12区域交号控制系统

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1、交通管理和控制主讲人：于妍霞大连交通大学 大连 Da Lian Jiaotong University， Da Lian(E-mail: ) 区域交通信号控制系统区域交通信号控制系统Traffic Management and ControlTraffic Management and Control之十二目目 录录12.1概念与分类概念与分类12.2定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统12.3自适应式联机操作自适应式联机操作3 1）基本概念）基本概念 区域交通信号控制（简称面控制）系统的对象是城市区域交通信号控制（简称面控制）系统的对象是城市或某个区域中所有交叉口的交通信号。或某个区域中所有

2、交叉口的交通信号。 区域交通信号控制系统的区域交通信号控制系统的正确的概念正确的概念是：把城区内的是：把城区内的全部交通信号的监控，作为一个指挥控制中心管理下的一全部交通信号的监控，作为一个指挥控制中心管理下的一套整体的控制系统，是单点信号、干线信号系统和网络信套整体的控制系统，是单点信号、干线信号系统和网络信号系统的号系统的综合控制系统综合控制系统。12.1 12.1 概念与分类概念与分类（理解）（理解）图12.1 信号系统的类型5 建立这种概念的建立这种概念的优点优点： （1 1）整体监视和控制）整体监视和控制 （2 2）可因地制宜地选用合适的控制方法）可因地制宜地选用合适的控制方法 （3

3、 3）可有效、经济地使用设备）可有效、经济地使用设备12.1 12.1 概念与分类概念与分类（理解）（理解）6随着交通控制理论的不断发展，随着交通控制理论的不断发展，通讯、检测、计算机技术通讯、检测、计算机技术在在交通控制领域的广泛应用而发展起来的。交通控制领域的广泛应用而发展起来的。 早期早期的区域控制系统着重于的区域控制系统着重于对周期、绿信比和时差等交通信对周期、绿信比和时差等交通信号参数进行最优控制。号参数进行最优控制。 现代现代的交通控制系统是多种技术的综合体，它包括车辆检测、的交通控制系统是多种技术的综合体，它包括车辆检测、数据采集与传输、信息处理与显示、信号控制与最优化、电视数据

4、采集与传输、信息处理与显示、信号控制与最优化、电视监视、交通管理与决策等多个组成部分。监视、交通管理与决策等多个组成部分。12.1 12.1 概念与分类概念与分类（了解）（了解）7（1 1）按控制策略分类）按控制策略分类 定时式脱机操作控制系统定时式脱机操作控制系统 利用交通流历史及现状统计数据，进行利用交通流历史及现状统计数据，进行脱机优化脱机优化处理，处理，得出多时段的最优信号配时方案，存入控制器或控制计算机得出多时段的最优信号配时方案，存入控制器或控制计算机内，对整个区域交通实施内，对整个区域交通实施多时段定时控制。多时段定时控制。 特点：特点：控制简单，可靠，效益投资比高，但不能适应交

5、控制简单，可靠，效益投资比高，但不能适应交通流的随机变化。通流的随机变化。2 2）分类）分类12.1 12.1 概念与分类概念与分类（掌握）（掌握）8 适应式联机操作控制系统适应式联机操作控制系统 是一种能够适应交通量变化的是一种能够适应交通量变化的“自适应控制系统自适应控制系统”，也叫，也叫“动态响应控制系统动态响应控制系统”。在控制区域中设置检测器，实时采集交通。在控制区域中设置检测器，实时采集交通数据并实施联机最优控制。数据并实施联机最优控制。 特点：特点：自适应控制系统结构复杂、投资高、对设备可靠性要自适应控制系统结构复杂、投资高、对设备可靠性要求高，但能较好地适应交通流的随机变化，提

6、高了控制的效益。求高，但能较好地适应交通流的随机变化，提高了控制的效益。12.1 12.1 概念与分类概念与分类（掌握）（掌握）9 方案选择方式方案选择方式 对应于不同的交通流，事先做好各类交通模型和相应的控制对应于不同的交通流，事先做好各类交通模型和相应的控制参数并存储在计算机内，按实时采集的实际交通数据，选取最适参数并存储在计算机内，按实时采集的实际交通数据，选取最适用的交通模型与控制参数，实施交通控制。用的交通模型与控制参数，实施交通控制。 方案形成方式方案形成方式 根据实时采集的交通流数据，实时算出最佳交通控制参数形根据实时采集的交通流数据，实时算出最佳交通控制参数形成信号配时控制方案

7、，当场按此方案操纵信号控制机运行交通信成信号配时控制方案，当场按此方案操纵信号控制机运行交通信号灯。号灯。（2 2） 按控制方式分类按控制方式分类12.1 12.1 概念与分类概念与分类（掌握）（掌握）10集中式计算机控制结构集中式计算机控制结构分层式计算机控制结构分层式计算机控制结构（3 3）按控制结构分）按控制结构分12.1 12.1 概念与分类概念与分类（掌握）（掌握）11 将网络内将网络内所有信号联结起来所有信号联结起来，用一台中、小型计算机或多，用一台中、小型计算机或多台微机联网对整个系统进行集中控制。其原理结构均较简单。台微机联网对整个系统进行集中控制。其原理结构均较简单。集中式计

8、算机控制结构集中式计算机控制结构12.1 12.1 概念与分类概念与分类（理解）（理解）图图12.2 12.2 集中控制集中控制12 优点：优点： a.a.全部控制设备只位于一个中心，操作方便；全部控制设备只位于一个中心，操作方便； b.b.系统的研制和维护不太复杂；系统的研制和维护不太复杂； c.c.所需设备较少，维修容易。所需设备较少，维修容易。 缺点：缺点： 大量数据的集中处理及整个系统的集中控制，需要庞大的通大量数据的集中处理及整个系统的集中控制，需要庞大的通信传输系统和巨大的存储容量，这就极大地影响了控制的实时性，信传输系统和巨大的存储容量，这就极大地影响了控制的实时性，并限制了集中

