交通控制基本知識

交通控制發(fā)展歷史1868年，英國倫敦Westrninster地區(qū)安裝了世界上第一臺交通信號燈。1926年，英國人首次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，標志著城市交通自動控制的開始。1964年，在加拿大的多倫多市完成世界上第一個具有電子計算機城市交通控制系統(tǒng)的城市。定周期信號機感應式信號機多時段信號機無纜線協(xié)調(diào)有纜線協(xié)調(diào)自適應線協(xié)調(diào)自適應區(qū)域協(xié)調(diào)1967年英國運輸與道路研究實驗室（TRRL）成功地研究出交通網(wǎng)絡研究工具TRANSYT，用于脫機優(yōu)化配時方案。1975年TRRL在“TRANSYT”的基礎上開發(fā)了SCOOTS系統(tǒng)，澳大利亞開發(fā)了SCATS自適應控制系統(tǒng)，成為世界上兩個著名的城市交通信號控制系統(tǒng)。交通控制系統(tǒng)應用現(xiàn)狀國內(nèi)十幾個大城市應用了國外的交通控制系統(tǒng)城市系統(tǒng)名稱北京SCOOT、QuickNet4、南斯拉夫系統(tǒng)上海SCATS沈陽SCATS廣州SCATS大連SCOOT長春西班牙Sanco武漢西班牙Sanco深圳日本KyoSan太原意大利系統(tǒng)青島SCOOT成都SCOOT蘇州SCATS洛陽美國QuickNet4但效果不理想！交通控制概念道路交通信號控制機能夠改變道路交通信號順序、調(diào)節(jié)配時并能控制道路交通信號燈運行的裝置。自適應控制根據(jù)交通流的狀況，在線實時地自動調(diào)整信號控制參數(shù)以適應交通流變化的控制方式。交叉口兩條或多條道路相交而形成的路口。在交叉口，不同道路上行駛的機動車、自行車、行人之間會引起交通上的沖突。交通控制概念相位

在一個信號周期內(nèi)，同時獲得通行權的一個或多個交通流的信號顯示狀態(tài)。交通控制概念周期長Cycle

信號燈燈色變化一個循環(huán)所經(jīng)歷的時間。綠信比split

在一個信號周期內(nèi)，相位有效綠燈時間與周期時間之比。相位差Offset

相位差也叫偏移，分絕對相位差和相對相位差兩種定義方式。在一個協(xié)調(diào)控制信號系統(tǒng)中，以某一個信號為基準信號，其它信號的協(xié)調(diào)相位綠燈起始時間滯后于基準信號的綠燈起始時間的最小時間差，稱為絕對相位差。在一個協(xié)調(diào)控制信號系統(tǒng)中，沿車輛行駛方向任意兩相鄰信號的協(xié)調(diào)相位綠燈起始時間的最小差值，稱為相對相位差。

相位B相位A時間綠燈間隔時間黃燈全紅紅黃周期長階段交通控制概念相位A相位B相位C相位D階段2

階段1交通控制概念飽和流量某一信號相位某一車道的車流所能獲得的最大通行流率。飽和度某相位某車道的實際到達流量q與允許通過能力Q的比值稱為該相位該車道的飽和度（x）。流量比某相位某車道實際到達流量q與該相位該車道飽和流量S的比值稱為流量比率（Y）。交通控制概念排隊長度某一相位某車道獲得放行時停車線后面排隊的車輛數(shù)。交叉口通行能力一個交叉口對于各個方向（或相位）全部車流單位時間內(nèi)所能提供的最大允許通過量。時間占有率在觀察時間內(nèi)，車輛占有（行駛或停止）檢測位置的時間與總觀察時間的比例。空間占有率某一瞬間，一定長度的路段上車輛占有的長度與考察路段長度的比例。交通控制概念交叉口延誤車輛到達交叉路口因紅燈第一次停車與車輛經(jīng)過停車線的時間差。彈性相位某相位的車流到達不穩(wěn)定，在綠信比設置上有一彈性變化范圍，稱其為“彈性相位”。待定相位指并非在每一個周期內(nèi)都要出現(xiàn)的相位。當車流到達一定數(shù)量才出現(xiàn)此相位，否則自動跳過。關鍵車道交叉口某相位流量比最大的進口道。關鍵相位交叉口相位設置中流量比最大的一個或幾個相位。

