城市交通信号控制系统

1、 第四章 交通信号控制系统方案4.1 概述4.1.1 交通信号控制系统在城市道路网络中的作用城市道路是否畅通在很大程度上受到这条道路上每一个交叉路口的制约，当路口拥有一定交通流量时，就必须对路口采取某种相应的控制措施才能保证交通的畅通与安全，因此对路口实施交通信号控制便成为与城市道路网络中不可缺少的一个环节。交通信号控制的作用就是把相互冲突的交通流在时间与空间上适当分离，以保证交叉口范围内的交通安全和充分发挥现有道路在交叉口的通行能力，从而也可减轻噪声、废气等交通公害的污染。综观国内外，大中小城市的交叉路口，信号控制因其实用有效而广泛使用，已成为城市交通中心必不可少的最重要的控制手段。这样交叉

2、口通行能力和交通安全程度也就很大程度上取决于信号控制优劣，因此近二三十年来，一些经济发达国家都在致力于信号控制系统的研究开发，信号控制形成从“定时”，向“感应”方向发展，控制应用从单点向“区域”，“网络化”发展，还开发出效益显著的自适应控制系统。交通信号控制是指挥中心的核心，是交通流实时信息提取主要参数。4.1.2 目前国内外交通信号控制系统及其应用情况目前世界上建成的先进信号控制系统很多，主要类型有二种：1. 固定配时集中控制系统这个系统要在流量调整基础上制定若干的方案，然而配时方案确定之后，就不能随现场流量的变化而变化，是一种固定配时控制系统，典型系统有英国的TRANSYT系统。2. 自适

3、应协调控制系统该系统的特点是利用计算机快速处理的特点，用实时测得的交通状况不断修正配时方案，故是一种实时自适应协调控制系统，使系统更加灵活、合理、有效。典型系统为澳大利亚SCATS系统、英国实时模拟系统SCOOT系统。目前这二种系统也是我国引进最早应用最多的系统。如澳大利亚系统，上海自1986年最先引进100多台2个区域控制系统，一个中央监视管理系统（三级控制）。目前已发展到9个区域控制，800多台路口信号机，先后同样引进有沈阳、广州、天津、石家庄、杭州、苏州等地，是我国引进的主要交通信号控制系统。另外1986年之后北京引进英国SCOOT系统，后在大连市也使用该系统。还有一些城市引进其它系统。

4、但这些引进系统花费巨大（上千万元人民币），也带来许多售后服务，技术培训等一系列问题。上海交大和上海交警总队于1987年起由上海市科委立项，在消化吸收引进先进技术基础上，结合国情研制开发成国产化的“城市交通自适应控制系统（舒达SUATS系统），利用微机技术、门阵列技术、网络通讯技术、可控硅技术等，集计算机、信息通讯、自动控制于一体的高新技术产品。舒达系统在总体水平上已达到国际同类产品的先进水平，国内领先。它采用中文菜单式、填表式操作方式，操作介面友善，在售后服务上以及为ITS的后续发展需要上优势明显。故此，本方案选用舒达SUATS交通信号控制系统。4.2 工程建设要求和内容4.2.1 工程建设要

5、求本期工程必须按“国内领先、国际先进”的原则设计方案，投标方应提供完整、最新而成熟的系统软硬件，并保证各项技术和设备的先进性、实用性和扩展性。具体应遵循如下要求：1. 先进性充分借鉴、利用国内外最新技术和成功经验，选择先进的实用的设备，使整体设计水平达到“国内领先、国际先进”水平。2. 实用性实用性是指所用技术、产品既是成熟的技术、产品，又能达到招标书提出的使用要求，使“系统”成为实用性强，具有最佳性能价格比的实事工程。3. 规范性必须符合有关国际和国家通用标准，协议或规范，并充分考虑公安部已经制定或正在制定的统一标准，确保各子系统之间的协调配合。4. 可行性能最大限度地满足公安交警交通管理实

6、际工作的需要，在保证先进性的前提下，应尽量节省资金，确保以最少的投入获取最大的应用效果。5. 可扩性面对中国交通行业的快速发展，系统的计算机设备和网络设备须有非常好的系统扩展性。6. 可管理性和可维护性鉴于整体系统是由多种设备组成的较为复杂的系统，因此我们选择产品时着重考虑它良好的可管理性和可维护性。例如，各分系统采用菜单式操作方式，填表式参数输入法，使用直观方便，并能防止错误数据输入。7. 可靠性可靠性直接影响系统的可用性，本方案在系统方面注意其可靠性，从设备和子系统选型，系统组建和运行模式的设置，一旦某个子系统或局部设备运行故障时，能将系统运行损失降至最低。 8. 开放性系统将提供开放的接