9、控制的区域范围。并限制了集中控制的区域范围。集中式计算机控制结构集中式计算机控制结构12.1 12.1 概念与分类概念与分类（掌握）（掌握）13 整个控制系统分成整个控制系统分成上层控制与下层控制上层控制与下层控制。 上层控制主要接受来自下层控制的决策信息，并对这些决策上层控制主要接受来自下层控制的决策信息，并对这些决策信息进行整体协调分析，从全系统战略目标考虑修改下层控制的信息进行整体协调分析，从全系统战略目标考虑修改下层控制的决策。下层控制则根据修改后的决策方案再做必要的调整。决策。下层控制则根据修改后的决策方案再做必要的调整。 上层控制主要执行全系统协调优化的战略控制任务。上层控制主要执

10、行全系统协调优化的战略控制任务。 下层控制主要执行个别交叉口合理配时的战术控制任务。下层控制主要执行个别交叉口合理配时的战术控制任务。分层式计算机控制结构分层式计算机控制结构12.1 12.1 概念与分类概念与分类（理解）（理解）14。 例如一种例如一种三级分布式控制结构：三级分布式控制结构： 第一级位于交叉口，由信号控制机控制；第一级位于交叉口，由信号控制机控制； 第二级位于所控制区域的一个比较中心的地点；第二级位于所控制区域的一个比较中心的地点； 第三级位于城市内一个合理的中心位置，起命令控制中心第三级位于城市内一个合理的中心位置，起命令控制中心 的作用；的作用；12.1 12.1 概念与

11、分类概念与分类（理解）（理解）图图12.3 12.3 分层控制分层控制16 多级控制的多级控制的优点优点： .通过数据的预处理和集中传输，减少传输费用；通过数据的预处理和集中传输，减少传输费用； .由于系统不依赖于一个中心控制或集中的传输机构，系统由于系统不依赖于一个中心控制或集中的传输机构，系统具有较高的故障保护能力，提高了系统可靠性；具有较高的故障保护能力，提高了系统可靠性； .能处理实时单元的容量较大（检测器，交叉口信号机等）；能处理实时单元的容量较大（检测器，交叉口信号机等）； . .控制方法和执行能力比较灵活。控制方法和执行能力比较灵活。12.1 12.1 概念与分类概念与分类（理解

12、）（理解）17 多级控制的多级控制的缺点缺点：（1 1）需要的设备多，投资高）需要的设备多，投资高（2 2）现场设备的维护比较复杂）现场设备的维护比较复杂（3 3）控制程序比较复杂）控制程序比较复杂（4 4）要提供更多的控制地点）要提供更多的控制地点12.1 12.1 概念与分类概念与分类（理解）（理解）分布方式控制集中式控制智能和功能的分布分布到各级集中于中心一级可靠性具有多级保险功能，高一级控制失灵系统功能损失较小。为提高系统可靠性，中心常用双机备份，否则中心主机失灵，系统功能损失严重。控制中心需要多个中心站只需一个中心站，主要设备集中于一个中心传输线路传输线路较省，小区中心可以设在控制区

13、域的中心传输线路均需由各交叉路口联到中心，当区域范围大时，线路造价明显上升系统灵活性系统控制战略有很大灵活性，可以分期实施，一次投资不需太大灵活性差，一次投资大软家开发比较复杂，需要开发更复杂的控制程序比较简单维修室外设备较复杂，需要较高的水平的维修队伍室外设备简单，易于维修适用场合大面积或一个城市的控制小范围的或信号比较集中的城市的控制（理解）（理解）目目 录录12.1概念与分类概念与分类12.2定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统12.3自适应式联机操作自适应式联机操作20 TRANSYT(Traffic Network Study Tool) “交通网络研究交通网络研究工具工具”。是英国

14、交通与道路研究所。是英国交通与道路研究所(TRRL)于于1966年提出的脱年提出的脱机优化网络信号配时的一套程序。机优化网络信号配时的一套程序。 美国：美国：TRANSYT-7F，目前最新版本是，目前最新版本是10版。版。 法国：将法国：将TRANSYT改为改为THESEE和和THEBES型型 12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统（了解）（了解） 1)1)仿真在信号控制网络上的车队模型（交通模型）仿真在信号控制网络上的车队模型（交通模型） 2) 2)信号配时方案优化设计（计算机程序）信号配时方案优化设计（计算机程序）12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统

15、TRANSYT是一种脱机操作的定时控制系统，系统主是一种脱机操作的定时控制系统，系统主要由仿真模型及优化两部分组成要由仿真模型及优化两部分组成。（理解）（理解）（理解）（理解）图图12.4 12.4 基本原理图基本原理图2312.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统1 1）仿真模型）仿真模型 建立交通仿真模型的建立交通仿真模型的目的目的是用数学方法模拟车流在是用数学方法模拟车流在交通网上的运行状况，研究交通网配时参数的改变对车交通网上的运行状况，研究交通网配时参数的改变对车流运行的影响，以便客观地评价任意一组配时方案的优流运行的影响，以便客观地评价任意一组配时方案的优劣。为此，交

16、通仿真模型应当能够对不同的配时方案控劣。为此，交通仿真模型应当能够对不同的配时方案控制下的车流运行参数（延误时间、停车率、燃油消耗量制下的车流运行参数（延误时间、停车率、燃油消耗量等）作出可靠的估算。等）作出可靠的估算。（理解）（理解）12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统1 1）仿真模型）仿真模型 首先将网络的几何尺寸、交通流信息以及初始配时送首先将网络的几何尺寸、交通流信息以及初始配时送入系统的仿真部分，通过仿真，得出入系统的仿真部分，通过仿真，得出系统的性能指标系统的性能指标，即，即PI（Performance intex）值作为配时的优化目标函数。下）值作为配时的优化

