成都市交通信号控制系统---西门子.pdf

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1、I 成都市交通信号控制系统（U T C/S C O O T ）技 术 方 案 西门子智能交通公司（北京）北方工业大学II 目 录 1.1.项目背景、目标及参照标准.1 1.2.现有系统现状.2 1.2.1.交通控制系统发展历程.2 1.2.2.系统结构.3 1.2.3.系统设备.4 1.2.4.系统软件.9 1.2.5.系统容量.10 1.3.系统基本功能.12 1.3.1.数据的采集与分析.12 1.3.2.信号控制与协调.12 1.3.3.路口和路段行人过街控制.12 1.3.4.故障监测.13 1.3.5.绿波路线.13 1.3.6.综合系统记录.13 1.3.7.在线仿真.14 1.3

2、.8.操作员功能.14 1.3.9.操作员界面.14 1.3.10.操作员中文界面.16 1.3.11.菜单命令.16 1.3.12.命令语言.16 1.3.13.用户注册帐号和系统访问.16 1.3.14.系统数据库配置.17 III 1.3.15.数据参数的上/下载.17 1.3.16.远程监视.17 1.3.17.系统其它功能.18 1.4.实时自适应控制功能.18 1.4.1.精确的交通检测.19 1.4.2.真实的交通模型.22 1.4.3.有效地实时自适应优化.23 1.4.4.灵活的人工干预战略.26 1.4.5.大量的信息处理与输出ASTRID 和 INGRID.26 1.5.

3、交通信号控制战略.28 1.6.系统覆盖范围.30 1.6.1.系统控制区域.30 1.6.2.路口列表.31 1.7.项目实施内容.42 1.7.1.基本描述.42 1.7.2.交通工程设计.42 1.7.3.检测器工程.42 1.7.4.信号控制器配置.42 1.7.5.控制中心改造.43 1.7.6.中心数据库配置.43 1.7.7.UTC 系统运行调试.43 1.7.8.SCOOT 系统联调.43 1.7.9.与其它系统的接口.43 1.8.外场施工规范.44 IV 1.9.系统建设目标.45 1.10 设备及工程量清单.46 1 1.1.项目背景、目标及参照标准 成都市于 2000

4、年开始建设交通信号控制系统，在系统投入运行的初期，采用目前世界上最先进的实时自适应控制方式（UTC/SCOOT），在减少交通延误，缩短旅行时间，缓解交通拥挤等方面取得了明显的效果。自 2002 年以来，成都市进行了全市性大规模基础设施建设和改造，一期交通控制工程所涉及的大部分路口、连线和区域的静态交通环境发生了很大的变化，同时还新建、改扩建了几十条道路和数百个路口。仅管如此，为了保障系统化交通控制的延续性和可持续发展性，在城市基础设施建设和改造的过程中，始终坚持采用相同类型和功能的现场交通控制设备，随时保持恢复系统控制的基本条件。如今，随着城市基础设施的建设与发展，城区范围内大规模的市政工程已

5、基本完成，在现有和在建路口全面启动区域实时自适应交通信号系统控制，以发挥系统控制最佳效益的目标时机已经成熟，今后一段时期的交通控制建设与发展的主要目标在于：?将更多乃至所有路口交通信号控制器通过VPN网络连接到控制中心；?对交通控制/指挥/管理中心进行全面改造；?以系统化实时自适应为主，在中心系统协调与监控下，因地制宜地采用多种灵活的控制战略和方式；?逐步建立更加全面的智能化交通管理系统（ITMS），并将交通控制作为 ITMS 的重要子系统纳入到 ITMS 之中。整个项目建设所参照的标准包括：?道路作业交通安全标志 GA1821998?道路交通信号控制机 GA472002?道路交通信号灯 GB

6、14886-2003?道路交通信号灯安装规范 GB14887-2003 2?全国道路交通管理信息数据库规范 GA/T482-2004?城市道路交通规划设计规范 GB 5022095?城市工程管线综合规划规范 GB 5028998?道路工程制图标准 GB 5016292?中华人民共和国公共安全行业标准 GA308-92?安全防范工程程序与要求GA/T75-1994 1.2.现有系统现状 1.2.1.交通控制系统发展历程 整个成都市交通信号控制系统建设与发展过程简况如下：?2000 年，成都市交通管理与控制系统项目设计与招标；?2001 年至 2002 年，成都市交通管理与控制系统项目建设，包括形

