SCATS-系统介绍.ppt

SCATSSYADNEYCOORDINATEDADAPTIVETRAFFICSYSTEM悉尼交通自适应协调系统 一 系统概述 开发起始时间 七十年代初期 地点 澳大利亚悉尼 目前的规模 悉尼2500多个路口的自适应区域控制 当前推广应用范围 澳大利亚 新西兰 东南亚 中国 美国 爱尔兰等全世界70多个城市与地区 21000余路口 悉尼交通自适应协调系统 SCATS 开发者 澳大利亚新南威尔士州道路交通局 RTA Shenyang Tianjin Shanghai NingboSuzhouHangzhou Guangzhou HongKong ManilaCebu KualaLumpurSerembanSingapore BruneiSandakan JakartaBandung Detroit DelawareDurham CobbCo SuvaFiji Shijuazhuang TehranMashhad Dublin AucklandWellingtonChristchurch 11cities DarwinPerthAdelaideSydneyMelbourne manyothercities MexicoCityToluca SCATSWorldwideSystemInstallations Yichang Doha ChulaVista PascoCo Concepcion GreshamParkCityMenloParkSunnyvale Waterford IsraelYanbu DaccaHanoiPattayaVietianne Rzeszow Pietermaritzburg SCATS是按照交通需求变化实时调节信号配时来运行的 是以区域 而不是以非协调的单个的路口为基础 对交通进行控制 SCATS是在不断发展与完善的 最新的控制软件为第6版本 V6 X 并且移植到PC机平台上 在控制 数据采集 管理 监视等方面都有改善 提高 二 系统组成 SCATS可以根据受控路口多寡及系统需求采用二级或三级控制方式 一个完整的三级控制系统包括路口控制 地区控制和中央控制 采用二级控制时 只包括路口控制和地区控制 路口控制是由信号控制机对某个具体路口进行的控制 它的输入信息来自车辆检测器和行人按钮 输出灯色信号 指挥交通 地区控制是系统关键 路口信号控制机采集的实时信息源源不断地送往位于地区控制室的地区主控计算机 由主控计算机综合计算得出优化最佳控制方案及时送回信号控制机执行 中央监控计算机主要完成与各地区计算机的联系 以及与中央管理计算机的连接 中央控制级的建立 使我们可以很方便地在各级计算机终端上 或者临时插接到信号控制机的现场终端上 对任一路口的运行实况进行监视 数据修改或者发布命令 使数百成千路口的集中监控得以实现 路口控制机 检测器 信号灯 检测器 信号灯 二级系统组成图 地区计算机 工作站PC 典型的计算机配置 中央管理计算机 带CMS 工作站 地区计算机LAN连接 地区计算机串口通信 通信处理器 1 路口控制 采用微处理器芯片 16位 接收 处理来自检测器的信号 自主进行单点感应控制 接收 预处理来自检测器的信号 向地区主控机传送信息 并接受主控机的各种控制信息 进行控制 按预置要求或故障降级要求进行无电缆协调控制 自动故障检测 报警 24路车辆检测器和8路行人按钮输入 16信号组输出 使用 特征软件 保证信号安全正常运行 路口 特征 数据包括 信号相位数 相序 检测器数 信号组数以及它们之间的相互关系 相位时间段如 最小绿 最大绿 绿闪 黄灯 全红等的时间限定 单点全感应基本参数 空挡时间 浪费时间 无电缆控制所需的基本参数 方案 时段 感应要求 2 地区控制 主机使用PDP11系列 V5 3之前 或PC工控机 V6 0之后 是实现自适应控制的重要部分 接收信号控制机信息 进行计算 处理 并回传优化的自适应区域控制信息 向路口信号控制机传送强制信息 进行人工控制 自动接收 存储路口信号控制机故障信息 并在操作终端上报警显示 下达指令 获取路口流量信息 系统运行信息 并可存储 分析 PDP11系列 可控制多达128个路口 11 93 PC工控机可控制多达250个路口 3 中央监控 当路口控制的数量超过一定限量之后 就需要设立中央监控计算机 