17、目标函数。下面对面对TRANSYT仿真模型的几个主要环节作些简要说明：仿真模型的几个主要环节作些简要说明：（1）交通网络结构图式 （2）周期流量变化图式（3）车流在连线上运行状况的模拟（4） 车辆延误时间和停车次数的计算（理解）（理解）25（1）交通网络结构图式）交通网络结构图式 TRANSYT把复杂的网络简化成适用于数学计算的图式，这把复杂的网络简化成适用于数学计算的图式，这个图式由个图式由“节点节点”和和“节点节点”之间的连线组成。之间的连线组成。 在交通网结构图上，每一个在交通网结构图上，每一个“节点节点”代表一个由信号灯控制代表一个由信号灯控制的交叉口；每一条的交叉口；每一条“连线连线

18、”表示一股驶向下游一个表示一股驶向下游一个“节点节点”的单的单向车流。向车流。12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统1 1）仿真模型）仿真模型（理解）（理解）272 2）周期流量变化图式）周期流量变化图式12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统流量时间s 周期流量图式是纵坐标表示交通量，横坐标表示时间的交通量随着时间变化的柱状图。在交通模型中，计算过程的基本数据为每个时段的平均交通量、转弯交通量以及排队长度。（理解）（理解）图图12.5 12.5 周期流量变化图式周期流量变化图式28（3 3）车流在连线上运行状况的模拟）车流在连线上运行状况的模拟 为描述车流在

19、一条连线上运行的全过程为描述车流在一条连线上运行的全过程，TRANSYT使用了使用了如下的周期流量图式：如下的周期流量图式： 到达流量图式（到达流量图式（“到达到达”图式）图式） 驶出流量图式（驶出流量图式（“驶出驶出”图式）图式） 饱和驶出图式（饱和驶出图式（“满流满流”图式）图式）12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统（理解）（理解）饱和流量饱和流量流率流率“驶入驶入”图图形形“驶出驶出”图图形形（延误）（延误）时间（步）时间（步）12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统（理解）（理解）图图12.6 12.6 驶入、驶出、饱和驶出流量图式驶入、驶出、饱和驶

20、出流量图式30（4） 车辆延误时间和停车次数的计算车辆延误时间和停车次数的计算 TRANSYT计算的车辆延误时间是计算的车辆延误时间是均匀到达延误均匀到达延误、随机延随机延误误与与超饱和延误超饱和延误之和。之和。 TRANSYT计算的停车次数，也分成均匀到达停车次数、计算的停车次数，也分成均匀到达停车次数、随机停车次数及超饱和停车次数三部分。随机停车次数及超饱和停车次数三部分。12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统（理解）（理解） 1000160014001200180020000.60.70.80.91.01.11.2饱和度平均车流到达率延误停车线断面数据饱和流量 3600

21、pcu/h周期时间 90s红灯时间 50s车流持续时间 30min过饱和延误随机延误正常相位延误204060（理解）（理解）32 TRANSYT将仿真所得的性能指标将仿真所得的性能指标(PI)送入优化程序，作为送入优化程序，作为目标函数；目标函数； 以网络内的以网络内的总行车油耗或总延误时间以及停车次数的加权和总行车油耗或总延误时间以及停车次数的加权和作性能指标；作性能指标； 用用“爬山法爬山法”优化，产生较之初始配时更为优越的新的信号优化，产生较之初始配时更为优越的新的信号配时；配时； 把新的信号配时再送入仿真部分，反复迭代，最后取得把新的信号配时再送入仿真部分，反复迭代，最后取得PI值值达

22、到最小达到最小的系统最佳配时。的系统最佳配时。2）优化）优化12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统（理解）（理解）33 以适当的步距调整交通网上某一个交叉口的绿时差，计算以适当的步距调整交通网上某一个交叉口的绿时差，计算性能指标性能指标PI。 若小于初始方案的若小于初始方案的PI，说明调整方向正确，继续调整，直，说明调整方向正确，继续调整，直到获得最小的到获得最小的PI为止。为止。 若第一次调整后的若第一次调整后的PI值大于初始方案的值大于初始方案的PI值，则应当朝相值，则应当朝相反方向调整绿时差，直到取得最小的反方向调整绿时差，直到取得最小的PI. 依次对所有其它交叉口做同

23、样的调整。依次对所有其它交叉口做同样的调整。 对所有交叉口作第二遍调整，反复多次，直到求得最后的理对所有交叉口作第二遍调整，反复多次，直到求得最后的理想方案。想方案。12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统（1 1）绿时差的优选）绿时差的优选（理解）（理解）最小化最小化PI值为目标值为目标图图12.7 12.7 绿时差优化原理图绿时差优化原理图35 ( ( 2 2）绿灯时间的）绿灯时间的优选优选 不等量地更改一个或几个乃至全体信号相位的绿灯长度，不等量地更改一个或几个乃至全体信号相位的绿灯长度，以期降低整个交通网的性能指标以期降低整个交通网的性能指标PIPI值。值。 但调整的过

24、程中，绿灯时间不能小于规定的最短绿灯时间。但调整的过程中，绿灯时间不能小于规定的最短绿灯时间。12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统（理解）（理解）36（3 3）控制子区的划分控制子区的划分 一个范围较大的交通网络，在一个范围较大的交通网络，在实际信号联网协调控制时，实际信号联网协调控制时，往往要分成若干个相对独立的部分，往往要分成若干个相对独立的部分，每一部分有自己独特的控每一部分有自己独特的控制对策，执行适合本区交通特点的控制方案，这样的独立控制制对策，执行适合本区交通特点的控制方案，这样的独立控制部分称为部分称为控制子控制子区。区。 12.2 12.2 定时式脱机操作系