交通控制概念子區(qū) 將區(qū)域控制下的路口按照交通負荷、鄰近距離、交通流量流向之間的關系，把相鄰的幾個路口劃分為一個集合進行控制，這些路口周期長相等或成倍數(shù)關系，一個子區(qū)要設置一個關鍵路口。關鍵路口 在控制子區(qū)中交通負荷最大的路口，一般將其信號周期作為子區(qū)協(xié)調(diào)控制的公共周期。信號燈組信號燈組分邏輯信號燈組和物理信號燈組兩個概念。邏輯信號燈組是指構成同一控制相位的各式信號燈，而物理燈組是指單個具體的物理燈組。特征參數(shù)特征參數(shù)是定義交通信號機的硬件配置和控制參數(shù)的一組特征數(shù)據(jù)。，包括一般參數(shù)、相位表、相位沖突表、時段方案表、檢測器表等的定義。交通控制概念黃閃控制 各相主燈組黃燈以固定頻率閃爍，只起提示作用的一種特殊控制方式，是閃光控制的一種。紅黃閃控制 進入紅黃閃控制方式的信號機控制時，設定為主干道的主燈組將出現(xiàn)黃燈閃爍，而次干道的主燈組將進入紅燈閃爍，也是閃光控制的一種。手動控制 按一次手動按鈕切換到下一個階段，不按手動按鈕則燈色保持不變。單點定周期 按照一個控制機內(nèi)部固定的信號周期進行信號控制。交通控制概念有纜線控 有纜線控屬于線控的一種，但它不需要專門的中心協(xié)調(diào)控制機，而由信號機之間通過符合串口標準的線路相互協(xié)調(diào)進行干線上的聯(lián)合控制。根據(jù)信號機所控制路口在一條干線上的地位，有一臺信號機作為線控發(fā)起機，其它的均為被動線控。由線控發(fā)起機發(fā)出對時信號。無纜線控無線線控通過準確的時鐘進行同步，每隔一定時間，進入無線線控的信號機將根據(jù)對時信號進行準確對時。區(qū)域協(xié)調(diào)控制路口信號機與系統(tǒng)建立通信連接后，系統(tǒng)根據(jù)檢測器采集的交通信息，由上位系統(tǒng)和信號機的優(yōu)化控制模塊對所控區(qū)域的交通信號控制方式及配時參數(shù)進行動態(tài)協(xié)調(diào)控制。交通工程師同時可對系統(tǒng)進行干預控制。上載路口信號機把特定信息按約定的格式發(fā)送給上級控制機。下載上級控制機把特定信息按約定格式發(fā)送給路口信號機交通控制概念單點多時段根據(jù)預先設定的時段表，按時間的推移自動選擇預定的控制方案進行信號控制。單點多時段控制實際上是時段之內(nèi)的定周期控制。單點感應根據(jù)車輛檢測器測得進口道實時交通數(shù)據(jù)，及預先設定的最短綠燈時間、最長綠燈時間、單位延長綠燈時間等參數(shù)，實時控制信號燈的顯示時間長，并能根據(jù)交通量的變化自動跳越相位。線控

或稱綠波控制。對主干道上的連續(xù)幾個路口，其周期長設置成相等或倍數(shù)關系，路口之間根據(jù)設定或優(yōu)化后的相位差進行協(xié)調(diào)。國外交通控制系統(tǒng)簡介SCOOT(Split,CycleandOffsetOptimizationTechnique:綠信比、周期和相位差優(yōu)化技術)是由英國運輸研究所(TRL--TransportResearchLaboratory,90年代TRRL改名為TRL)在TRANSYT基礎上研制的自適應控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)于1975年研制成功，并在英國城市Glasgo進行現(xiàn)場試驗，取得了較好的效果。上個世紀90年代SCOOT系統(tǒng)進行了多次升級，其最新版本為4.4版，其版權為TRL擁有。SCOOTPLITYCLEFFSETPTIMIZATIONECHNIQUE以延誤和停車次數(shù)最小為優(yōu)化目標進行周期長、綠信比、相位差的小步距調(diào)整SCOOT原理信號機車流流量圖示車輛排隊綠信比相位差優(yōu)化交通管理者權重系數(shù)信號周期優(yōu)化近似設置可選方案當前信號配時方案