使用PDP11系列及VAX11管理计算机 V5 3之前 或PC工控机 V6 0之后 中央监控计算机不直接进行自适应控制 通过它可以监视运行 修改数据 人工干预等等 通信功能 使得所有的地区及其下属路口连通 方便信息传送 三 系统通信 地区控制计算机至路口信号控制机 星形连接方式 租用或专用电缆 光缆直接连接 网络连接 地区控制计算机至中央监控计算机 星形连接方式 直接电缆或光缆连接 电话拨号连接 计算机网络连接 四 系统控制原理 SCATS控制策略交通条件反应对策繁忙交通要求使通行量最大正常交通要求使延误最小轻微交通要求使停车次数最少 子系统与系统道路网络的不规则性 导致交通环境差异 交通分布的不均匀性 产生对信号配时的不同要求 为求整体最佳效益 交通在某些条件下需要小范围协调 在另一些条件下可以大范围协调 战略与战术控制仅有战略检测和算法 难以求得局部的精细 只有战术检测和算法 不能把握全局 为求整体最佳效益 需要既有战略又有战术的检测和算法 在两个层面上产生作用 子系统是自适应控制最小协调单元 由一个或若干路口组成 子系统划分原则 地理条件 交通状况以及相互关连性 子系统 关键路口 主要检测器 周期 绿信比 子系统 代表性方向检测器 协调方向 相位差 子系统可以相互结合 形成规模不同的系统 交通状况变化后 周期或流量特性渐趋一致时 子系统的结合有利较大范围的协调 低峰向高峰过渡时 往往出现这种情况 结合起来的若干子系统称为 系统 一个地区控制范围内可以有一个或若干个大小不一的 系统 组成 形成系统的子系统可以分离 形成新的系统或原来的子系统 系统 内子系统交通状况 预测周期或流量特性产生一定差异时 继续以 系统 运行会降低整体效益 就产生子系统分离 经分离后的 系统 形成较小的 适合当时交通状况的 系统 或子系统运行 高峰向低峰逐渐过渡时 容易出现这种情况 1 子系统与系统 SS1 SS2 SS5 SS4 SS3 SS6 SS7 子系统与系统示意图 例 静安68 Int 22 SS 高峰最大结合链13 SS 42 Int 战略控制层面是较高级别的控制 收集来自战略检测器的流量或饱和度等数据 经地区主控机战略算法计算优化各子系统的周期 绿信比 相位差等参数 计算 判断子系统之间的关系 决定子系统是结合还是分离 从区域整体上衡量最佳效果 按周期进行运算 调整 战略响应速度比较快 2 战略与战术控制 战略控制的基本参数优化准则周期时间是以秒为单位动态地变化的 当交通增长较快时 能以较大的步长变化 如6秒 9秒 21秒 以保持系统有最合适的饱和度 比如0 9 绿信比要求对每个进口的绿灯时间能反映相应的交通要求 SCATS通过对不同相位或有代表性的进口用等饱和度的方法来决定绿信比 当然在交通要求接近饱和时控制可以偏向于设计者所需要的主要交通流向 相位差须能随交通要求变化而使系统中的车辆 尤其是占优的交通流的停车次数和延误减至最少 战术控制层面是较低级别的控制 允许路口信号控制机在不违背系统 战略 的前提下 有一定的灵活性以满足实际运行中的局部需求 运行着的相位时间可以在一定条件下按交通需求缩短或者延长 没有交通要求的相位甚至可以跳过不运行 运算是在目前运行着的周期或相位中当场发生 反应迅速 进一步提高了控制的实际效果 特别适合那些不规则到达的交通流 战略控制与战术控制的关系在战略控制下进行的战术控制的程度是由地区主控机所约束的 在战术控制时 路口信号控制机使用了与单点全感应控制时相同的技术 不同之处是 主干道上的协调相位不能随意跳过或提前结束 以免破坏协调效果 以整体交通为目标的战略控制可以使变化的交通受到平滑的控制 周期性处理快速 微小变化的战术控制则使系统控制更加精确 当道路与交通条件较好时 系统往往以战略控制为主 反之 由于交通流的随机性而使得战术控制的补充作用显得十分重要 五 基本算法思想 1 相位时间段 PHASEINTERVALS 概念与作用 简单表述 行人结束时间一般在对应车辆信号的绿间隔之前 行人较多也可延长至绿间隔中 APHASE 完整的SCATS表述 INITIALPERIOD REST EXTENTIONPERIOD INTERGREENPERIOD RUNNING CLEARING LATESTART 迟启动 由于A B相距一段距离 当信号SG1结束后 SG2先转为绿灯 SG3滞后一些转绿灯 