25、统定时式脱机操作系统（理解）（理解）37（3 3）控制子区的划分控制子区的划分 在一个实际在一个实际网络中，一方面各个部分交通状况存在较明显网络中，一方面各个部分交通状况存在较明显的差别，不宜整齐划为一地执行同一种信号配时方案；另一方的差别，不宜整齐划为一地执行同一种信号配时方案；另一方面确实存在一些不必实行协调控制的连线。因此，在实际的工面确实存在一些不必实行协调控制的连线。因此，在实际的工作中，作中，以以不宜协调的连线作为划分控制子区边界的参考依据不宜协调的连线作为划分控制子区边界的参考依据，即子区边界点基本上分布在这些连线上。即子区边界点基本上分布在这些连线上。12.2 12.2 定时式

26、脱机操作系统定时式脱机操作系统（理解）（理解）38（4 4）信号周期的选择）信号周期的选择 TRANSYT可以自动地为每个子区选择可以自动地为每个子区选择一个一个PI最低的公用信最低的公用信号周期时长号周期时长，同时还可确定哪几个交叉口应采用，同时还可确定哪几个交叉口应采用双周期。双周期。 12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统 （理解）（理解）3 3）特点）特点12.2 12.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统 不能适应随机的交通变化；不能适应随机的交通变化； 配时方案根据当时的交通量配定的，而交通增长配时方案根据当时的交通量配定的，而交通增长后，原配时方案就不能适应

27、，也就后，原配时方案就不能适应，也就“老化老化”了，重配方了，重配方案，又需要大量的调查。案，又需要大量的调查。 但是这种系统不需要大量设备、投资低、容易实但是这种系统不需要大量设备、投资低、容易实施，所以交通增长已趋于稳定的地区，比较多选用这种施，所以交通增长已趋于稳定的地区，比较多选用这种系统。系统。（理解）（理解）目目 录录12.1概念与分类概念与分类12.2定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统12.3自适应式联机操作自适应式联机操作 思考题1）SCATS 系统和系统和SCOOT系统的不同之处系统的不同之处(检测器的设置检测器的设置、子区的划分、控制方式等）？、子区的划分、控制方式等）？

28、2 )SCATS各个参数优选采用的依据？各个参数优选采用的依据？3）SCOOT和和TRANSYT的不同之处？的不同之处？4）SCOOT采用的什么优化指标？采用的什么优化指标？5）SCATS和和SCOOT系统的优缺点和适用的条件？系统的优缺点和适用的条件？42 定时式脱机操作系统具有不能适应交通随机变化的缺点。定时式脱机操作系统具有不能适应交通随机变化的缺点。 英国、美国、澳大利亚和日本等国家作了大量的研究和实践，英国、美国、澳大利亚和日本等国家作了大量的研究和实践，用不同的方式建立了各有特色的用不同的方式建立了各有特色的自适应控制系统自适应控制系统。 （1）以）以方案选择式方案选择式优选配时方

29、案与单点感应控制作调整相结优选配时方案与单点感应控制作调整相结合的控制系统合的控制系统SCATS为代表为代表 （2）方案形成式则以方案形成式则以SCOOT为代表为代表12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）43 SCATS(Sydney Co-ordinated Adaptive Traffic System)是一种实时自适应控制系统，由是一种实时自适应控制系统，由澳大利亚澳大利亚开发。开发。20世纪世纪70年代开年代开始研究，始研究，80年代初投入使用。年代初投入使用。 控制结构为分层式三级控制：控制结构为分层式三级控制： （1） 中央监控中心中央监控中心

30、 （2） 地区控制中心地区控制中心 （3） 信号控制机信号控制机12.3.1 SCATS12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统1 1）基本构成）基本构成（理解）（理解） 在在在在地地地地区区区区控控控控制制制制中中中中心心心心对对对对信信信信号号号号控控控控制制制制机机机机进进进进行行行行控控控控制制制制时时时时，通通通通常常常常将将将将110110个信号控制机组成一个个信号控制机组成一个个信号控制机组成一个个信号控制机组成一个 “ “ “ “子系统子系统子系统子系统” ” ” ” 。 若若若若干干干干子子子子系系系系统统统统组组组组合合合合成成成成一一一一个个个个相相相

31、相对对对对独独独独立立立立系系系系统统统统，系系系系统统统统之之之之间间间间基基基基本本本本上上上上互互互互不不不不相相相相干干干干，而而而而系系系系统统统统内内内内部部部部各各各各个个个个子子子子系系系系统统统统之之之之间间间间，存存存存在在在在一一一一定定定定的的的的协协协协调调调调关系。关系。关系。关系。 随随随随着着着着交交交交通通通通状状状状况况况况的的的的实实实实时时时时变变变变化化化化，子子子子系系系系统统统统即即即即可可可可以以以以合合合合并并并并，也也也也可可可可以重新分开。以重新分开。以重新分开。以重新分开。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统1 1

32、）基本构成）基本构成（理解）（理解） 中心监控中心，除了对整个控制系统运行状况及中心监控中心，除了对整个控制系统运行状况及各项设备的工作状态做集中监视外，还有专门各项设备的工作状态做集中监视外，还有专门用于系用于系统数据管理库的计算机统数据管理库的计算机。对所有各地区控制中心的各。对所有各地区控制中心的各项数据以及每一台信号控制机的运行参数作动态储存。项数据以及每一台信号控制机的运行参数作动态储存。这些数据可以用于系统的开发工作。这些数据可以用于系统的开发工作。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统1 1）基本构成）基本构成（理解）（理解） 110个信号控制器个信号控制器

