区域信号协调控制

三、SCATS控制系统
西姆斯等人曾竭尽全力为SCATS系统 寻求一种能最大限度地减少路网上车辆 的延误时间和停车次数的配时参数优化 “算法”，用以对三项基本参数——信 号周期、绿信比及相位差进行优选。诚 然，在目前的SCATS系统中，并没有使用 模拟实时交通的数学模型，但它却也有 一套以实时交通数据为基础的“算法”， 用于实时方案选择。按不太严格的归类 方法，这种系统也可算作一种实时反馈 控制系统。
城市区域交通信号的控制通常基于这 样一个事实：在一个区域或整个城市范围 内，一个路口交通信号的调整将会影响相 邻路口的交通流；而相邻路口交通信号的 改变也会影响本路口的交通状况。因此， 从整个系统的战略目标出发，根据交通量 检测数据，协调区域内各路口的交通信号 配时，必然能够取得整体最优的效果。而 这种效果是交通信号单点控制所不能获得 的。
三、SCATS控制系统
交通管理数据 库 中央监控中心
区域控制分中 心
区域控制分中 心
区域控制分中 心
子控制区
子控制区
子控制区
子控制区 子控制区
子控制区
1~10个信号控制 器
1~10个信号控 制器
SCATS系统的控制结构层次示意图
三、SCATS控制系统
中央控制中心，除了对整个控制系统运行状况及 系统各项设备工作状态作集中监视之外，还有专门用 于系统数据库管理的计算机。执行管理任务的计算机， 对所有各区域控制分中心的各项数据以及每一台信号 控制器的运行参数进行动态存储。SCATS系统以1-10 个交叉口组成的子系统作为基本控制单位。在所有交 叉口的每一进口通道上，都设置车辆检测装置，传感 器分设于每条车道停车线后面，根据车辆检测装置所 提供的实时交通量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内各交叉口共用的信 号周期长度、各交叉口的绿信比及相位差。考虑到相 邻子系统有合并的可能，则需为它们选择一个合适的 绿时差（即：子系统外部的绿灯起步时距差）。
二、固定式脱机控制系统
TRANSYT是一种用于定周期信号控制系 统的设计方法。在该系统中，信号周期 是共用的，而且在一个确定的配时方案 执行阶段内，每个交叉口上的各个信号 阶段起迄时间点（相对于一个周期长度 的比例）是固定不变的。为了适应交通 量随时间而变化的客观情况，就要拟定 适合于不同交通状况的配时方案，以供 不同时段使用。对于已有控制方案的路 口，TRANSYT利用自身的交通模型对已有 方案进行优化。
（二）分类（5）
3.按控制结构分 （2）分层式控制 第一层：（微观层）交叉口层，一般由信号机 控制 功能包括：监视设备故障；收集检测数据 （时间占有率、流量、速度等）；上传分控 中心；接受下达的指令并执行（或人工干 预）。 第二层：（中观层）分控中心 功能包括：接受信号机上传数据并上报中控 中心；形成方案并下达信号机执行。
一、 概述
（二）分类（2）
1.按控制策略分 （2）响应式联机操作控制系统 通过路网上的车辆检测器，实时采集交通 量数据，进行交通模型辨识，进而可得到与 配时参数有关的优化问题，在线求解该问题 即获得配时方案，然后对区域内的交通信号 实施控制。在线控制系统能够及时响应交通 流的随机变化，控制效果好，但控制结构复 杂，系统维护困难。
三、SCATS控制系统
SCATS控制系统是一种实时自适应控 制系统。该系统是自二十世纪70年代开 始研究，并于80年代初投入使用。最初 应用于澳大利亚悉尼市，故而得此名。 目前，我国的上海等城市采用了SCAT系 统。这一系统是由澳大利亚新南威尔士 干线道路局的西姆斯（A．G．Sims）等 人开发的，实际上也是一种实时配时方 案选择系统。
三、SCATS控制系统
SCAT系统的结构层次（如下图所示）大 体上可分为：中央监控中心→区域控制中心 →信号控制器，在区域控制中心（Regional Control）对路口信号控制器实行控制时， 通常将每1～10个信号控制器组合为一个 “子系统”（Sub-System），若干个子系统 组合为一个相对独立的系统。系统之间基本 上互不相干，而系统内部各子系统之间，存 在一定的协调关系，随交通状况的实时变化， 子系统既可以合并，也可以重新分开。三项 基本参数的选择，都是以子系统为计算单位。
