城市交通信号控制系统的发展

： 智能交通系统 ： 交通运输规划与管理 ： 2013级 ： 张惠玲 ： 贺新光 ： 2130113021

研究生答题卷

2013 年—2014 年度第 2 学期

评 分：

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任课教师姓名 研究

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姓

名 学

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城市交通信号控制系统的发展

贺新光

(重庆交通大学交通运输学院，重庆 400074)

摘要：城市交通控制系统的研究是最大限度地发挥交叉口的通行能力、缓解城市交通拥挤问题的关键所在，本文通过对国内外先进的交通信号控制系统的研究，针对中国城市道路交通的特点及以往交通控制系统的问题和未来发展的需要，提出了适用于中国城市的实时自适应控制与管理系统。

关键词：交通控制系统；同行能力；实时自适应控制

1 前言

智能交通信号控制系统是城市道路交通管理系统中对交叉路口、行人过街，以及环路出入口采用信号控制的子系统，是运用了交通工程学、心理学、应用数学、自动控制与信息网络技术以及系统工程学等多门学科理论的应用系统。

主要包括交通工程设计、车辆信息采集、数据传输与处理、控制模型算法与仿真分析、优化控制信号调整交通流等。国内外各大中城市已有的交通信号控制系统就是根据不同环境条件，基于各自城市道路的规划和发展水平建立起来的。

2 国内外发展现状

2.1 国内发展现状

为了实现城市道路交通的畅通，缓解城市交通拥塞，减少道路交通事故，我国公安交通管理部门一直把科技应用作为主要发展方向，致力于城市交通管理的科学化、现代化和智能化。以城市交通指挥中心为核心的交通管理智能化发展大致经历了下列阶段[1]：（1）上世纪80年代末到90年代初，城市交通监控系统主要是以建立交通信号控制系统和交通电视监视系统为主要内容，主要功能就是对路口信号灯进行点、线、面相结合的控制，对路面的交通状况进行实时的监视，并辅之以人工干预。

（2）上世纪90年代以来，原来的监控系统中不断增加了GPS车辆定位系统、交通事故接处警系统、交通群体诱导系统，交通管理信息系统，交通地理信息系统等等，并逐步发展为城市交通指挥中心。其主要特征是指挥中心内的这些系统基本上都是物理上放置在一起，相互之间基本上不能进行信息交换与共享，实现统一调度与指挥。

（3）从上世纪90年代末开始到本世纪初，我国公安交通管理部门和科研单位就开始研究如何实现各个系统之间的信息交换与共享，如何实现快速反应决策，完成统一调度与指挥，以建立新一代的智能化城市交通指挥系统，实现城市交通的智能化。

2.2 国外发展现状

（1）1963年，世界上第一个中心式的交通信号控制系统在加拿大的多伦多建成，该系统将检测器的应用与交通信号控制系统结合起来。城市道路集中式的交通控制系统使用不同的监测器，利用交通控制方法及通讯技术进行交通管理，建立起了早期的交通控制[2]。

（2）日本的UTMS（UNIVERSAL TRAFFIC MANAGEMENT SYSTEM），提供先进的信息采集和信息处理，并迅速传递到交通的参与者。而且系统应用了红外线感应器和光信标等现代传感器，其主要目标是建立智能化的交通系统[2]。

（3）澳大利亚SCATS系统

SCATS（Sydney Co-ordinated Adaptive Traffie System：悉尼协调自适应交通系统）是由澳大利亚新南威尔士道路和交通局（RTA）于20世纪70年代未研制成功的，从1980年起陆续在悉尼等城市安装使用。据报道，RTA正推出SCATS的升级版SCA TSⅡ。目前，世界上大约有50个城市正在运行SCA TS系统。其主要特点是：

1）完整的SCA TS系统是一种三级结构，最上级为中心计算机，完成管理系统的任务；中间级为区域计算机，完成“战略”控制任务;最下级为路口信号机，分担战术控制任务。其结构如图2.1所示（当路口数较少时，可由区域计算机与信号机组成两级结构的最小系统）；

图2.1 SCATS系统结构图

2）检测器安装在停车线处，不需要建立交通模型，因此，其控制不是基于模型的；

3）周期、绿信比和相位差的优化是在预先确定的多个方案中挑选，挑选的依据是实测的类饱和度值（车流有效利用绿灯时间与绿灯显示时间之比）是否达到要求或低于某一规定值；

4）SCATS系统可以根据交通需求改变相序或跳过下一个相位（如果该相位没有交通请求的话），因而能及时响应每一个周期的交通请求；

5）提供主动和被动公交车辆和紧急车辆优先功能。主动优先是指：通过检测出公交车辆和紧急车辆，系统作出反应，给出优选通行权。被动优先是指：事先输入时段表或根据用户请求实现优先通行。

（4）英国的SCOOT系统

SCOOT（Split Cycle Offset Optimizing Technique：绿信比、周期和相位差优化技术）是由英国运输研究所（TRL——Transport Research Laboratory，90年代TRRL改名为TRL）在TRANSYT基础上研制的自适应控制系统，该系统于1975年研制成功，并在英国城市Glasgo进行现场试验，取得了较好的效果。SCOOT 己经经历了二十多年的发展，全世界共有超过170个城市正运行着该系统。其主要特点有：

1）SCOOT系统是一种两级结构，上一级为中央计算机，下一级为路口信号机。配时方案在中央计算机上完成；信号控制、数据采集、处理及通信在信号机上完成。其结构如图2.2所示：

图2.2 SCOOT系统结构图

2）通过车辆检测器获得交通量数据（每秒4次采样），以此为依据建立交通模型。由于车辆检测器安装在本路口上游交叉口的出口处，因此，关于本路口的交通模型是一个短期预测模型，具有较高的准确性。该模型除了用于制定配时方案外，还可提供其它信息如：延误、停车次数和阻塞数据，为交通管理和规划服务；

3）绿信比、相位差和周期的优化均通过模型进行。绿信比的优化目标是使各相位交通流的最大饱和度尽可能小。西门子将饱和度定义为：平均流量与能够通过停车线的最大流量之比。另外绿信比的优化还考虑各个方向的阻塞情况。相位差的优化是通过周期流量分布图（cyc1ic flow profiles）进行的，其目标是使延误和停车次数最少，并尽可能减少阻塞。周期的优化每5分钟进行一次。SCOOT系统通常将所要控制的整个区域划分为若干相互独立的子区。同一子区内的交叉路口采用相同的信号周期。周期优化的目标是将子区内负荷最高的“关键”路口的饱和度控制在90%。为了照顾子区内低负荷的路口，SCOOT引入双周期制，即低负荷的路口将共用周期的一半作为其周期长度。

4）为了避免信号参数突变对交通流产生的不利影响，SCOOT在优化调整过程中均采用小增量方式，如表2.1所示：

表2.1 SCOOT的参数调整方式

参数频率变化范围

绿信比每一相都变化±4秒

相位差每周期一次±4秒

周期每五分钟一次±16，4，8秒

5）具有公交车辆和紧急车辆优先功能。通过带有车型识别能力的检测器或自动车辆定位（A VL）系统检测公交车辆和紧急车辆，给出优选通行权；

6）新增交通信息数据库ASTRID模块和综合事故检测INGRID模块，能够对交通数据进行滤波、分析，并将处理好的数据用于参数的优化;还能够实时检测事故，为交通管理部门提供服务。

3 存在的不足

3.1 SCATS系统的不足

（1）SCA TS系统未使用交通模型，本质上是一种实时方案选择系统，因而限制了配时方案的优化程度；