交通控制基本知识21587.pptx

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1、交通控制发展历史n n18681868年，英国伦敦年，英国伦敦WestrninsterWestrninster地区安装地区安装了世界上第一台交通了世界上第一台交通信号灯。信号灯。n n19261926年，英国人首次年，英国人首次安装和使用自动化的安装和使用自动化的控制器来控制交通信控制器来控制交通信号灯，标志着城市交号灯，标志着城市交通自动控制的开始。通自动控制的开始。n n19641964年，在加拿大的年，在加拿大的多伦多市完成多伦多市完成n n世界上第一个具有电世界上第一个具有电子计算机城市交通控子计算机城市交通控制系统的城市。制系统的城市。定周期信号机定周期信号机感应式信号机感应式信号机

2、多时段信号机多时段信号机无缆线协调无缆线协调有缆线协调有缆线协调自适应线协调自适应线协调自适应区域协调自适应区域协调1967年英国运输与道路研究实验室（TRRL）成功地研究出交通网络研究工具TRANSYT，用于脱机优化配时方案。1975年TRRL在“TRANSYT”的基础上开发了SCOOTS系统，澳大利亚开发了SCATS自适应控制系统，成为世界上两个著名的城市交通信号控制系统。交通控制系统应用现状国内十几个大国内十几个大城市应用了国城市应用了国外的交通控制外的交通控制系统系统城市城市系统名称系统名称北京SCOOT、Quick Net 4、南斯拉夫系统上海SCATS沈阳SCATS广州SCATS大

3、连SCOOT长春西班牙Sanco武汉西班牙Sanco深圳日本KyoSan太原意大利系统青岛SCOOT成都SCOOT苏州SCATS洛阳美国Quick Net4但效果不理想！但效果不理想！交通控制概念交通控制概念n n道路交通信号控制机道路交通信号控制机道路交通信号控制机道路交通信号控制机n n 能够改变道路交通信号顺序、调节配时并能控制道路交能够改变道路交通信号顺序、调节配时并能控制道路交能够改变道路交通信号顺序、调节配时并能控制道路交能够改变道路交通信号顺序、调节配时并能控制道路交通信号灯运行的装置。通信号灯运行的装置。通信号灯运行的装置。通信号灯运行的装置。n n自适应控制自适应控制自适应控

4、制自适应控制n n 根据交通流的状况，在线实时地自动调整信号控制参数根据交通流的状况，在线实时地自动调整信号控制参数根据交通流的状况，在线实时地自动调整信号控制参数根据交通流的状况，在线实时地自动调整信号控制参数以适应交通流变化的控制方式。以适应交通流变化的控制方式。以适应交通流变化的控制方式。以适应交通流变化的控制方式。n n交叉口交叉口交叉口交叉口n n 两条或多条道路相交而形成的路口。在交叉口，不同两条或多条道路相交而形成的路口。在交叉口，不同两条或多条道路相交而形成的路口。在交叉口，不同两条或多条道路相交而形成的路口。在交叉口，不同道路上行驶的机动车、自行车、行人之间会引起交通上的道路

5、上行驶的机动车、自行车、行人之间会引起交通上的道路上行驶的机动车、自行车、行人之间会引起交通上的道路上行驶的机动车、自行车、行人之间会引起交通上的冲突。冲突。冲突。冲突。交通控制概念交通控制概念n相位 n 在一个信号周期内，同时获得通行权的一个或多个交通流的信在一个信号周期内，同时获得通行权的一个或多个交通流的信在一个信号周期内，同时获得通行权的一个或多个交通流的信在一个信号周期内，同时获得通行权的一个或多个交通流的信号显示状态。号显示状态。号显示状态。号显示状态。交通控制概念交通控制概念n n周期长 Cyclen n 信号灯灯色变化一个循环所经历的时间。信号灯灯色变化一个循环所经历的时间。n