7、口协议，以便今后的中心建设系统能够进行全市范围内的联网控制。4.3交通信号控制系统的技术方案4.3.1 系统功能的实现方式4.3.1.1 系统结构交通信号控制系统是一个规模庞大，涉及因素众多的系统，因此一个这样大型系统的管理需要一个控制中心，它能根据当前状态，给出控制指令，给执行装置或有关部门。现在交通信号控制系统一般比较多的采用分布式控制系统的结构形式，即由中央监视管理级、区域控制级、及路口控制三级组成，如下图所示：中央监控管理区域控制路口控制路口控制区域控制路口控制路口控制 三级递阶分布式控制结构许多系统现在仍采用这种结构模式，但随着微型计算机和网络通讯技术的发展，中央监控管理级采用网络服

8、务器和数据库管理系统的技术，把区域控制服务器和中央控制管理服务器联入同一局域网中，实施对区域控制和路口控制的监视管理。区域控制级对受控区域进行协调控制，根据实时采集的交通数据优化系统控制方案，是系统的主要控制及管理级。路口控制级是由路口信号控制器、车辆检测器、信号灯等组成，负责收集、处理和传递交通信息，控制路口信号灯状态。系统的结构如下图所示：第 4 页多路通讯处理器多路通讯处理器信道信道第一区域控制系统区域控制系统服务器路口信号控制器128#路口信号控制器1#信号灯信号灯微波检测微波检测信道信道第二区域控制系统区域控制系统路口信号控制器128#路口信号控制器1#信号灯信号灯微波检测微波检测计

9、算机系统外部设备网络系统中央管理服务器打印机终端14市 局指挥中心区域控制系统服务器区域控制系统服务器交通信号控制系统结构框图第 16 页1. 中央管理系统采用网络操作服务器和数据库管理系统双机热备份的技术实施对多区域控制级的监视管理，并配有系统外部设备如打印机等。2. 区域控制级，每个区域控制系统都采用多级安全机制，在区域与路口信号机间用以太网传输时，区域机也可采用双机热备份式工作。整个系统运用三级控制模式（主控、无电缆、单点），自动升降级模式，硬件的结构化，模式化，软件的多级用户权限，记录、查询管理，以及数据库等实时备份方式，保证系统控制的可靠性和稳定性。多路通讯处理器（或称多路通讯接口）

10、，它的作用是解决路口信号控制器和区域控制机之间的通讯传输接口。由于区域控制机与路口信号机之间的联接采用点对点的星形拓扑结构，传输介质如采用光纤，则用光端机或光收发器，一般考虑多种信息都可以传输，如视频信号、数据、语音等故采用多路复用光端机，如1路视频，4路数据，2路语音，即为1V、4D、2A形式，如图（2）所示。若信号控制系统传输方式采用以太网接口的形式，把路口与系统联接起来，图（3）所示。以太网传输方式若用光纤网，建议系统采用光交换机，路口的光收发器直接可以与光交换机相连接。复用光端机复用光端机解码器复用光端机复用光端机解码器信号机光纤传输系统控制服务器多路通讯接口摄像机摄像机信号机图（2）

11、光通讯信道控制服务器光交换机光纤网HUB光收发器诱导显示电子警察信号机HUB光收发器诱导显示电子警察信号机图（3）以太网传输方式一台控制服务器所控路口信号机的多少，将决定系统通讯接口的配置。3. 路口信号控制器在城市道路网络中，每一道路主要交叉路口都应该安装一台路口信号控制器，该信号控制器的主要作用是通过车辆检测器（环形检测器），不断检测该路口的车辆的流量、占有率、等重要参数，并通过通讯接口传输到区域控制机，区域控制机再综合计算分析确定路口的灯控信号的绿信比、周期长度等，反馈给路口信号控制器进行控制，使路口的车辆有序、安全、畅通地运行。4.3.1.2系统功能一、路口信号控制器 MIC-TC路口