7、成 48 个路口实时自适应系统化控制；?2003 年至今，随着人民路、蜀都大道、天府广场、红星路、阳西路、二环路、三环路、城南新区和“米”字型市区道路网等的改造和建设，更换和新增能够连接到控制中心的本地交通信号控制器至近 400 台；?2006 年至今，逐步改造和新建基于光纤接入的 VPN 数据通信网络；?2007 年，增加第二台中心控制计算机，并进行中心系统及应用软件的升级；?2008 年，增加第三台中心控制计算机，并完成中心系统结构的重新配置。时至今日，具备连接交通控制系统能力的交通信号控制路口达到 617 个；与此同时，通过新建的 ICU/OCU数据通信系统和成都电信所提供的光纤接入VP

8、N 网络，已将 80%路口的信号控制器可靠地连接到控制中心；新构建的交通控制系统已具备在实时自适应方式下控制 900 个路口的容量。3 1.2.2.系统结构 新构建的交通控制系统结构如下：图 0-1 成都市交通信号控制系统结构 在中心主干网交换机上连接 3 台交通控制系统计算机 TMC/TCCA、TCCB和 TCCC，其中 TMC/TCCA 兼顾整个系统的管理和 1 个大区域的控制，其它两台各自控制另外 2 个大区域，每个区域的控制容量为 300 个路口。在中心主干网交换机上还可以连接 5-10 台操作员终端。通过中心主干网交换机可以建立与 ITMS 的接口。TMC/TCCATCCBTCCC终

9、端-1终端-nITU-1ITU-2ITU-3光纤路由器VPN光纤路由器OCUST800ST4S信号灯光纤路由器OCUST800ST4S信号灯光纤路由器OCUST800ST4S信号灯接入网交换机主干网交换机光纤通信媒介光纤通信媒介光纤通信媒介光纤通信媒介路口-1路口-2路口-n4 每台控制计算机连接 1 台内站通信控制器（ICU），3 台 ICU 汇接到接入网交换机，并通过光纤路由器与数据通信运营商所提供的虚拟专网（VPN）连接。上述设备除操作员终端外，均安装在 1 个标准的 19 英寸 44U 机柜之中。每个交通信号控制现场包括光纤路由器、外站通信控制器（OCU）、交通信号控制器（ST800）

10、、环形线圈检测器（ST4S）和交通信号灯等基础设施，通过 VPN 与中心连接，构成完整的交通信号控制系统。1.2.3.系统设备 1.2.3.1.中心控制计算机 西门子 UTC 系统主机采用 HP 公司的 Alpha DS15 服务器，1 台 Alpha可以控制 300 1000 个路口（取决于采用实时控制方式或定时控制方式），根据系统的规模和控制地域分布的需求，通过以太网可以连接 9 台 Alpha。在以太网上，每台 Alpha 可连接 4 5 台配有 X-Windows 仿真程序的 PC级操作员终端，操作员终端的工作界面与 Alpha 完全相同。每个 UTC 系统可通过主机并行接口或在以太网

11、上配备终端服务器连接1 2 台普通单色和/或彩色图形打印机。在主机串行接口上可连接 1 台通用 MODEM，远程用户可以通过 PSTN访问系统。Alpha 工作站通过第二路以太网（Alpha 内配备 2 块网卡）连接内站数据通信控制器，并根据不同的通信媒介以对应的方式与现场数据通信设备构成数据通信链路。Alpha 工作站主要配置如下：?CPU 主频：1GHz?内存：1024MB?硬盘：72G2 SCSI?CDROM：24 5?显示卡：102476824bit（16M 色）?显示器：19?LCD?网卡：10BASE-T RJ452?操作环境：OpenVMS 8.2-1（带中文 MOTIF）1.2

12、.3.2.操作员终端 操作员终端为市场上通用流行的 PC 级工作站，其主要配置参考如下：?CPU：XEON 2.0G Hz(或以上)?内存：1GB?硬盘：80G?显示卡：1280102432bit（16.7M 色）?显示器：17”19”或 22”LCD?网卡：10BASE-T RJ45?操作环境：中文 Windows XP+Exceed(X-Windows 仿真程序)1.2.3.3.内站通信控制器（ICU）内站通信控制器为标准 19”机架安装设备（8U）,配备 2 个以太网端口，1个连接中心控制计算机，另 1 个连接 VPN 路由器。ICU 开机后自动投入运行，无需任何人工干预。配备显示器的

13、ICU 可以方便地监视所有与 OCU通信链路的工作状况。1.2.3.4.网络交换机 针对目前的系统框架结构，通过在现有的 24 路 CISCO 交换机上配置 2个 VLAN 即可满足系统连接的需求。1.2.3.5.外站通信单元(OCU)外站通信单元(OCU)内置于路口交通信号控制器中。OCU 通过扁平电缆与 ST800 信号控制器的系统总线连接，进行中心控制方式下的控制与回答6 信息交换；并通过串行接口线与 ST800 的 RS232 接口连接，进行控制器手持机命令的信息交换。OCU 以微处理器模块为核心，应用软件及本路 OCU 地址等配置参数存储在 FLASH 之中，所有配置参数均由任何 P