33、 110个信号控制器个信号控制器 SCAT系统的控制结构层次示意图系统的控制结构层次示意图 （理解）（理解）图图12.812.8主中心计算机主中心计算机主中心计算机主中心计算机地图显示板地图显示板数据集中器数据集中器小区中心计算机小区中心计算机小区级小区级主中心级主中心级信号控制器（信号控制器（M2D）交叉路口级交叉路口级行人过街行人过街图图12.9 三级分布式控制结构三级分布式控制结构（理解）（理解）48 SCATS在实行对若干子系统的整体协调控制的同时，也允在实行对若干子系统的整体协调控制的同时，也允许许每个交叉口每个交叉口“各自为政各自为政”地实行地实行车辆感应控制车辆感应控制，前者称为

34、，前者称为“战战略控制略控制”，后者称为，后者称为“战术控制战术控制”。这样可提高控制效率。这样可提高控制效率。 SCATS实际上是一种用感应控制对配时方案可作局部调整实际上是一种用感应控制对配时方案可作局部调整的的方案选择系统方案选择系统。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统1 1）基本构成）基本构成（理解）（理解）49 （1 1）子系统的划分与合并）子系统的划分与合并 子系统的划分由交通工程师根据交通流量的历史、现状数子系统的划分由交通工程师根据交通流量的历史、现状数据与交通网的环境、几何条件予以判定。所定的子系统（据与交通网的环境、几何条件予以判定。所定的子系统（

35、110个交叉口组成）作为控制系统的基本单位个交叉口组成）作为控制系统的基本单位。 在优选配时参数的过程中，在优选配时参数的过程中，SCATSSCATS用用“合并指数合并指数”来判断来判断相邻系统是否需要合并。相邻系统是否需要合并。 2 2）SCATSSCATS优选配时方案的各主要环节优选配时方案的各主要环节12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）50 （1 1）子系统的划分与合并）子系统的划分与合并 在每一个信号周期内，都要进行一次在每一个信号周期内，都要进行一次“合并指数合并指数” ” 的计的计算，相邻两个子系统各自要求的信号周期时长相差不超过算，相邻两个

36、子系统各自要求的信号周期时长相差不超过9s9s时，时，则合并指数累加值为则合并指数累加值为（+1+1），），反之为反之为（-1-1）。若若“合并指数合并指数”累累积值达到积值达到4 4，认为达到合并的标准。采用，认为达到合并的标准。采用“信号周期时长信号周期时长”中较中较长的那个为合并后的周期长。长的那个为合并后的周期长。 在必要的时候，合并的子系统也可以分开。在必要的时候，合并的子系统也可以分开。2 2）SCATSSCATS优选配时方案的各主要环节优选配时方案的各主要环节12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）51（2）SCATS配时参数优选配时参数优选“

37、算法算法”简介简介 根据埋设在每条车道根据埋设在每条车道停车线后面停车线后面的检测装置提供的实时交的检测装置提供的实时交通数据和停车线断面在绿灯期间的实际通过量，算法系统选择子通数据和停车线断面在绿灯期间的实际通过量，算法系统选择子系统的各项配时参数。系统的各项配时参数。 作为实时方案选择系统，作为实时方案选择系统，SCATS要求事先利用脱机计算的要求事先利用脱机计算的方式，为每个交叉口拟订方式，为每个交叉口拟订4个可供选用的绿信比方案、个可供选用的绿信比方案、5个内部绿个内部绿时差方案、时差方案、5个外部绿时差方案。个外部绿时差方案。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系

38、统（理解）（理解）52（2）SCATS配时参数优选配时参数优选“算法算法”简介简介 信号周期和绿信比的实时选择是以子系统的整体需要为出信号周期和绿信比的实时选择是以子系统的整体需要为出发点，即根据子系统内关键交叉口的需要确定周期长。发点，即根据子系统内关键交叉口的需要确定周期长。 交叉口的相应绿灯时间，按照各相位饱和度相等或接近的交叉口的相应绿灯时间，按照各相位饱和度相等或接近的原则，确定每一相位绿灯占信号周期的百分比。原则，确定每一相位绿灯占信号周期的百分比。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）53 SCATS把信号周期、绿信比及绿时差作为各自独立的参

39、数把信号周期、绿信比及绿时差作为各自独立的参数分别进行优化。优化过程中使用的算法以所谓分别进行优化。优化过程中使用的算法以所谓“综合流量综合流量”及及“饱和度饱和度”为主要依据。为主要依据。 12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（2）SCATS配时参数优选配时参数优选“算法算法”简介简介（理解）（理解）54 饱和度：饱和度：SCATS所使用的饱和度指被车流有效利用的绿灯时所使用的饱和度指被车流有效利用的绿灯时间与绿灯显示时间之比。间与绿灯显示时间之比。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（2）SCATS配时参数优选配时参数优选“算法算法”简介简介

40、当T=t*h时，DS=1 饱和流率通过当T1 过饱和状态 通过类饱和度检测交通阻塞的发生（理解）（理解）55 综合流量：综合流量：为避免采用与车辆种类（车身长度）直接相关为避免采用与车辆种类（车身长度）直接相关的参量来表示车流流量，的参量来表示车流流量，SCATS引入了一个虚拟的参量引入了一个虚拟的参量“综合流综合流量来反映通过停车线的混合车流的数量量来反映通过停车线的混合车流的数量”。综合流量。综合流量q是指一次是指一次绿灯期间通过停车线的车辆折算当量，它由直接测定的饱和度及绿灯期间通过停车线的车辆折算当量，它由直接测定的饱和度及绿灯期间实际出现过的最大流率来确定。绿灯期间实际出现过的最大流

41、率来确定。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统式中： q综合流量； S 最大流率。（理解）（理解）56 在一个子系统内，根据其中在一个子系统内，根据其中饱和度最高饱和度最高的交叉口来确定整的交叉口来确定整个子系统应当采用的周期时长。个子系统应当采用的周期时长。 为了维持交叉口信号控制的连续性，信号周期的调整采取为了维持交叉口信号控制的连续性，信号周期的调整采取小小步距步距方式，即一个新的信号周期与前一周期相比，其长度变化限方式，即一个新的信号周期与前一周期相比，其长度变化限制在制在正负正负6s6s之内。之内。信号周期时长的选择信号周期时长的选择12.3 12.3 自适应

