UTC信号控制系统技术方案

系统综述系统概述交通信号控制系统是公安交通指挥控制系统的重要基础应用系统，其主要功能是自动协调和控制区域内交通信号灯的配时方案，均衡路网内交通流运行，使停车次数、延误时间及环境污染等减至最小，充分发挥道路系统的交通效益。

必要时，可通过指挥中心人工干预，直接控制路口信号机执行指定相位，强制疏导交通。

通过安装在道路上的车辆检测器，交通信号控制系统可以优化交通信号灯网络的交通方案，使其适应交通流变化条件，从而使在控路网中运行的车辆的延误和停车次数达到最小。

系统选型目前国内交通信号控制领域常用的有两种信号机，一为多时段定时式信号机，其次为集中协调式交通信号机，多时段定时式交通信号机在早期一度占有主流市场，但是自身技术的局限性和交通控制领域的需求不断提高，多时段定时式交通信号机已满足不了我们国家大多数地方的城市交通管理的需要。

下面对其主要区别作简单比较：表错误！文档中没有指定样式的文字。

-1多时段定时式信号机与集中协调式信号机主要区别所以本系统采用集中协调式信号机。

信号灯控路口设置依据主要根据GB14886-2006《道路交通信号灯设置与安装规范》确定设置依据。

1.相交道路均为干路当相交的两条道路均为干路时，应设置信号灯。

干路指在设计速度、机动车车道条数、道路宽度和断面形式等方面符合GB50220-1995第7章规定的快速路、主干路、次干路（大中城市）和干路（小城市），以及双向四车道（含）以上的公路。

2.相交道路含有支路当相交的两个道路中有一条为支路时，应根据交通流量和交通事故状况等条件，确定信号灯的设置。

主要道路单向仅有一条机动车道时，由主要道路进入路口的双向机动车高峰小时流量达到900辆以上，且由流量较大的次要道路方向进入路口的单向机动车高峰小时流量达到270辆以上，应设置信号灯。

（主要道路指两条相交道路中流量较大的道路，次要道路指两条相交道路中流量较小的道路）。

主要道路单向具有两条或两条以上机动车道时，由主要道路进入路口的双向机动车高峰小时流量达到1050辆以上，且由流量较大的次要道路方向进入路口的单向机动车高峰小时流量达到300辆以上，应设置信号灯。

主要道路单向仅有一条机动车道时，由主要道路进入路口的双向机动车高峰小时流量达到900辆以上，且由流量较大的次要道路方向进入路口的单向机动车高峰小时流量达到300辆以上，应设置信号灯。

主要道路单向具有两条或两条以上机动车道时，由主要道路进入路口的双向机动车高峰小时流量达到1050辆以上，且由次要道路进入路口的单向机动车高峰小时流量达到360辆以上，应设置信号灯。

流量达到上述70%时，宜设置信号灯。

3.根据交通事故状况设置信号灯对三年内平均每年发生5次以上一般交通事故的路口，应设置信号灯。

对三年内平均每年发生一次以上重大交通事故的路口，应设置信号灯。

4.路口人行横道信号灯设置在采用信号控制的路口，已施划人行横道标线的，应相应设置人行横道信号灯。

5.路段人行横道信号灯和机动车信号灯设置的流量条件双向机动车车道数达到或多于3条，双向机动车高峰小时流量超过750PCU 及12h流量超过8000PCU的路段上，当通过人行横道的行人高峰小时流量超过500人次时，应设置人行横道信号灯和相应的机动车信号灯。

交通流的特性及交通控制理念交通流的特性城市土地利用是产生交通的“源”，所产生或吸引的交通量则是“流”。

交通流是交通需求的实现结果，是交通需求在有限的时间与空间上的聚集现象，有自身的运行机理。

在一段时间内，由于土地利用状况、人口规模、车辆保有量、道路网结构等相对稳定，交通总量以及人们的出行习惯（出行方式、出行结构、出行路径）具有一定的规律性，使得交通流具有一定的规律可循。

例如早晚高峰出现的时间、拥堵路口流量大小存在周期性、相似性，通常不会发生大的突变。

同时，交通流系统是一个典型的非平衡的复杂开放巨系统，存在各种偶然的、随机的、不确定、非线性的因素（人、车、路、环境），从而构成系统随机涨落，如司机的个人行为、不可预知的交通事件的影响等。

交通控制理念基于以上分析，从时间尺度考虑，形成了HADR实时自适应优化思想——基于多层次、自适应、扰动抑制（multi-Hierarchy, Adaptive-control, Disturbed- Restraint，HADR）的交通信号控制系统。

