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③单点联网交通信号灯调试信号机
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：①单点段定时式信号机;② 单点自适应信号机 ;③单点联网调试信号机;④集中协调式号机 ;⑤行人过街触发 式信号机。按照供电模式来分可分为三种：①市电供电(AC220V/AC110V)信号 机;②太阳能直流信号机(有线/无线传输);③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、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 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：、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，限度缓解交通拥堵，同时发挥道路 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， 方案通过数据传输系统传递给信号机，信号机将 根据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 Research and Road Laboratory，TRRL)基于离线优化交通控制方法的 TRANSYT 系统 可视为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 是成功的静态系统，己被世界上 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。交通信号灯 3、SCATS - 悉尼协调自适应交通信号控制系统 coordinated Adaptive Traffic system)是由澳大利 SCATS(sydeny 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 http： ， 的策略)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、交通信号灯分布并行处理以便将危险分散，并使优化过程达到少的约束条件。 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。 责任编辑：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，交通信号灯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，、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 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。 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术，结合复杂交通特点进行研 发。系统采用路口信号机、通信服务器到区域控制服务器、中央控制服务器的控 制结构。 系统特点： (1)系统采用了北美地区的智能交通系统的标准通信协议 NTCIP 通信协议， 体系完整，通用性与兼容性好。 (2)高效、可靠、开放的通讯子系统，保证了内部实时通讯的可靠性、效率、 可扩展性;同时，真正实现了系统的开放性; (3)系统接口透明，提供二次开发能力，便于多系统的集成。 (4)系统具良好的故障诊断功能：实时显示路口设故障状况，并能通过 网络实现信号机的远程维护功能。 (5)系统采用方案选择与方案生成相结合的实时优化算法。 (6)利用先进的预测及降级技术，使得系统对检测器的依赖性大大降低。
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