李斌 信号控制系统介绍及建设要求（SCATS）

PAGEPAGE11交通信号控制系统建设要求交通信号控制系统是指用现代化的控制装置或设施（如信号机、信号灯、通讯设施、探测仪器、计算机等）对交通进行指挥和疏导，在时间上给交通流分配通行权，其主要功能是自动调节交通信号灯的配时方案，使停车次数和延误时间减至最小，从而充分发挥道路系统的交通效益，从而也减轻了噪声、废气等交通公害的污染。必要时，可通过指挥中心进行人工干预，直接控制路口信号机执行指定相位，强制疏导交通。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，以及环路出入口所采用的信号控制系统，充分运用了交通工程学、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。1、信号控制系统的作用路口交通管制的方式很多，如人工控制、标志控制、环岛控制、信号控制、立交控制等。各种控制方式有各自的特点与适用的场合，要综合考虑投资的经费、通行能力，并结合杭州实际道路情况，选择信号控制方式管制路口的交通状况，来有效的缓解交通拥堵现象。交通信号控制的作用就是把相互冲突的交通流在时间上适当分离，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，同时减轻噪声、废气等交通公害的污染，达到国家提倡的“节能、减排”的口号。2、信号控制系统的分类及应用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出若干的方案，然后在配时方案确定之后，就不能随现场流量变化而变化，是一种固定配时控制系统，典型系统有英国的TRANSYT系统、日本京山系统。（2）自适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，用实时测得的流量不断修正配时方案，故是一种实时选择、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。3、杭州市信号控制系统现状杭州市信号控制系统以SCATS信号控制系统为主，辅以单点远程信号控制系统为补充。一、SCATS信号控制系统介绍和建设要求SCATS信号控制系统是基于区域联网控制的智能交通信号控制系统，它由路口系统、传输系统和中心系统三大部分组成。中心的主控中心平台包括操作平台、交互式数据仓、效益指标优化模型、数据（图像）分析处理等。系统结构具有三级通信的层次化结构：1级中央管理和监控计算机（CMCC）和通信计算机（CMS）2级区域计算机（RS）3级路口信号机1级计算机系统为大型或复杂UTS系统提供通讯基础、数据存储、人机接口、设备状态监视以及离线处理能力。1级计算机可以控制多达40个2级区域计算机（RS），使系统完全有能控制超过4000个交叉路口。系统从逻辑结构上又可分为：中心机房计算机管理系统通讯系统交叉路口控制系统数据采集系统（1）计算机系统计算机系统包括工控PC机，用户终端PC机，打印机及显示设备。工控PC机作为交通管理和控制主机（RC），SCATS软件，整个系统的中心设备以太网的形式相连接，由地区控制计算机到路由器，再由集线器带个人终端PC机及打印机，个人终端PC机视频输出至大屏幕显示。（2）地区控制计算机该计算机负责所有的SCATS交通控制操作，系统数据库，交通和监控信息记录，操作员接口，报表及其他功能。SCATS区域计算机系统形成了一个完全自持的、全功能的UTC系统。SCATS区域计算机系统基础是WEBSTER工控奔腾PC机，操作系统是WINDWOSNT，这一配置提供了高性价比系统解决方案。系统配置有极强的灵活性，支持各种存储设备，通讯选件、特殊I/O设备。I/O通讯系统由高可靠、高性价比的串行通讯子系统组成。该通讯系统性能很好，波特率高，有各种流行的收/发分开传输速率。振铃、载波和数据终端准备I/O控制线提供全双工操作。操作系统是SCATS实时控制环境的工具。在这一环境中，快速响应是操作系统的一个重要性能SCATS计算环境中，操作系统完成的一个重要功能就是快速处理数据移动而无需或很少人工干预。快速、无误的数据信息处理是系统的主要功能。SCATS所用的操作系统受控于一组协调系统的可执行程序，包括监视输入、输出，资源分配，任务执行及与操作员通讯。这组可执行程序是操作系统的核心。SCATS操作系统包括这些可执行程序、实用程序、编程语言、设备驱动程序及其他完成实时自适应交通控制所需要的系统部件。