软件设计基于交通控制、交通工程、交通流、系统优化等理论和实践，可以辅助交通工程师进行单点或线控配时方案的优化设计。

层次结构（1）多层次HADR交通信号控制系统分为，TOD（Time of Day）、战略控制、战术控制、本地控制四个层次。

每个层次适应不同的交通状况，四个层次协调运行，才能反映出交通的全貌，为城市各个交叉口制定最为合适的交通配时参数。

交通控制系统架构见下图：图错误！文档中没有指定样式的文字。

-1交通控制系统控制理念架构图TOD层是交通信号控制系统在各周、各天、各个时段内采用事先设定的不同固定配时方案运行的控制方式，其配时的依据是交通量历史数据。

战略控制层是决定信号网络协调控制的最高层次，由上端计算机控制。

利用前端检测器线圈采集交通信息（包括：交通流量、占有率等）。

战略控制算法以区域为基础，计算周期、绿信比和相位差等配时参数，以适应主流交通状况。

战术控制层是相对战略控制低一级的控制，它处理的时间间隔是“一个周期”。

战术控制是在不违反区域计算机指定的战略控制参数的条件下，满足各个路口一个周期内的交通需求的变化。

本地控制层是在一个周期内判断各个相位绿灯时间是否合适，分析当某相位的绿灯时间需求低于平均需求时，对该相位执行早断或提前等控制。

（2）自适应系统执行一套配时参数与交通量等级的对照关系。

即针对不同等级的交通量，选择响应最佳配时参数组合，将这套事先拟定的配时参数与交通量对应组合关系储存在中央计算机中。

中央控制计算机则通过设在各个路口的车辆检测器反馈的车流参数，自动选择合适配时参数，并根据所选定配时参数组合对路网交通信号进行实时控制。

（3）扰动抑制系统战略控制层处理时间间隔为15分钟或以上路口交通状况的变化，其实质是对这段时间内交通需求的平均化。

但在每个控制周期内可能会产生某相位绿灯时间过长或过短的问题，所以系统战术控制层解决这种“扰动”现象，它在“一个周期”时间间隔内，在不违反区域计算机指定的战略控制参数的条件下，满足各个路口一个周期内的交通需求的变化，即达到“抑制”的目的。

各层次功能1、TOD控制层TOD（Time of Day）是交通信号控制系统在各周、各天、各个时段内采用事先设定的不同固定配时方案运行的控制方式，其配时的依据是交通量历史数据。

在TOD层需要完成的主要内容包括：通过离散数据时间序列分析、聚类分析，时段划分（时段范围最为宽泛，如：周一早高峰，可能覆盖几个小时），根据交叉口在某时段的交通状态中最经常选择的配时方案（“频次”），决定该时段内的交通配时方案。

TOD层制定的配时方案完全是根据历史数据，统计某个时段内最常见的交通状态，再计算配时参数，所以它每个配时方案管理的时段也最长。

所以在该阶段的配时方案只要基本满足交通需求、且TOD配时方案通过优选改变不大、TOD 配时方案满足的时段比较宽泛的要求即可。

根据经验一个路口仅通过若干个配时方案便可基本满足需要，且配时方案可以在几个月内不修正。

TOD Group软件逻辑如下图所示，首先将采集到的交通数据输入到软件中，软件对这些数据进行统计得到流量分布图。

时段划分以时段数少、各时段内交通流状态差距小、各时段间交通流状态差距大为目标自动划分，人工确定。

再对各时段计算效用参数，并判断其交通状态，再通过计算周期值，进入配时方案专家库中查找出最合适的标准相位相序下的配时方案。

在各时段划判断所属交通状态后，可找到该状态所对应的非标准相位相序。

将刚才找到的标准相位相序下的配时方案依照转化关系，得到非标准相位相序下的配时方案。

最后将某时段内的非标准相位相序以及对应的非标准相位相序下的配时方案下发。

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-2TOD Group软件的主要算法逻辑TOD Group软件主要功能如下图所示，包括：图错误！文档中没有指定样式的文字。

-3TOD Group 软件功能模块（1）基础参数管理方案库管理添加路口基于标准相位相序下的配时方案库。

路口标准相序方案参数管理设置标准相位相序的基本配时参数。

路口非标准相序方案参数管理设置非标准相位相序的基本配时参数。

效用参数管理设置每条车道计算效用参数指标的基本参数。

标准相序管理编辑、修改每个路口唯一的标准相位相序方案。

标准相序转非标准相序参数管理设置每个路口标准相位相序下的配时方案分别转化为不同非标准相位相序配时方案的计算方法。

交通状态参数管理设置所有路口的交通状态划分情况。

（2）子区管理子区编辑提供对整个信号控制系统所辖路口进行控制子区划分的工具。

（3）方案生成路口方案在单点控制方式下，生成该路口配时方案。

子区方案在干线协调控制方式下，生成该子区所有路口配时方案。

（4）方案展示路口方案展示单个路口的配时方案，提供修改及下载、复制功能。

子区方案展示整个子区的配时方案，提供设置相位差，修改、下载、复制配时方案的功能。

2、战略控制层战略控制是决定信号网络协调控制的最高层次，由上端计算机控制。

利用前端检测器线圈采集交通信息（包括：交通流量、占有率等）。

战略控制算法以区域为基础，计算周期、绿信比和相位差等配时参数，以适应主流交通状况。

战略控制是“准实时”的，它提供一定时间间隔内（15分钟或以上）交叉口的配时参数。

在战略控制层需要完成的功能包括：交通数据的采集预处理、控制子区划分、交通判态（在不同的交通状态下，计算、选择配时参数的模型和判断依据不同）、配时参数计算和选择等等。

常常可以归纳为：“先取、后优、确定、再发”，即先获取交通数据后，对通过配时方案优化工具对配时参数进行优化，再通过人工确认或持续性检验，最后发给前端信号机执行。

在战略控制层对交通数据的采集预处理，是由于战略控制准实时的，所以在这短期内采集到的交通数据的扰动性较大，容易受到信号灯控制干扰及其他方面因素的干扰，所以需要对交通数据进行修正处理以及多次平滑处理。

在战略控制层次，是要（动态）划分控制子区的，子区内的重要交叉口主要包括：关键交叉口以及临界交叉口，关键交叉口是该子区内交通流量最大、可决定整个控制子区周期时长的路口；临界路口是区别于关键交叉口，虽然整体的交通流量不大，但在子区内最易造成交通拥挤的路口。

正是由于战略控制层对交叉口进行了归类处理以及特殊路口的处理，才使得生成的配时参数，在短期内更加满足交通需求的。

在战略控制层对配时参数的计算以及优选，是先通过交通状态的判别，决定选择相应的算法（在SCATS中选择类饱和度、ACTRA中选择效用参数【V+O】），通过对周期、绿信比、相位差的离散化处理，优选出最合适的配时方案。