以免与B处车辆发生冲突 MINIMUNGREEN 最小绿 是相位绿灯一旦出现后 到相位结束之间所需保持的最小绿灯信号时间 它保证绿灯信号至少显示一个最小安全时间 VIG VARIABLEINITIALGREEN 可变初始绿 仅用于前置式检测器 包含两项内容 INCREMENT 增量 MAXIMUMINITIALGREEN 最大初始绿 对红灯时通过线圈的每辆车会加上一个 增量值 增量时间设置 到初始绿计时器上 一直至最大初始绿的时间设置 在绿灯开始时刻 这一累计值就加到最小绿计数器上 形成了新的最小绿时间 目的是为保证处于停车线与前置式检测器之间的车辆在绿灯亮后能有时间走完 进入到下一个相位时间段 RESTGREEN 保持绿 单点全感应状态时 如果在结束最小绿之后 任一相位均无车辆 要求 就停留在这个时间段 它没有时间设置 是处于保持等待状态的 若一有车辆出现 要求 就立刻进入EXTENTIONGREEN 延长绿 EXTENTIONGREEN 延长绿 延长绿也即延长时间段 保持绿与延长绿亦被称为保持 延长阶段 进入延长绿之后 信号机便要寻求一个恰当的相位结束时间 以为其它的交通 要求 服务 如果车流中出现了一个合适的 空挡 GAP 或者 浪费 WASTE 计时器累加到足够的时间 便强迫相位结束 如果 空挡 浪费 计时器均不能终止相位 则绿灯继续至 最大绿 计时器计满为止 EARLYCUTOFFGREEN 早切断绿 早切断绿使得一个相位中的不同信号组可以分步结束 由早切断给予信号组的黄灯分时结束 信号组V1比V2早结束 使得两个路口之间的车辆清除 ECO的时间由路口距离和车辆行驶速度决定 YELLOW 黄灯 用来定义一个相位信号组 车辆 通行权的终止 它主要与车辆速度 车辆能接受的减速度 以及其与停车线之间的距离有关 能找到一个临界距离 使其后正常通行的车辆在见到黄灯点亮时 制动 可以在停车线前停下 而其前面的车辆能在黄灯结束之前合法通过停车线 澳大利亚黄灯计算的参考方法 设计车速4550607080黄灯时间3 03 54 04 55 0秒公式 黄灯时间 1 0 设计车速 20这里设计车速为 公里 小时 ALLRED 全红 用以清除路口车辆 避免两个不同相位中冲突交通流在冲突点的事故 B相位的全红计算 t1 d1 Vt2 d2 V全红 t1 t2 行人时间 PEDESTRIANTIMES DELAY 延迟 若在 特征软件 中设定 则行人行走信号 WALK 能在相位开始后延迟引入 WALK 行走 是行人行走 绿灯 时间 CLEARANCE1 清除1 闪光 绿闪或红闪 显示时间 它必须在控制机能离开正运行相位之前结束 除非允许跨相位运行 OVERLAP CLEARANCE2 清除2 闪光 绿闪或红闪 显示时间 它可以与车辆清除 CLEARANCE 时间同时运行 2 检测器双四极型检测线圈 给出轮廓分明的检测区域 合适的线圈长度有利于 饱和度 的计算正确 且不会产生通常情况下的系统测算车流阻塞与流畅时的二义性 检测器线圈长度为何在4 4 5米 间隔时间 速度 于 10km h时 对于4 5m长的线圈 间隔时间与速度关系 3 饱和度概念与算法 可测量的交通流参数 全部的占有时间 TotalOccupancy 全部的间隔时间 TotalSpace T 车辆数 感应到的 间隔数 n 绿灯时间 g 平均间隔 AverageSpace e T n或者T e n间隔时间 SPACETIME 车头时距 占有时间 间隔时间转换为间隔时间 车头时距 占有时间 间隔 SPACE 全部间隔时间 不可避免的间隔 可避免的间隔 是 e 在饱和流量时的 不可避免的间隔 是 t 则 可避免的间隔 就是浪费了的间隔时间 w 所以w e t浪费时间 WASTE 如果平均浪费时间是 w e t则该交通流向的全部浪费时间是 w e t n n 车辆数 但是T e n 所以w T t n未浪费时间 UNWASTEDTIME 交通流向的全部绿灯时间显然是由浪费和未浪费时间组成的 如果未浪费时间是U 则U g W DS的导出饱和度是未浪费时间与全部可用时间之比 DS U g因U g W所以DS g W g又因w T t n因此DS g T t n g在SCATS实际运行时 上式中的t 3600 MF KP 100 所以DS g T t n g T n 3600 MF