智能交通信號控制系統(tǒng)

1、智能交通信號控制系統(tǒng)一、信號控制的基本概念     （一) 信號相位。信號機(jī)在一個周期有若干個控制狀態(tài)，每一種控制狀態(tài)對某些方向的車輛或行人配給通行權(quán)，對各進(jìn)口道不同方向所顯示的不同燈色的組合，稱為一個信號相位。我國目前普遍采用的是兩相位控制和多相位控制。     （二）信號周期。是指信號燈各種燈色顯示一個循環(huán)所用的時間，單位微秒。信號周期又可分為最佳周期時間和最小周期時間。  （三）綠信比。是指在一個周期內(nèi)，有效綠燈時間與周期之比。周期相同，各相位的綠信比可以不同

2、。  （四）相位差。是指系統(tǒng)控制中聯(lián)動信號的一個參數(shù)。它分為相對相位差和絕對相位差。相對相位差是指在各交叉口的周期時間均相同的聯(lián)動信號系統(tǒng)中，相鄰兩交叉口同相位的綠燈起始時間之差，用秒表示。此相位差與周期時間之比，稱為相對相位差比，用百分比表示。在聯(lián)動信號系統(tǒng)中選定一個標(biāo)準(zhǔn)路口，規(guī)定該路口的相位差為零，其他路口相對于標(biāo)準(zhǔn)路口的相位差，稱為絕對相位差。  （五）綠燈間隔時間。從失去通行權(quán)的上一個相位綠燈結(jié)束到得到通行權(quán)的下一個相位另一方向綠燈開始的時間，稱為綠燈間隔時間。在我國，綠燈間隔時間為黃燈加紅燈或全紅燈時間。當(dāng)自行車和行人流量較大時，由于自行車和行

3、人速度較慢，為保證安全，需進(jìn)行有效調(diào)整，可以適當(dāng)增加綠燈間隔時間。  此外，信號控制的基本參數(shù)還有飽和流率、有效綠燈時間、信號損失時間、黃燈時間、交叉口的通行能力與飽和度等。信號燈的分類：  （一）交通信號燈，按用途可分為車輛交通信號燈、行人交通信號燈、方向交通信號燈和車道交通信號燈等。（二）交通信號燈，按操作方式可分為定周期控制信號燈和感應(yīng)式控制信號燈。感應(yīng)式控制信號燈又分為半感應(yīng)控制和全感應(yīng)控制兩種。  （三）交通信號燈，按控制范圍可分為單個交叉路口的交通控制、干道交通信號聯(lián)動控制和區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)，即“點控”、“線控”、“面

4、控”三種。  另外，有點信號燈可以設(shè)計成信號燈色倒計時顯示屏，或者黃燈閃爍屏以提高綠燈時間的利用率。還要一種太陽能信號燈，在交通量小、位置偏遠(yuǎn)的地方使用比較方便。  1.1 交通信號點控制  交通信號單點信號控制，又稱“點控”，用于單個信號的路口，屬于孤立交叉口的信號控制。根據(jù)交叉口的流量和流向，確定最佳配時方案，可保證最大通行能力或最小延誤。1定時控制。定時信號控制也稱周期控制，定時周期控制屬于自動控制。配時參數(shù)的各種組合，構(gòu)成不同的信號配時方案。  （1）單點定時周期控制。預(yù)先調(diào)整信號機(jī)的控制相位、周期長度和綠

5、信比，根據(jù)設(shè)計好的程序輪流給各方向的車輛和行人分配通行權(quán)，控制不同方向的交通流。  （2）多段定時周期控制。若一天當(dāng)中各時間段的交通量相差較大，則應(yīng)采用多套配時方案。根據(jù)一天內(nèi)不同時段交通量的變化，選擇相應(yīng)的配時方案，以適應(yīng)交通流變化的需要。  定時控制方式適用于那些交通量不大、變化較穩(wěn)定、相隔距離較遠(yuǎn)的交叉口。  2感應(yīng)式信號控制。根據(jù)車輛感應(yīng)器提供的信息調(diào)整周期長度和綠燈時間。它可更好地適應(yīng)交通量的變化，減少延誤，提高交叉口的通行能力。特別適用于各方向交通量明顯隨時間變化較大且無規(guī)律的交叉路口。它的主要型式有以下兩種： 

