第十一講區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)

1、11.1區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)定義與分類11.2 定時式脫機操作系統(tǒng)11.3 SCATS自適應控制系統(tǒng) 11.4 SCOOT自適應控制系統(tǒng) 第十一講 區(qū)域交通信號控制系統(tǒng) 11.1 定義與分類區(qū)域交通控制系統(tǒng)定義：把某一城區(qū)的一部分或全部交通信號的控制作為一個統(tǒng)一指揮控制中心管理下的整體的控制系統(tǒng)。作用：1.整體監(jiān)視和監(jiān)控，達到局部最優(yōu)；2.可因地制宜的選擇合適的控制方法；3.可以提高設備利用率。11.1 定義與分類分類1.按控制策略分類（1）定時式脫機操作系統(tǒng)。也即固定配時協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。利用歷史數(shù)據(jù)及現(xiàn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行脫機優(yōu)化處理，并對整個控制網(wǎng)絡實施多時段定時控制。（2）適應式聯(lián)機操作控制系

2、統(tǒng)。也稱為自適應控制系統(tǒng)或動態(tài)響應控制系統(tǒng)。是指在控制區(qū)域中設置車輛檢測器，實時采集數(shù)據(jù)并實施聯(lián)機最優(yōu)控制。11.1 定義與分類2. 按控制方式分類（1）方案選擇式預先做好各種配時方案，按照實際采集數(shù)據(jù)，選取最佳控制方案，并實施交通控制。（2）方案形成式根據(jù)采集的交通數(shù)據(jù)，實時計算最佳控制參數(shù)，進行控制 。3.按照控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類(1)集中控制式。這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點是控制中心可直接對路口控制器進行操作(其信息傳輸媒介是通信線路)，便于直接從控制中心了解各個信號交叉口的交通情況；該種控制方式的缺點是控制策略的計算復雜，設備線路繁雜，投資大，維護費用高。11.1 定義與分類(2)分層遞階式。這種控

3、制系統(tǒng)的優(yōu)點是城市交通控制中心不直接對路口級的信號控制器進行操作，而是通過中間控制層完成，這樣做可以減少控制設備提高控制的實時性，使控制策略的選取更加簡單。因此，在實際中，這種系統(tǒng)控制方式被廣為采用。集中控制式與分層遞階式比較 項目體制分布式控制集中式控制智能和功能的分布分布到各級集中于中心一級可靠性具有多級保險功能，高一級控制失靈系統(tǒng)功能損失較小為提高系統(tǒng)的可靠性，中心常用雙機備分，否則中心主機失靈，系統(tǒng)功能損失嚴重控制中心需要多個中心站只需一個中心站，主要設備集中于一個中心傳輸線路傳輸線路較省，小區(qū)中心可以設置在控制區(qū)域的中心傳輸線路均須由各交叉口聯(lián)到中心，當區(qū)域范圍大時，線路造價明顯上升

4、系統(tǒng)靈活性系統(tǒng)控制戰(zhàn)略有很大靈活性，可以分期實施，一次投資不需太大靈活性差，一次投資大軟件開發(fā)比較復雜，需要開發(fā)更復雜的控制程序比較簡單維修室外設備較復雜，需要較高水平的維修隊伍室外設備簡單，容易維修使用場合大面積或一個城市的控制 小范圍的或信號比較集中的城市控制11.2 定時式脫機操作系統(tǒng)TRANSYT（Traffic Network Study Tool）“交通網(wǎng)絡研究工具”是由英國交通與道路研究所于1996年所提出的離線優(yōu)化交通網(wǎng)絡信號配時的一套軟件。20世紀60年代以來，TRANSYT得到廣泛應用，取得明顯效果；到1980年，TRANSYT軟件已經(jīng)修改過8次。TRANSYT軟件的構(gòu)成T

5、RANSYT仿真模型交通網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖式周期流量變化圖示車流在連線上運行狀況的模擬優(yōu)化綠時差的優(yōu)選綠燈時間的優(yōu)選控制子區(qū)的劃分信號周期時間的選擇TRANSYT組成（兩部分）仿真在信號控制網(wǎng)絡上的車隊模型（宏觀模型）信號配時方案優(yōu)化設計（計算機程序）TRANSYT基本原理圖 一、 信號網(wǎng)絡配時優(yōu)選的目標函數(shù)討論車流在路網(wǎng)絡上運動狀況的主要參數(shù)，即平均延誤、平均排隊長度、停車率或燃油消耗量等。以他們?yōu)樽宰兞靠梢越⑷缦潞瘮?shù)：h延誤時間；d停車率；c耗油量 若求得一組配時參數(shù)，則分別對自變量求偏導： 一、 信號網(wǎng)絡配時優(yōu)選的目標函數(shù)TRANSYT系統(tǒng)中綜合目標參數(shù)包括延誤時間與停車次數(shù)在內(nèi)的“運行指標”

