交通信号控制系统技术方案

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智能交通信号控制系统技术方案
目录
一、交通信号控制系统综述................................................................................... - 3 -
1.1系统设计原则.................................................................................................................. - 3 -1.2系统建设依据.................................................................................................................. - 5 -
1.3交通信号控制系统组成 ............................................................................................... - 5 -
二、交通信号控制系统功能指标.......................................................................... - 8 -
2.1交通信号控制器............................................................................................................. - 8 -
2.1.1交通信号控制器功能.................................................................... - 8 -
2.1.2交通信号控制器指标.................................................................. - 10 -2.2交通信号控制系统....................................................................................................... - 12 -
2.2.1交通信号控制系统组成 ............................................................. - 12 -
2.2.2系统功能......................................................................................... - 14 -
2.2.3区域自适应控制........................................................................... - 15 -
三、交通信号远程控制系统................................................................................. - 17 -
3.1详细配置信号机运行数据......................................................................................... - 17 -3.2信号机实时控制........................................................................................................... - 23 -3.3信号机运行状态........................................................................................................... - 24 -3.4系统故障状态................................................................................................................ - 25 -3.5警卫线路......................................................................................................................... - 25 -3.6实时流量......................................................................................................................... - 25 -
3.7流量查询......................................................................................................................... - 26 -
四、区域自适应优化控制 ..................................................................................... - 28 -
4.1系统控制策略................................................................................................................ - 28 -
4.1.1单点感应控制................................................................................ - 29 -
4.1.2单点自适应控制........................................................................... - 30 -
4.1.3干道绿波控制................................................................................ - 30 -
4.1.4感应式协调控制........................................................................... - 38 -
4.1.5区域自适应控制........................................................................... - 39 -
4.1.6拥堵控制......................................................................................... - 42 -
4.1.7潮汐车道控制................................................................................ - 42 -
4.1.8优先控制......................................................................................... - 43 -4.2路网组态模块................................................................................................................ - 44 -
4.3参数配置模块................................................................................................................ - 45 -
五、道路交通信息采集系统................................................................................. - 53 -
5.1 系统总体设计............................................................................................................... - 53 -5.2信息采集分系统设计.................................................................................................. - 54 -
5.3交通数据综合处理....................................................................................................... - 56 -
六、交通信号控制器 .............................................................................................. - 58 -
6.1故障检测......................................................................................................................... - 59 -6.2防雷措施......................................................................................................................... - 60 -6.3信号机机箱防护........................................................................................................... - 61 -6.4手持式交通信号控制器 ............................................................................................. - 61 -6.5信号机结构介绍........................................................................................................... - 63 -6.7安装说明图 .................................................................................................................... - 63 -6.8信号机实际效果........................................................................................................... - 71 -
一、交通信号控制系统综述
根据城市发展的一般规律，在城市发展与演变过程中，交通工具的增长速度通常远高于城市道路和其他交通设施的增长，在经济快速发展的年代，城市交通往往面临着巨大的压力与挑战。

科学高效的交通管理对于缓解交通拥堵、提高道路网络的通行能力和利用效率，进而保障城市的正常运转、促进经济的持续稳定健康发展具有重要意义。

因此，实现交通管理的信息化和智能化，以先进的信息通信技术提高交通管理水平已经受到各级政府的高度重视。

城市道路智能交通信号控制交通系统集信号控制、交通信息发布、交通组织优化、交通管理决策等于一体，在提高现有道路通行能力、协调处置突发性事件、缓解交通拥堵等方面作用巨大，能迅速提高整个城市的交通管理水平，改变城市的交通面貌，提升城市品位。

因此城市亟需尽快建成城市道路智能交通信号控制系统。

1.1系统设计原则
系统的设计应该从总体上把握，坚持从实际出发，注重系统的实用性和实战性，合理配置资源，服务服从于业务需要，统筹规划、统一标准、规范设计、周密计划、合理实施的原则；采用开放性、模块化、智能化的体系结构，依托现有的信息网络系统和交通监控指挥管理系统，将各系统融合成一个有机的整体，实现整个系统科学、高效、可靠、协调的管理与运行，达到实时监视，优化协调控制，信息资源共享的综合管理效能与目标。