12、信号控制器具有完善的交通信号控制功能，具体阐述如下：1. 固定配时：根据系统下传的固定配时方案或通过其它接口设备在路口输入固定配时方案，路口机可以实现固定配时方案的在线运行，方案应可在路口机存储并在需要时调用。2. 独立感应控制功能：路口机独立感应、单点自适应控制。路口机具有独立的数学运算模型，能够依据战略检测器的车流情况，形成合理的信号运行周期，科学分配绿信比方案。3. 无电缆线控：根据固定配时方案和精确的时钟同步可以实现无通讯连接状态下的多台路口机间的非在线协调运行。4. 黄闪功能：根据特殊情况的需要，路口机可以自动或强制进入黄灯闪烁状态。5. 行人过街按扭功能：提供行人过街按钮，于路口或

13、路段实现行人过街请求响应，充分保证行人的通行要求。6. 手控功能：路口机可现场使用手控开关，控制相位转换，通过键盘修改路口相位、方案、时段参数，也可通过接收中央管理控制计算机的强制指令完成强制工作，以适应特殊的交通需求。7. 自动升降级功能：系统与任何路口机之间的通讯中断，受到影响的交叉路口将在用户确定的工作状态下“降级运行”。这个工作状态可以是无电缆运行状态或者单点工作状态。子区的主路口发生降级运行时将造成这个子系统中的其它交叉路口发生降级运行，按照这个方式，如果规定了降级运行状态为离线运行状态，在受故障影响的各个交叉路口之间，在无电缆方案周期相同时，还能保持协调运行，降级工作模式依次为无电

14、缆、或全感应或黄闪。故障消除后自动升级成主控模式。8. 数据采集：能采集、记录保存、统计路口的车流量、占有率等交通信息，实时上传系统主机，供交通信信号机图号配时优化、交通疏导和交通组织与规划使用。9. 联网功能：用光纤传输方式实现与系统计算机的联网，同时可通过专线、电话线联网通讯。在联网状态下信号机能够控制路口信号灯色，收集、处理路口交通信息，并且可以将交通信息实时传送到系统中心服务器。同时，接收中心处理以后发送至路口的控制信号，控制灯色，实现系统优化。路口信号控制机还可以根据系统需要运行在单点、无电缆、主控等不同的运行模式。10. 路口机能够提供接口，接驳键盘/显示输入设备，维护人员可以通过

15、输入设备完成清除故障记录、修改控制参数等工作，可方便地在现场修改和显示信号机的工作参数。11. 避雷保护功能：路口机设有避雷保护装置，对路口机在特殊天气下的运行提供有效的防护。12. 漏电保护功能。二、信号控制系统1. 无电缆数据自动生成功能众所周知，信号控制系统中的无电缆功能是指某些相邻路口在非中央计算机控制（主控）下，虽然路口机之间无电气上的联系，仍能实现路口信号间的协调控制。然而目前世界上几乎所有的交通信号控制系统其协调参数（周期、绿信比和偏移）都是刚建立系统时，由人工设置，故协调效果与操作者对交通实际情况的了解相关，并且如果新建时协调效果好，但由于随着城建、道路改建或路网的变化，同一路

16、口的实际交通状况会随之变化，照例无电缆参数也应随之改变，这种改变应是经常的，且无一定的周期或间隔，比较难操作，故一般很少调整，而造成时间久后协调效果不好。舒达系统在主控情况下，周期、绿信比和偏移会根据路口交通实际车流情况，使其保持于最佳状态。系统可根据实际工作的交通参数自动整理出一套无电缆参数，每周下传给各路口，可使路口经常保持适合最近交通状况的无电缆参数，本功能为舒达系统所特有。2. 区域信号控制系统，完全以独立操作完成信息采集、信息传输、信息处理、显示等一系列工作。一个区域控制系统可以由几十个路口组成一个区域，多个区域控制组成一个中央监控管理系统，实施对各地区和路口交通信号监视，区域控制系

17、统主要功能对该地区路口的交通信息检测到交通流量、占有率等数据，加以分析，计算出其流量、饱和度等，然后实时进行优化控制，确定路口的配时方案、绿信比进行灯色控制。3. 舒达系统的区域控制系统的控制策略以子区作为最小实时协调控制的单元，一个子区可以一个或若干个路口组成，子区根据由路口送来的一个个关键实时数据，经分析运算后得出适合该子区的战略控制参数，如信号运行周期、绿信比等等，然后由路口信号机执行，子区内每个路口信号控制器都可以在子区战略控制的前提下，对信号配时做出局部调整，使得控制更加精确，用这种控制方法，实现子区内的优化，达到尽可能大的通行能力，随着交通流量的动态变化，有时需要在子区之间的实时协