6、 （1）半感應(yīng)式信號控制。在部分進(jìn)口道上設(shè)置車輛感應(yīng)器，通常設(shè)在次要路口。平時主干道維持長綠信號，只有當(dāng)支路上有車輛到達(dá)交叉口時，才給以通行權(quán)。這種控制適用于主干道上交通量特別大，而支路上流量較小的交叉口。  （2）全感應(yīng)式信號控制。所有進(jìn)口道上都安裝車輛感應(yīng)器。當(dāng)主干道和支道的交通量都比較小時，主、支道入口的信號均維持最短綠燈時間，此時它相當(dāng)于定時周期控制，當(dāng)交通量較大時，可自動延長綠燈時間。全感應(yīng)式信號控制適用于相交道路的交通流量都比較大、且都不穩(wěn)定的情況。  3按鈕式信號控制。按鈕式信號控制，屬于人工控制，它適用于支線路口或非交叉口的人行

7、橫道處，平時主干道路是綠燈信號，支線路口來車或有行人橫穿道路時，可按一下路旁與信號機(jī)相連的開關(guān)（有的設(shè)計為遙控開關(guān)），則綠燈變?yōu)榧t燈。這種控制方式，適用于支線路口車輛或行人較少的道路。  1.2 交通信號線控制  交通信號線控制，也稱“綠波控制”，是把干道上若干連續(xù)交叉路口的交通信號連接起來，同時對各交叉路口設(shè)計一種相互協(xié)調(diào)的配時方案，各交叉路口的信號燈聯(lián)合運行，使車輛通過第一個交叉路口后，按一定的車速行駛，到達(dá)后面各交叉路口時均可遇到綠燈，大大減少車輛的停車次數(shù)與延誤。線控制往往是面控制系統(tǒng)中的一個組成部分，是面控系統(tǒng)的一種簡化形式。采用這種控制一般要

8、具備下列條件：  1納入控制系統(tǒng)的交叉口，應(yīng)采用相同的信號周期；  2必須具有相同的時間基準(zhǔn)，保證相位差的穩(wěn)定；  3交叉口之間應(yīng)有較大的關(guān)聯(lián)性。通常相鄰交叉路口之間的距離不超過800m；  4信號協(xié)調(diào)控制器分為主控制器的協(xié)調(diào)控制和無電纜協(xié)調(diào)控制兩類。 1.3 面控系統(tǒng)  交通信號面控制也稱“區(qū)域控制”或“網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制”，是把某一區(qū)域內(nèi)的全部交通信號納入一個指揮中心管理下的一套整體控制系統(tǒng)，是單點信號、干道信號和網(wǎng)絡(luò)信號系統(tǒng)的綜合控制系統(tǒng)。其優(yōu)點是：可獲得全區(qū)域整體控制效益；可因地制宜

9、地選用合適的控制方法；可有效、經(jīng)濟(jì)地使用設(shè)備。  交通信號面控制系統(tǒng)，從控制策略上可分為定時式脫機(jī)操作控制系統(tǒng)和感應(yīng)式聯(lián)機(jī)操作控制系統(tǒng)；按控制方式可分為方案選擇方式和方案形成方式；按控制結(jié)構(gòu)可分為集中式計算機(jī)控制結(jié)構(gòu)和分層式計算機(jī)控制結(jié)構(gòu)。1定時式脫機(jī)操作控制系統(tǒng)。國際上應(yīng)用較廣的是TRANSYT，即“交通網(wǎng)絡(luò)研究方法”。這種系統(tǒng)的基本原理，是利用交通流歷史及現(xiàn)狀統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進(jìn)行脫機(jī)優(yōu)化處理，得出多時段的最優(yōu)信號配時方案，編人計算機(jī)控制程序，對整個區(qū)域交通實施多時段定時控制。它由交通模型和優(yōu)化程序兩部分組成。  2感應(yīng)式聯(lián)機(jī)操作控制系統(tǒng)。感應(yīng)式聯(lián)機(jī)操作控制