1、先进性、可靠性
系统设计充分考虑采用先进而又成熟的技术（如线圈检测技术、视频检测技术、数据库技术、网络技术、多媒体技术和嵌入式工控技术等）、先进的体系结构、先进的软硬件选型，既能保证系统的实用性和成熟性，又能适应未来的业务发展和技术的更新要求。

2、安全性
系统通讯采用公安网的网络通讯或点对点光纤通信。

应用系统必须设置多种
安全管理权限，使系统由于误操作等影响，能够确保全系统和数据安全。

在系统设计、设备选型和安装过程中考虑到雷击、暴雨、台风等恶劣气候的需求以及各种意外情况的发生，真正做到保证系统稳定和安全运行。

3、可扩展性、兼容性
系统应具备良好的可扩充性、可移植性和兼容性。

系统的可扩展性包括系统软件的功能扩展（在不增加投资的情况下，可以很方便地增加用户所需要的特殊软件功能，提供软件版本升级服务，为其他系统提供信息只读接口）和系统容量的扩展（充分考虑系统的发展因素，系统设计方案充分利用现有的信息化建设成果和路口资源，并预留扩展接口）。

4、开放性
一是通信协议开放，系统接口透明，便于与其他系统组网，实现系统的集成与资源共享；二是交通数据与信息开放，用户可以很方便地从系统中提取所需要的各种交通数据和信息，实现信息交换和共享。

可支持多种系统互联（地理信息系统、电视监控系统、车辆定位系统，违章捕捉系统，信息管理系统）。

5、整体性
能够通过前端电子警察、红绿灯主机、地感检测线圈对道路及路口各个方向进行车流量检测，并及时向中心提供各种流量数据方向进行车流量检测，并及时向中心提供各种流量数据。

6、可监控性
中央控制计算机能够对各路口多区域的交通灯信号进行协调，实时显示被控区域的交通信号状态和信息进行系统干预及配置、监视、控制和协调运行。

7、可恢复性
确保在网络或系统出现问题时能及时、快速地恢复正常运行，保证系统的可恢复性，提高网络系统的抗干扰能力。

8、可维护性和经济性
由于整个系统规模较大，在确保可靠性、实用性、先进性的前提下，采用较经济的方案，包括安装、升级、维护和运行费用。

简单统一的操作方式，可以大大降低管理上的工作量，提高工作效率，降低工作强度，同时也利于系统维护。

1.2系统建设依据
依据国家相关法律规章、国家和行业相关标准、相关研究成果等资料进行本系统建设，具体如下：
《道路交通信号控制机》（GB 25280—2010）
《道路交通信号控制机安装规范》（GA/T489-2004）
《城市交通信号控制系统术语》（GA/T509-2004）
《城市道路交通信号控制方式适用规范》（GA/T527-2005）
《中华人民共和国交通安全法》
《中华人民共和国交通安全法实施条例》
《公安交通指挥系统建设技术规范》（GA/T445-2003）
《公安交通指挥系统工程建设程序与要求》（GA/T651-2006）
《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》（GB/T 20999-2007）
1.3交通信号控制系统组成
交通信号控制系统分为交通信号远程控制系统和区域自适应优化控制系统组成。

交通城市智能交通信号控制系统解决方案是将信息技术、数据通讯技术、自动控制技术等有效融合，从交通信息流量采集分析、路网交通方案设计、路口信号控制三个层次出发，针对中国城市交通管理体制和混合交通特点建立起来的一套系统解决方案。

其主要功能是自动协调和控制整个控制区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减至最小，从而保障道路系统的交通效益最大程度发挥。

通过合理组合系统中的各种设备和控制软件，交通管理者可以根据自己的实际需要，在保证合理投资的基础上，构建既满足自己当前意愿，又符合长远发展要求的交通信号控制系统。

中心控
制
层
区域协调层
交叉口信号控制器交叉口信号控制器路口控制层
系统架构图
区域协调控制以某个区域中所有信号控制交叉口作为协调控制的对象，统一协调信号周期、相位差及绿信比，提高道路网络的通行能力。