TRANSYT基本上由两大部分构成，其一是交通 仿真模型，其二则是优化选择。 建立交通仿真模型，其目的是用数学方法模 拟车流在道路系统上的运行状况，研究路网配 时参数的改变对车流运动的影响，以便客观地 评价任意一组路网配时方案的优劣。为此，交 通仿真应当能够对不同配时方案控制下的车流 运动参数（延误时间、停车率、燃油消耗量等） 做出可靠的预测，以便客观的评价任意一组配 时方案的优劣。
区域信号协调控制
主要内容
一、概述 二、固定式脱机控制系统 三、SCATS控制系统 四、SCOOT系统 五、RHODES系统
区域交通信号控制（简称面控制）系 统的控制对象是城市或某个区域中所有交 叉口的交通信号。控制区域内各受控交通 信号都受中心控制室的集中控制。对较小 的区域，可以整个区域集中控制；范围较 大的区域，则需分区分级控制。分区的结 果往往成为一个由几条线控系统组成的分 级集中控制系统，这时，可以认为各线控 系统是面控系统中的一个单元；有时分区 还会成为一个由点、线、面控制的综合性 分级控制系统。
一、 概述
（二）分类（3）
2.按控制方式分 （1）方案选择式（SCATS） 通常要根据不同的交通流，事先求解出各 种配时方案，存储在中心计算机内，系统运行 时按实时采集的交通量数据，选取最适用的配 时方案，实施交通控制。 （2）方案生成式（SCOOT） 根据实时采集的交通量数据，在线算出最 优控制参数从而形成配时方案。
二、固定式脱机控制系统
路网数据 交通流数据 新的信号 配时方案 初始信号 配时方案 交通 模型 配时优化 所需数据
配时参数 优化过程 （优化程 序）
最佳信号 配时方案
路网运行 指标PI值 路网上车 车流的 TRANSYT程序 辆延误时 周期式 间及停车 图示 次数 TRANSYT的基本构成
二、固定式脱机控制系统
源自文库
TRANSYT绿时差的优选“爬山法”
开始
向“+”方向 试调一个步距 路网运行 指标PI上升
路网运行指标PI上升
向“-”方向 试调一个步距
PI值上升
PI值下降 重 复 调 整 再向“+”方向 试调一个步距 PI值下降 向“+”方向 试调成功 重 复 调 整 PI值上升 维持初始配时参数 不做调整
再向“-”方向 试调一个步距
一、 概述
（三）采用区域控制系统应考虑的事项
3.高度的可靠性：所有机器要有高度的可靠性， 即系统中的一部信号机发生故障，系统中其 他信号机不会出现异常，整个系统仍能照常 工作，且能早期发现而予以修复。 4.使用方便：随交通状况的变化，对机器控制 的内容及机器动作的监视和变更更要比较容 易，如出现暂时性异常时，亦能及时处理 5.在我国现实交通条件下，还必须考虑自行车 交通的合理处理。
一、 概述
一般来说，城市区域内各交叉路口处的交通 流是相互关联的，某些情况下，提高某一交叉口 的通行能力或减少车辆在该交叉口的延误，有可 能引起关联路口更多的延误，换句话说：子系统 最优并不能保证大系统最优。因此，有理由认为： 实施交叉路口间的协调自适应控制能够获得更好 的效果。自适应控制是把交通系统作为一个不确 定性系统，能够连续测量其状态，如车流量、停 车次数、延误时间、排队长度等，逐渐了解和掌 握对象，把它们与希望的动态特性进行比较，并 利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制， 从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达 到最优或次最优。
一、 概述
（一）概念
1.控制对象：城市或某区域中所有交叉口的交 通信号。通常设立控制中心进行监控，是单点 控制与干线控制的结合 2.控制特点 （1）便于整体监视和控制 （2）因地制宜选择合适的控制方法 （3）有效、经济地选择设备
一、 概述
（二）分类（1）
1.按控制策略分 （1）定时式脱机操作控制系统（TRANSYT） 利用已有的交通量统计数据进行脱机优化 处理，得出最优配时方案，然后存入信号机 或控制计算机内，对整个区域实施控制。该 系统只有在网络交通条件发生重大变化，信 号配时方案不能满足要求时，才重新对整个 网络进行一次交通量数据采集、处理，进而 更新信号配时方案。很显然，离线控制系统 简单、可靠，但不能及时响应交通流的随机 变化，因此当交通量数据过时后，控制效果 明显下降。