10、系統(tǒng)是一種能夠適應(yīng)交通流量變化的“自適應(yīng)控制系統(tǒng)”，也叫“動態(tài)響應(yīng)控制系統(tǒng)”。在控制區(qū)交通網(wǎng)中設(shè)置車輛感應(yīng)器，實時采集交通數(shù)據(jù)并實施聯(lián)機(jī)最優(yōu)控制。自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資高，對設(shè)備可靠性要求高，但能較好地適應(yīng)交通流的隨機(jī)變化。目前，國內(nèi)使用的自適應(yīng)控制系統(tǒng)主要有：  （1）SCATS系統(tǒng)。SCATS控制系統(tǒng)，是方案選擇式實時自適應(yīng)控制系統(tǒng)。它是一種用感應(yīng)控制對配時參數(shù)可作局部調(diào)整的方案選擇系統(tǒng)，即預(yù)先設(shè)計一套與交通流量等級對應(yīng)的最佳配時參數(shù)組合，存貯于中央控制計算機(jī)中。中央控制計算機(jī)通過設(shè)在各個路口的車輛感應(yīng)器反饋的車流通過量數(shù)據(jù)，自動選擇合適的配時參數(shù)，并根據(jù)所選定的配時

11、參數(shù)組合實行對路網(wǎng)交通信號的實時控制。SCATS的控制結(jié)構(gòu)用的是分層式三級控制：中央監(jiān)控中心地區(qū)控制中心一信號控制機(jī)。  （2）SCOOT系統(tǒng)。SCOOT（Split  Cycle  Offset OptirnazationTechnique）系統(tǒng)，即“綠信比一信號周期一綠時差優(yōu)化技術(shù)”，是方案生成式實時自適應(yīng)控制系統(tǒng)，是一種實時交通狀況模擬系統(tǒng)。與方案選擇方式的區(qū)別在于：不需要先貯存任何既定的配時方案，也不需要預(yù)先確定一套配時參數(shù)與交通流量的對應(yīng)組合關(guān)系。方案生成式系統(tǒng)是通過安裝于各交叉路口每條進(jìn)口道上游的車輛感應(yīng)器，采集

12、車輛到達(dá)信息，通過聯(lián)機(jī)處理，形成控制方案，連續(xù)地實時調(diào)整綠信比、周期時長和綠時差三個參數(shù)，使之與變化的交通流相適應(yīng)。因此，它可以保證整個路網(wǎng)在任何時段都在最佳配時方案下運行。  （3）我國研制開發(fā)的機(jī)動車與自行車混合交通信號控制系統(tǒng)?！捌呶濉逼陂g，由公安部交通管理研究所與同濟(jì)大學(xué)等單位聯(lián)合研制開發(fā)了自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)突出了對機(jī)動車與自行車混合交通進(jìn)行控制的特點，采用區(qū)域控制級和路口控制級兩級控制結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)設(shè)置了實時自適應(yīng)控制和固定配時控制功能，還可根據(jù)實際需求，由指揮中心發(fā)出命令，進(jìn)行綠波控制、單點控制、指定相位控制等特殊控制。二西客站片區(qū)交通組成與交通流量2

13、.1 交通組成特征未來，濟(jì)南西客站片區(qū)主要的交通方式包括：高速鐵路、長途客運、軌道交通、快速公交、常規(guī)公交、出租車、旅游巴士、社會車輛、自行車和步行。近期，西客站片區(qū)公共交通線網(wǎng)長度為20.7公里，公交線網(wǎng)密度為0.80公里/平方公里，非直線系數(shù)均大于1.4，線路重復(fù)系數(shù)為1.58。鑒于居民公交出行不方便，當(dāng)前公共交通分擔(dān)率（含出租車）僅為15%左右，居民的出行80%-90%依靠個人交通方式（小汽車、步行以及自行車等）。2012年，濟(jì)南市被批準(zhǔn)建設(shè)“公交都市”，西客站片區(qū)已經(jīng)落成濟(jì)南市最大的公交客運樞紐，并規(guī)劃兩條軌道交通線路穿過該片區(qū)。隨著公共交通吸引力的增加，公交出行分擔(dān)率將提高至40%以

14、上。2.2 交通流量特征(1) 交通發(fā)生點近期西客站片區(qū)的交通發(fā)生點主要分布在已經(jīng)投入使用的回遷小區(qū)，交通出行目的主要是居民的工作出行、上學(xué)出行、娛樂出行等。隨著土地利用開發(fā)強(qiáng)度的加大，恒大雅苑、中建錦繡城、綠地繽紛城等住宅項目將在5年內(nèi)投入使用，這些高密度開發(fā)的住宅區(qū)將成為未來西客站片區(qū)的主要交通發(fā)生源。(2) 交通吸引點近期西客站片區(qū)的交通吸引點主要分布在濟(jì)南西高鐵站、“十藝節(jié)”場館（大劇院、圖書館、群眾藝術(shù)館、美術(shù)館）。遠(yuǎn)期，較高比重的商業(yè)、辦公等開發(fā)業(yè)態(tài)，形成較高就業(yè)密度。建成的辦公寫字樓、商務(wù)中心、大型購物廣場也將成為主要的交通吸引點。三交通信號控制的策略3.1交通信號控制交通信號控