区域协调控制是最高级的交通信号控制方式。

控制区内各受控交通信号都受交通控制中心的集中控制。

对范围较小的区域，可以整区集中控制；对范围较大的区域，可以分区分级控制。

系统控制分为三级，各级主要功能如下：
1）中心控制级：监控整个系统的运行；为交叉口及协调控制系统的控制方案设计提供集中式输入工具；协调区域控制级的运行；具备区域控制级的所有功能；中心控制软件对控制方案基本数据进行安全保护，即通过硬件或软件系统保护各项基本数据的安全，只有授权人员才能接触；自动记录各路口信号机的故障，便于及时抢修。

2）区域控制级：是决定信号网络协调的高层控制。

监控受控区域的运行；分析各路口送来的车流数据，以控制子区域为基础，计算周期长度、绿信比和相位差，以适应主流交通状况，对路口交通信号进行协调控制；对路口交通信号机的工作状态和故障情况进行监视；保留收集到的各个交叉口的各种数据并用于脱
机分析；通过人机会话对路口交通信号机进行人工干预；监视和控制区域级外部设备的运行；进行交通流量统计处理。

3）路口控制级：控制路口交通信号灯；接收处理来自车辆检测器的交通流信息，并定时向区域计算机发送；接收处理来自区域计算机的命令，控制本路口各个信号灯的灯色变换，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息；在实施感应控制时，根据本路口的交通需求，自主地控制各入口信号灯的灯色变换；具有单点优化能力。

二、交通信号控制系统功能指标
2.1交通信号控制器
“KV-ATSC32”交通信号机是由我司依据中华人民共和国公共安全行业标准和GB 25280-2010《道路交通信号控制机》中华人民共和国国家标准研制的交通信号机。

2.1.1交通信号控制器功能
（1）远程控制：可实现有线或无线联网控制，接收中心远程优化控制，可在线修改配时参数，在线显示各相位状态、故障状态。

（2）无电缆线性控制：同一主干道上的多个信号机以指定的某一路口信号机为基准，通过配置周期与相位差，利用GPS 或联网授时，协调时间，实现线协调控制。

（3）多时段控制：根据不同时间段的车流量大小将一天分为若干个时间段，并配以不同的控制方式及配时方案。

一般时段的划分可通过交通调查分析或经验获得。

设置内容包括事件、控制模式、控制方案、节假日方案等。

（4）感应控制：根据相位对应车道检测器的实施车辆信息，控制相位放行，当车辆间隔大于设定值或浪费时间大于设定值或相位长大于设定值则结束当前相位。

感应控制包括半感应、全感应控制，可设置感应控制参数，具备线协调感应控制功能。

（5）自适应控制：通过车辆检测器检测进入路口的车流量状态，根据预置的预测算法规则（根据前几个周期的相位饱和度，预测下一个周期的周期长和绿信比），实时自动地调整周期、绿信比等参数以适应交通流变化。

当运行到该相位时，如果车辆突然减少，则提前结束当前相位；若超过设定最大车辆间隔，则向下一相位预支一段时间，以获得路口车辆的最高放行效率，实现单交叉口的自适应控制。