6、 n绿信比绿信比 split splitn n 在一个信号周期内，相位有效绿灯时间与周期时间之比。在一个信号周期内，相位有效绿灯时间与周期时间之比。n n相位差相位差 Offset Offsetn n 相位差也叫偏移，分绝对相位差和相对相位差两种定义方式。在一个协调相位差也叫偏移，分绝对相位差和相对相位差两种定义方式。在一个协调控制信号系统中，以某一个信号为基准信号，其它信号的协调相位绿灯起始控制信号系统中，以某一个信号为基准信号，其它信号的协调相位绿灯起始时间滞后于基准信号的绿灯起始时间的最小时间差，称为绝对相位差。在一时间滞后于基准信号的绿灯起始时间的最小时间差，称为绝对相位差。在一个协调

7、控制信号系统中，沿车辆行驶方向任意两相邻信号的协调相位绿灯起个协调控制信号系统中，沿车辆行驶方向任意两相邻信号的协调相位绿灯起始时间的最小差值，称为相对相位差。始时间的最小差值，称为相对相位差。相位相位B相位相位A时间时间绿灯间隔时间绿灯间隔时间黄灯黄灯全红全红 红黄红黄周期长周期长n n阶段交通控制概念交通控制概念相位相位A相位相位B相位相位C相位相位D阶段阶段2 2 阶段阶段1 1交通控制概念n n饱和流量饱和流量饱和流量饱和流量n n 某一信号相位某一车道的车流所能获得的最大某一信号相位某一车道的车流所能获得的最大某一信号相位某一车道的车流所能获得的最大某一信号相位某一车道的车流所能获得

8、的最大通行流率。通行流率。通行流率。通行流率。n n饱和度饱和度饱和度饱和度n n 某相位某车道的实际到达流量某相位某车道的实际到达流量某相位某车道的实际到达流量某相位某车道的实际到达流量q q与允许通过能力与允许通过能力与允许通过能力与允许通过能力QQ的比值称为该相位该车道的饱和度（的比值称为该相位该车道的饱和度（的比值称为该相位该车道的饱和度（的比值称为该相位该车道的饱和度（x x）。）。）。）。n n流量比流量比流量比流量比n n 某相位某车道实际到达流量某相位某车道实际到达流量某相位某车道实际到达流量某相位某车道实际到达流量q q与该相位该车道饱与该相位该车道饱与该相位该车道饱与该相位

9、该车道饱和流量和流量和流量和流量S S的比值称为流量比率（的比值称为流量比率（的比值称为流量比率（的比值称为流量比率（Y Y）。）。）。）。交通控制概念交通控制概念n n排队长度排队长度排队长度排队长度n n 某一相位某车道获得放行时停车线后面排队的车辆数。某一相位某车道获得放行时停车线后面排队的车辆数。某一相位某车道获得放行时停车线后面排队的车辆数。某一相位某车道获得放行时停车线后面排队的车辆数。n n交叉口通行能力交叉口通行能力交叉口通行能力交叉口通行能力n n 一个交叉口对于各个方向（或相位）全部车流单位时间内所能提供一个交叉口对于各个方向（或相位）全部车流单位时间内所能提供一个交叉口对

10、于各个方向（或相位）全部车流单位时间内所能提供一个交叉口对于各个方向（或相位）全部车流单位时间内所能提供的最大允许通过量。的最大允许通过量。的最大允许通过量。的最大允许通过量。n n时间占有率时间占有率时间占有率时间占有率n n 在观察时间内，车辆占有（行驶或停止）检测位置的时间与总观察在观察时间内，车辆占有（行驶或停止）检测位置的时间与总观察在观察时间内，车辆占有（行驶或停止）检测位置的时间与总观察在观察时间内，车辆占有（行驶或停止）检测位置的时间与总观察时间的比例。时间的比例。时间的比例。时间的比例。n n空间占有率空间占有率空间占有率空间占有率n n 某一瞬间，一定长度的路段上车辆占有的

11、长度与考察路段长度的比某一瞬间，一定长度的路段上车辆占有的长度与考察路段长度的比某一瞬间，一定长度的路段上车辆占有的长度与考察路段长度的比某一瞬间，一定长度的路段上车辆占有的长度与考察路段长度的比例。例。例。例。交通控制概念交通控制概念n n交叉口延误交叉口延误交叉口延误交叉口延误n n 车辆到达交叉路口因红灯第一次停车与车辆经过停车线的时间差。车辆到达交叉路口因红灯第一次停车与车辆经过停车线的时间差。车辆到达交叉路口因红灯第一次停车与车辆经过停车线的时间差。车辆到达交叉路口因红灯第一次停车与车辆经过停车线的时间差。n n弹性相位弹性相位弹性相位弹性相位n n 某相位的车流到达不稳定，在绿信比