15、制，是運用現(xiàn)代的信號裝置、通信設(shè)備、遙測及計算機(jī)技術(shù)等對動態(tài)的交通進(jìn)行實時的組織與調(diào)整。通過交通信號控制，在未飽和交通條件下，降低車輛行駛延誤，減少紅燈停車次數(shù)，縮短車輛在路網(wǎng)內(nèi)的行駛時間，提高路網(wǎng)的整體通行能力；在飽和交通條件下，使交通流有序行進(jìn)，分流車輛，緩解堵塞。  3.2交通信號控制系統(tǒng)智能交通信號控制系統(tǒng)的基本組成是：主控中心、路口交通信號控制機(jī)以及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。其中主控中心包括操作平臺、交互式數(shù)據(jù)庫、效益指標(biāo)優(yōu)化模型、數(shù)據(jù)(圖像)分析處理。智能交通信號控制系統(tǒng)的核心是控制模型算法軟件，是貫穿規(guī)劃設(shè)計在內(nèi)的信號控制策略的管理平臺，體現(xiàn)著交通管理者的控制思想，它包括

16、信號控制系統(tǒng)將起到的作用和地位。交通信號控制系統(tǒng)是現(xiàn)代城市交通控制和疏導(dǎo)的主要手段.而作為城市交通基本組成部分的平面交叉路口,其通行能力是解決城市交通問題的關(guān)鍵,而交通信號燈又是交叉路口必不可少的交通控制手段.隨著計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展,以及交通流理論的不斷發(fā)展完善,交通運輸組織與優(yōu)化理論、技術(shù)的不斷提高,國內(nèi)外逐步形成了一批高水平有實效的城市道路交通控制系統(tǒng).國外現(xiàn)狀：英國TRANSYT交通信號控制系統(tǒng)，澳大利亞SCAT系統(tǒng)，英國SCOOT系統(tǒng)，意大利UTOPIA/SPOT系統(tǒng)。（1）英國TRANSYT交通信號控制系統(tǒng)TRANSYT系統(tǒng)是目前最成功的靜態(tài)系統(tǒng),但其缺點很明顯:計算量大

17、,在大城市中這一問題尤為突出;不對周期進(jìn)行優(yōu)化,故很難獲得整體最優(yōu)配時方案;它是離線優(yōu)化,需要大量的路網(wǎng)幾何、交通流數(shù)據(jù),需要花費大量的人力、物力、財力. （2）澳大利亞SCAT系統(tǒng)SCATS采取分層遞階式控制結(jié)構(gòu).其控制中心備有一臺監(jiān)控計算機(jī)和一臺管理計算機(jī),通過串行數(shù)據(jù)通訊線路相連.地區(qū)級的計算機(jī)自動把各種數(shù)據(jù)送到管理計算機(jī).監(jiān)控計算機(jī)連續(xù)地監(jiān)視所有路口的信號運行、檢測器的工作狀況.地區(qū)主控制器用于分析路口控制器送來的車流數(shù)據(jù),確定控制策略,并對本區(qū)域各路口進(jìn)行實時控制.SCATS系統(tǒng)充分體現(xiàn)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突出優(yōu)點,結(jié)構(gòu)易于更改,控制方案較易變換.SCATS系統(tǒng)明顯的不足:第

18、一,系統(tǒng)為一種方案選擇系統(tǒng),限制了配時參數(shù)的優(yōu)化程度;第二,系統(tǒng)過分依賴于計算機(jī)硬件,移植能力差:第三,選擇控制方案時,無實時信息反饋. （3）英國SCOOT系統(tǒng)SCOOT是由英國道路研究所在TRANSYT系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用自適應(yīng)控制方法于1980年提出的動態(tài)交通控制系統(tǒng).SCOOT的模型與優(yōu)化原理與TRANSYT相仿,不同的是SCOOT為方案生成的控制系統(tǒng),是通過安裝在交叉口每條進(jìn)口車道最上游的車輛檢測器所采集的車輛信息,進(jìn)行聯(lián)機(jī)處理,從而形成控制方案,并能連續(xù)實時調(diào)整周期、綠信比和相位差來適應(yīng)不同的交通流.SCOOT系統(tǒng)的不足是:相位不能自動增減,任何路口只能有固定的相序;獨立的控

