红绿灯控制系统种类

交通信号控制器是城市交通控制调节的重要指挥管理系统 它承载着维持城市 道路交通秩序 缓解交通拥堵的重任 在传统的红绿灯配时方案不能解决城市 交通拥堵的形势下 智能化信号控制器正为解决未来交通拥堵提供更多科学的 解决方案 为了解交通信号控制系统的发展现状和趋势 我们采访了深圳市博远交通 设施有限公司产品经理刘学英 他为我们介绍了交通信号控制系统的历史发展 与技术趋势 一 交通信号控制系统现状 1 交通信号控制器产品现状 交通信号控制器是通过控制交通信号灯达到控制路面交通目的的控制系统 一般由电源模块 CPU 控制部分 灯组驱动部分 信号灯故障检测部分 面板 操作 有的控制器无面板控制 等部件组成 一般安装在路口 必须适应室外的各 种复杂环境 如高温高湿 冷热气流的循环 电磁干扰 浪涌冲击 等等恶劣 的气候条件 交通信号控制机按照控制模式分类 可分五种 单点段定时式信号机 单点自适应信号机 单点联网调试信号机 集中协调式号机 行人过街触发 式信号机 按照供电模式来分可分为三种 市电供电 AC220V AC110V 信 号机 太阳能直流信号机 有线 无线传输 太阳能市电互补型信号机 目前我国信号控制器的生产企业水平良莠不齐 有做得很好的高端的国有 企业 也有许多中低端的民营企业 在国内几十家信号系统生产企业中 能够 脱颖而出的自然是具有自主知识产权的高新技术企业 它们大多都分布在沿海 城市 如交大高新 深圳格林威 深圳博远 上海宝康 北京易华录 浙江杰 瑞 法马科技等 2 交通信号控制器产品应用现状及趋势 从现在的市场趋势看信号机的需求 大中城市对集中协调式及人行过街请 求的信号控制器需求较多 而小城市虽然在招标过程中要求集中协调式信号机 但实际应用中还是当作单点信号机来使用 对应阳光充足但电力供应不便的地方 太阳能供电信号机也将成为一个热 点 对于国外市场 方便快捷的警察手动功能是一个需求热点 受高铁事件的影响 检验标准对交通信号控制器的硬件绿冲突检测功能做 了强制性要求 近期新闻中讨论得很热门的行人过街时间问题 涉及交通设计过程中以人 为本的主题 在国内交通信号控制器的行人过街功能必将成为热门 国内的路口大都配有倒计时器 传统的倒计时都是学习型的 学习过程中 都有黑屏时间 在这期间会给司机朋友误导或认为倒计时坏了 所以有通讯式 倒计时接口也是交通信号控制器设计的一个必然趋势 二 交通信号控制系统技术发展 从硬件来看 信号机的硬件设计方案逐渐趋同 水平也已成熟化 其要求 主要集中在选材 安全性以及可靠性上 从软件来看 控制系统的整体运行则有赖于三个部分的协调运作 其一是 前端信息采集系统 利用安装于各路口每条车道上的车辆检测器所采集的车辆 到达信息 实现路口交通流量信息的自动采集 按一定间隔统计检测截面的交 通流量 占有率和阻塞度 车速等信息 进行交通流量统计分析 报警分析 系统监视分析等功能 这些数据既可以动态地显示在中心计算机的地图显示界 面上 也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 其二是中心控制系统 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 其三便是安装在各路口的控制器 负责监视设备故障 检测器 信号灯和其 他局部控制设施 收集检测数据 把交通流和设备性能等数据传送到中心控制 系统 接受中心下达的指令并按指令操作 信号机的软件设计核心主要集中在 三个方面 一是控制技术 二是控制策略的选择 三是优化方法 而这三方面 的水平很大程度上取决于选择的中心控制系统 1 信息采集系统现状及趋势 目前的信息采集技术已相当成熟 检测手段包括线圈 地磁 微波 以及 现下日趋热门的视频检测 炙手可热的图像自动识别技术作为目前最前沿的视 频检测技术 正日益成为交通监控和车辆信息采集的热点 2 信号控制器历史发展及未来方向 1 信号控制器历史发展 第一代交通信号控制器由于受制于 TRANSYT 系统 其脱机优化的特点要 求花费大量的人力物力预先去采集路网信息和交通流信息 也不能适应交通状 况的实时变化 同时计算量很大 设置方案是单点的 定时的 各个路口孤立处 理数据 不能联网 因此具有很大的局限性 第二代交通信号控制器 即 SCOOT 系统与 SCATS 系统下的控制器 由于 SCOOT 系统是一种交通网络实时协调控制的自适应控制系统 