12、设置上有一弹性变化范围，称某相位的车流到达不稳定，在绿信比设置上有一弹性变化范围，称某相位的车流到达不稳定，在绿信比设置上有一弹性变化范围，称某相位的车流到达不稳定，在绿信比设置上有一弹性变化范围，称其为其为其为其为“弹性相位弹性相位弹性相位弹性相位”。n n待定相位待定相位待定相位待定相位n n 指并非在每一个周期内都要出现的相位。当车流到达一定数量才出指并非在每一个周期内都要出现的相位。当车流到达一定数量才出指并非在每一个周期内都要出现的相位。当车流到达一定数量才出指并非在每一个周期内都要出现的相位。当车流到达一定数量才出现此相位，否则自动跳过。现此相位，否则自动跳过。现此相位，否则自动跳

13、过。现此相位，否则自动跳过。n n关键车道关键车道关键车道关键车道 n n 交叉口某相位流量比最大的进口道。交叉口某相位流量比最大的进口道。交叉口某相位流量比最大的进口道。交叉口某相位流量比最大的进口道。n n关键相位关键相位关键相位关键相位n n 交叉口相位设置中流量比最大的一个或几个相位。交叉口相位设置中流量比最大的一个或几个相位。交叉口相位设置中流量比最大的一个或几个相位。交叉口相位设置中流量比最大的一个或几个相位。交通控制概念交通控制概念n n子区子区n n将区域控制下的路口按照交通负荷、邻近距离、交通流量流向将区域控制下的路口按照交通负荷、邻近距离、交通流量流向之间的关系，把相邻的几

14、个路口划分为一个集合进行控制，这些路口周期长之间的关系，把相邻的几个路口划分为一个集合进行控制，这些路口周期长相等或成倍数关系，一个子区要设置一个关键路口。相等或成倍数关系，一个子区要设置一个关键路口。n n关键路口关键路口n n 在控制子区中交通负荷最大的路口，一般将其信号周期作为子区协调在控制子区中交通负荷最大的路口，一般将其信号周期作为子区协调控制的公共周期。控制的公共周期。n n信号灯组信号灯组n n 信号灯组分逻辑信号灯组和物理信号灯组两个概念。逻辑信号灯组是指信号灯组分逻辑信号灯组和物理信号灯组两个概念。逻辑信号灯组是指构成同一控制相位的各式信号灯，而物理灯组是指单个具体的物理灯组

15、。构成同一控制相位的各式信号灯，而物理灯组是指单个具体的物理灯组。n n特征参数特征参数n n 特征参数是定义交通信号机的硬件配置和控制参数的一组特征数据。，包特征参数是定义交通信号机的硬件配置和控制参数的一组特征数据。，包括一般参数、相位表、相位冲突表、时段方案表、检测器表等的定义。括一般参数、相位表、相位冲突表、时段方案表、检测器表等的定义。交通控制概念交通控制概念n n黄闪控制黄闪控制n n各相主灯组黄灯以固定频率闪烁，只起提示作用的一各相主灯组黄灯以固定频率闪烁，只起提示作用的一种特殊控制方式，是闪光控制的一种。种特殊控制方式，是闪光控制的一种。n n红黄闪控制红黄闪控制n n进入红黄

16、闪控制方式的信号机控制时，设定为主干道进入红黄闪控制方式的信号机控制时，设定为主干道的主灯组将出现黄灯闪烁，而次干道的主灯组将进入红灯的主灯组将出现黄灯闪烁，而次干道的主灯组将进入红灯闪烁，也是闪光控制的一种。闪烁，也是闪光控制的一种。n n手动控制手动控制n n按一次手动按钮切换到下一个阶段，不按手动按钮则按一次手动按钮切换到下一个阶段，不按手动按钮则灯色保持不变。灯色保持不变。n n单点定周期单点定周期n n按照一个控制机内部固定的信号周期进行信号控制。按照一个控制机内部固定的信号周期进行信号控制。交通控制概念交通控制概念n n有缆线控有缆线控n n 有缆线控属于线控的一种，但它不需要专门