19、制子區(qū)的劃分不能自動完成,只能人工完成;安裝調(diào)試?yán)щy,對用戶的技術(shù)要求過高.（4） 意大利UTOPIA/SPOT系統(tǒng)UTOPIA/SPOT系統(tǒng)由兩部分組成,SPOT(小型的分布式交通控制系統(tǒng))和UTOPIA(面控軟件);系統(tǒng)考慮了公交優(yōu)先的功能;采用了“強(qiáng)相互作用”的概念來保證區(qū)域控制的最優(yōu)性和魯棒性.此外,日本Kyosan電器制作有限公司的交通控制系統(tǒng)、德國的Siemens系統(tǒng)等也在我國得到了一定地應(yīng)用.國內(nèi)城市交通控制系統(tǒng)研究狀況：交通控制系統(tǒng)主要是簡易單點信號機(jī)、SCOOT系統(tǒng)、TRANSYT系統(tǒng)和SCATS系統(tǒng)其中幾個結(jié)合使用。交通控制系統(tǒng)主要還是使用國產(chǎn)的簡易單點信號機(jī)和集

20、中協(xié)調(diào)式信號機(jī)。這些信號系統(tǒng)雖然取得了較好的效果,但我國實際情況決定了需要對這些系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn).1)需要完善信號控制.現(xiàn)有的單點信號控制系統(tǒng)一般只能實現(xiàn)兩相位控制,存在一定的局限性.而實際中,如果根據(jù)交叉路口的情況,適當(dāng)采用多相位控制、變相序控制,可減少交叉路口的交通沖突,提高交通的安全性.2)需要合理解決混合交通流問題.現(xiàn)有信號控制系統(tǒng)對自行車流大多是與機(jī)動車同時開始,容易造成交通流沖突.因此,需要設(shè)計一種信號系統(tǒng)能對各個相位包括對自行車流單獨進(jìn)行控制.3)實現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制.目前,雖然在我國的幾個大城市,引進(jìn)或研制了具有區(qū)域控制功能的集中式計算機(jī)控制系統(tǒng),但對于中小城市來說,建立這樣龐大的

21、系統(tǒng)一方面代價高昂,另一方面實際利用效率不高.為了解決這一情況,在國內(nèi)的中小城市應(yīng)大量推廣小型區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制信號系統(tǒng).4)國產(chǎn)化率低.目前國內(nèi)采用的信號控制系統(tǒng),國產(chǎn)化率整體較低,而進(jìn)口費用十分昂貴.因此,研制并設(shè)計出符合我國實際情況的交通信號控制系統(tǒng),意義重大,效益也將十分明顯3.3交通信號控制系統(tǒng)的發(fā)展對策信息采集方式：環(huán)形線圈檢測、激光/紅外線檢測、視頻檢測。軟硬件架構(gòu)：硬件方面（通用計算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)）。軟件方面：嵌入式處理器?？刂撇呗苑矫妫何覈蠖鄶?shù)城市中的大多數(shù)交叉路口采用的控制方式是定時控制或者是車輛感應(yīng)式控制,其控制策略基于簡單的數(shù)學(xué)模型,對于交通系統(tǒng)這樣具有隨機(jī)性、模糊

22、性和不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)而言其效果往往差強(qiáng)人意。其它特殊功能的交通信號機(jī)：選用太陽能供電的交通信號機(jī),可適用于無市政供電的郊區(qū)路口,也可以節(jié)省路口的時間和空間資源,其對硬件的主要要求為低功耗?；贕PS的交通信號控制系統(tǒng).如現(xiàn)有的SCATS信號控制系統(tǒng),主要由3部分組成:中央控制中心,路口信號控制器和每輛車的車載GPS裝置.該系統(tǒng)可提供豐富而且準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù),但其要求每輛車都要配有GPS裝置。四交通信號控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框架現(xiàn)行城市路網(wǎng)交通信號控制系統(tǒng)的控制優(yōu)先級應(yīng)遵循“單點交叉路口自適應(yīng)控制區(qū)域（子區(qū)）協(xié)調(diào)信號控制中心網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)信號控制”原則。采用了三級分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，即單點路口級信號控制系統(tǒng)、