除提供上述控制外，SCATS所用的操作系统还负责：记录所有的资源实施资源管理分配所需资源回收不再使用的资源（3）、以太网外设以太网以8端口100M集线器为中心，连接各计算机用户终端及打印机等外设，计算机按工作用途为：图形工作站、系统研究工作站、操作员工作站、其配置均为典型配置：带视频卡、WINDOWS2000及WINDOWSNT操作系统，内存128M，硬盘8.4G，网卡PCI100M。（4）、数据采集系统数据采集主要有埋在各路口车道下的检测线圈和车辆检测器采集前端数据，通过馈线把数据传送到相应的控制主机上，为路口自适应协调控制提供数据依据。在所有数据采集技术中采用地感线圈采集数据是一种可靠性极高的技术。4.2.2系统结构图具体的SCATS信号控制系统结构图如下：车辆检测器包括一系列高性能、基于感应线圈的扫描检测器卡，可以插到控制模块的插槽中。线圈输入感抗是50-700微亨。人行道输入AC接地输入，电压大于23VAC。每个检测通道的工作是不断检测埋设在道路下的闭路线圈的感抗。通过检测线圈感抗的极大变化来判断车辆（铁氧体）的存在。检测器的激励提供给交通控制器用于局部调整和获取传输到控制中心的交通数据。（1）检测线圈配置SCATS战略检测线圈的澳大利亚标准是四级安装，现在这一配置多数用户已经采用。检测器线圈是一圈圈的高张力、特殊涂敷的线圈插入道路上预先开挖的槽路中形成的。（2）标准检测器单元安装箱集成检测器的设计使其直接插入控制模块中分配好的插槽上。这种设计结构无老式设计所需的单独的检测器卡盒、联结电缆、电源等，结构非常紧凑、美观。（3）检测器的能力如果灵敏度设置合适，集成检测器可以检测各种车辆，速度可以上每小时零到120公里。（4）检测器准确性不受天气的影响在微处理的控制下，检测器可以智能的踊跃环境状况，并能对缓慢的变化自动提供补偿。a.一个路口的道路设施一个典型的十字路口，东西南北四个方向，每个方向都是设置二个车道，故该路口为8个车道，每个车道须埋设一组双“8”字环形检测线圈。详见下图：（路口道路设施简图）b.路口信号机的配置配置：16信号组输出，16通道检测器c.环形检测器的功能通过埋设在车道上的环形线圈，不断检测各车道上的车流量，占有率，并通过联网通讯送至上位计算机（区域控制机），通过区域机的协调控制算法的计算后，自动向路口信号机发布控制命令，实现自适应协调控制。d.车辆环形检测器由环形检测处理部件和环形线圈二部分组成。其中环形检测处理部件安装在信号机内，环形线圈埋设在车道上。路口控制器交通控制器主要由一个控制模块及执行器件组成，安装在室外全天候金属机柜内。(1)控制器模块组成：指令模块。提供控制器设备的主要处理能力。另设微型控制器提供独立监测信号灯组模块设备的数据。CPU模块从各种各样的输入收集数。据，并且实时处理所有这些数据。线圈检测/输入模块。16个输入和16个检测器通道LED显示。信号灯组模块。提供开关控制并且监测灯号功能。电源供应模块。过滤和转换电源供应，为逻辑机架的设备提供稳定电源。（2）控制器机柜每个控制器有一个金属控制机柜。可以把所有的控制设备都装进去，包括控制模块、面板、信号电缆等。机柜尺寸：760mm（宽）*400mm（长）*1350（3）信号控制器主要技术指标检测器输入数：16路。控制信号组数：16组。控制相位数：2-7个。通讯接口：标准RS232C异步全双工。信号传输速率：300－9600波特率。电源适应能力：交流220V误差+/-15%。无故障时间(MTBF)：＞10000小时。环境温度：-40－+70℃(4)系统性能指标：主控机：采用Intel奔腾系列的微机（或工控机）。可控能力：256个路口信号控制机。路口信号控制机：采用SCATS信号机。MODEM形式：点对点，标准RS232C接口。传输速率：300—2400bps。控制模式：联机主控、无电缆、单点和黄闪四种控制方式。无故障时间：＞2*10000小时。路口显示路口显示主要由机动车信号灯、非机动车信号灯、行人信号灯等来实现。参照杭州市“五纵六路”信号灯的效果来选型，使杭城有个整体美观的效果。信号灯（1）外观φ400LED无图案交通信号灯由独立的发光单元组成（有红、黄、绿三种颜色），发光单元具有无色的透光面，可见LED排列成无图案的圆盘形状，信号灯的外壳、色片及密封圈表面平滑，无缺料、无开裂、无银丝、无明显变形和毛刺等缺陷，信号灯发光单元透光面尺寸为φ400mm；遮沿和外壳均由黑色的金属材料制成，遮沿长度为500mm，遮沿侧夹角62°，遮沿包角320°，完全符合国家相关标准和规定。（2）材料信号灯外壳采用铝合金材料，通过铝压铸技术一次压铸成型；前盖和遮沿为铝合金材料制成；色片都是聚碳酸酯工程塑料制成。（3）结构信号灯由外向内的结构组成为信号灯外壳，前盖，遮沿，色片，密封圈，发光电路，发光电路具体又由变压器、PCB线路板、高亮度LED发光二极管组成。