（6）手动控制：按动手动按钮，控制相位的递进。

在机箱侧门有手动控制
盒，内置“手动/自动”开关，手动按钮。

预留遥控手动接口；手动控制可以采用步进式或选择式；手动控制放行序列可定义及调整。

（7）黄闪控制：黄灯按一定的频率闪烁。

有软件黄闪和独立黄闪。

软件黄闪为正常的工作方式，一般用于深夜车辆稀少的时段。

独立黄闪为硬件控制的黄闪，将切断灯驱动模块的输出，一般用于故障、维护。

（8）关灯控制：熄灭所有的信号灯输出。

（9）全红控制：所有灯组全红，用于疏导交通。

（10）行人过街触发控制：根据行人过街按下请求按钮发送请求信号实现路段行人过街协调控制。

（11）信号机具有掉电保护功能。

（12）日志记录：记录信号机运行参数、检测器故障、信号灯故障、绿冲突故障，支持远程查询和数据导出。

（13）信号机能够连接学习型倒计时器、脉冲实时倒计时和通信实时倒计时等多种类型的倒计时器，实现倒计时的功能。

（14）支持车辆检测器输入，配置24路检测信号。

支持与电子警察数据（线圈、视频或混合模式）共享，支持线圈、视频、地磁等各种检测器。

线圈检测器能检测线圈开路、短路，并发送到中心系统。

能够按照相位周期采集交通流量、占有率以及交通信号相位信息（包括相位的绿灯开始时间、结束时间、相位流量、周期长度等），交通流量与占有率的采集精度〉90%，数据采集时延要求在周期结束后1分钟之内。

另外能够提供设定周期（15s~180s）采集交通信息。

（15）在联网方式下，控制管理人员可通过中心计算机的系统软件，以系统自适应优化控制、预置多段式固定配时、人工直接干预控制等多种方式，直接控制路口的信号配时。

同时控制管理人员可通过图形界面，配置路口的特征参数、控制参数，直接下载至路口信号控制机，更新路口数据，大大方便系统的运行维护。

（16）信号机参数编辑软件：可使用笔记本电脑，安装信号机软件后，用作现场修改和显示信号机的工作参数。

支持参数图形模式在线、脱机修改、保存。

支持参数打印、模拟运行。

支持联机查看系统运行状态，下载流量，并进行查
询、打印。

（17）支持电源电压、温度检测，驱动板联机状态检测，运行参数有效性检测。

（18）支持故障远程恢复，远程重启。

（19）具有防电网浪涌和抗雷电袭击措施。

（20）全封闭增强型机箱设计，有防雨、防潮、防尘、防震能力。

（21）有4个RS232通信接口，可扩展1个RJ45，一个RS232，用于通信、调试及备用口。

（22）具有行人过街触发功能，提供2个行人按钮接口。

集中协调式信号机还增加了以下几个控制功能：
集中协调控制：根据各数口车流量的变化，接受指挥控制中心的统一协调管理控制，支持绿波带功能。

自适应控制：根据交通流量状态，实时调整相应的交通参数，以适应交通流量变化的控制方式。

公交优先(BRT)功能控制：通过检测到的公交车辆信息，调整信号方案，保证公交车辆优先通行。

支持潮汐车道控制扩展：根据车辆排队长度自动控制可变信号灯和可变指示Led灯。

2.1.2交通信号控制器指标
机械性能：
◆外形尺寸：440±5mm×176±5mm×225±5mm
◆防护等级：IP54
电源：
◆额定电压：220V±10%；50Hz±2Hz
◆主机功率：≤15W(不含灯驱动功率)
◆负载能力：单路信号负载可达500W以上
◆在总电源上采用电源滤波器，在保护设备免受外界电磁传导辐射的干扰
同时，避免造成电磁辐射污染电网。

输入输出接口：
◆信号输出：16个灯组输出
◆通讯接口：4个标准EIA 电平RS232 接口，用于通信、调试及备用口，
波特率最高可达115200 bps，数据兼容TCP/IP协议
◆GPS接口（选配件）：1个，用于接收GPS 授时
◆行人请求接口：4路
参数设置
◆预置相位数：12个
◆黄闪信号频率：1Hz
◆启动时序：黄闪状态（10s或自定义）→全红状态（5s或自定义）→
正常运行
◆信号转换序列：机动车信号：红→绿→绿闪→黄→红
行人过街信号：红→绿→绿闪→红
◆可设置阶段表：32个，包括9个预设默认设置及23个自定义设置；每
个阶段表最多可以设置8个阶段
◆可设置方案：32个，包括9个预设默认设置及23个自定义设置
◆可设置时段表：32个，全部可以自定义设置，每个时段表可以设置16
个时段
◆系统看门狗，系统运行故障时自动恢复
◆可靠性：MTBF平均无故障运行时间＞20000 小时
◆工作时间：7*24 小时连续工作
绝缘强度
◆AC 输入端与箱体之间绝缘电阻为12MΩ
工作环境
◆温度：-20℃～70℃
◆湿度：5%～95%（40℃时无冷凝）
◆冲击：10g/16ms，半正弦波,100次
◆介电强度：耐压AC1500V、50Hz
◆避雷：双路独立避雷装置
◆抗冲击振动：5-33Hz,1g/1h,振幅双向2.5mm可经受各种交通工具正常
情况下所产生的冲击及振动
◆所有线路板经过“三防”处理
2.2交通信号控制系统
2.2.1交通信号控制系统组成
交通信号远程控制系统是一套完整的信号控制系统，该系统利用存储在数据库中的历史交通数据和当前的实时交通状况，根据配置的控制参数和数据模型，对区域中各个路口进行协调控制，保证整个区域的交通流量达到平衡和优化。

