区域交通信号控制系统课件

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TRANSYT使用了如下的周期流量图式: 〔1〕到达流量图式〔“到达〞图式〕 〔2〕驶出流量图式〔“驶出〞图式〕 〔3〕饱和驶出图式〔“满流〞图式〕
车流运行过程中的车队离散特性:
F a 1 bt
t 0.8T
式中:F 离散平滑系数
T 车队在连线上行驶时的平均行程时间(s)
a,b 曲线拟合参数
主要由仿真模型及优化两局部组成。
网络几何尺寸及网络交通流信息
新的信号配时
优化数据
初始信号配时
仿真模型
优化过程 最佳信号配时
网络内的延误及停车次数
性能指标PI 周期流量图
TRANSYT 基本原理图
TRANSYT仿真模型的几个主要环节
1〕交通网络构造图式:节点和连线来抽象网络 2〕周期流量变化图式 3〕车流在连线上运行状况的模拟 为描述车流在一条连线上运行的全过程,
SCATS在实行对假设干子系统的整体协 调控制的同时,也允许每个穿插口“各自 为政〞地实行车辆感应控制,前者称为 “战略控制〞,后者称为“战术控制〞。 这样可提高控制效率。
SCATS实际上是一种用感应控制对配时 方案可作局部调整的方案选择系统。
SCATS优选配时方案的各主要环 节
1.子系统的划分与合并 〔1〕子系统的划分由交通工程师根据交通流量
2. SCATS 参数优选算法简介:
SCATS把信号周期、绿信比及绿时差作为 各自独立的参数分别进展优化。优化过程中 使用的算法以所谓“综合流量〞及“饱和度〞 为主要依据。
〔1〕饱和度:SCATS所使用的饱和度指被 车流有效利用的绿灯时间与绿灯显示时间之 比。
〔2〕综合流量:为防止采用与车辆种类〔车身 长度〕直接相关的参量来表示车流流量, SCATS引入了一个虚拟的参量“综合流量来反 映通过停车线的混合车流的数量〞。
对每一个子系统范围,SCATS要求事先规定
信号周期变化的四个限制,即周期最小值Cmin, 周期最大值Cmax,中等信号周期Cs以及略长于 中等信号周期的Cx.
一般条件下,信号周期的选择范围只限于Cmax 与Cs之间。
只有关键位置上的车辆检测器所检测到的车流
低于预定限值时,才采用Cs乃至Cmin的信号周 期。
〔2〕方案形成式那么以SCOOT为代表
一、TS
SCATS(Sydney Co-ordinated Adaptive Traffic System)
是一种实时自适应控制系统,由澳大利亚开发。 20世纪70年代开场研究,80年代初投入使用。
控制构造为分层式三级控制: 1〕中央监控中心 2〕 地区控制中心 3〕信号控制机
那么应当朝相反方向调整绿时差,直到取得最小的PI. 〔4〕依次对所有其它穿插口做同样的调整。 〔5〕对所有穿插口作第二遍调整,反复屡次,直到求
得最后的理想方案。
2.绿灯时间的选取
不等量地更改一个或几个乃至全体信号相位 的绿灯长度,以期降低整个交通网的性能指 标PI值。
但调整的过程中,绿灯时间不能小于规定的 最短绿灯时间。
〔1〕通过数据的预处理和集中传输,能减少传输费 用
〔2〕由于系统不依赖于一个中心控制或集中的传输 机构,系统具有较高的故障保护能力,提高了系统 可靠性。
〔3〕能处理实时单元的容量较大〔检测器,穿插口 信号机等〕
〔4〕控制方法和执行能力比较灵活 多级控制的缺点
〔1〕需要的设备多,投资高 〔2〕现场设备的维护比较复杂 〔3〕控制程序比较复杂
第十一章 区域交通信号控制系统
主要内容:了解区域交通信号控制系统的 分类,定时式脱机操作系统和自适应式联 机操作系统的根本原理。
重点与难点:TRANSYT、SCOOT、 SCATS三种具有代表性的控制系统的控制 原理和根本思想。
第一节 概念与分类
区域交通信号控制〔简称面控制〕系统的对象是 城市或某个区域中所有穿插口的交通信号。
4.绿信比方案的选择
每一穿插口都有4套绿信比方案,分别针对4种交 通负荷。
每一方案中绿灯时间、信号相位的次序都可以是 不一样的。