14、C 机的 WEB 界面通过 OCU 的网口进行设置。内置式 TC12 OCU可配置 24 路 SCOOT 检测器，可确定 0 2 字节 UTC控制数据和 0 14 字节 UTC 回答数据。1.2.3.6.ST800交通信号控制器 ST800 型交通信号控制器是一款非常稳定和灵活的模块化交通信号控制器，可以以多种结构安装方式和功能配置组合，适应车辆与过街行人交通信号控制。经过多年的实践，ST800 的设备机箱已经在成都本地化。最基本的 ST800 硬件配置为 1 个电源、1 块中央处理器板、人工控制面板和 1 块 8 相位驱动板，即可构成能控制 8 个信号相位的本地交通信号控制器。针对交通信号控

15、制系统的总体设计，在上述基本配置的基础上，只要再增加 1 块内置式 OCU以及与具体需要相对应的检测器，检测器机架和背板等，即可满足大部分路口的硬件配置要求，对于某些复杂路口和用 1 台控制器控制 2 个以上路口，可根据具体相位数量需求，增加相应的相位驱动板。对于一些特殊的控制与监视需要，可通过增加以下设备，对其进行扩展组合：?增加相位板（最多配置 4 块相位驱动板）形成 32 相位输出；?增加输入/输出接口板，64 路输入/52 路输出；?公交优先检测装置等。ST800 可运行以下交通信号控制方式：?车辆感应（V.A.）；?SDE/SA 快速车辆绿时间延长功能；?固定配时；7?UTC 系统计

16、算机控制；?C.L.F.时间表无电缆方案协调控制；?主时钟通过实时钟调用和删除所选功能或 CLF 方案；?紧急调用；?手动功能；?公交、轻轨、紧急车辆优先；?部分时间方式（信号开、关或黄闪）；?并行阶段流（最多 8 个并行阶段流，相当于 8 台独立的控制器）；根据用户的要求，还可对控制器进行某些特殊配置。每台 ST800 都配备相同的固化软件，仅通过交通信号控制参数的配置适应各路口不同的控制需求。交通工程师运用交通工程的基本概念，在 Windows XP 环境下运行的 IC4程序中，以交互填表和特殊条件编程的方式配置数据，配置系统所输出的数据包括：参数与绿灯冲突监视配置、控制器运行规范、控制器

17、运行所需的方式/配时/时间表等特征参数、特殊控制条件及配线表等。另外，与配置程序相配套，IC4 还绑定了配置仿真程序。所配置的结果可在下载到控制器之前由仿真程序模拟信号控制器的运行，以检查所配置的数据是否符合实际控制的要求。8 图 0-2 图 配置仿真界面 1.2.3.7.环形线圈检测器 环形线圈检测器的外型如图 0-3 所示。图 0-3 检测器机架 检测器板的高度为 3U，插在随机供货的背板上，检测器背板和机架装在ST800 机箱之中，每块检测器板可提供 4 路检测通道，并具有自调整功能。每路检测通道的线圈激励信号频率可由板上的 DIP 开关进行选择，以减少同一方向不同车道所设检测器线圈之间

18、的干扰。检测器前面板上设有 LED 显示灯和拨动开关，LED 显示检测器工作状态，拨动开关设置每路检测器的检测灵敏度。作为占有型检测器，以微型继电器触点接口与交通信号控制器或 OCU连接，以触点闭合（或开启）的方式输出通过检测域车辆的数量（脉冲个数）和每辆车占有检测域的时间（脉冲宽度）。由于采用触点接口，在与其它设备连接过程中会形成完全独立的绝缘隔离。9 主要技术指标如下：?外 观：标 准 的 单 独 延 伸 的 欧 洲 标 准 卡 尺 寸 外 形（160mm100mm25mm 名义尺寸）?通道数：4 路，每通道有操作方式选择开关、灵敏度选择开关、信号频率选择开关（频率选择开关不少于 3 挡）

19、、检测指示灯、故障指示灯各一个；?当环行线圈接地时，检测器应能正常工作?电源：24 直流电120mA?操作温度：15至+65?湿度：95（无凝固）?电磁兼容：符合 TRG1068 电磁释放和磁化要求?在电源中断 50 毫秒内可连续工作，中断 50 毫秒后，电源恢复可自行从重新启动?平均正常工作时间：20000 小时 1.2.3.8.检测线圈及馈线?环形线圈 线圈材料采用 RVV1.5mm2.5mm2单芯多股铜线，耐高温（105）优质聚乙烯护套线。?环形线圈馈线 环形线圈至环形线圈车辆检测器的馈线采用.5 mm2 铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆，每米 17 绞以上。1.2.4.系统软件 完整的