并通过信号机通讯服务对各种不同类型信号机进行统一通信管理，实现对信号机的状态监控和联网协调控制，提供了信号机区域控制整体解决方案。

系统对信号机设备、系统服务器、数据库、GIS地图和用户权限进行管理，对控制区域和信号机的运行状态进行控制。

操作员可以加载交通控制方案设计系统生成的区域控制方案，远程上传或下载控制区域和信号机的运行数据、修改区域和信号机的运行模式、获取并处理信号机错误信息。

系统结构图
控制系统的整体运行则有赖于三个部分的协调运作：
一、前端信息采集系统：利用安装在各个路口的各个车道的车辆检测器（视频、地磁），自动采集车辆到达信息，获得实时的路口交通流量信息。

按预设的时间间隔统计检测截面的交通流量、占有率、饱和度和车速等信息，用于交通流量的统计分析、报警分析、系统监视分析等功能。

这些数据可以通过网络以标准的数据库文件或文本文件的形式传送到交通指挥中心的交通信息管理数据库中，以便做相应的综合统计分析以及为控制方案的生成、选择和优化提供数据。

二、中心控制系统：在中心建设一个基于GIS的公共信息集成平台，通过整合集成各个子系统，达到可视化智能管理与控制和管理决策辅助支持，以及面向
事件的联动控制和应急处置。

控制方案的生成或选择在控制中心的信号控制主机上完成，通过对采集的信息分析处理，形成控制方案，实时地调整绿信比、周期时长及相位差等参数，使之与变化的交通流相适应。

同时对历史方案进行比较分析，减少随机的误差，完成方案的生成和选择。

系统采用集中管理与分级信号控制相结合，按交通特性划分片区，实现单点优化、主干道区级线协调和区域协调控制相结合的区域交通信号控制，使整个交通信号控制系统实现三级递阶控制结构。

三、路口终端交通信号控制器：负责监视设备故障（检测器、信号灯以及其他局部控制设施）以便及时发现故障，向控制中心上报故障信息并获得解决；收集实时的检测数据，并把交通流和设备性能等数据传送到中心控制系统；接收中心控制系统下发的指令并按指令操作。

信号机的软件设计核心主要集中在控制技术，控制策略的选择和优化方法这三方面。

而这三方面的水平很大程度上取决于中心控制系统对控制方案的生成或选择。

2.2.2系统功能
➢日志信息记录：系统记录信号机运行异常记录，便于以后查询；
➢用户权限管理功能：为了保障系统的安全，设置管理员权限与普通户权限，普通用户只能查看信号机信息，不能对信号机以及区域交通进行操作；
➢区域交通信号协调控制：系统调用区域控制方案文件，通过统一下载控制方案到各个路口的信号机中，使该区域各个路口信号机实现协调控制，达到最佳的控制效果；
➢实时控制：当路口发生突发事件时，可以对该路口信号机进入实时控制模式，使突发事件对该路口的车辆通行的影响达到最低。