18、调，以谋取更大范围内的有效协调控制，这时系统就会满足一定条件时自动地将那些应该协调在一起的子区连接起来，这就是子区的“结合”。子区可以整个结合成较大的区域，也可以在交通条件变化后逐个地分离，形成较小的一片片区域或小到子区单位为止。这种实时条件下的自动“结合”与“分离”就会始终使整个区域处在最佳状态下，故系统是以子区的整体通行能力为最高目标。4. 控制系统实施对所有路口检测器进行实时控制信号灯色，不断采集交通信息，如交通流、占有率、加以分析处理、能够自适应地优化路口配时方案，以适应路网车流变化的需要，能使道路网发挥最大的功能，由于系统具有交通数据储存处理和发布的功能，系统配有网络接口，该接口是开

19、放式的（即透明接口），方便与交通诱导等联网，具有信息共享的功能。5. 舒达系统具有方便、简捷和可靠的系统配置功能，使控制系统与其它部分设备如网络节点、系统外设、通信单元、路口控制器、车辆检测器和其它传感设备，可变标志和信息显示板等在所限范围内具有独立性和可叠加性的组合功能，便于扩展、组合，不会因添加和删除某一功能或设备而造成现有其它部分在系统配置上的影响。6. 控制系统与路口设备之间的数据通信方式有多种形式，详见图（2）、（3）所示。7. 接受多种检测方式（环形线圈检测方式、视频检测方式等），检测获得的交通数据，包括车流量、占有率、饱和度等实时信息提供给控制中心的其它系统如电子地图系统、诱导系

20、统等提供最新的实时交通信息。8. 交通信号控制系统具有自检功能，本系统可以自动检测地区主控系统的各种设备是否正常工作，并能显示系统和设备的状态，如果不正常工作可以发出报警或提示。9. 系统具有自动升/降级控制功能区域控制系统具有多种工作方式，在系统与路口通讯发生故障时，按故障性质会自动逐步降级，并在故障排除后自动恢复，使系统始终处于最佳工作状态。10. 系统具有“面控”、“线控”和“点控”的功能它们之间的转换，单个路口可形成多时段、多方案、全感应式或半感应式协调系统的功能。可控制一条主干道相邻交叉路口的信号形成“绿波控制”。11. 系统具有联机和脱机的工作方式可以联机采集路口数据，也可脱机对交

21、通流量和数据进行各种形式的统计、分析、处理，脱机时路口机可以利用手工操作按钮进行紧急事件的操作。12. 如有一台以上的地区主控机，本系统可以建立网络系统方便地把地区主控机和中央控制管理服务器联接，完成中央监视管理的建设，系统结构框图已经说明此功能。13. 系统可以提供多项操作功能，修改操作，参数存储交通信息，确定配时方案，绘制时距图，可以编辑控制方案，及系统功能的时间表，监视路口运行情况，如交通堵塞和事故，提出建议或报警，并做出决策，实施方案。14. 保安路线设定在保安路线设定上，由于采用填表式预置，鼠标点击式设定和解除，且文件式记忆，一个操作计算机可最多设定44个路口，多个操作终端可以设定几

22、十个甚至上百个路口，安保路线给使用者带来了极大的便利。15. 系统事件故障记录系统具有大容量的事件记录功能，可记录的事件包括：系统故障、报警、启用和更改方案、操作员登录操作的日志等。记录可保留三个月以上，需要时可延长一年，可方便地查询任意时刻或某一设备的事件记录，这些记录是不可更改的。用户通过密码和用户账号访问系统，可配置和修改每个用户权限，可针对每个用户的具体需要设定权限。系统日志记录存储在磁盘中，重要的系统运行记录如原始的交通流数据等至少保存1年。系统提供以下检索及统计功能： a. 交通流数据检索，间隔时间单位是月、日、小时；b. 年交通量，占有率，曲线图，其时间单位月、日；c. 任意指定