6、：二、優(yōu)化過程1.綠時差優(yōu)化、優(yōu)選 條件：滿足最小綠燈時間滿足路網(wǎng)交通需求二、優(yōu)化過程2. 綠燈時間優(yōu)化二、優(yōu)化過程3. 子區(qū)的劃分二、優(yōu)化過程4. 信號周期時間的選擇TRANSYT可以為交通網(wǎng)絡各子區(qū)選取一個PI 值最小公共信號周期時長，同時還可以確定哪些交叉口應該采用雙周期。選擇交通路網(wǎng)中交通量最重（飽和度最高）交叉口，保證其Y值較大。 自動選用公用信號周期；確定控制范圍內(nèi)交叉口雙周期的設置；借助于控制子區(qū)劃分避免周期過長。TRANSYT方法的經(jīng)濟效益 序號項目低限%高限%1路網(wǎng)上行駛的車輛平均延誤時間減少15402路網(wǎng)通行能力增加5153車輛燃油消耗量下降5204較少交通事故0155設置

7、公共汽車專用車道，并使用“BUS TRANSYT”作配時設計，則可以減少公共汽車延誤10306設置“緊急綠波”時，可使消防車延誤時間減少33507尾氣污染減少515脫機控制系統(tǒng)的不足依賴于歷史交通流數(shù)據(jù)，交通數(shù)據(jù)更新對配時方案要求高；控制對策靈活性較差（緊急事件處理）；無實時的交通信息反饋，被動式交通控制。11.3 SCATS自適應控制系統(tǒng) SCATS實時自適應控制系統(tǒng) （Sydney Co-ordinated Adaptive Traffic System）采用方案選擇式配時方案與單點感應控制相結(jié)合的控制方式。SCATS實時自適應控制系統(tǒng) 子系統(tǒng)的劃分與合并周期時長的選擇配時參數(shù)優(yōu)化綠信比方

8、案的選擇綠時差方案的選擇一、SCATS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用方案選擇配時方案與單點感應控制相結(jié)合的控制方式。SCATS分為三級：中央監(jiān)控中心 地區(qū)監(jiān)控中心 子控制區(qū) 信號控制機二、SCATS系統(tǒng)優(yōu)化SCATS以信號周期、綠信比及綠時差作為各自獨立的參數(shù)進行優(yōu)化，優(yōu)化過程以“飽和度”和“綜合流量”為主要參數(shù)。（1）飽和度 （DS）定義：車流有效利用的綠燈時間與顯示綠燈時間之比。其中: 綠燈期間，無車通過的時間；t通過停車斷面前后車輛的空檔時間；h空檔個數(shù)。二、SCATS系統(tǒng)優(yōu)化（2）綜合流量 通過停車線的混合車流大小。 綜合流量；DS飽和度；g綠燈時間；S最大流率或單位小時最大流量（輛h） 三、信號周

9、期長度的選擇為保持連續(xù)性，周期做小步調(diào)整，其長度變化在6s以內(nèi)，調(diào)整量：新周期長度為 四、綠信比（1）推算比較方案的各向飽和度DS值（2）對各個進口道飽和度DS值中，對應每一綠信比方案，找出一個最高的DS值。（3）對四種綠信比方案中對應的最高飽和度DS值進行比較，DS值低的中選。五、綠燈時差其中 修正后時差； 規(guī)定方案規(guī)定的綠燈起步時距； 修正系數(shù)； 綠燈起步時距與信號周期的函數(shù)關(guān)系。11.4 SCOOT自適應控制系統(tǒng) SCOOT（SplitCycleOffset Optimization Technique）即 “綠信比周期綠時優(yōu)化技術(shù)”特點：方案形成式的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是集中控制結(jié)構(gòu)一、

10、SCOOT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)SCOOT檢測檢測器的布設監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集子區(qū) 劃定子區(qū)模型車隊預測排隊預測擁擠預測效能預測優(yōu)化策略次序參數(shù)優(yōu)選一、SCOOT系統(tǒng) 五大部分關(guān)系路網(wǎng)上的實時交通狀況況車輛檢測及數(shù)據(jù)處理對路網(wǎng)執(zhí)行控制配時參數(shù)組存儲單元現(xiàn)行配時方案最新優(yōu)化配時參數(shù)對配時參數(shù)調(diào)整交通模型配時參數(shù)優(yōu)選下游停車線斷面流量圖式現(xiàn)行方案的PI值調(diào)整配時后PI值系統(tǒng)監(jiān)測故障監(jiān)視各交叉口車輛排隊現(xiàn)行配時參數(shù)繼續(xù)調(diào)整調(diào)整完畢二、配時優(yōu)選目標函數(shù)與TRANSYT類似，SCOOT系統(tǒng)也采用多元目標函數(shù)作為路網(wǎng)信號配時方案實施優(yōu)選的依據(jù)。目標函數(shù)：三、優(yōu)化 1）優(yōu)化策略：SCOOT系統(tǒng)優(yōu)化策略是通過對交通量檢測并不斷調(diào)整配時參數(shù)（周期時間、綠信比、綠時差）。2）綠信比的優(yōu)選 根據(jù)上游車輛到達圖式，判斷是否需要改變綠燈放行時間。優(yōu)選原則：使交叉口總飽和度最小，與此同時，考慮車輛排隊長度、擁擠程度及最短綠燈時