公路與鐵道工程學院，陜西 西安 710018）

隧道工程交通控制指標與仿真平臺研究

周慶華

（陜西交通職業(yè)技術學院 公路與鐵道工程學院，陜西 西安 710018）

文章通過對山嶺地區(qū)隧道工程的交通環(huán)境和行駛環(huán)境進行詳細分析，提出隧道工程交通控制的主要方法與措施，并介紹了隧道交通控制應急預案仿真與訓練平臺，為山嶺地區(qū)隧道工程的安全運營管理提供科學的依據(jù)和方案。

隧道工程；交通控制；仿真平臺

隧道路段中交通條件和幾何線性都較為特殊，駕駛員行駛在隧道路段上時無論是心理上還是身體上都有著不同的感觀，這決定了車輛在隧道路段的行駛狀況會與正常路段有較大區(qū)別。要做好山區(qū)公路上隧道工程的安全管理，首先要對隧道工程的環(huán)境特點和車輛運行特性有較為準確的了解。

1 隧道交通環(huán)境特點

1.1 隧道“黑洞效應”和“白洞現(xiàn)象”

日間，當車輛以較快的速度行駛入隧道內時，司機對于隧道內外亮度瞬間的降低無法及時適應，眼前會出現(xiàn)短暫的黑洞（較長隧道）或黑框（短隧道）現(xiàn)象；而車輛駛離隧道時，又會出現(xiàn)亮度瞬間增高，使得司機視覺上產生炫光，短時間內無法適應，這即為“白洞現(xiàn)象”?！昂诙葱焙汀鞍锥船F(xiàn)象”均會影響車輛的安全行駛，給交通安全帶來隱患[1]。

1.2 環(huán)境照度

隧道內部無法直接接受日照光線，垂直通過單位面積的光通量即光照度明顯低于洞外，況且隧道洞內表面多以混凝土支護材料和瀝青路面為主，空氣中存在大量的汽車尾氣，這些材料對于光線的反射特性較弱，且強弱不同。因此，從不同的視線方向看，隧道內部的亮度水平差別很大。

1.3 噪聲污染

隧道洞內空間狹小，車輛快速行駛中產生的噪音無法消散，在經過洞壁的反射后會產生較大回音，嚴重干擾司機對外界行車環(huán)境的判斷，降低司機的反應速度，不利于司機的安全駕駛。

1.4 空氣質量

隧道作為半封閉的建筑形式，空氣擴散條件較差，尤其是山嶺地區(qū)較多的長大隧道群，洞內外的空氣質量通常達不到安全要求。如果沒有特殊的處置手段，隧道的空氣質量肯定會出現(xiàn)污染狀況，干擾司機的行車視線[2]。

1.5 路面狀況

隧道內部通風條件較差，車輛在行駛過程中車速較低，汽車排放物更多地殘留在路面表面，加上油漬、灰塵無法及時擴散和清除，導致瀝青路面的空隙被嚴重堵塞，影響雨水的下滲，雨天會快速在洞內形成表面積水，路面抗摩擦性能下降，輪胎極其打滑，影響車輛的正常行駛。

1.6 隧道橫斷面設置

為減少隧道主洞開挖量，隧道內部道路橫斷面的設置寬度與正常路段相比較為狹窄，沒有設置應急車道，通常在道路兩邊設置1 m左右的檢修道，出現(xiàn)故障或事故后，會嚴重影響主路的正常通行，且容易引發(fā)二次事故。

2 山嶺地區(qū)隧道工程交通控制

2.1 車速控制

車速控制分兩種情況，一種情況是對即將駛入隧道的高速度車輛在隧道入口前限速，這是因為隧道的特殊環(huán)境使司機對速度和距離的判斷產生困難，故應在進入隧道區(qū)域前進行速度限制，以達到平滑交通流的目的；另一種情況是當出現(xiàn)擁擠、交通事故以及改變交通引導方向時，應降低速度，疏導交通。