实时控制包括同步信号状态、进入手动控制、进入黄闪控制、进入警卫控制、进入引导控制；
➢GIS地理信息系统：系统基于GIS地理信息系统，确定每个信号机的地理位置，以便对各个信号机实时监控；
➢控制方案配置：系统信号机控制参数和控制方案的集中配置与管理，用户可以随时对信号机的控制方案进行调用、修改，再将其保存到数据库中；
➢控制方案上传和下载：用户可以随时将修改的控制方案下载到信号机中，使信号机根据新的控制方案运行；并且可以将信号机中控制方案上传，查看信号机当前的控制方案；
➢信号机任务列表获取：用户可以查看信号机当前的任务，了解信号机的运行状态；
➢异常实时提醒：系统服务器与信号机自动关联，动态检测与信号机的连接状态，实时获取信号机的运行状态，当信号机运行异常时，将异常信息反馈到软件界面中；
➢路口可视化设计：可视化路口信号控制相位设计、灯组关联定义和检测器位置设计，使方案配置时更加直观；
➢数据信息存储：用户账号信息，信号机属性信息数据、运行数据信息、状态信息，区域控制信息都统一储存在数据库中，进行统一管理；
通信协议转换：系统实现与各厂家信号机通信协议转换。

2.2.3区域自适应控制
格朗德骏系统充分利用从信息采集系统获取的交通数据和信息，通过创建的交通路网组态模型，仿真运算生成区域内各信号控制机的参数配置方案，供指挥中心参考，为基于指挥中心实施城市路口面控交通信号控制配时方案提供了良好的解决方案。

采用自主研发的核心算法--基于最大绿波带模型的区域协调控制算法，充分保障了干线和区域上的绿波带带宽的最大化，减少城市道路交通的延误和旅行时间，有利于减少道路交通拥挤的状况。

系统性能强大，适用于干线、特定干线以及区域的协调控制，功能特点：
➢系统采用模块化设计，具有较强的扩展性、稳定性、健壮性、安全性；
➢软件可最多配置8个区域控制方案；
➢软件提供干线绿波带仿真功能；
➢软件提供控制方案时段和调度配置功能；
➢可调整路网中交叉口的数量和各基础数据的优先级；
➢适用于干线、特定干线以及区域的路网结构；
➢适用于单向绿波带、双向绿波带的路网结构；
➢适用于变带速、变带宽的路网结构；
➢软件提供各项预设参数，满足用户对控制方案的各项需求；
➢可以生成文件形式的控制方案，便于远程控制系统直接加载；
➢系统提供SDK，包含算法DLL，便于升级更新以及调用；二次开发人员可以根据SDK中提供的公开的API(应用程序接口)来访问软件原有的一些基本功能，并要据这些基本功能组合，扩展进而形成更加专业或新的功能以完成用户特殊的需求，易于升级更新以及维护；
➢系统采用组态的方式绘制被控区域路网接口，操作简单，易于上手；部分参数会在路网构建的时候由系统自动生成，减少用户手动输入参数量，避免了以往手续繁琐、操作麻烦的情况。

三、交通信号远程控制系统
3.1详细配置信号机运行数据
智能交通远程控制系统基于windows平台，采用Mysql数据库作为数据的存储，以C/S模式运行，系统所有的应用软件均通过客户端的通信组件与服务器进行通信。

信号机服务器采用Map-Reduce架构，同时支持1000台信号机在线。

系统对信号机设备、系统服务器、数据库、GIS地图和用户权限进行管理，对控制区域和信号机的运行状态进行控制。

操作员可以加载交通控制方案设计系统生成的区域控制方案，远程上传或下载控制区域和信号机的运行数据、修改区域和信号机的运行模式、获取并处理信号机错误信息。

客户端主界面：
客户端主要功能包括道路口设置、信号机运行数据配置、上传和下载、信号机属性数据配置和下载、信号机运行日志获取、控制区域配置、仿真和信号机控制方案下载、用户管理和信号机状态监控等。

客户端主界面如图所示，主要由以下四部分组成：操作菜单、信号机列表和区域列表、日志信息。

主界面主要完成路口状态实时监控、操作、日志打印等工作。