42、式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）57 对每一个子系统范围，对每一个子系统范围，SCATS要求事先规定信号周期变化要求事先规定信号周期变化的四个限制，即的四个限制，即周期最小值周期最小值Cmin，周期最大值，周期最大值Cmax，中等信号周，中等信号周期期Cs以及略长于中等信号周期的以及略长于中等信号周期的Cx. 一般条件下，信号周期的选择范围只限于一般条件下，信号周期的选择范围只限于Cmax与与Cs之间。之间。 只有关键位置上的车辆检测器所检测到的车流低于预定限值只有关键位置上的车辆检测器所检测到的车流低于预定限值时，才采用时，才采用Cs乃至乃至Cmin的信号周期。的信号周期。

43、12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统信号周期时长的选择信号周期时长的选择（理解）（理解）58 每一交叉口都有每一交叉口都有4 4套套绿信比方案，分别针对绿信比方案，分别针对4 4种交通负荷。种交通负荷。 每一方案中绿灯时间、信号相位的次序都可以是不相同的。每一方案中绿灯时间、信号相位的次序都可以是不相同的。 SCATS SCATS在不加长和缩短信号周期时长的情况下，可对各相位在不加长和缩短信号周期时长的情况下，可对各相位绿灯时间随实时交通负荷变化作合理的余缺调剂。绿灯时间随实时交通负荷变化作合理的余缺调剂。 绿信比方案的选择绿信比方案的选择12.3 12.3 自适应式联

44、机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）59 绿信比方案的选择，每个周期都要绿信比方案的选择，每个周期都要进行一次进行一次。选择过程：。选择过程：对四种方案进行对比，若连续三周期内某一方案两次中选，则对四种方案进行对比，若连续三周期内某一方案两次中选，则该方案即被选择作为下一周期的执行方案。该方案即被选择作为下一周期的执行方案。 一个进口中仅把饱和度一个进口中仅把饱和度DS最高的车道作为绿信比选择的最高的车道作为绿信比选择的对象。对象。 绿信比方案的选择和信号周期的调整交错进行。绿信比方案的选择和信号周期的调整交错进行。 二者结合起来，对各相位绿灯时间不断调整的结果，使各二者结合起来，对

45、各相位绿灯时间不断调整的结果，使各相位饱和度维持大致相等的水平，就是相位饱和度维持大致相等的水平，就是“等饱和度等饱和度”原则。原则。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统绿信比方案的选择绿信比方案的选择（理解）（理解）60 SCATS中，内部和外部两类时差方案都要事先确定，存储中，内部和外部两类时差方案都要事先确定，存储在中央控制计算机中。在中央控制计算机中。绿时差方案的选择绿时差方案的选择12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统内部相位差内部相位差是指子系统内部的协调控制时差。是指子系统内部的协调控制时差。外部相位差外部相位差是指相邻子系统临界交叉

46、口相位差是指相邻子系统临界交叉口相位差。（理解）（理解）61 每一类包含每一类包含5种不同方案，每个周期都要对绿时差进行实时种不同方案，每个周期都要对绿时差进行实时选择。选择。 第一种方案，仅用于第一种方案，仅用于周期长等于周期长等于Cmin的情况；的情况； 第二种方案，仅用于周期长满足第二种方案，仅用于周期长满足CsCCs+10情况；情况； 余下的三种方案，则根据实时检测到的余下的三种方案，则根据实时检测到的“综合流量综合流量”值进行值进行选择。选择。连续连续5个周期，有个周期，有4次当选的方案次当选的方案，被付诸执行。被付诸执行。绿时差方案的选择绿时差方案的选择12.3 12.3 自适应式

47、联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）62 方案选择过程：方案选择过程： （1 1）对每一进口道，都要分别计算出执行第三、四、五）对每一进口道，都要分别计算出执行第三、四、五方案时能够放行的车流量和饱和度。方案时能够放行的车流量和饱和度。 （2 2）对比上述三种方案能提供给每一条进口道的通过带）对比上述三种方案能提供给每一条进口道的通过带宽度，通过带宽度越大，这一方案的优越性越明显宽度，通过带宽度越大，这一方案的优越性越明显。 “ “外部外部”绿时差方案，采用与绿时差方案，采用与“内部内部”方案相同的方法方案相同的方法选择。选择。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操

48、作系统绿时差方案的选择绿时差方案的选择（理解）（理解）63 “SCOOT”(Split-Cycle-Offset Optimization Technique)即即“绿信比绿信比-信号周期信号周期-绿时差优化技术绿时差优化技术”，是一种对交通信是一种对交通信号网实行实时协调控制的自适应控制系统。由英国号网实行实时协调控制的自适应控制系统。由英国TRRL于于1973年开始研究开发年开始研究开发，1979年正式投入使用。年正式投入使用。12.3.2 SCOOT12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统1）概述）概述（了解）（了解）64 SCOOT是在是在TRANSYT的基础上发展

49、起来的，其模型及的基础上发展起来的，其模型及优化原理均与优化原理均与TRANSYT相仿。相仿。 两种不同点两种不同点要两方面：要两方面： （1）SCOOT是方案形成式的控制系统，通过安装在交叉是方案形成式的控制系统，通过安装在交叉口各进口道最上游的车辆检测器所采集的车辆到达信息，联口各进口道最上游的车辆检测器所采集的车辆到达信息，联机处理，形成控制方案。机处理，形成控制方案。 （2）连续地实时调整绿信比，周期时长及绿时差这三个）连续地实时调整绿信比，周期时长及绿时差这三个参数，使之同变化的交通流相适应。参数，使之同变化的交通流相适应。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统