20、西门子交通控制系统包括以下软件部分：?中文 Open VMS(V8.2-1)&FMS(1.1)-中心计算机操作系统?Hummingbird Exceed&Win2000/XP-操作员终端操作系统和 X10 窗口图形仿真程序?ST800 交通信号控制器固化软件?IC4 交通信号控制器配置与仿真软件?UTC(V26)区域交通控制应用软件?SCOOT(V4.5)实时自适应优化软件?ASTRID/INGRID 交通数据综合统计及交通事件自动报警软件 整个 UTC/SCOOT 系统在应用层面上为一个完整的软件包。在实时、多任务、多用户操作环境下，以综合调度为背景，构成系统管理、数据库管理、基本应用工具、

21、系统接口和多种标准化协议的基础层面，在此基础上，所有综合交通控制的功能操作均以模块化的方式链接、嵌入或绑定在整个软件包之中，并留有充分的扩展余地。1.2.5.系统容量 当单台 Alpha 工作站作为 TMC/TCC 运行时，标准的西门子 UTC 系统软件可使 300 个路口接受 UTC 控制或 SCOOT 控制，同时支持 5 个全功能图形化 PC 终端。如果有些路口运行固定配时方案或者少连接一些图形终端，还可能控制更多的路口。当控制多于 300 个路口的区域时，需使用多台 TCC 计算机，并由一台主计算机作为 TMC 或 TMC/TCC，协调其它计算机之间的运行，所需的网络软件包括在标准的西门

22、子 UTC/SCOOT 系统中，其功能与单计算机系统相同。对于多计算机系统，所有计算机既可放在同一个地方，也可分布在多个分中心内，通过相应的高速数据链路和以太网桥相互连接。在设备容量和用户安全需求的基础上，可以从任意一台计算机控制与监视另一台计算机所控的交通区域，或者将对某一个地理区域的控制从本机转移到另一台计算机上执行。一套统一完整的系统最多可以在同一计算机网上连接 9 台 ALPHA 计算机。一套统一完整系统的最大容量 UTC 小区 99 11 SCOOT 子区 676 本地用户 30 每个时间表的事件数 1000 宏命令数 200 宏命令所包含的命令数 20000 交通控制计算机 TCC

23、 8 交通管理计算机 TMC 1 自动应答 MODEM 16 拨号登录用户 23 周时间表 20 定周期方案 40 绿波方案 100 SCOOT 解析方案 6 单台交通控制计算机容量 外站通信控制单元（OCU）1000 路口控制器 300 路段行人控制器 300 逻辑控制特殊设备（如可变标志）600 远程请求 100 用户定义的远程请求 256 计数检测器 600 排队检测器 100 绕路行驶控制预案 20 相关绕路行驶预案 50 绕路行驶标志 80 绿波路线预案 100 每个绿波路线所连接的设备 64 同时启动的绿波路线方案 16 停车场 30 停车场诱导标志 200 串行终端 17 图形终

24、端 5 自动应答 MODEM 16 远程监视单元（OMU）300 TC12 ICU 8 每台 TC12 ICU串行口数 64 模拟传感器 200 模拟传感器组 100 12 自动车辆定位装置 200 SCOOT 子区 100 SCOOT 节点 300 SCOOT 阶段 1500 SCOOT 连线 1500 SCOOT 检测器 1800 双倍绿灯连线 100 SOFT连线 400 SOFT检测器 500 1.3.系统基本功能 经过多年持续不断地开发和经验积累，西门子交通信号控制系统的应用软件已将多种子系统集成在一起，形成了功能强大的程序包，并包括了很多标准的功能和特点。1.3.1.数据的采集与分

25、析 系统每秒钟从设在现场的车辆检测器采集交通数据，中心计算机将根据所采集的检测器数据按每 5 分钟和每 15 分钟间隔统计各检测截面的交通流量、占有率和阻塞度。上述数据既可以动态显示在中心计算机的地图显示界面上，也可以通过计算机网络以标准数据库文件或文本文件的形式传送到交通指挥中心的交通综合信息管理数据仓库之中，以便做相应的综合统计分析。1.3.2.信号控制与协调 如果不运行实时自适应优化控制，即 SCOOT，系统可根据交通流量、流向和其它因素的变化，比如早高峰，晚高峰，公共节假日，夜间或为一些特殊事件如足球赛、展览会等，确定相应的配时方案和时间表，系统通过时间表或操作员命令调用这些方案，改变

26、周期、绿信比和相位差，协调路口间的交通信号控制，还可以通过预置的流量、占有率和排队阈值自动选择相应的方案。1.3.3.路口和路段行人过街控制 系统可以控制行人过街需求，并与相邻的路口相协调。此外，还可以将这种特定的协调配置在优先路线方案中，以便与紧急/优先控制相配合。13 1.3.4.故障监测 西门子的交通信号控制系统包含软件和硬件的故障监视和报警指示。信号灯、信号控制器、车辆检测器、可变标志和外站等设备的故障信息传输到内站，通过异常信息显示通知操作员。UTC 系统还可通过监视和报警程序，通知操作员交通事件如交通阻塞等情况。1.3.5.绿波路线 绿波路线是为一条预定的路线，以所设的时差参数，依