23、區(qū)域（子區(qū)）級信號控制系統(tǒng)和中心網(wǎng)絡(luò)級信號控制系統(tǒng)。4.1  路口控制級 路口交通信號機(jī)及檢測器采集路口各檢測器提供的實時交通數(shù)據(jù)并加以初步分析整理，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到上層控制機(jī)，用以調(diào)整配時方案；接收上層控制機(jī)的指令，控制本路口各個信號燈的燈色變換；在實施感應(yīng)控制時，根據(jù)本路口的交通需求，自主地控制各入口信號燈的燈色變換。 4.2  區(qū)域控制級 是決定信號網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)的高層控制。 由區(qū)域控制計算機(jī)完成。分析各路口送來的車流數(shù)據(jù)，以控制子區(qū)域為基礎(chǔ)，計算周期長度、綠信比和相位差，以適應(yīng)主流交通狀況。同時保留收集到的各個交叉口的各種數(shù)據(jù)并用

24、于脫機(jī)分析；監(jiān)控各路口控制器的工作狀態(tài)。4.3  中心控制級 為交叉口及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計提供集中式輸入工具；提供集中監(jiān)控功能，監(jiān)控系統(tǒng)中各個路口級和區(qū)域級控制設(shè)備的運行情況?？赏瑫r控制多個路口，且可以擴(kuò)展；中心控制軟件對控制方案基本數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)，即通過硬件或軟件系統(tǒng)保護(hù)各項基本數(shù)據(jù)的安全，只有授權(quán)人員才能接觸；自動記錄各路口信號機(jī)的故障，便于及時搶修。4.4 終端控制路口控制包括車輛檢測器、信號機(jī)和信息傳輸三個部分；區(qū)域控制包括區(qū)域控制機(jī)；指揮中心控制包括控制計算機(jī)和管理軟件。 1） 中心控制主機(jī)：主要完成全區(qū)域的管理和全市級的交通控制功能

25、，包括參數(shù)設(shè)置、區(qū)域監(jiān)視等； 2） 區(qū)域通信處理機(jī)：主要完成區(qū)域內(nèi)信號機(jī)的交通信息采集、處理、預(yù)測及優(yōu)化，并將控制方案下發(fā)給路口執(zhí)行。區(qū)域控制服務(wù)器的優(yōu)化預(yù)測功能是對本區(qū)域路口進(jìn)行戰(zhàn)略級的優(yōu)化，對周期長、綠信比、相位差進(jìn)行第一級優(yōu)化。區(qū)域控制服務(wù)器同時負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)信號機(jī)的控制與監(jiān)視； 3） 路口信號機(jī)：完成交通信息采集和上傳，完成中心控制方案的執(zhí)行。同時要根據(jù)路口的實際交通需求，在中心優(yōu)化的基礎(chǔ)上實時調(diào)整綠燈時間，使信號配時最大程度的適應(yīng)路口情況，達(dá)到最佳程度的暢通。五區(qū)域協(xié)調(diào)控制子區(qū)的劃分交通控制子區(qū)是指:一個面積較大的路網(wǎng),在實行信號聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制(即

26、“區(qū)域控制”或“面控”)時,根據(jù)路網(wǎng)所轄范圍不同區(qū)域具有不同交通特性(交通方式構(gòu)成、交通量、流向等),把控制范圍分成不同的控制區(qū)域,每個控制區(qū)域采用不同的控制策略,各自實行適合本區(qū)域交通特點的控制方案。這些相對獨立的控制區(qū)域就是交通控制子區(qū)。而交通控制子區(qū)自動劃分是指:在對一個路網(wǎng)實行自適應(yīng)信號協(xié)調(diào)控制時,為了使整個控制系統(tǒng)取得最佳的交通效益,在受控路網(wǎng)區(qū)域控制中心各個控制子區(qū)實時交通狀況的基礎(chǔ)上,根據(jù)某種確定的判斷原則,在某一時刻讓一些控制子區(qū)合并起來,采取統(tǒng)一的控制方案;而在另一時刻,這些控制子區(qū)則可分解成若干個相對獨立的部分,每一部分有自己獨特的控制方案,各自實行適合本子區(qū)交通特性的控制