50、1）概述）概述（理解）（理解）65 （1）SCOOT优化采用小步长逐渐寻优的方法，无需过大的优化采用小步长逐渐寻优的方法，无需过大的计算量。计算量。 （2）此外，）此外， 对交通拥挤和阻塞有专门的监视和应对措施，对交通拥挤和阻塞有专门的监视和应对措施，对故障发出自动警报，可随时向操作人员提供实时的交通信息。对故障发出自动警报，可随时向操作人员提供实时的交通信息。 （3）现有）现有SCOOT采用的是集中式控制结构，难免具有结构采用的是集中式控制结构，难免具有结构上的缺点。在比较大的控制范围内，可以改用分层控制结构为宜。上的缺点。在比较大的控制范围内，可以改用分层控制结构为宜。2）SCOOT系统的

51、主要特点系统的主要特点12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）66 (1(1) )检测检测 检测器检测器 使用环形线圈式电感检测器实时检测。线圈使用环形线圈式电感检测器实时检测。线圈2m2m 2m2m方环方环形。一个检测器检测一条或形。一个检测器检测一条或2 2条车道条车道。两条车道合用一个检测。两条车道合用一个检测器时，检测器可以跨在分道线的中间。器时，检测器可以跨在分道线的中间。 3）SCOOT优选配时方案的各主要环节优选配时方案的各主要环节12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）67 a. a.当两交叉口间有支线或中

52、间出入口，且其交通量大于干线当两交叉口间有支线或中间出入口，且其交通量大于干线流量的流量的10%10%时，尽可能把传感器设在支线或中间出入口的下游。时，尽可能把传感器设在支线或中间出入口的下游。 b. b.设在公交车停靠站下游，避免其他车辆因绕道而漏测。设在公交车停靠站下游，避免其他车辆因绕道而漏测。 c. c.设在人行横道下游，离人行横道至少应为设在人行横道下游，离人行横道至少应为30m30m。 d. d.设在距离下游停车线设在距离下游停车线812s的的车程或一个周期内车辆的最车程或一个周期内车辆的最大排队长度以上的地点。大排队长度以上的地点。 设在离停车线相当远距离的地点，一般希望设在设在

53、离停车线相当远距离的地点，一般希望设在上游交上游交叉口的出口，离下游停车线尽量远叉口的出口，离下游停车线尽量远。设置传感器地点时，要设置传感器地点时，要考虑如下因素：考虑如下因素：12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统 检测器的设置位置检测器的设置位置（理解）（理解）68 这样设置检测器这样设置检测器的的优点优点是：可以精确地检测到车辆到达、是：可以精确地检测到车辆到达、拥挤程度和排队长度等数据。拥挤程度和排队长度等数据。 缺点缺点：与设在靠近停车线处相比，它不能实时检测饱和流量：与设在靠近停车线处相比，它不能实时检测饱和流量和执行感应控制。和执行感应控制。12.3 12

54、.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统 检测器的设置位置检测器的设置位置（理解）（理解）69 SCOOT检测器可以采集的交通数据主要有：检测器可以采集的交通数据主要有： a.交通量交通量 b.占用时间及占用。占用时间即传感器感应有车通过的时间；占用时间及占用。占用时间即传感器感应有车通过的时间；占用率是占用时间与周期时长之比。占用率是占用时间与周期时长之比。 c.拥挤程度：用受阻车队的占用率来衡量拥挤程度：用受阻车队的占用率来衡量。SCOOT把拥挤程把拥挤程度按占用率大小分为八级（度按占用率大小分为八级（07），称为拥挤系数。），称为拥挤系数。 SCOOT检测器每检测器每0.25s自动

55、采集一次各传感器的信号，并作分自动采集一次各传感器的信号，并作分析处理。析处理。车流检测数据的采集车流检测数据的采集12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）70 SCOOT系统划分子区由交通工程师预先判定，系统系统划分子区由交通工程师预先判定，系统运行过程中不能合并，也不能分拆。但运行过程中不能合并，也不能分拆。但SCOOT可以在子可以在子区中有双周期交叉口。区中有双周期交叉口。（2）子区划分）子区划分12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）71周期流量图周期流量图车队预测车队预测 a.a.根据检测器测到的交通信息（交通量

56、及占用时间），实根据检测器测到的交通信息（交通量及占用时间），实时绘制成传感器断面上的车辆到达周期流量图。时绘制成传感器断面上的车辆到达周期流量图。 b.b.然后通过车流散布模型，预测到达停车线的周期流量图然后通过车流散布模型，预测到达停车线的周期流量图（到达图式）。（到达图式）。 c.c.周期流量图纵坐标单位为周期流量图纵坐标单位为lpulpu连线车流图单位，一个连线车流图单位，一个交通量和占用时间的混合计量单位。交通量和占用时间的混合计量单位。（3）模型）模型12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）72排队预测排队预测 图图12.1012.10说明了停止

57、线上车辆排队长度预测的基本原理，说明了停止线上车辆排队长度预测的基本原理，右上侧是检测器右上侧是检测器实测的检测器断面上的到达图式，这个图是每实测的检测器断面上的到达图式，这个图是每个周期更新的，右下侧是停止线断面上预测的排队图。个周期更新的，右下侧是停止线断面上预测的排队图。 由于车速、车队离散等都难于精确估算，因此对预测的排由于车速、车队离散等都难于精确估算，因此对预测的排队必须实时地检验并给以修正。队必须实时地检验并给以修正。 通常用实际观测的车辆排队长度同显示的预测排队长度作通常用实际观测的车辆排队长度同显示的预测排队长度作对比。对比。（3）模型）模型12.3 12.3 自适应式联机操