27、次调用相应的相位绿灯。这些预定路线是为贵宾或者紧急车辆如消防车等而设的，此功能可由以下方法调用：?消防部门的按钮或键开关远程启动；?操作员指令；?车载遥控装置。1.3.6.综合系统记录?西门子 UTC/SCOOT 系统具有容量相当大的记录功能。可记录的事件包括：?系统故障记录；?交通事件报警记录；?启用方案记录；?交通调查（流量、占有率和排队等）数据记录；?操作员登录记录；?操作员修改数据记录；?操作员命令记录等。综合记录可保留几周，可用多种方法查询在某个时刻发生特殊事件的记录或某一设备的工作记录，还可以以通用数据库文件格式，通过计算机网络将记录文件转储到其它计算机系统作脱机统计分析处理。14

28、 1.3.7.在线仿真 每个独立的设备或整个系统都可以切换至仿真方式，以测试和分析当设备、系统数据库配置参数变化时其潜在的影响。1.3.8.操作员功能 系统可提供多项操作员功能，以满足交通控制的要求。这包括：?编制日、周、年方案及系统功能的时间表；?时间表替换，通过替换进行修改，而不需编辑整个时间表；?修改系统运行基本参数；?操作员命令批处理。操作员的操作可以成批地记录下来供频繁调用，这些批处理亦可从时间表中执行；?操作员命令日记。操作员命令存在日记中备案，以便系统恢复中断前的运行状态。1.3.9.操作员界面 UTC 系统以多窗口的形式显示操作员界面，操作员界面包括以下功能来协助操作员工作：?

29、地图或图符化的实时情况显示。提供实时情况的地图或图解显示，用以系统和交通数据的在线分析?控制位和应答位的监视。以表明当前和最近的数据发送和接收的活动(由开始显示的时间决定)。该显示屏上的控制位和应答位也可强制覆盖，以用于测试。?控制状态监视。可以表明当前的控制和应答位，故障，方案配时，阶段运行的简短过程和绿灯间隔时间。?检测器流量显示最近 20 次每 5 分钟间隔的流量数据。?日和周的流量可显示某一特定日期或星期的数据。15?时距图可显示某些控制器的指定阶段在一段期间内的绿灯情况。图 0-4 UTC 系统以多窗口的形式显示操作员界面 图 0-4 UTC 系统以多窗口的形式显示操作员界面 图 0

30、-5 为某一交通干线的实时时距图。图 0-5 某一交通干线的实时时距图 操作员可以运用 PC 机的绘图工具，绘制或输入 DXF、TIF 或 BMP 格式的图形/图像文件，如全市、某一局部地区的地图、照片等，作为某图形显示窗口的背景，然后运用事先定义的设备信息，在静态背景环境下，分单层或多层建立自己的实况图形显示图，日后调用该图形窗口时，即可得到完全用户化、动/静态相结合，图形化的实时信息显示。1.3.10.操作员中文界面 该系统将提供终端级的中文操作员界面，所有显示窗口和下拉式操作菜单 16 均可用中文显示，通过这一界面，可以输入中文，显示窗口信息和多种系统输出信息。目前，因为所使用的 FMS

31、 尚未汉化，还不能将数据库的输入文件翻译中文，数据库数据的输入和处理仍延用英语。1.3.11.菜单命令 在 UTC 系统 X-Windows 环境下，提供标准的下拉菜单式命令界面。有些比较复杂的操作命令，在用鼠标点中时，还将弹出相应的引导窗口，引导操作员快速、简捷、准确地进行系统操作。在下拉菜单式命令界面中还配有针对每条操作命令交互式的在线帮助信息。1.3.12.命令语言 除菜单命令以外，系统还提供一整套包括在线帮助在内的命令语言。1.3.13.用户注册帐号和系统访问 用户通过密码保护和用户帐号的权限访问系统。一个拥有全部权利的管理者可对系统的数据和其他使用者的数据和信息进行修改。管理者还可配

32、置和修改每个使用者的进入权限，并允许针对每个用户的某一需要划定有效的命令范围。为了响应用户的要求，标准的西门子 UTC 系统建立了多级安全措施。每个用户帐号有一个访问级别，并且允许系统的管理者在需要时有多个帐号，这样高级管理人员就可以用操作员级别和管理员级别两种方式登录，而不用担心其在操作员级登录时滥用系统管理级指令。系统还可设置自动记录进入和退出系统的时间。每个用户帐号都有一个命令权限，以保证他们不能使用不适合他们使用的权利和命令。在整个系统的运行过程中，这种方法可用来保证让某一操作员只能使用一部分命令例如只能执行停车场控制的命令。系统保留所有的操作员命令和操作员执行命令的记录。在标准系统中