SCATS在不加长和缩短信号周期时长的情况下, 可对各相位绿灯时间随实时交通负荷变化作合理 的余缺调剂。
是随着交通控制理论的不断开展,通讯、检测、计算机技 术在交通控制领域的广泛应用而开展起来的。
早期的区域控制系统着重于对周期、绿信比和时差等交通 信号参数进展最优控制。
现代的交通控制系统是多种技术的综合体,它包括车辆检 测、数据采集与传输、信息处理与显示、信号控制与最优 化、电视监视、交通管理与决策等多个组成局部。
区域控制系统可实施城市交通运输的策略,提高现有道路 的交通效率,改善道路交通平安,节省能源消耗,减少环 境污染,收集交通数据,提供交通情报,为整个社会提供 综合的经济效益。
是缓解城市交通问题的重要措施。
二、分类
1. 按控制策略分 〔1〕定时式脱机操作控制系统 利用交通流历史及现状统计数据,进展
区域交通信号控制系统的正确的概念是:把城区 内的全部交通信号的监控,作为一个指挥控制中 心管理下的一套整体的控制系统,是单点信号、 干线信号系统和网络信号系统的综合控制系统。
建立这种概念的好处: 1〕整体监视和控制 2〕可因地制宜地选用适宜的控制方法 3〕可有效、经济地使用设备
区域控制系统的开展
整个控制系统分成上层控制与下层控制。 上层控制主要承受来自下层控制的决策信息,并
对这些决策信息进展整体协调分析,从全系统战 略目标考虑修改下层控制的决策。下层控制那么 根据修改后的决策方案再做必要的调整。 上层控制主要执行全系统协调优化的战略控制任 务 下层控制主要执行个别穿插口合理配时的战术控 制任务
的历史、现状数据与交通网的环境、几何条件予 以判定。所定的子系统〔1~10个穿插口组成〕作 为控制系统的根本单位。 〔2〕在优选配时参数的过程中,SCATS用“合 并指数〞来判断相邻系统是否需要合并。 〔3〕假设“合并指数〞累积值到达4,认为到达 合并的标准。采用“信号周期时长〞中较长的那个 为合并后的周期长。 〔4〕在必要的时候合并的子系统也可以分开。
综合流量q´是指一次绿灯期间通过停车线的车 辆折算当量,它由直接测定的饱和度及绿灯期 间实际出现过的最大流率来确定。具体公式见 书上式〔11-6〕。
3.信号周期时长的选择
在一个子系统内,根据其中饱和度最高的穿插 口来确定整个子系统应当采用的周期时长。
为了维持穿插口信号控制的连续性,信号周期 的调整采取小步距方式,即一个新的信号周期 与前一周期相比,其长度变化限制在正负6s之 内。
〔2〕方案形成方式 根据实时采集的交通流数据,实时算出最正确交 通控制参数形成信号配时控制方案,当场按此方 案操纵信号控制机运行交通信号灯。
3.按控制构造分
〔1〕集中式计算机控制构造 〔2〕分层式计算机控制构造
1〕集中式计算机控制构造
将网络内所有信号联结起来,用一台中、小型计算
机或多台微机联网对整个系统进展集中控制。其原
理构造均较简单。
优点:
〔1〕全部控制设备只位于一个中心,操作方便;
〔2〕系统的研制和维护不太复杂;
〔3〕所需设备较少,维修容易。
缺点:
大量数据的集中处理及整个系统的集中控制,
需要庞大的通信传输系统和巨大的存储容量,这就
极大地影响了控制的实时性,并限制了集中控制的
区域范围。
2〕分层式计算机控制构造
把上游连线“驶出”图式上的每一纵坐标值乘以F即
可得到下游停车线的“到达”图式。
综上所述,不难推算出第i个时段内被阻于停车线的 车辆数mi。
mi max[(mi1 qi Si ), (0)] 式中:mi 在第i个时段内被阻于停车线的车辆数(辆);
qi 在第i个时段内到达的车辆数(辆),由到达图式求得; Si 在第i个时段内放行的车辆数(辆),由饱和图式求得; mi1 在第i 1个时段内被阻于停车线的车辆数(辆)。
荷兰的改进:对饱和和超饱和情况的处 理,设定车队长度极限
第三节 自适应式联机操作系 统
定时式脱机操作系统具有不能适应交通随机变 化的缺点。
英国、美国、澳大利亚和日本等国家作了大量 的研究和实践,用不同的方式建立了各有特色 的自适应控制系统。
