重交大交通管理与控制课件第13章 区域交通信号控制系统

第十三章区域交通信号控制系统§13.1概念与分类

§13.2定时式脱机操作系统§13.3自适应式联机操作系统1§13.1概念与分类一、概念狭义定义：区域控制（面控制）是对城市道路网上若干个相邻交叉口的交通信号（信号周期、绿信比、相位差）进行协调的控制，即传统的面控制。广义定义：区域控制（面控制）是将区域道路网所有的交叉口的交通信号纳入整体进行的控制，即为单点控制、干线控制和网络控制的综合系统。区域控制包括：点控制、干线协调、面控协调。图13-1。2§13.1概念与分类二、分类

按控制策略分按控制方式分按控制结构分

3§13.1概念与分类二、分类

1、按控制策略分

定时式脱机操作控制系统---根据历史交通数据，进行脱机（off-line)计算，得到多时段配时设计方案；

简单、投资少，适用于各个时段交通量变化小情况。

适应式（动态响应式）联机操作控制系统---安装检测器，实时检测交通数据，进行联机（on-line)计算，得到实时信号控制方案，实时控制交通。复杂、投资多，适用于交通量变化大情况。

4§13.1概念与分类二、分类

2、按控制方式分

方案选择式---事先根据不同的交通数据，脱机（off-line)计算多种配时方案，然后根据实时采集到的交通流数据（联机-on-line）选择对应的配时方案进行实时交通控制；

仅事先计算配时方案，不实时计算配时方案，因此计算工作量小；安装检测器，需要逻辑判断；计算机投资较少；可靠性较高；适用于交通量变化较小情况。

方案形成式---根据实时采集到的交通流数据，联机（off-line)实时计算下一周期的配时方案，进行实时交通控制；安装检测器，实时计算配时方案，因此计算工作量大；计算机投资较大；可靠性较低；适用于交通量变化较大情况。5§13.1概念与分类二、分类

3、按按控制结构分

集中式计算机控制系统---一个计算中心计算控制。实时检测到的交通数据传输到一个中心的计算机系统进行集中处理，实时计算出下一周期的配时方案，并将该方案传到各信号机进行交通控制；图13-2。

仅一个中心，维护小，硬件投入较小；但传输量与存储大，可靠性较低；适用于小区域，如中小城市。

分层式计算机控制系统---分层式计算中心（下层、中层、上层）计算控制。实时检测到的交通数据首先传输到下中层进行预处理（下中层就可以计算本小区域的配时方案）；再传输到上层中心的计算机系统，实时计算大区域下一周期的配时方案，并将该方案传到各信号机进行交通控制；图13-3。多个中心，维护大，硬件投入较大；但传输量较小，可靠性较高；适用于大区域，如大城市。6§13.2定时式脱机操作系统一、基本原理

1、TRANSYT（TRAfficNetworkStudYTool）“交通网络研究工具”——英国交通与道路研究所（TRRL）于1966年提出的脱机优化网络信号配时的一套程序。

2、基本构成：仿真模型（到达离散模型）、优化模型

3、基本工作原理---图13-4。7§13.2定时式脱机操作系统二、仿真模型

用数学模型的方法模拟车流在交通网络上的运行特征，研究交通网络配时参数的变化对交通流的影响，评价交通控制方案。1、交通网络结构图式——将路网描述成计算机能识别的网络。连线——line，交叉口(节点）——node。P198-199。

2、周期流量变化图式：给出交通量随时间变化的直方图，为交通流预测与评价（仿真）作准备。3、车流在连线上的运行状况：驶出流量图式、到达流量图式。（即为前面讲的离散分布特性！）4、计算性能指标PI：延误（D）、停车率（P）、燃油消耗率（B）等。8§13.2定时式脱机操作系统二、仿真模型

延误：

D=f1(C,λ,Of)

停车率：

P=f2(C,λ,Of)

燃油消耗率：

B=f3(C,

λ,Of)9§13.2定时式脱机操作系统三、优化模型

1、优化模型：PI=W1D+W2P+W3B

W1、W2、W3——分别为延误（D）、停车率（P）、燃油消耗率（B）的权重系数。显然：W1+W2+W3=12、优化的目的：就是求最优的PI3、优化过程：分别调整信号配时参数C、

λ、Of-----去寻优

采用“爬山法”10§13.3自适应式联机操作系统一、SCATS系统

1、SCATS（SydneyCo-ordinatedAdaptiveTrafficSystem）：澳大利亚70年代研究的一种实时自适应控制系统。单点感应控制与方案选择式相结合的系统。

2、控制结构为分层三级结构：信号控制机、地区控制中心、中央控制中心

3、检测器位置：设置在进口道停车线前11§13.3自适应式联机操作系统一、SCATS系统

4、配时环节1）子系统的划分与合并：根据几何与交通数据将1—10个信号机组划成一子系统。*与相邻子系统的合并：当“合并指数”增加到某个数值；*子系统分开：当“合并指数”减少到某个数值；2）配时方案优选“算法”

用“综合流量”和“饱和度”——优选C、λ、Of

“饱和度”DS=有效绿灯时间g΄/显示绿灯时间g“综合流量”q΄=g΄

*S/3600=DS*g*S/3600

12§13.3自适应式联机操作系统一、SCATS系统

3）周期C的优选：每个子系统选用饱和度最高的交叉口的周期做小步距计算：*四个限值：

Cmin——关键车道交通量很小时；

Cs——中等信任周期

Cx

——中上周期关键车道交通量一般时（）；

Cmax——关键车道交通量很大时。*一般选用Cmin

—Cx

*变化幅度：+6秒（上下周期的变化幅度）13§13.3自适应式联机操作系统一、SCATS系统

4）绿信比λ的优选：事前确定四个不同交通负荷下可供选择的四个方案，分别进行优选；交叉口相位次序可以变化！

5）绿时差Of的优选：子系统内的绿时差、与子系统外的绿时差分别进行优选。五种预测优选方案：

第一种方案：Cmin

第二种方案：Cs—Cs+10秒第三、第四、第五方案：根据实时检测到的“综合流量”进行选择。在Cs—Cx—Cmax之间。14§13.3自适应式联机操作系统2、SCOOT系统

1、SCOOT（Split-Cycle-OffsetOptimizationTechnique）“绿信比－信号周期－绿时差优化技术”：是英国TRRL于1973年研发的一种针对交通信号网实行实时协调控制的自使适应控制系统。

从TRANSYT发展而来的方案形成式系统。集中式——小区域

2、结构即：可以集中，也可以分布！

分布式——大区域15§13.3自适应式联机操作系统2、SCOOT系统