（4）产品要求考虑到发光单元的发光强度和产品的耐久度，采用进口的四元素技术制造的高亮度LED装配，色彩艳丽、明亮醒目的发光效果，可视距离高出传统信号灯3倍。彻底杜绝强太阳光照射下的假显和误判现象；产品在耐久性能、耐湿热性能、用电安全性能及光学性能（亮度）、色度和功耗方面完全符合国家相关标准；整个信号灯表面多处呈弧形，充分减少了风阻的影响，延长了信号灯的使用寿命，在信号灯外壳上采用了多处百叶窗的结构，对散热有极大的帮助；同时在材料上采用平面有机色片、透镜面罩和一体化的灯盘，使信号灯亮度显著增强，光线角度更适宜，视角效果更佳，并且既能够防止过多的静电对元器件产生危害，也进一步减少了灰尘的堆积；高稳定性、先进的线路设计使多元体光源保持很高的可靠性和稳定性，采用压铸技术制造的铝合金外壳，适用户外的多层密封结构设计，高温、雨雪均不影响其运作效果。（5）电路设计红色的无图案信号灯共采用红色LED，黄色的无图案信号灯共采用黄色LED，绿色的无图案信号灯共采用绿色LED，都用5个一组并联，然后再分组串联的连接方法连接，同时在LED电路前，还有恒压（桥式整流电路和稳压管电路）、恒流（限流电阻电路和D880三极管电路）2个电路，共同组成PCB线路板。电路示意图：恒恒恒恒流压源源交流220V输入LED发光二极管220V/24V变压器（6）工作原理交流220V电源输入以后，先通过一个220V/24V的变压器变压，然后输出交流的24V再接到PCB板上，通过PCB板上的桥式整流电路将24V交流整为直流的24V，再通过PCB板电路中的2个限流电阻、2个稳压管和一个D880三极管，最后再输出到分组串联的每个LED发光单元上；这样的电路设计，可以保证通过每个LED的电流和电压控制在LED本身允许的范围以内；同时，恒压源采用的稳压管的大小、型号和功率以及恒流源采用的限流电阻大小、功率都经过仔细的计算，以保证在最小的功率损耗的情况下给LED发光单元电路供电。倒计时功能机动车灯倒计时增加每个机动车相位的早闭时段，并且在相位开始早闭时段时提供一个脉冲信号给倒计时器，触发倒计时器开始作倒计时。在相位进入ECO时刻，本相位需绿灯倒计时的灯组提供脉冲；同时，下个相位绿灯灯组的红灯也提供脉冲触发红灯倒计时。迟开灯组（LS）：在迟开时段提供脉冲触发红灯倒计时,此时迟开的时间必须固定以配合倒计时在不同的倒计时时段统一时间，迟开时间计算：迟开时间＝延时＋ECO＋SRED＋Y＋R (延时时间＋早闭时间＋绿闪时间＋黄灯时间＋全红)如下图显示了SCATS在相位控制中的倒计时触发原理和倒计时器的安装连接方法。 二、行人灯倒计时因为行人灯的红灯出于安全的设计，是不允许关闭来输出脉冲，而且行人无需做启动准备，故建议不做红灯倒计时，如果要实现红灯倒计时必须敷设电缆用机动车灯信号或控制器的其他输出做触发。所以行人最好仅做绿灯倒计时以提醒过马路行人，更有安全保障。利用相位中的行人清除时间（C1）作倒计时，由于行人灯清除时间是根据路宽设置，以保证行人有安全通过马路的时间是个可设置的固定参数，所以，可以利用它作相位绿灯结束倒计时，此时，无行人的相位（如双向左转，无行人道路口）需作模拟行人输出相位。如下图示：机动车灯组进入ECO时段时，对应行人灯组进入C1时段，所以倒计时器接收到进入C1脉冲就开始倒计时，无需在特征软件做任何更改。倒计时外观、尺寸、材料（1）外观倒计时由独立的发光单元组成，发光单元具有无色的透光面，可见LED分别排列成两个“8”形状，信号灯的外壳、色片及密封圈表面平滑，无缺料、无开裂、无银丝、无明显变形和毛刺等缺陷。遮沿伸出机壳的外的长度为315±1mm,显示尺寸为415±1×405±1mm,字宽245±1mm,字高355±1mm。完全符合国家相关标准和规定。（2）材料倒计时外壳采用铝合金材料，通过铝压铸技术压铸成型；前盖和遮沿为铝合金材料制成；色片都是聚碳酸酯工程塑料制成。4.2.3.4.3电器性能电源的平均电压为220vAC，电源部分设有防雷装置和电源滤波器。倒计时内设置专门的接地端子，最大电流不超过450mm，最大功耗不超过6W。1）绝缘电阻倒计时器带电部件和箱体之间的绝缘电阻大于10MΩ，经恒温恒湿试验后，绝缘电阻大于5MΩ。2）介电强度倒计时器能承受的交流有效值为50Hz、1500V的试验电压1min，不发生闪络、击穿现象，试验后倒计时器无电气故障，功能正常。3）泄漏电流电源各极与倒计时器壳体之间的泄漏电流不超过1.0mA。4）防护等级倒计时器的外壳防护等级不低于IP53。5）接地规定完成安装时或在调换器件时可触及的金属和绝缘出问题时可能变为带电的金属件永久地、可靠地接地。采用必要的器件来保证接地的连续性。提供接地连续性的活动连接件表面应确保良好的电接触性能。接