27、方案;或再與另外一些控制子區(qū)合并,在更大的范圍內(nèi)采用統(tǒng)一的控制方案;控制子區(qū)這種根據(jù)實時交通狀況自動合并或分解的過程就稱為交通控制子區(qū)自動劃分過程。5.1 交通控制子區(qū)劃分的原則5.1.1  周期原則按信號周期長度來劃分交通控制子區(qū),被目前許多成功的交通控制系統(tǒng)所采用。周期劃分原則的實質(zhì)是:相鄰交叉口信號最佳周期長度相近(周期差小于t秒),表明其交通狀況相似。此時,交叉口合并實行信號協(xié)調(diào)控制,可使得合并后的各交叉口總延誤小于合并前的總延誤。t值亦應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況,考察周期時長與交通狀況的相關(guān)性,經(jīng)實地觀測調(diào)查后確定。5.1.2  流量原則相鄰交叉口流量若處于下列三種情況之

28、一,應(yīng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制:其一,若相鄰各交叉口流量都大于某個值(Qm),說明交叉口交通擁擠程度比較高,甚至已處于交通阻塞狀態(tài)。為了迅速分流,緩解這種局部交通擁擠,應(yīng)把這些交叉口劃入同一個交通控制子區(qū)。其二,若相鄰交叉口流量差大于某個值(Qz),雖然交通特性差異大,但為了確保流量大的交叉口車流到達(dá)流量小的交叉口不至于遇到紅燈,產(chǎn)生大量的停車延誤,應(yīng)考慮把它們劃入同一個交通控制子區(qū),進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。其三,若相鄰交叉口車流量差小于某個值(Qh),說明交叉口交通流特性相似,也應(yīng)考慮把這些交叉口劃入同一個交通控制子區(qū),進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。Qm、Qz、Qh可根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況,結(jié)合流量歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù),經(jīng)實地觀測調(diào)查后確定。

29、5.1.3  距離原則設(shè)相鄰交叉口的距離為L。為了避免車輛排隊長度阻塞上游交叉口,當(dāng)LLh時,將這兩個交叉口劃入同一個交通控制子區(qū),進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。從上游交叉口進(jìn)口道駛?cè)氲能嚵?駛出交叉口后,會隨著行駛距離的增大逐漸離散開來,當(dāng)LLf時,到達(dá)下游交叉口停車線的車流已顯隨機(jī)狀態(tài),這時實行信號協(xié)調(diào)控制反而降低系統(tǒng)整體交通效益,因此,可將這兩個交叉口分開,劃入不同的交通控制子區(qū)。合并距離Lh和分離距離Lf值可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r,經(jīng)現(xiàn)場觀測調(diào)查后確定。5. 2交通控制子區(qū)自動劃分過程5.2.1  周期原則子區(qū)自動劃分過程在誘導(dǎo)條件下,周期原則子區(qū)自動劃分要經(jīng)歷一個判斷過程:交通控制子區(qū)合并

30、或分離是以“合并指標(biāo)”是否達(dá)到“標(biāo)準(zhǔn)”來判斷的。若合并指標(biāo)達(dá)到“標(biāo)準(zhǔn)”,區(qū)域控制中心就會發(fā)出“合并”指令,從而實現(xiàn)相鄰交叉口的合并。這里所提到的“標(biāo)準(zhǔn)”包含一個量的概念,可用“合并指數(shù)”來表示。在每一個信號控制周期及信息發(fā)布周期內(nèi),都要進(jìn)行“合并指標(biāo)”的判斷計算(不一定同時進(jìn)行)。信息發(fā)布周期,路線誘導(dǎo)系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)行車輛OD數(shù)據(jù),經(jīng)動態(tài)交通分配,得到路網(wǎng)各路段交通流量,然后由區(qū)域交通控制中心計算出路網(wǎng)各交叉口最佳周期長,判斷相鄰交叉口周期差。而信號控制周期內(nèi)“合并指數(shù)”的判斷計算是根據(jù)車輛檢測器檢測到的交叉口實時交通流量,結(jié)合歷史流量數(shù)據(jù),也由區(qū)域交通控制中心經(jīng)動態(tài)交通模型計算各交叉口最佳周期時

31、長,判斷相鄰交叉口周期差。若相鄰交叉口各自所要求的信號周期長度相差不超過t秒,則,“合并指數(shù)”累積值為(+1),反之為(-1)。若“合并指數(shù)”的累積值達(dá)到“s”,則可認(rèn)為相鄰交叉口已經(jīng)達(dá)到合并為一個控制子區(qū)的“標(biāo)準(zhǔn)”。合并后的控制子區(qū),在必要時還可以自動重新分解,只要“合并指數(shù)”累積值降至“0”。一旦“合并指數(shù)”累計至臨界值s或0,即使達(dá)到累計標(biāo)準(zhǔn),“合并指數(shù)”也不再累加,即s和0是“合并指數(shù)”的上界值和下界值。誘導(dǎo)條件下周期子區(qū)自動劃分過程見圖1。圖1 周期子區(qū)自動劃分過程5.2.2  流量原則子區(qū)自動劃分過程交通控制子區(qū)若根據(jù)相鄰交叉口車流量情況來劃分,其子區(qū)自動劃分過