33、通常最多设有 16 个系统访问级别。可以进入级别 16 的管理者可以改变其他用户帐号的访问级别。17 1.3.14.系统数据库配置 西门子 UTC 系统向所有用户提供包括数据库管理程序在内几乎相同的应用软件包，每个用户利用数据库管理程序，根据自身系统的规模、设备配置、交通控制需求等，通过填表的过程，建立各自的数据库，以形成各自特有的交通信号控制系统。对于 UTC 系统输出信息，本系统定义了许多关于系统操作、系统状态、数据处理统计结果、系统运行记录及系统故障、错误代码，除系统交付时的缺省信息格式与内容外，用户还可以按照自身的偏好和习惯，编辑自定义的信息格式与内容，并可以实现中文信息的显示与打印输

34、出。1.3.15.数据参数的上/下载 在交通控制中心计算机上，通过 UTC 系统的上/下载功能，上载下端设备如路口交通信号控制器、OCU 的部分配置参数，必要时可以经修改后反下载给目标设备。另外，利用该功能还可以模拟手机命令，在交通控制中心计算机上输入路口交通信号控制器和 OCU的手机命令，直接修改远端设备的配置参数，检查其工作状况。1.3.16.远程监视 标准的西门子的 UTC/SCOOT 系统支持移动终端，可远程，机动地进入系统。移动的终端包括一个笔记本电脑，运行简单的终端仿真软件，通过高速度的 MODEM和公共电话线或 GSM电话与中心计算机通信。大多数文本形式的 UTC/SCOOT 显

35、示与控制功能可在移动终端上运行，但不能支持图形界面，因为 X-windows 所需的带宽大于 GSM 电话网所能支持的带宽。可以在控制现场用移动终端进行 SCOOT 调试，这样，一名操作员就能够进行现场调查和数据输入。18 1.3.17.系统其它功能?停车场信息子系统?可变标志控制子系统?绕行控制?特殊控制功能?车辆感应交通控制?潮汐流量系统?扩展的系统记录功能?紧急车辆优先预置 1.4.实时自适应控制功能 SCOOT(Split Cycle Offset Optimizing Technique)，即绿信比、周期、相位差优化技术，作为 UTC 软件的附加模块，在 UTC 系统的基础上实现真正

36、的实时自适应交通控制系统。SCOOT 基本原理参见 SCOOT 流程 SCOOT 将其所控制的路口或路段人行横道视为道路网中的节点，在每个信号周期内，根据本周期各方向（即节点上的各连线）到达节点交通需求的变化，从交通均衡、交通相关和交通连续的角度，对每次绿灯时间的变化进行优化调整，同时，系统的使用者还可以根据具体实际情况和控制战略要求，施加带有倾向性的干预，从而在减少延误，缩短旅行时间，提高通行能力方面获得明显稳定的效果。19 图 0-6 SCOOT流程 SCOOT 在运行过程中之所以能够实现上述效果是因为：1.4.1.精确的交通检测 在 SCOOT 控制区域内，每个需要控制的交通流方向称之为

37、连线，通过在每条连线上设置的 SCOOT 检测器，检测器每秒钟取样 4 次，每一秒向中心计算机发回所检测的数据，使中心计算机能够实时采集各节点每个到达方向的交通需求。对交通需求的评价单位为 LPU，其检测精度比常用的小客车当量（PCU）要高得多，根据各连线的交通特性差异，通常 1 PCU 约等于 12-17 LPU，由SCOOT 所建立的各连线实时在线模型自动确定其相应的转换系数。SCOOT 检测器的位置参见图 0-7。阶段交通数据需求截面图排队模型绿信比相位差优化交通工程师施加人为因素观察控制效果加权偏置周期优化所有可能的设置当前S C O O T配时转换方案20 图 0-7 检测器定位示意

38、 SCOOT 检测器的设置十分灵活，其主要原则及特点有：?一般将 SCOOT 检测器设置在停车线到达方向的上游；?检测器至停车线为被检测车辆留有 8 秒钟以上平均旅行时间的空间（通常距停车线 80-150 米）；?在这段空间内允许一定的车流量及车队时空离散；?通常设在本连线平均最大排队之外，一旦排队长度超出连线长度，则可准确地利用该检测器检测到某连线的实际阻塞。其阻塞信息不仅可以通过系统进行报警，还可以自动启用相应的阻塞控制战略；?在采用环行线圈检测器时，为了减少所设置的检测器数量，一个线圈可以在同一连线上覆盖 2 个车道，亦可采用其它类型检测器，如远红外检测器、微波检测器、超声波检测器及视频