KP 100 g而这时 折算流量VK DS g MF 3600 相位结束控制机离开运行相位有三种情况 1 若检测到交通流中有一个空挡超过了预置空挡时间设置 2 若 浪费 计时器累计到足够的时间以引起一个浪费结束 3 若上述二种条件均不满足 则控制机在最大绿计时器计满时离开该相位 4 单点全感应控制模式 单点全感应控制原理图 时间设置最大时间计时器 时间设置浪费时间计时器 时间设置车头时距计时器 时间设置空挡时间计时器 检测器 1 2 3 4 5 5 无电缆协调控制模式是中级运行模式 按周日 日时方式提供协调 标准的FLEXILINK运行必要条件如下 系统中各路口控制机的时钟必须一致 系统中各路口控制机里方案的改变必须同时发生 系统中各路口运行方中必须规定相同的周期长度案 注 允许路口以双周期运行 FLEXILINK基本运行参数 方案与方案改变时间表 相序 释放信号 6 联机主控模式周期绿信比相位差 周期长度 CycleLength SCATS中几个周期参数值 用于不同的目的 Lowper最小周期 通常运行于交通量非常小的时候 尽可能选值能产生合理的双向协调 SCATS一般会自动选择LinkPlan1 S1 Stopper1定值周期 尽可能选值能产生良好的双向协调 SCATS一般会自动选择LinkPlan3 如果没有S2 时 否则选择LinkPlan1 S2 Stopper2定值周期 仅当指定了S1 时才可选用 尽可能选值能产生良好的双向协调 潮汐平衡流 SCATS一般会自动选择LinkPlan3 X Xper定值周期 大于该周期值时 只有协调相位 可伸展相位 检测器 战略进口 可以增加周期长度 Hiper定值周期 子系统所允许的最大周期长度 周期长度控制 RL与DS的关系 绿信比 Split SCATS有两种方法选择合适的绿信比方案 DISCRETESPILTSELECTION DSS 离散的绿信比方案选择方法INCREMENTALSPLITSELECTION ISS 连续 增量的绿信比方案选择方法 DISCRETESPILTSELECTION DSS 离散的绿信比方案选择方法是预置的一组方案 1 4或8方案 SCATS选择最合适的运行 例 Plan1Plan2Plan3Plan4A 60 A 55 A 50 A 45 B 40 B 45 B 50 B 55 Plan1Plan2Plan3Plan4A 60 A 55 A 50 A 45 B 40 B 45 B 50 B 55 若运行方案1时 DSA 80 DSB 95则对应于方案2 有DSA 80 60 55 87 DSB 95 40 45 84对应于方案3 有DSA 80 60 50 96 DSB 95 40 50 76对应于方案4 有DSA 80 60 45 107 DSB 95 40 55 69比较四个方案的DS 方案2的A B相位最接近 等饱和 故推荐方案2 可伸展相位作用 INCREMENTALSPLITSELECTION ISS 连续 增量的绿信比方案选择方法在软件中预置可能的绿信比变化表 例 二相位增量表 变化类型 0123456相位10 1 1 2 2 3 3相位20 1 1 2 2 3 3如果绿信比当前运行于A 56 而B 44 则下一个周期可用的选择结果是 相位156575558545953相位244434542464147若上一周期的DS分别是82 70 则可计算得出预计的DS是 相位182818379857887相位270726873677566类型5产生最接近的 等饱和 DS 所以A相位增3 B相位减3 绿信比方案特征参数有几个相位请求和延长的特征参数 比如 PD PermanentDemand给与相位一个无条件请求 NS NoSkip防止一个无请求的相位在当前相序中被跳过 FG FalseGreen允许该相位利用分配给下一个没有请求的相位的时间 TG TimeGain允许该相位利用前面相位尚未全部用完的任何时间 NG NoGap强制该相位使用分配给它的全部时间 即它不能 提早 结束 相位差 Offest SCATS有两种相位差 内部的 PP S 一个子系统内部路口之间的相位差 外部的 LP S 子系统之间的相位差 SCATS提供了四个基本相位差方案 通常约定 PLAN1 低周期长度时使用 PLAN2 繁忙 入境 交通流 