17、的中心协调控制机，而由有缆线控属于线控的一种，但它不需要专门的中心协调控制机，而由信号机之间通过符合串口标准的线路相互协调进行干线上的联合控制。根据信信号机之间通过符合串口标准的线路相互协调进行干线上的联合控制。根据信号机所控制路口在一条干线上的地位，有一台信号机作为线控发起机，其它的号机所控制路口在一条干线上的地位，有一台信号机作为线控发起机，其它的均为被动线控。由线控发起机发出对时信号。均为被动线控。由线控发起机发出对时信号。n n无缆线控无缆线控n n 无线线控通过准确的时钟进行同步，每隔一定时间，进入无线线控的信号机无线线控通过准确的时钟进行同步，每隔一定时间，进入无线线控的信号机将根

18、据对时信号进行准确对时。将根据对时信号进行准确对时。n n区域协调控制区域协调控制n n 路口信号机与系统建立通信连接后，系统根据检测器采集的交通信息，由路口信号机与系统建立通信连接后，系统根据检测器采集的交通信息，由上位系统和信号机的优化控制模块对所控区域的交通信号控制方式及配时参数上位系统和信号机的优化控制模块对所控区域的交通信号控制方式及配时参数进行动态协调控制。交通工程师同时可对系统进行干预控制。进行动态协调控制。交通工程师同时可对系统进行干预控制。n n上载上载n n 路口信号机把特定信息按约定的格式发送给上级控制机。路口信号机把特定信息按约定的格式发送给上级控制机。n n下载下载n

19、 n 上级控制机把特定信息按约定格式发送给路口信号机上级控制机把特定信息按约定格式发送给路口信号机交通控制概念交通控制概念n n单点多时段单点多时段n n 根据预先设定的时段表，按时间的推移自动选择预定的根据预先设定的时段表，按时间的推移自动选择预定的控制方案进行信号控制。单点多时段控制实际上是时段之控制方案进行信号控制。单点多时段控制实际上是时段之内的定周期控制。内的定周期控制。n n单点感应单点感应n n 根据车辆检测器测得进口道实时交通数据，及预先设定根据车辆检测器测得进口道实时交通数据，及预先设定的最短绿灯时间、最长绿灯时间、单位延长绿灯时间等参的最短绿灯时间、最长绿灯时间、单位延长绿

20、灯时间等参数，实时控制信号灯的显示时间长，并能根据交通量的变数，实时控制信号灯的显示时间长，并能根据交通量的变化自动跳越相位。化自动跳越相位。n n线控线控n n或称绿波控制。对主干道上的连续几个路口，或称绿波控制。对主干道上的连续几个路口，其周期长设置成相等或倍数关系，路口之间根据设定或优其周期长设置成相等或倍数关系，路口之间根据设定或优化后的相位差进行协调。化后的相位差进行协调。国外交通控制系统简介国外交通控制系统简介n nSCOOT(Split,Cycle and Offset Optimization Technique:SCOOT(Split,Cycle and Offset Opt

21、imization Technique:绿信比、周期和绿信比、周期和相位差优化技术相位差优化技术)是由英国运输研究所是由英国运输研究所(TRL-Transport Research(TRL-Transport Research Laboratory,90Laboratory,90年代年代TRRLTRRL改名为改名为TRL)TRL)在在TRANSYTTRANSYT基础上研制的自适应基础上研制的自适应控制系统，该系统于控制系统，该系统于19751975年研制成功，并在英国城市年研制成功，并在英国城市GlasgoGlasgo进行现场进行现场试验，取得了较好的效果。上个世纪试验，取得了较好的效果。上个

22、世纪9090年代年代SCOOTSCOOT系统进行了多次升系统进行了多次升级，其最新版本为级，其最新版本为4.44.4版，其版权为版，其版权为TRLTRL拥有。拥有。SCOOTPLITYCLEFFSETPTIMIZATIONECHNIQUE以延误和停车次数最小为优化目标以延误和停车次数最小为优化目标进行周期长、绿信比、相位差的小步距调整进行周期长、绿信比、相位差的小步距调整SCOOT原理原理信号机信号机车流车流流量图示流量图示车辆排队车辆排队绿信比绿信比相位差相位差优化优化交通管理者交通管理者权重系数权重系数信号周期优化信号周期优化近似设置近似设置可选方案可选方案当前信号当前信号配时方案配时方案