23、时间段的交通流、占有率、平均车速检索；d. 任意指定交通流的时间段检索；e. 其它有关交通工程研究的检索。16. 系统具有友好的人机操作界面和完善的在线帮助，全部提供、中文菜单界面和实时信息显示与输出、提供路口图、子区图、区域图彩色显示功能和实时图形生成功能。17. 可提供对行人过街的请求对行人过街的请求问题的方案：（1） 对行人过街按钮和语音提示装置，这种方法比较适合盲人和老人过路口时采用，或者在路段中（如遇到中小学校学生放学过马路）。（2） 行人信号灯与车行信号同步控制来解决行人过街这是普遍一种方法。（3） 设置行人相位，当运行行人相位时，四个方向的车辆都禁止通行，确保行人过马路的安全。三

24、、软件及操作界面舒达交通信号控制系统和操作界面为“视窗”中文操作环境；完整的下拉式操作命令菜单；填表式参数修改；图形显示功能，可形成和显示交通控制状态、交通阻塞状态、设备工作状态、交通控制效果等；交通数据统计图表输出；系统运行、操作和故障报告输出。系统可以统计、生成和显示下列信息： 系统界面图Ø 路口机配时参数表：该表实时显示路口信号配时情况，包括控制方式，周期开始时间、周期长度、相位序列及其长度。Ø 路口机状态表：该表实时显示路口机的状态，包括控制方式、检测器状态、路口机状态。可以在中央控制计算机、区域控制计算机和终端控制计算机上实时进行下述种类的任何操作：基本操作、系统

25、配置设置和调看信号机属性参数、流量统计。所有的操作都是对话框和可视化图形相结合的形式，使操作直观简便。Ø 可以实时配置下列系统属性参数：区域参数、子区参数、路口属性、车道属性、相位属性、相序属性、绿波方案、固定配时方案。Ø 可以设置和调看信号机下列属性参数：时钟参数、时段参数、配时方案参数、过渡灯色参数。4.3.2 舒达系统的交通控制策略一、舒达SUATS控制系统具有以下交通信号控制方式：1. SUATS优化自适应控制2. 计算机时间表控制3. 安保路线控制4. 本地区无电缆协调控制5. 本地感应控制6. 本地人工控制7. 本地定周期控制同时，对于没有安装智能交通控制机而安

26、装了触摸式信号灯的路口，可以有两种处理方式：一种是利用相邻路口的信号控制机。如稻香路口，由于其相邻路口春阳路口安装了信号机，利用信号机的手控功能，可以达到相同的效果。而且稻香路口的信号灯也可以由春阳路口来控制。这样既满足了要求，同时，由于两个路口的信号灯由一个信号机来控制，可以使两个路口获得比较好的协调。这种方式要求相邻的两个路口之间的距离比较近。另一种方式为安装单独的触摸式控制机。这种方式可以用于相邻路口没有安装信号机，或者相邻路口之间的距离较远的情况。系统目前采用此种方式。4.3.3 相位设计1. 东西向为主干道，以单向4个车道行驶方向为主相位，是周期调整中主导方向，既能保证单向4车道方向

27、车辆畅通，也能满足另一方向专用公交车道的交通需求。2. 南北方向为次相位。3. 东西向、南北向有单独的左转车道，设置独立的左转相位，先左转后直行。4. 有单独的右转车道，东西向右转车辆相位同南北向的左转相位同步。4.3.5 主要技术参数一、 路口信号控制主要技术指标Ø 检测器输入数：8路可扩至32路Ø 控制信号灯路数：最多可控制48路信号。Ø 连接灯线的输出端子，满足每一路灯输出有三个接线孔，符合澳大利亚RTA的标准形式。Ø 相位方案数：11个Ø 可控制相位数：>8相位Ø 绿冲突检测路数：12路Ø 可设置时间方案：20

28、个Ø 可设置时间段表：16个Ø 可设置特殊日表：6个Ø 通讯接口：RS232C，全双工Ø 信号传输速率：3009600波特率Ø 电源能力：交流220V ±20% 50HZ±2%Ø 输入交流功耗：100W（不含信号灯）Ø 每路灯输出驱动：1000 WØ 环境温度：-25+750CØ 绝缘电阻：>10兆欧Ø 环境湿度：4095%Ø 有防雷击和浪涌措施Ø 防潮、防烟雾、防霉等三防措施Ø 漏电保护二、 车辆检测器主要技术指标Ø 检测方式：通过型或存在型Ø 检测灵敏度：可调（08档）Ø 电源电压：交流220V±25%Ø 环境温度：-2