二、固定式脱机控制系统
将交通信息和初始配时参数作为原始数 据，以包含多项参数的综合目标函数— —“运行指标”（Performance Index， PI）作为配时方案优选的依据，用“爬 山法”进行优化，产生比初始配时方案 优越的新的配时方案，再把新的信号配 时方案输入到仿真系统，反复迭代，最 后得到PI达到最佳时的配时方案。
二、固定式脱机控制系统
TRANSYT方法所使用的交通模型充分反映了 车流运动的基本特点，因而对路网上车流运动 的预测精度也较高。另一方面，在确定最优配 时方案过程中，它所占用的CPU时间相对来说 并不长，试算过程有较好的“收敛性”，这是 因为在优选过程中交替使用长、短两种步长， 作正、负两个方向的试探，即所谓“爬山法”。 不仅如此，对于车流运动作模拟时，它还充分 考虑了车流之间以及一股车流内所有车辆之间 的相互影响，前者，主要反映在某些按优先规 则通行的交叉口，后者反映了路段上车流运动 过程中的离散现象。
二、固定式脱机控制系统
TRANSYT系统是一种脱机配时优化的定时控 制系统，这一方法最初是由英国道路交通研究 所（TRRL）的D-I罗伯逊先生在1967年提出的。 经过十几年的实践，罗伯逊领导的研究小组对 TRANSYT方法不断改进，到1980年，最新一版 TRANSYT8公诸于世。TRANSYT是目前世界各国 流传最广，普遍应用的一种协调配时方法，除 TRANSYT8之外，还有其它一些广泛应用的版本 如TRANSYT7F、TRANSYT6N等。这些都是由 TRANSYT的某一版，经过修改而派生出来的。 在此，主要对TRANSYT8做详细介绍。
二、固定式脱机控制系统
2.在仿真的路网范围内，所有信号灯交叉口， 均采用一个共用的信号周期长度；或者， 某些交叉口采用共用周期长度一半作为其 信号周期。每个交叉口信号阶段划分情况 以及各信号阶段的最短时间均为一致。 3.每一股独立的车流，不管是直行通过交叉 口还是在交叉口转弯，其流率（即在某一 时段内的平均流量值）比较稳定，且假定 均为常量。
PI值上升
PI值下降
向“-”方向 试调成功
三、SCATS控制系统
SCATS系统属于响应式联机操作系统， 70年代开始研究，80年代投入使用。该 系统把信号周期、绿信比和相位差作为 各自独立的参数分别进行优选，优选过 程所使用的“算法”以饱和度和综合流 量为主要依据。它的优化过程并没有利 用数学模型，而是再各种预定的方案钟 进行优选，方法简单但配时方案的数量 是有限的。
一、 概述
（三）采用区域控制系统应考虑的事项
1.控制性能的发展性：在这种大的控制系统的 建设中，要有次序地把现有的定周期式信号 机更换为面控系统。尽量使控制机能引入新 的研究成果，而不致改变原来的机器构成即 尽量利用老的信号机。 2.控制范围有扩大的可能性：随着城市的发展， 城市规模的扩大，必须有可能扩大控制范围， 以扩大中央控制室的作用。
一、 概述
（二）分类（4）
3.按控制结构分 （1）集中式控制：多个区域由一个中心控制 优点：研制与维护方便； 所需设备较少，维修方便。 缺点：通信复杂，存储数量大。 考虑因素： 需要监视和控制的实时单元的数量； 分配数据和指令所需通信线路的费用； 可选用的控制方法和执行能力的灵活性。
一、 概述
一、 概述
（二）分类（6）
第三层：（宏观层）中央控制中心 功能包括：监视整个系统的运行；宏观交通管 理和决策（根据交通强度作出不同的控制决 策）；下达特殊方案 分层控制的优缺点 优点：减少通信费用；可靠性较高（可降级 处理）；处理实时单元的容量较大；控制方法 较灵活 缺点：投资高；设备维护复杂；控制程度复 杂
二、固定式脱机控制系统
最新的TRANSYT方法，不仅对每一信号阶 段绿灯起步时距和绿灯长度进行优选，而 且还能对整个路网上不同部分应该分别使 用的最佳信号周期值提出分析结果，既可 供设计者参考，也可自动选择最佳周期值 作为配时设计的基础，进行绿信比和相位 差的合理选择。 TRANSYT方法中有如下几条基本假定： 1 . 在 路网 上 ， 所 有 交 叉 口 均 由 信 号 灯 控 制 （或由优先通行权控制）。