23、传输设备传输设备SCOOT技术特征技术特征n nSCOOT的主要技术特征有：n n（l）控制模式：联机（On Line）实时控制，即动态模武；n n（2）系统目标：PI最小为优化目标；n n（3）参数特怔：S、O、C均通过建立优化数学模型计算；n n（4）寻优方法：小步长渐近寻优法；n n（5）检测器位置：上游路口出口。SCOOT原理原理n n SCOOT系统有一个灵活、准确的实时交通模型，不仅用于制订配时方案，还可以提供各种交通信息；n n 系统软件包括五大部分：n n 一、车流检测n n 二、交通预测n n 三、配时参数优化n n 四、信号控制方案执行n n 五、系统监控SCOOT检测器埋

24、设位置检测器埋设位置SCOOT交通预测交通预测Stopline DemandCyclic Flowat theDetectorJourney TimeDispersion ModelSCOOT排队长度预测排队长度预测Time nowFlow RateStop LineSaturation flow rateFlow adds to back of queueTime nowModelled queue at timenowACTUALQUEUECruisespeedCyclic Flow ProfileSCOOT参数优化参数优化绿信比每个信号阶段每个信号阶段-4,0,+4(实时变化实时变化)相

25、位差每个周期每个周期-4,0,+4信号周期每隔每隔2.5-5分钟分钟-1,0,+1(永久变化永久变化)-4,0,+4(32 到到 64)-8,0,+8(64 到到 128)-16,0,+16(128 到到 240)优化优化频率频率变化范围（秒）变化范围（秒）SCOOT系统的优缺点系统的优缺点n nSCOOTSCOOT系统有一个灵活、准确的实时交通模型系统有一个灵活、准确的实时交通模型优点：优点：n n，不仅用于制订配时方案，还可以提供各种交通信息；，不仅用于制订配时方案，还可以提供各种交通信息；SCOOTSCOOT采用对下一周期的交通进行预测的方法，提高了采用对下一周期的交通进行预测的方法，提

26、高了结果的可靠性和有效性；结果的可靠性和有效性；SCOOTSCOOT调整参数时采用频繁的调整参数时采用频繁的小增量变化，既避免了信号参数突变给路网上车辆带来的小增量变化，既避免了信号参数突变给路网上车辆带来的损失又可通过频繁的累加变化来适应交通条件的变化；损失又可通过频繁的累加变化来适应交通条件的变化；SCOOTSCOOT的车辆检测器埋设在上游路口的出口处，为下游的车辆检测器埋设在上游路口的出口处，为下游交叉口信号配时预留了充足的时间，且有足够时间做出反交叉口信号配时预留了充足的时间，且有足够时间做出反应以预防车队阻塞到上游交叉口。应以预防车队阻塞到上游交叉口。n n缺点：缺点：n n 一是相

27、位不能自动增减，相序不能自动改变；一是相位不能自动增减，相序不能自动改变；n n 二是独立的控制子区的划分不能自行解决，需人工确二是独立的控制子区的划分不能自行解决，需人工确定；定；n n 三是饱和流率的校核未自动化，使现场安装调试时相三是饱和流率的校核未自动化，使现场安装调试时相当繁琐当繁琐SCATS系统简介系统简介n n“悉尼自适应交通控制系悉尼自适应交通控制系统统”(Sydney Coordinated”(Sydney Coordinated Adaptive Traffic SystemAdaptive Traffic System，SCATS SCATS 系统系统)是由新南威尔是由新

28、南威尔士州道路交通局（士州道路交通局（RTARTA）研究开发，是目前世界上研究开发，是目前世界上少有的几个先进交通控制少有的几个先进交通控制系统之一。系统之一。SCATSCAT采用先进采用先进的计算机网络技术的计算机网络技术,呈计算呈计算机机分层递阶形式分层递阶形式,结构结构成模块形式。如右图成模块形式。如右图所示所示。SCATS系统结构示意图系统结构示意图SCATS系统原理系统原理n nSCATSCAT的主要技术特征有：的主要技术特征有：n n（1 1）控制模式：地区级联机优化，中央级联机和）控制模式：地区级联机优化，中央级联机和脱机优化同时进行；脱机优化同时进行；n n（2 2）系统目标：