58、作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）7312.10（理解）（理解）74 拥挤预测拥挤预测 为控制排队延伸到上游交叉口，必须控制受阻排队长度。为控制排队延伸到上游交叉口，必须控制受阻排队长度。可以根据检测的占用率计算可以根据检测的占用率计算“拥挤系数拥挤系数”。 当检测器测得当检测器测得有车停在传感器上有车停在传感器上时，表明排队即将延伸到上时，表明排队即将延伸到上游交叉口。游交叉口。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）75效能预测效能预测 同同TRANSYT一样，一样，SCOOT用用延误和停车数的加权值之和延误和停车数的加权值之和或油耗作为综合效能

59、指标或油耗作为综合效能指标PI，但，但SCOOT有时也用有时也用“拥挤系数拥挤系数”作为效能指标。作为效能指标。 综合指标综合指标PI的选取视控制决策而定。的选取视控制决策而定。 （1）高峰时段）高峰时段降低车辆延误、停车次数。降低车辆延误、停车次数。 （2）短距离交叉口）短距离交叉口“拥挤系数拥挤系数”为目标，要避免车辆排为目标，要避免车辆排队堵塞上游交叉口。队堵塞上游交叉口。 （3）SCOOT把饱和度作为优选周期长的依据，控制其不超把饱和度作为优选周期长的依据，控制其不超过过90%。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）76 优化策略优化策略 对优化配

60、时参数随交通到达量的改变而作对优化配时参数随交通到达量的改变而作频繁的适量的定量频繁的适量的定量调整。调整。 适量的调整量虽小，但由于调整次数频繁，就可由这些频繁适量的调整量虽小，但由于调整次数频繁，就可由这些频繁调整的连续累计来适应一个时段内的交通变化趋势。调整的连续累计来适应一个时段内的交通变化趋势。（4 4）优化优化12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）77这样这样的优化策略的的优化策略的优点优点： a. a.不会出现过大的起落，可避免因配时突变而引起车流的不不会出现过大的起落，可避免因配时突变而引起车流的不稳定。稳定。 b. b.适量的定量调整可简

61、化优化算法，实时运算自适应控制可适量的定量调整可简化优化算法，实时运算自适应控制可实现。实现。 c c. .频繁的调整，可避免对车流作长时间预测的难题。频繁的调整，可避免对车流作长时间预测的难题。 d. d.调整频繁可以跟踪适应交通变化的趋势。调整频繁可以跟踪适应交通变化的趋势。优化次序优化次序 频繁按此轮流优化周期时间、绿信比与绿时差。频繁按此轮流优化周期时间、绿信比与绿时差。12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）78 a. a.对每个交叉口都单独处理；对每个交叉口都单独处理； b. b.每一相位开始前几秒都要重新计算每一相位开始前几秒都要重新计算“现行

62、现行”绿灯时长是绿灯时长是否需要调整；否需要调整； c. c.绿灯时长的调整量是绿灯时长的调整量是 4s4s； d. d.优选绿灯时长，以调整优选绿灯时长，以调整 4s4s后的效能指标同原来的指标相后的效能指标同原来的指标相比，取效能指标小的那个方案。比，取效能指标小的那个方案。绿灯时长优选绿灯时长优选12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）79 e. e. 下一次调整时，在随正负方向保留下一次调整时，在随正负方向保留1s1s的的“趋势性调整趋势性调整” ” 的基础上再进行调整的基础上再进行调整4s4s，以利于跟踪在一个时段内的交通变化，以利于跟踪在一个时段

63、内的交通变化趋势；趋势； d. d.还需要考虑交叉口总饱和度最小、车辆排队长度、拥挤程还需要考虑交叉口总饱和度最小、车辆排队长度、拥挤程度及最短绿灯时长的限制等因素。度及最短绿灯时长的限制等因素。绿灯时长优选绿灯时长优选12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）80 a. a.以子区为单位；以子区为单位； b. b.对控制小区的每一交叉口每周期前都要运算一次；对控制小区的每一交叉口每周期前都要运算一次； c. c.绿时差的调整量是绿时差的调整量是 4s4s； d. d.与优选绿灯时长一样，以全部相邻道路上的与优选绿灯时长一样，以全部相邻道路上的PIPI总和最小

64、为总和最小为优化目标；优化目标； e. e.必须考虑短交叉口的排队，避免下游交叉口的排队队尾堵必须考虑短交叉口的排队，避免下游交叉口的排队队尾堵塞上游交叉口的交通。塞上游交叉口的交通。绿时差优选绿时差优选12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）81 a.SCOOT优选周期时长以子区为单位；优选周期时长以子区为单位； b .每隔每隔2.55min对控制小区每个交叉口的周期时长作一次对控制小区每个交叉口的周期时长作一次运算，以关键交叉口周期长作控制小区公用周期长；运算，以关键交叉口周期长作控制小区公用周期长； c.周期时长的调整量是周期时长的调整量是 4s 8s

65、； d .以控制小区内关键交叉口的饱和度限于以控制小区内关键交叉口的饱和度限于90%为目标；为目标； 周期时长的优选周期时长的优选12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）82 e. e.考虑考虑“双周期双周期”信号，如因配信号，如因配“双周期双周期”信号而使整体信号而使整体PIPI值最优时，对选定的周期长可另作调整；值最优时，对选定的周期长可另作调整； f. f.考虑最短周期时长与最大周期时长的限制；考虑最短周期时长与最大周期时长的限制； g. g.周期时长优选不考虑拥挤系数，仅在绿信比与绿时差优周期时长优选不考虑拥挤系数，仅在绿信比与绿时差优选中考虑拥挤系数。选中考虑拥挤系数。周期时长的优选周期时长的优选12.3 12.3 自适应式联机操作系统自适应式联机操作系统（理解）（理解）83 掌握掌握区域交通信号控制系统的分类，区域交通信号控制系统的分类，按按控制策略、控制方式控制策略、控制方式方案选择式的不同分类。方案选择式的不同分类。 理解理解TRANSYT、SCATS、SCOOT其优化的基本原理和基其优化的基本原理和基本思想。本思想。小小 结结 OVER