傳輸設備SCOOT技術特征SCOOT的主要技術特征有：（l）控制模式：聯(lián)機（OnLine）實時控制，即動態(tài)模武；（2）系統(tǒng)目標：PI最小為優(yōu)化目標；（3）參數(shù)特怔：S、O、C均通過建立優(yōu)化數(shù)學模型計算；（4）尋優(yōu)方法：小步長漸近尋優(yōu)法；（5）檢測器位置：上游路口出口。SCOOT原理SCOOT系統(tǒng)有一個靈活、準確的實時交通模型，不僅用于制訂配時方案，還可以提供各種交通信息；系統(tǒng)軟件包括五大部分： 一、車流檢測二、交通預測三、配時參數(shù)優(yōu)化四、信號控制方案執(zhí)行五、系統(tǒng)監(jiān)控SCOOT檢測器埋設位置SCOOT交通預測StoplineDemandCyclicFlowattheDetectorJourneyTimeDispersionModelSCOOT排隊長度預測TimenowFlowRateStopLineSaturationflowrateFlowaddstobackofqueueTime‘now’Modelledqueueattime’now’ACTUALQUEUECruisespeedCyclicFlowProfileSCOOT參數(shù)優(yōu)化綠信比每個信號階段-4,0,+4(實時變化)相位差每個周期-4,0,+4信號周期每隔2.5-5分鐘-1,0,+1(永久變化)-4,0,+4(32到64)-8,0,+8(64到128)-16,0,+16(128到240)優(yōu)化頻率變化范圍（秒）SCOOT系統(tǒng)的優(yōu)缺點SCOOT系統(tǒng)有一個靈活、準確的實時交通模型優(yōu)點：，不僅用于制訂配時方案，還可以提供各種交通信息；SCOOT采用對下一周期的交通進行預測的方法，提高了結果的可靠性和有效性；SCOOT調(diào)整參數(shù)時采用頻繁的小增量變化，既避免了信號參數(shù)突變給路網(wǎng)上車輛帶來的損失又可通過頻繁的累加變化來適應交通條件的變化；SCOOT的車輛檢測器埋設在上游路口的出口處，為下游交叉口信號配時預留了充足的時間，且有足夠時間做出反應以預防車隊阻塞到上游交叉口。缺點：一是相位不能自動增減，相序不能自動改變；二是獨立的控制子區(qū)的劃分不能自行解決，需人工確定；三是飽和流率的校核未自動化，使現(xiàn)場安裝調(diào)試時相當繁瑣SCATS系統(tǒng)簡介“悉尼自適應交通控制系統(tǒng)”

(SydneyCoordinatedAdaptiveTrafficSystem，SCATS系統(tǒng))是由新南威爾士州道路交通局（RTA）研究開發(fā)，是目前世界上少有的幾個先進交通控制系統(tǒng)之一。SCAT采用先進的計算機網(wǎng)絡技術,呈計算機分層遞階形式,結構成模塊形式。如右圖所示。SCATS系統(tǒng)結構示意圖SCATS系統(tǒng)原理SCAT的主要技術特征有：（1）控制模式：地區(qū)級聯(lián)機優(yōu)化，中央級聯(lián)機和脫機優(yōu)化同時進行；（2）系統(tǒng)目標：飽和度最大及通過帶寬度最大；（3）參數(shù)特征：在預先確定的多個S、O、C中選擇；（4）尋優(yōu)方法：無實時交通模型，比較選擇法；（5）檢測器位置：路口入口停車線1米處。SCATS方案選擇原理SCATS系統(tǒng)實際是一種實時配時方案選擇系統(tǒng)。以1—10個交叉口組成的子系統(tǒng)作為基本控制單元。其檢測器設于每條車道停車線后面，檢測實時交通量數(shù)據(jù)和停車線斷面在綠燈期間的實際通過量。

SCATS要求事先利用脫機方式為每個交叉口設置4個綠信比方案，5個內(nèi)部綠時差方案，5個外部綠時差方案。在同一子系統(tǒng)內(nèi)，所有交叉口在任何時候都執(zhí)行完全相同的信號周期。SCATS系統(tǒng)不用延誤時間和停車次數(shù)作為直接的優(yōu)選目標函數(shù)。方案選擇主要以SCATS定義的“飽和度”和“綜合流量”為依據(jù)。SCATS系統(tǒng)優(yōu)缺點優(yōu)點：

SCAT系統(tǒng)充分體現(xiàn)了計算機網(wǎng)絡技術的突出優(yōu)點，結構易于更改、改變，控制方案容易修改。在需要的情況下SCAT能自動進行子區(qū)的分離與結合，也可允許各路口自主實行車輛感應控制。經(jīng)悉尼市的對比實驗表明：SCAT與TIANSYT相比，在總旅行時間相同的情況下停車次數(shù)明顯減少。缺點：

第一，SCAT實為一種方案選擇系統(tǒng)，限制了配時參數(shù)的優(yōu)化程度；第二，SCAT過分依賴于計算機硬件，除了PDPll系列數(shù)字計算機外，無法在其它計算機系統(tǒng)上方便實施；第三，選擇相位差方案時，無車流實時信息反饋，可靠性低HiCon交通控制系統(tǒng)結構HiCon系統(tǒng)優(yōu)化原理

方案選擇與方案生成相結合，保證最小延誤或最大通行能力

Cycle：根據(jù)交通強度優(yōu)選

Split：根據(jù)交通流量優(yōu)化

Offset：根據(jù)流量、速度優(yōu)化

Mode：根據(jù)交通強度轉(zhuǎn)換HiCon優(yōu)化原理