29、饱和度最大及通过带宽度最大；）系统目标：饱和度最大及通过带宽度最大；n n（3 3）参数特征：在预先确定的多个）参数特征：在预先确定的多个S S、OO、C C中选中选择；择；n n（4 4）寻优方法：无实时交通模型，比较选择法；）寻优方法：无实时交通模型，比较选择法；n n（5 5）检测器位置：路口入口停车线）检测器位置：路口入口停车线1 1米处。米处。SCATS方案选择原理方案选择原理n n SCATS SCATS系统实际是一种实时系统实际是一种实时配时方案选择系统配时方案选择系统。以以110110个交叉口组成的子系统作为基本控制单元。个交叉口组成的子系统作为基本控制单元。其检测器设于每条车

30、道停车线后面，检测实时交其检测器设于每条车道停车线后面，检测实时交通量数据和停车线断面在绿灯期间的实际通过量。通量数据和停车线断面在绿灯期间的实际通过量。n n SCATS SCATS要求事先利用脱机方式为每个交叉口设要求事先利用脱机方式为每个交叉口设置置4 4个绿信比方案，个绿信比方案，5 5个内部绿时差方案，个内部绿时差方案，5 5个外部个外部绿时差方案。在同一子系统内，所有交叉口在任绿时差方案。在同一子系统内，所有交叉口在任何时候都执行完全相同的信号周期。何时候都执行完全相同的信号周期。SCATSSCATS系统系统不用延误时间和停车次数作为直接的优选目标函不用延误时间和停车次数作为直接的

31、优选目标函数。方案选择主要以数。方案选择主要以SCATSSCATS定义的定义的“饱和度饱和度”和和“综合流量综合流量”为依据。为依据。SCATS系统优缺点系统优缺点n n优点：优点：n n SCAT SCAT系统充分体现了系统充分体现了计算机网络技术的突出优点，计算机网络技术的突出优点，结构易于更改、改变，控制结构易于更改、改变，控制方案容易修改。在需要的情方案容易修改。在需要的情况下况下SCATSCAT能自动进行子区的能自动进行子区的分离与结合，也可允许各路分离与结合，也可允许各路口自主实行车辆感应控制。口自主实行车辆感应控制。经悉尼市的对比实验表明：经悉尼市的对比实验表明：SCATSCAT

32、与与TIANSYTTIANSYT相比，在总相比，在总旅行时间相同的情况下停车旅行时间相同的情况下停车次数明显减少。次数明显减少。缺点：缺点：第第一一，SCATSCAT实实为为一一种种方方案案选选择系统，限制了配时参数的优化程度；择系统，限制了配时参数的优化程度；第第二二，SCATSCAT过过分分依依赖赖于于计计算算机机硬硬件件，除除了了PDPllPDPll系系列列数数字字计计算算机机外外，无法在其它计算机系统上方便实施；无法在其它计算机系统上方便实施；第第三三，选选择择相相位位差差方方案案时时，无无车流实时信息反馈，可靠性低车流实时信息反馈，可靠性低HiCon交通控制系统结构交通控制系统结构H

33、iCon系统优化原理系统优化原理n n方案选择与方案生成相结合，保证最小延误或最大通行能力n nCycle：根据交通强度优选n nSplit：根据交通流量优化n nOffset：根据流量、速度优化n nMode：根据交通强度转换HiCon优化原理优化原理A1A2图1 线控系统的空间时间图B1B1C1C2D1D2E2E1F2F1G2G1H2H1ABCDEFGHHiCon交通控制系统特点交通控制系统特点一、混合交通的自适应控一、混合交通的自适应控制制;二、实现二、实现“小主机、大控小主机、大控制制”的控制模式的控制模式;三、采用三、采用NTCIPNTCIP通信协议，通信协议，较好的通用性与兼容性较好的通用性与兼容性.HSC100交通信号机交通信号机集中协调式信号机集中协调式信号机符合国标符合国标GA47-2002GA47-2002高可靠性（高可靠性（VxWorksVxWorks）单点自适应（算法丰富）单点自适应（算法丰富）谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH