城市交通控制系统(UTCS)课件

城市交通集中协调式控制系统（UTCS）
目录
1 什么是城市交通控制系统 (2)
2 城市交通信号控制系统讲解 (3)
2.1 系统结构图 (3)
2.2 系统组成 (4)
2.2.1 前端设备 (4)
2.2.2 传输系统 (6)
2.2.3 中心处理控制系统 (7)
2.3 系统功能 (7)
2.3.1 路口信号控制设备设置功能 (7)
2.3.2 绿波带功能(干线协调控制模式) (9)
2.3.3 感应控制的功能 (10)
2.3.4 交通管制功能 (11)
2.3.5 设备及信号状态的实时监视与报警功能 (11)
2.3.6 交通流量数据处理与交通信号控制方案生成功能 (12)
2.3.7 交通流量的变化范围与控制模式的对应关系 (15)
1什么是城市交通控制系统
（UTCS）城市交通控制系统（俗称交通信号控制系统）是现代城市智能交通系统的重要组成之一，主要用于城市道路交通的控制与智能化管理。

交通控制系统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或视频监控系统，智能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，交通信号控制系统全面实施以后，在控制区域内应达到：行车延误减少15％以上、行车速度提高10%以上，停车次数减少15%以上。

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2城市交通信号控制系统讲解
2.1 系统结构图
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2.2 系统组成
交通信号控制系统分为：前端设备、传输设备和中心处理（后端）设备三部分，其简介如下：
2.2.1前端设备
前端设备由信号灯、交通诱导屏、车辆检测器（线圈车检器、视频车检器）、智能信号机。

2.2.1.1 信号灯
作为交通信号指示、导引车流、人流。

2.2.1.2 交通诱导屏
交通诱导屏通常指由LED发光二级管制作而做成的，用来起到交通诱导作用的显示屏，可以预先指引车流按车流量较好的路段通行。

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2.2.1.3 车量检测器
车辆检测器主要有：线圈检测器（环型感应线圈）、雷达检测器、视频检测器等。

交通信息检测器根据安装方式可以分为埋设式和悬挂式。

从性价比和高可靠性上来考虑，使用最多的仍然是环形线圈式车辆检测器，但是近年来越来越多的使用视频检测器。

♦线圈检测器
主要是通过环形线圈通电后产生磁场，形成电感。

当有大量金属（汽车）经过磁场时，磁场频率产生变化。

线圈检测器可以检测到此变化。

认为有车量经过。

计量为一个车流经过，把此信号传输到智能信号机内。

♦雷达检测器
主要是通过多普勒效应对经过的车流进行检测，把检测的车流量传到智能信号机内。

♦视频检测器
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主要是视频分析的技术对经过的车流进行卡口式的检测并且把检测数据传送到智能信号机内。

智能信号机
主要是可以实现人工或智能控制交通信号灯工作的设备。

2.2.2传输系统
传输系统为光传输系统。

首先，前端数据通过RS232转485转换器进入光端机中的485接口，通过光端机的光电转换原理，把电信号转换为光信号。

通过光纤从路口直接传入中心机房，在机房端同样有一台光端机把光信号转换为电信号从485接口输出，同时利用485转RS232转换器，把信号传输控制服务器中。

此时，数据便从前端传输到后端中心机房。

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2.2.3中心处理控制系统
中心控制系统分为硬件和软件。

硬件为服务器主要是用来安装后台软件，执行处理操作。

中心控制软件完成对前端系统传输回来的数据信息进行处理，对前端智能信号机进行控制和管理。

中心控制软件主要有四个部分所组成：1）设置、2）状态监测、3）绿波控制、4）交通流量分析和控制方案生成（可增加）。

通过相位设置、时段设置、和配时方案、绿波带设置、控制模式的设置来完成最基本的交通信号控制管理工作;可根据路口交通流量的大小,自动生成交通信号控制方案.
配合车流量检测系统后，本中心端集成系统可获得车流量相关数据，从而完成交通路口的感应协调控制和相应预案生成。

2.3 系统功能
2.3.1路口信号控制设备设置功能
具备实现指挥中心采集显示路口的交通参数，上传下载信号机控制方案，下达控制指令，实现交通中心协调控制、多时段控制、感应控制、黄闪、交通管制等多种交通控制功能。

实时对路口信号机的工作状态进行设置；黄闪起止时间；熄灭起止时间；当前执行时段设置；模式设置；配时方案设置.
2.3.1.1 相位设置
相位就是同一时间内，将某几个灯组指定为绿灯。

其余为红灯。

我们可以把同时显示绿灯的灯组，设置在同一个相位里。

在本信号机内，同一相位可以设置10个灯组同时为绿灯。

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2.3.1.2 配时方案设置
配时方案主要用于设置各相位的绿灯时间长度。

也能修改黄闪次数和绿灯时间长度。

根据每天不同时间车流量的不同和每周每天车流量状况不同的需要，可以设置多个配时方案号，如配时方案二，配时方案三等等，以适应各天各时段对配时方案的不同需求。

2.3.1.3 时段方案设置
时段是用于一天内，根据车流量的变化，在各时间段里，选定不同的配时方案.时段方案号一至七分别对应礼拜一至周末的配时设置。

各时段方案中的开始时间和结束时间对应每天各不同时间段内的配时方案。

2.3.1.4 路口图的绘制
随着城市路口数量的增加和每个路口红绿灯的配置不同，有的路口安装“三头”灯组，有的路口安装“五头”灯组，要求用户必须能够独立针对新路口进行北京立天洋网络科技有限公司8
路口图的添加或修改操作。

通过路口图的绘制可以确定路口名称和每个路口的灯组数量。

编辑修改各路口的时段划分和交通方案，并可将方案下载到路口控制机，或将路口信号机的控制方案、控制参数上传。

2.3.1.5 交通控制模式的确定
♦交通管制(特别绿色通道)
♦手动控制
♦定周期控制
♦半感应控制
♦全感应控制
♦指挥中心步进控制
♦干线协调控制（绿波带）
2.3.2绿波带功能(干线协调控制模式)
所谓：绿波带”，就是在指定的交通线路上，当规定好路段的车速后，要求信号控制机根据路段距离，把该车流的绿灯起始时间，做相应的调正，这样一来，以确保该车流到达每个路口时，正好遇到“绿灯”。

“绿波带”的控制模式，比较适合于以下交通信号控制场合：
联结两个中心区之间的主要干道，如通往郊区飞机场的道路，通往卫星城镇的道路，通往经济开发区的道路，小城市的主要干道。

实现“绿波带”的各路口，其交通流量大致接近，这样一来，比较适合采用同一周期。

实现“绿波带”的路段，其交通秩序比较好。

比如说，很少有行人横穿马路，机动车辆、三轮车和其它非机动车辆都能各行其道。

VIP车队行驶路线的交通管理。

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2.3.3感应控制的功能
●半感应控制：
半感应控制主要应用于主次分明的两相位交叉路口，其主相位的车流很繁忙，它们行驶于主干道上，特点是主相位车流量比次相位的车流量多4至五倍。

这种现象往往出现在去机场或卫星城镇的路上.
在这种情况下，只要在次相位的车道上安装车辆检测器即可。

一般来说，此车辆检测器安装在次要相位的车道上，离路口停车线的上游距离为10-30米。

●全感应控制：
全感应控制，主要用于交通饱和度小于80%的路口。

其特点是，主次相位交叉，交通流量相差并不是很明显。

这样一来，需要在每个车道上，都安装车辆检测器，用于检测车辆通行情况。

此车辆检测器，安装于离路口停车线的上游距离为10米-30米。

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2.3.4交通管制功能
交通管制设置主要针对每个路口的红绿灯亮灭情况进行交通的强行管理.交通管制设置前,请首先设置工作模式于交通管制状态.此外,在交通管制时,有很多预案,可以供选择.交通管制如果要提前结束,要点击取消管制按钮，以恢复路口的原来控制模式。

交通管制的预案很多，可以是在四面全红的基础上，指定任何一个是绿灯。

此外，还有东西全绿，南北全绿，东面全绿，西面全绿，南面全绿，北面全绿，全灭，全红等交通管制模式。

2.3.5设备及信号状态的实时监视与报警功能
可以不同的方式监视设备及信号的实时状态，实时显示路口信号机的工作状态；各个灯组的显示状态与实际路口一致；相位数与时段；当前灯色的剩余时间。

单独监视指定路口状态、监视指定子区路口状态、监视所有信号机状态。

可与
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GIS系统结合在地图中显示路口控制机的地理位置，并以不同图标表示信号机的设备状态。

用户可在地图中添加信号状态监视标志，实时显示路口信号状态。

自动记录并提示通讯状态异常、绿冲突、车辆检测器故障、及信号灯故障。

2.3.6交通流量数据处理与交通信号控制方案生成功能
2.3.6.1 交通流量的描述
衡量交通流量,通常有以下几个参数:
●5分钟流量:
以5分钟为单位，统计出的通过道路某一截面的车辆或行人数量。

这里主要指车流量。

●饱和流量:
车辆在取得通行权的情况下，以相对恒定的速度连续不断地通过道路停车线所对应的流量。

●时间占有率:
在一段时间内，车辆通过某一截面所需的时间之和与统计过程总时间之比。

该参数可以反映路段的交通流量。

如果占有率大，表示路段比较拥挤。

只有在绿灯状态测得的时间占有率才能反应拥挤程度.
●空间占有率:
在某个时间，某个路段内车辆的长度之和与路段总长度之比。

该参数可以反映路段的拥挤度。

●区间平均车速:
道路的区间距离除以通过该路段的时间。

一般在距离路口200-500米以上的地方所测量的车辆速度来表示。

如果车速高，表示交通拥挤度低。

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2.3.6.2 交通流量的采集
●车辆检测器:
目前在用的车辆检测器,主要有地埋环形线圈、多普勒效应雷达、视频式车辆检测器等等.在路段检测车流速度及车流量,最好使用多普勒效应雷达.在沙石和沥青路面,在距离路口停车线50米以内,最好选用视频式车辆检测器.对于水泥路面,考虑到车辆检测器的前期投入费用,可以使用地埋环形线圈式车辆检测器.
●采集位置:
从车辆检测器的作用来看,其主要目的应该是提供实时的交通流量及交通状态,以便信号机的感应控制,或用于控制配时方案的生成.其交通流量数据，也为评估道路通行能力及今后改造道路提供了最有力的依据。

考虑到信号灯绿灯结束后绿闪过渡时间一般为2-5秒,因此,按车速20-40KM/H计算,车辆检测器的安装位置,应该是在停车线上游10-30米比较合适.对于拥挤的路段,其数据取较小值为宜.用于这种用途的车辆检测器, 有时俗称为”战术传感器”.
当然,考虑到路段平均速度的测量,车辆检测器应该在距离路口200米以上的测量车速,这样一来其数据才更具有可信性.
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2.3.6.3 数据的处理
●车道5分钟机动车辆交通流量表及分布曲线图:
以5分钟为单位做水平轴，以x垂直轴，即可得到某段时间内车道5分钟机动车辆交通流量表及分布曲线图。

●某方向的小时流量表及分布曲线图:
把该方向所有车道的交通流量累加.
●整个路口的小时流量表及分布曲线图：
把整个路口所有车道的交通流量累加,就自然得到路口小时流量表及分布曲线图.
2.3.6.4 交通统计分析与信息发布
受检车道机动车辆驶入量、驶出量，周期流量图，道路的占有率，平均车速。

计算出路口（车道）饱和度，路口（车道）平均延误，平均排队长度。

以四种不同颜色,标记路段的交通流量.红色表示路段拥挤不堪.橙色表示路段比较拥挤,蓝色表示路段车流比较正常.绿色表示路段车流比较少.
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根据上述数据,中心计算机自动生成路段的交通拥挤程度报告,并可通过可变交通信息诱导系统或交通广播电台,及时向外发布.
2.3.7交通流量的变化范围与控制模式的对应关系
根据计算出来的交通流量，结合时间表，我们可以按以下方法来选择控制模式：
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