是联机动态模 型 因此信号机的控制是联网的 系统集中控制的 第三代信号机是由美国提出的 OPAC 分散式控制器 它的优质特色在于所 需要的控制中心的工作很少 一个控制点就可以完成该路口点所有的控制过程 路口机可以完成车队预测 相位优化以及排队长 停车次数和延误等参数或状 态的估计和检测 同时路口机之间可以对等通信 或通过中心计算机通信 目前信号控制系统发展到第四代 控制器的智能化发展方向将体现在以下 三点 第一 具有实时自适应功能 所谓实时自适应 即由于传统的 TRANSYT 系统的 CFP 周期流分布图 是以历史的平均交通流进行计算的 而以 SCOOT 系统为代表的控制系统是联机动态模型 CFP 是实时测量的 因此数 据实时性更客观 其针对当下交通状况的统计数据更具代表性 分析制定的策 略也更具效能 明显优于静态系统的效果 第二 控制器具有人工智能的特色 具有模糊控制功能 控制模式中的参数通过建立优化数学模型来确定 根据车 流量 人流量等参数变化 自动生成数据 因此其控制策略更科学高效 第三 新一代的控制器更注重学习功能 可使控制器自动分析数据并制定控制策略 其控制策略还具有片区联网的特点 信号机之间可以进行信息交换 实现信号 的协调沟通 其控制算法以快捷 高效 安全 准确为目标原则 最大限度缓 解交通拥堵 同时发挥道路最大交通承载力 其控制策略也更趋人性化 考虑 行人过街的因素 可以更有效地减少交通事故 2 信号控制器发展方向 在工作方式上 未来新型信号控制机还将扩展通讯模块 通过有线或者无 线的形式与中心进行通讯 系统中心配置有硬件服务器 中心的软件处理原始 数据 生成控制策略和配时方案 最优方案通过数据传输系统传递给信号机 信号机将根据最新收到的配时方案来控制路网上的信号灯的运行 从应用需求上看 应城市交通发展的需求 很多小城市应用多时段信号机 较多 而未来市场的需求必然要求更多中高端的协调式信号机 虽然真正用到 协调机的功能比较少 但是信号机必须具备远程调试和过街按钮功能是未来的 趋势所在 三 国内外交通信号控制系统介绍 自 1868 年英国伦敦首次使用煤气交通信号灯以来 道路交通信号控制已 经历了百余年的发展历程 世界很多发达国家先后投入了大量的人力物力进行 交通信号控制系统的研发 其中最有代表性 应用较为广泛的系统有英国的 TRANSYT SCOOT 澳大利亚的 SCATS 美国的 OPAC 交通信号控制系统等 1 TRANSYT 交通信号控制系统 1968 年英国交通与道路研究实验室 U K Transport and Road Research Laboratory TRRL 基于离线优化交通控制方法的 TRANSYT 系统 可视为第一代现代意义上的交通信号控制系统 系统经历不断改进 现己经发 展成为先进的 TRANSYT 9 型 该系统是一种脱机配时优化的定时控制系统 控制方案中的参数绿信比和 相位差是通过建立优化数学模型而确定的 采用静态模式 以绿信比与相位差 为控制参数 优化方法为爬山法 TRANSYT 是最成功的静态系统 己被世界 上 400 多个城市所采用 产生了显著的社会经济效益 该系统的不足之处是 计算量大 很难获得整体最优的配时方案 需要 大量的路网几何尺寸和交通流数据的支撑 2 SCOOT 交通信号控制系统 SCOOT Split Cyele and osffet optimization Technique 是英国 交通与道路研究实验室 TRRL 在 TRANSYT 的基础上发展起来的一种交通网络 实时协调控制的自适应控制系统 于 1979 年投入使用 SCOOT 采用实时控制 方式 获得了明显优于静态系统的效果 是现今主流的城市交通控制系统之一 SCOOT 系统采用的控制模式是联机实时控制模式 即动态模式 它的一 个创新之处就是集计数检测器和占有率检测器两种功能于一身 采用小步长渐 进寻优方法来优化每个交叉口的配时方案 使得交叉口的延误和停车次数最小 实现动态 实时 在线对周期 绿信比与相位差进行控制 SCOOT 系统同样存在不足 其相位不能自动增减 任何路口只能有固定 的相序 安装调试困难 对用户的技术要求过高 同时 系统中几乎所有的控制 策略模型都是通过数学模型的仿真中获得 这就要求抽象的数学模型必须准确 地反映系统的运行状态 误差范围小 否则 必然会影响控制效果 另一方面 数学模型的精确度越高 结构就越复杂 