〔1〕以方案选择式优选配时方案与单点感应控 制作调整相结合的控制系统——SCATS为代表
把新的信号配时再送入仿真局部,反复迭代, 最后取得PI值到达最小标准时的系统最正确配 时。
TRANSYT优化的主要环节
1.绿时差的优选 〔1〕以适当的步距调整交通网上某一个穿插口的绿时
差,计算性能指标PI。 〔2〕假设小于初始方案的PI,说明调整方向正确,继
续调整,直到获得最小的PI为止。 〔3〕假设第一次调整后的PI值大于初始方案的PI值,
于是便可求得第i个时段内驶离连线的车辆数:
ni=mi-1+qi-mi 式中: ni ----第i个时段内驶离连线的车辆数〔辆〕 由ni便可建立其连线的驶出图式,并由此推算下游 连线的“到达〞、“满流〞和“驶出〞图式,依 此类推。
4. 车辆延误时间的计算 TRANSYT计算的车辆延误时间是均匀到达延误、 随机延误与超饱和延误之和。
第二节 定时式脱机操作系统
TRANSYT(Traffic Network Study Tool) “交通网 络研究工具〞。是英国交通与道路研究所(TRRL) 于1966年提出的脱机优化网络信号配时的一套程 序。最新版本是11版。
美国:TRANSYT-7F 法国:将TRANSYT改为THESEE和THEBES型 TRANSYT是一种脱机操作的定时控制系统,系统
3.控制子区的划分
在信号联网协调控制时,一个范围较大 的路网要分成假设干个相对独立的局部, 每一局部有自己独特的控制对策,执行 适合本区交通特点的控制方案。
以不宜协调的连线作为划分控制子区边 界的参考依据,即子区边界点根本上分 布在这些连线上。
4. 信号周期的选择
TRANSYT可以自动地为每个子区选择一 个PI最低的公用信号周期时长,同时还 可确定哪几个穿插口应采用双周期。
2. SCATS配时参数优选“算法〞简 介
1)根据埋设在每条车道停车线后面的检测装置提供的 实时交通数据和停车线断面在绿灯期间的实际通过量, 算法系统选择子系统的各项配时参数。 2)作为实时方案选择系统,SCATS要求事先利用脱机 计算的方式,为每个交叉口拟订4个可供选用的绿信比 方案、5个内部绿时差方案、5个外部绿时差方案。 3)信号周期和绿信比的实时选择是以子系统的整体需 要为出发点,即根据子系统内关键交叉口的需要确定周 期长。 4)交叉口的相应绿灯时间,按照各相位饱和度相等或 接近的原则,确定每一相位绿灯占信号周期的百分比。
特点:自适应控制系统构造复杂、投资 高、对设备可靠性要求高,但能较好地 适应交通流的随机变化,提高了控制的 效益。
2. 按控制方式分类:
〔1〕方案选择方式 对应于不同的交通流,事先做好各类交通模型和 相应的控制参数并存储在计算机内,按实时采集 的实际交通数据,选取最适用的交通模型与控制 参数,实施交通控制。
脱机优化处理,得出多时段的最优信号配时 方案,存入控制器或控制计算机内,对整个 区域交通实施多时段定时控制。 特点:控制简单,可靠,效益投资比高, 但不能适应交通流的随机变化。
〔2〕适应式联机操作控制系统
是一种能够适应交通量变化的“自适应 控制系统〞,也叫“动态响应控制系统 〞。在控制区域中设置检测器,实时采 集交通数据并实施联机最优控制。
这种构造可以防止集中构造的缺点,可有降级 控制的功能,提高了系统的可靠性;但需增加 设备,投资较高。
例如一种三级分布式控制构造: 第一级 位于穿插口,由信号控制机控制 第二级 位于所控制区域的一个比较中心的
地点 第三级 位于城市内一个合理的中心位置,
起命令控制中心的作用
多级控制的优点
5.停车次数的计算 TRANSYT计算的停车次数,也分成均匀到达停车 次数、随机停车次数及超饱和停车次数三局部。
二、优化
TRANSYT将仿真所得的性能指标(PI)送入优化 程序,作为目标函数;
以网络内的总行车油耗或总延误时间以及停车 次数的加权和作性能指标;
用“爬山法〞优化,产生较之初始配时更为优越 的新的信号配时;
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