39、检测器等，但这类检测器目前价格比较昂贵，且检测精度低于传统的环形线圈检测器；?在同一连线上，若停车线附近通过渠化增加了车道数，SCOOT可建立相应的车道增量模型；一个线圈可覆盖 2 车道本路口上游8 0-1 5 0 米上游路口出口停车线前环行线圈微波远红外超声波视频21?若某连线停车线距其上游路口距离很近（如 80-500 米）或长连线（如 500-1000 米）上的交通离散相对稳定，为了节省检测器馈线，可将检测器设置在该连线上游路口出口交通流趋于正常流速之处，SCOOT 系统完全可以从不同的外场设备地址处采集对某一指定连线的交通数据；?如果由于某特定现场环境的限制或需要采用某种特殊的控制技巧

40、，可将检测器设置在停车线之前 1-1.5 米处，还可以在一定程度上用其它相关连线的检测器替代某连线的交通检测（过滤连线）。?对于设置在路口出口的检测器，不仅用于对其下游连线的交通到达进行预测，还可以用于对本路口相应停车线的放行结果进行在线评价（即在线饱和流量评价技术-SOFT）；?可针对机/非混合交通，在自行车道上设置专门针对自行车交通特性进行检测的自行车 SCOOT 连线；?当由于道路施工等原因造成检测器损坏时，SCOOT 可以通过以下方式减少由于检测器故障对系统运行效果的影响：?自动引入相应的固定预置缺省值。?自动引入相应的按时间表预置缺省值。?自动引入相应的历史数据统计值（ASTRID）

41、。?这些检测器除用于 SCOOT 交通数据检测以外，还可以用于 UTC系统一般性的交通调查与统计，如流量、占有率和排队等，并且有些位置的 SCOOT 检测器还可以作为 UTC 系统战略检测器，用于自动方案选择（APS）控制；?通过设置“短连线”，还可以将用于本地感应控制的检测器纳入SCOOT；?在运行过程中，系统会自动将一些“无用”的检测器筛选出来，使其“下岗”。综上所述，通过灵活的检测器设置，使 SCOOT 系统能够敏捷、全面、连22 续及准确地了解整个所控区域的交通状况，从而为制定正确有效的优化决策奠定坚实的基础。同时，通过多种有效的措施，使系统在检测器故障率达到 20%的情况下依然能维持

42、良好的实时自适应控制效果。1.4.2.真实的交通模型 SCOOT 的核心是在中心计算机中准确地建立所控区域内各节点到达方向的交通模型。交通模型是“在线”的，根据从车辆检测器得到的最新交通数据，经过计算，建立本信号周期内的排队和离散模型，预测到达停车线的延误和停车，并分析改变当前的信号配时对交通态势的影响。同时，通过大量信息的输出，为交通管理者作出长期和短期的交通管理决策提供真实依据。所建立的交通模型参见图 0-8。图 0-8 SCOOT模型 SCOOT按当前信号周期建立周期流量截面图（CPF-Cyclic Flow Profile），最新的交通流数据被叠加在 SCOOT 截面流量图中的原有值上

43、，以反映本连线分别在红灯和绿灯期间的交通需求，然后通过离散模型和排队模型预测在该连线停车线后陆续到达的交通流量及所形成的排队。采用这种方法，可检测到随机突发的交通变化，并使截面流量图充分体现当前的交通现状。旅行距离当前时刻过去未来队尾所加入的车流当前排队预测饱和流率旅行时间实际排队检测器0信号周期当前 C F P红灯绿灯流量离散模型23 SCOOT 根据截面流量图所反映的交通信息优化信号配时，实现 SCOOT子区内各沿线的最佳协调。SCOOT 模型有以下特点：?无论连线信号状态是红灯还是绿灯，系统可以连续监视停车线处交通状态的全过程；?可以客观真实地反映停车线处交通流的到达情况、驶出情况和延误

44、情况；?可以预测每条停车线及整个控制区域内的停车次数。?与连线所对应的停车线通行能力，即饱和占有率（STOC）既可以是一个常数，也可以根据实际情况，通过时段的划分或操作员命令进行修改；?还可以通过 SOFT技术对饱和占有率进行实时评价与调整；?计算每条停车线的“饱和度”，即路口的某一进口平均流量与可能通过该进口最大流量的比值。饱和度值被 SCOOT 用来调整周期和绿信比。?SCOOT 系统投入运行的初期，通过 Validation（系统调试），对SCOOT 模型进行校准，因此事先无需做大量的交通调查，日后若交通环境和交通组织无重大改变，无论交通流量如何变化，SCOOT 模型都可以稳定、准确地反