2.2 車流量控制

隧道車流量控制是指通過控制公路隧道內，尤其是高峰時段的通行車輛數(shù)量，來保持隧道內交通流暢通的方法，特別是控制高峰小時期間進入隧道的車輛數(shù)目。隧道車流量控制包括入口交通流調節(jié)和入口關閉兩種形式。國內一些建成的隧道中采用了無線地磁傳感器來監(jiān)測隧道內車流量、車速等信息。

2.3 車道控制

常見的車道控制方式有車道關閉控制方式和可逆車道變向控制方式。前者是指當隧道內某車道上發(fā)生交通事故或正在進行施工作業(yè)時，可視情況暫時關閉車道，限制該車道上車輛的通行，避免交通事故的發(fā)生；后者是指在某些特殊時段，隧道雙向車流量明顯不均衡，或者在交通事故發(fā)生后，隧道內部雙向通行效率出現(xiàn)較大差異時，為了緩解道路一方的壓力，有效利用空間，將對向車道臨時改為順行車道，并在路段前方設置車道指示器提醒司機車道變向的信息。

3 隧道交通控制仿真平臺

通過對山區(qū)公路交通量、交通事故發(fā)生率、道路使用狀況、道路設施、突發(fā)事件應急救援資源等的調查，結合我國高等級公路普遍使用的監(jiān)控系統(tǒng)，對山區(qū)隧道控制策略與緊急預案進行深入的分析和研究，開發(fā)出隧道交通控制應急預案仿真與訓練平臺軟件。隧道交通控制應急預案仿真與訓練平臺的軟件系統(tǒng)由全路多屏顯示單元、突發(fā)事件信息輸入單元和交通控制策略與預案顯示單元三大部分組成。

隧道仿真平臺的總體功能結構如圖1所示。

隧道交通控制應急預案仿真與訓練平臺主要由人機交互系統(tǒng)、知識庫與管理系統(tǒng)、推理機、數(shù)據(jù)庫與管理系統(tǒng)、模型庫與管理系統(tǒng)和交通控制策略顯示模塊構成，其系統(tǒng)結構框如圖2所示。

圖1 仿真平臺功能結構

圖2 系統(tǒng)結構框

該系統(tǒng)可以通過對隧道路段交通事件發(fā)生的位置、交通流控制階段狀況、事件等級等進行分析，給出最有效的控制策略和控制預案，并將突發(fā)事件發(fā)生位置、交通流控制節(jié)點狀態(tài)、車輛誘導分流路線、預案相關信息、事故路段環(huán)境信息視頻等，直觀、形象地顯示在由微觀窗口、中觀窗口、宏觀窗口組成的多屏系統(tǒng)上，使隧道管理者（決策者）從不同的角度對交通控制和交通預案進行把握。

4 結語

本文通過對山嶺地區(qū)隧道工程的交通環(huán)境和行駛環(huán)境進行詳細分析，提出隧道工程交通控制的主要方法與措施，并介紹了隧道交通控制應急預案仿真與訓練平臺，為山嶺地區(qū)隧道工程的安全運營管理提供科學的依據(jù)和方案，有助于提高我國高等級公路隧道工程的管理水平。

[1] 陳開放.隧道照明設備維護系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].西安：長安大學，2014.

[2] 李卓.高速公路機電設備故障預測及維修決策系統(tǒng)研究[D].西安：長安大學，2009.

Study on traffic control index and simulation platform of tunnel engineering

Zhou Qinghua
（School of Highway and Railway Engineering, Shaanxi College of Communication Technology, Xi’an 710018, China）

In this paper, based on analysis on the traffic environment and the driving environment of the tunnel project in mountain area in detail, the main methods and measures of traffic control of tunnel engineering are put forward, and introduces the simulation and training platform of tunnel traffic control contingency plan, which can provide scientific advise and plan for safe operation and management of tunnel engineering in mountain area.

tunnel engineering; traf fi c control; simulation platform

陜西省教育廳科研計劃項目資助；項目編號：16JK1067。

周慶華（1977— ），女，河南新鄉(xiāng)人，教授，博士；研究方向：道路與交通工程。