因而仿真时间就越长 这将会在实时 性与可靠性之间产生矛盾 特别要求进一步提高效果时 这一矛盾就会越突出 3 SCATS 悉尼协调自适应交通信号控制系统 SCATS sydeny coordinated Adaptive Traffic system 是由澳大利 亚新南威尔士州道路交通局 RTA 于 70 年代末开发并于八十年代初投入使用的 城市交通控制系统 SCATS 系统在某些方面优于 SCOOT 系统 而且以其较低 的投入受到各国的欢迎 SCATS 的控制模式是在地区级采用联机模式 在中央级采用联机与脱机同 时进行 系统控制容量大 组成结构灵活 能够适应从几个路口到 8000 多个 路口的不同城市规模的需要 SCATS 系统能对交通信息 数据 进行实时采集和统计分析 根据交通状况 的变化实时提出最佳的控制方案 结构易于更改 控制方案较为容易变换 实 现对交通流的自适应最佳控制 保证交通的畅通 快速和安全 SCATS 同时存在以下缺点 由于未使用交通模型 是一种实时方案选择 系统 根据类饱和度和综合流量从既定方案中选择信号控制参数 因而限制了 配时方案的优化过程 灵活度不够 由于检测器安装在停车线附近 难以监测 车队的行进 因而时差的优选可靠性较差 无法检测到排队长度 难以消除拥 挤现象等 4 OPAC 交通信号控制系统 OPAC Optimization Policies for Adaptive Control 自适应控制 的最优策略 是 1983 年由美国提出的第三代智能交通信号控制系统 这是一个分布式实时交通信号控制系统 在 20 世纪 90 年代初开始试运行 该 控制系统采用动态规划原理优化控制策略 采用分散式控制结构以减少网络通 信量 分布并行处理以便将危险分散 并使优化过程达到最少的约束条件 OPAC 系统主要有以下几个特点 OPAC 引入有效定周期 VFC Virtuai Fixed Cycle 的概念 即允许每一 个路口的周期长度在一个规定的时间和空间范围内变化 其好处是 信号控制 机有比较大的回旋余地以应付本路口的交通请求 另外 也为两路口间的行进 中的车队改善其通行带保留了一定的协调能力 它是一个真正的分布式系统 中心计算机只完成 VFC 优化 路口机完成车 队预测 相位优化以及排队长度 停车次数和延误等参数状态的检测和估计 采 用了动态规划 自校正 自调整算法等先进的优化方法和控制技术 不足之处 在于 一是通信速率较低 只有 9600bps 对等通信只能 30s 完成一次 一定 程度上影响了实时性 二是控制算法复杂 对调试人员要求较高 责责任任编辑编辑 佚名 从应用角度看以上国外控制系统 其中 TRANSYT 系统 SCOOT 系统和 SCATS 系统在实践中均取得了较好效果 并在很多城市得到了广泛应用 我国 北京市在 20 世纪 80 年代末期引进的是 TRANSYT 系统和 SCOOT 系统 上海 沈阳 宁波 杭州和广州引进的是 SCATS 系统 青岛 大连 成都引进的是 SCOOT 系统 深圳引进的是日本的京三系统 郑州和长春引进的是 SANCO 系统 济南引进的是美国的 UTCS 3GC 系统 我国交通信号控制系统的研究起步较晚 20 世纪 70 年代北京市采用 DJS 130 型计算机对干线交通协调进行了研究 20 世纪国家采取了引进与自主研发 相结合的策略 先后在一些大中城市建立了交通信号控制系统 同时国内的一 些企业也投入了力量进行交通信号控制技术的研究 开发适应我国以混合交通 为主要特点的交通信号控制系统 南京城市交通信号控制系统 NUTCS 南京城市交通控制系统是我国自主研发的第一个实时自适应交通信号控制 系统 由交通部 公安部和南京市共同研制完成 是 七五 国家重点科技攻 关项目 NUTCS 结合了 SCOOT SCAT 等系统的优点 采用中心级 区域级和路 口级三级阶梯式控制结构 系统具有实时自适应 固定配时和无线联动控制三 种工作模式 工作方式灵活 功能较完备 系统不足之处主要有两点 一是机动车和非机动车控制模式不完善 仍存 在车流相互影响的情况 影响了系统运行的效果 二是优化目标重点在考虑行 车延误 停车次数和阻塞度 未把提高道路的通行能力作为系统目标 6 HiCon 交通信号控制系统 HiCon 交通信号控制系统是青岛海信网络科技股份有限公司开发的 ITS 行 业交通控制领域高端产品 该产品应用目前先进技