32、程與周期原則子區(qū)自動劃分過程基本相似。但“合并指數(shù)”定義為一個流量差,同時“合并指數(shù)”的計算要經(jīng)過三個判斷過程:首先,在每個信號周期,車輛檢測器都能檢測到一組交叉口實時交通流量數(shù)據(jù);而每一個信息發(fā)布周期,路線誘導(dǎo)系統(tǒng)都要進(jìn)行路網(wǎng)交通流分配,各相關(guān)交叉口因此得到一組預(yù)測性數(shù)據(jù)(路線誘導(dǎo)系統(tǒng)直接提供,與傳統(tǒng)的由歷史數(shù)據(jù),經(jīng)交通模型計算得到預(yù)測數(shù)據(jù)有別)。區(qū)域控制中心根據(jù)這兩組交通流進(jìn)行交叉口流量大小的判斷(不一定同時進(jìn)行),若相鄰交叉口的流量都大于Qm,說明該區(qū)域交通擁擠程度高,甚至已處于交通阻塞狀態(tài),為了緩解路網(wǎng)上的這種局部交通擁擠或阻塞,不得不從個較大的范圍(超過幾個控制子區(qū)的范圍)的交通信號

33、協(xié)調(diào)入手來解決問題。這樣,就有必要拋棄按“合并指數(shù)”累積值來決定控制子區(qū)合并的常規(guī)作法,而是讓區(qū)域控制中心會立即強(qiáng)制多個控制子區(qū)(或交叉口)合并。若第一步判斷得出控制區(qū)域各交叉口處于正常交通狀態(tài),則進(jìn)入第二個判斷過程:判斷相鄰交叉口流量差是否大于Qz。若為了避免車流量大的交叉口停車次數(shù)的劇增,應(yīng)對這兩個交叉口進(jìn)行協(xié)調(diào)控制(合并指數(shù)+1);否則,進(jìn)入第三個判斷過程:判斷相鄰交叉口的流量差是否小于Qh,且都比Q1大(Q1是交叉口實施信號聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的最小值,應(yīng)根據(jù)實際觀測得到),可認(rèn)為相鄰交叉口交通流情況一致,應(yīng)進(jìn)行信號聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制(合并指數(shù)+1)。若相鄰交叉口的車流量都很小,也會出現(xiàn)流量差很小的

34、情況,但此時,道路上行駛的交通流隨機(jī)性較大,進(jìn)行協(xié)調(diào)控制所獲得的交通效益不如單點控制的好。因此,流量控制下限值Q1的確定非常重要。誘導(dǎo)條件下流量子區(qū)自動劃分過程見圖2。圖2 流量子區(qū)自動劃分過程5.2.3 距離原則子區(qū)自動劃分過程若交通控制子區(qū)劃分是根據(jù)交叉口間距來劃分,由于交叉口間距是固定的,故可采用先固定,后自動的方法對交通控制子區(qū)進(jìn)行劃分。即先對受控路網(wǎng)各交叉口間距L、合并距離Lh和分離距離Lf進(jìn)行調(diào)查。若LLh,由于交叉口間距較小,不僅它們間的綠燈起步時差可選擇的范圍很小,而且排隊長度限制很嚴(yán)格(可容納的排隊車輛數(shù)十分有限),因此,它們其余兩項配時參數(shù)也被限制得較死。在這種情況下應(yīng)將它們組合成一個整體(可認(rèn)為是一個新的交叉口),并固定下來,參與同其它交叉口的配時優(yōu)化或子區(qū)劃分,進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。若LLf,由于交叉口間距較大,從上游交叉口停車線駛出到達(dá)下游交叉口停車線的車流離散性較高,進(jìn)行信號協(xié)調(diào)控制后的效益費用比很小,或者進(jìn)行信號協(xié)調(diào)比較困難,此時,可把這兩個交叉口劃入不同的區(qū)域控制中心,采用不同的控制策略。5.2.4 西客站各子區(qū)劃分方式子區(qū)五按周期原則劃分。周