45、映相应连线的交通特性。?由于 SCCOT 一直使用最新的交通数据，所以在有意外事件发生而干扰正常行车时，信号配时仍保持最优值，以将延误和停车减到最小程度。?当某连线由于排队的不断增长和迟滞以形成阻塞趋势时，SCOOT 交通模型能及时反映出这种态势并使用阻塞信息改变信号配时，减少车辆排队阻塞到上游路口的可能性。1.4.3.有效地实时自适应优化 24 SCOOT 系统包括绿信比，相信差和周期等 3 个优化过程。正常情况下，SCOOT 控制区域内的所有路口均受这三个优化过程的决策控制。在有的情况下，可以在一个或多个路口限制优化过程的工作，即通过禁止周期，相位差或绿信比优化命令，可使某连线不受某种或所

46、有优化过程的控制。1.4.3.1.交通均衡绿信比优化过程 对于路口的交通信号控制，最容易体现不合理的配时结果就是在其它方向有车等待的情况下，依然对某绿灯方向实施“空放”，即控制器向某方向提供了多余的绿灯时间，使该方向的“饱和度”太低，从而导致路口交通放行的不均衡。在 SCOOT 控制下，每次绿灯（阶段）结束前 5 秒钟，SCOOT 绿信比优化过程将针对所检测的饱和度，从交通均衡的角度，在提前结束绿灯、保持与上次绿灯时间相同和延长绿灯时间之间做出优化决策。其临变幅度为?4 秒；渐变幅度为?1 秒。在计算过程中，还包括对排队长度和是否阻塞的估算。通过对各信号阶段的绿信比优化，可使各方向绿灯时间的长

47、短符合所期望的饱和度比例，避免一方面等待，另一方面空放的现象，在客观上使人感到各方向的绿灯时间“恰到好处”。1.4.3.2.交通相关相位差优化过程 相邻路口间的交通运行往往有着密切的相关性，“畅行”意味着少停车、小延误。利用排队模型的信息，SCOOT 模型计算出所有延误总和的平均值，这个值称为 PI值。如果所有车辆都可以无延误地通过路口，则 PI值为 0。SCOOT相位差优化过程不断地寻求尽量把PI值保持在最小(PI值可被显示出)的相位差调整。在 SCOOT 控制区域内，相位差优化程序在每个周期都对一个路口所有阶段变化时刻是否需要调整进行估算。由于对某一路口所有阶段变化时刻进行相同的调整，与其

48、相邻路口所对应的相位差也会产生相应的变化。相位差优化程25 序运用截面流量图模型中的有关信息，通过对所有相邻道路当前相位差值调试前后几秒钟 PI值总和的比较，估算对相位差的调整是否会改善整体交通进程。若将信号周期比作一个时钟圆，圆上各个信号阶段通过绿信比优化过程动态地形成了相应的绿灯时间比例，相位差优化过程将在所设定的“指定阶段（Named Stage）”开始前，根据对本节点各连线上的延误情况的分析结果，将整个时钟圆沿“顺时针”或“逆时针”平均延误最小的方向（PI 值?0）“旋转”，以形成相位差的动态调整。相位差优化的特点和客观效果会体现在：相位差优化过程针对 SCOOT 所控制节点上的所有连

49、线，从而形成了与该节点所有相邻节点的相关协调，并通过逐个节点的递推，形成区域性动态相关协调控制；每次相位差调整的幅度为?4 秒，形成小步长精确逼近；相位差优化以某“零时刻”为时基参照点，但用户可将任何一个信号阶段设置为指定阶段（Named Stage）。在实际应用过程中，通常习惯于将节点主交通流方向所对应的信号阶段设置为“指定阶段”，以保持交通工程设计的统一性；绿信比优化过程针对连线的“饱和度”，相位差优化过程针对节点的“平均延误”，二者在优化过程中相辅相成，能充分体现动态自适应的敏感性和灵活性；由于采用动态寻求最小“平均延误“的优化方法，在优化过程中会照顾到所有连线方向。但对于主、次干线分明

50、的路口，在计算均值的过程中主干线所牵动均值的比例大，客观上被受到的“照顾”自然相对较多，在干线上所自动体现的“绿波”效应就越明显。这种过程是动态生成的，事先无需做繁琐的交通调查、通过带设计和设计结果的参数预置。1.4.3.3.交通连续周期时间优化过程 SCOOT 信号控制路口按相互之间的相关性划分子区，同一子区内的各路口运行相同的参考周期时间，周期时间优化过程增减周期时间的目标在于使子区内最大交通量路口（关键路口）的饱和度达到 90%95左右，以便最大26 限度地提高信号控制效率。一般来讲，交通需求上升，周期时间增长；交通需求下降，周期时间缩短。SCOOT 周期时间优化过程以每 2.5-10