PLAN3 近似平衡交通流 PLAN4 繁忙 出境 交通流 inbound outbound 典型的PP1 S inbound outbound INT1INT2INT3 典型的PP2 S inbound outbound INT1INT2INT3 典型的PP3 S inbound outbound INT1INT2INT3 典型的PP4 S inbound outbound INT1INT2INT3 OFFSET CL 50sec100sec 20s 10s PP 7 SCATS数据流程及数据块的关系 DetectorStrategicStrategicLinkInputApproach SI1 SI2 SI5 SI4 SI3 SA1 LK1 LK2 LK3 SA2 SA3 SA4 数据流程 数据块关系 SUBSYSTEM INT INT INTERSECTIONORSLOTDATA PLANDATA SIDATA SADATA INTERSECTIONORSLOTDATA PLANDATA SSDATA LKDATA SUBSYSTEM 六 系统控制功能 1 运行模式与关系 联机主控制无电缆协调控制单点全感应控制黄闪控制 联机主控制提供了完全的交通自适应区域控制 是通常情况下的运行模式 在特殊要求下 可以提供连机模式下的无电缆协调控制 单点全感应控制或黄闪控制等不同形式的控制 无电缆协调控制通过时钟保持同步控制的一种方式 常作为联机主控方式的故障降级模式 信号配时预置方案按照周日与日时来选择 SCATS的FLEXILINK与通常的CABLELESSLINK之不同 在于可按需运行一定限度内的感应功能 使控制效果更佳 单点全感应控制SCATS的路口信号控制机使用了一系列计时器来了解车辆的到达情况 按实际交通的通行状况控制绿灯信号的时间 以实现科学合理的时间配置 或者根据设计要求 对主干道交通以适度优先 以符合实际需求 计时器有 车头时距计时器 HeadwayTimer 空挡计时器 GapTimer 浪费时间计时器 WasteTimer 最大时间计时器 MaximumTimer 黄闪控制黄闪作为运行降级模式的一种 可以在故障发生后指示驾驶员到路口小心行驶 黄闪在夜间可以起到路口警示灯的作用 在一些路口非高峰时段 由于流量太少而不需要控制的情况下 使用黄闪比关灯来得更安全 故障降级与与故障消除后的恢复SACTS一般按照联机主控制 无电缆协调控制 单点全感应控制 黄闪控制的顺序降级 当然系统调试人员也可以按需设置成 联机主控制 单点全感应控制 黄闪控制的降级顺序 在降级为无电缆协调控制模式时还可以预先指定是单个故障路口降级还是子系统里的所有路口全部随之一起降级为无电缆协调控制 以便继续保持子系统内部的有效协调 在故障消除后 系统会自动恢复原来的运行模式 2 人工控制 联机主控制是最为理想的 有效的控制方式 然而当发生紧急情况 道路施工或战略检测器损坏的时候 需要作一些临时的人工控制 通常人工控制在室内计算机终端上进行 开灯 关灯 黄闪 控制 指定运行模式 临时修改参数 如周期 绿信比 偏移等等 锁定某个相位保持任意长时间或某段时间的绿灯 锁定周期长度或绿信比 偏移方案等等 人工控制也可以在路口进行 便携式计算机上进行 通过键盘对路口控制机参数进行修改 通过信号机上的开关直接进行 3 定时控制 几乎所有人工可执行的功能都能被设置在指定的时间内发生作用 实现形式 时间表 日期 时间与指令集编号 指令集文件 所有编号指令集的文件 4 特殊子程序控制 用户可利用一个或几个子程序 对子系统或路口的实时状态 或它们的组合进行测试 逻辑运算 判断是否符合条件 执行操作 可以是直接指挥信号 也可以是间接置入数据 让系统去分析完成 采用特殊子程序控制是为了对一些具体细微的信号运行操作进行裁剪 制作来满足个别路口的需求 获取一般操作中不易得到的特殊效果 5 自行车控制 用户可以设置专用的自行车检测器 来检测自行车的通行状况 采用特殊的数据转换设置 使得SCATS对待自行车就如机动车一样 使得两种不同的车辆可以公平地竞争信号相位时间 取得较好的控制效果 适用于相位中非机动车对绿灯需求大于机动车的情况 且有良好机非分离的路口 或是机动车道与非机动车专用通道相交的路口 6 其它控制功能 提供公交优先 提供紧急车辆 VIP 优先 提供消防特权