城市交通控制系统的发展

城市交通控制系统的发展

摘要

摘要

摘要：城市交通信号控制系统控制着城市经济活动的命脉, 其效率高低直接影响着社会经济的发展, 因而备受社会各界关注。文章首先简单回顾了城市交通信号控制系统的发展过程, 从控制模型、优化算法等方面分析和讨论了SCOOT、SCATS和ACTRA等几个国外典型的交通信号控制系统, 并指出了它们的特点和不足; 然后分析了南京NUTCS、海信HiCon和深圳SMOOTH等三个国内有代表性的交通信号控制系统, 综述了国内该领域的研究成果和现状; 最后从公交优先、混合交通、标准化和模块化、控制方式智能化以及系统集成化等五个方面对交通信号控制系统的发展方向提出了展望和建设性建议。

关键词：交通信号控制实时自适应现状发展

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ABSTRACT

ABSTRACT

Abstract：Urban traffic signal control system controls the economic lifeline of cities, and its

efficiency level directly affects the socioeconomic development state, so it has received much concern from the whole society. Firstly, this paper briefly reviews the development course of the urban traffic signal control system, analyzes and discusses the control model and optimization algorithms and other aspects of the foreign typical traffic signal control systems such as TRANSYT, SCOOT, SCATS, and soon, and points out their features and weaknesses. Secondly, analyzing three domestic representative traffic signal control systems such as NUTCS, HiCon, and SMOOTH, this paper summarizes the domestic research achievements and current status in this filed. Finally, it puts forward the development outlook and some constructive suggestion to the traffic signal control system in public transport priority, mixed traffic, standardization and modularization, intelligent control and system integration.

Key words: Traffic Signal Control, Real Time Adaptive Status,Development

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目录

摘要--------------------------------------------------------------------------------------------------------- I ABSTRACT----------------------------------------------------------------------------------------------------II 第1章国外交通信号控制系统发展现状---------------------------------------------------------------- 1

1.1 SCOOT系统------------------------------------------------------------- 1 1.2 SCATS系统------------------------------------------------------------- 1 1.4 SPOT/UTOPIA系统------------------------------------------------------------------------------- 2 1.5 ACTRA系统--------------------------------------------------------------------------------------- 3 第2章国内交通信号控制系统发展现状------------------------------------------------------------- 3

2.1 南京城市交通控制系统--------------------------------------------------------------------------- 3 2.2 海信HiCon交通信号控制系统----------------------------------------------------------------- 4 2.3 深圳市SMOOTH交通信号控制系统---------------------------------------------------------- 4 第3章展望和建议---------------------------------------------------------------------------------------- 4

3.1 要大力发展公交优先------------------------------------------------------------------------------ 4 3.2 系统发展要标准化和模块化--------------------------------------------------------------------- 5 3.3 控制方式要智能化和集成化--------------------------------------------------------------------- 5 第4章总结------------------------------------------------------------------------------------------- 5 参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6

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第1章国外交通信号控制系统发展现状

第1章国外交通信号控制系统发展现状

自1868年英国伦敦首次使用煤气信号灯以来, 道路交通信号控制经历了百余年的发展。英国、澳大利亚、美国、意大利、德国和加拿大等西方发达国家投入大量的人力、物力研究交通信号控制系统, 取得了一系列成果。目前比较成功的典型的交通信号控制系统有TRANSYT、SCOOT和SCATS等等。

1.1 SCOOT系统

SCOOT( Split Cycle Offset Optimization Tech-nique, 绿信比周期长相位差优化技术) 是TRL( TRLL改名的) 与PEEK公司、西门子公司在TRANSYT基础上于1979年研制成功的在线TRANSYT系统, 是一种方案生成式自适应区域协调控制系统, 目前最新版本是SCOOTMC3。SCOOT系统通过检测器定时采集和分析交通信息, 交通模型和优化程序配合生成最佳配时方案, 最后送入路口信号机予以实施; 其优化程序采用小步长渐近寻优方法, 连续实时地调整绿信比、周期和时差三个参数, 不但降低了计算量, 而且也很容易跟踪和把握当前的交通趋势; 系统检测器信息的敏感度低, 所以优化器的个别错误不会导致整体的关键错误。不足之处在于, 一是采用集中式控制结构, 难以实现较大区域的控制; 二是建立交通模型需要采集大量路网信息和交通流信息, 耗时费力; 三是绿信比优化依赖于对饱和度的估算和小步长的变化幅度, 有可能不足以及时响应每个周期的交通要求; 四是信号相位和相序事先固定, 不能参与自动变化; 五是控制子区的自动划分问题尚未解决; 六是饱和流率的校准尚未自动化, 现场安装调试相当繁琐。

1.2 SCATS系统

SCATS( Sydney Coordinated Area Traffic System,悉尼协调区域交通系统)是澳大利亚新南威尔士道路交通局于20世纪70年代末研究成功的一种实时自适应区域控制系统, 确切地说它是一个实时方案选择型的区域控制系统, 目前最新版本SCATS。SCATS系统事先利用脱机计算的方式为每个交叉口设定4个绿信比方案、5个内部相位差方案和5个外部相位差方案, 把信号周期、绿信比和相位差作为独立的参数分别进行优选, 优选算法以“综合流量”和“饱和度”为主要依据。

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第1章国外交通信号控制系统发展现状

1.3 RHODES系统

RHODES( Rea-l time, Hierarchical， Optimized, Distributed and Effective System, 实时、递阶、最优化的、分布式且可实施的系统)是由美国亚利桑那大学开发成功的一个实时自适应区域交通控制系统,测试表明该系统对半拥挤的交通网络比较有效。RHODES以相位可控化、有效绿波带、和预测算法为核心技术。相位可控化是根据到达车辆的预测值, 用动态规划的方法找出最优相序和相位长度。有效绿波带是根据当前车队预测值用决策树法进行网络综合优化并实时生成行进绿波带, 使延误和停车次数最小。系统通过APRES NET预测模型, 预先获得必要的交通流信息, 并对其提前做出及时有效的相应; 采用非参数化控制模型来完全适应实时交通信号控制, 该模型不再利用传统的周期、相位差和绿信比等参数来确定配时方案, 而是改用相序和相位长度来确定配时方案。不足之处在于, 一是没有建模解决公交车上下客对其他交通流及其本身造成的延误, 二是系统高层优化有待于进一步研究。

1.4 SPOT/UTOPIA系统

SPOT( Signal Progression Optimization Technology, 信号连续优化技术) /UTOPIA(Urban Traffic Optimization by Integrated Automation, 基于集成自动化的城市交通优化)是由意大利Mizar Automazione公司开发的分布式实时交通控制系统; 设计目标是同时改善私人和公共运输效率; 最早于1985年应用在意大利的都灵, 取得了比较令人满意的效果。SPOT/UTOPIA系统由SPOT(本地)和UTOPIA(区域)两部分组成。

SPOT是一个小型的分布式交通控制系统, 在每个交通控制器上使用微观模型完成本地最优化工作---使总费用函数最小; 它可以独立工作, 单个SPOT系统最多管理6个路口。U-TOPIA是一个面控软件, 可协调组织多个SPOT系统(作为子区)以组成区域控制系统; 它使用基于历史数据的宏观交通模型来优化控制策略, 每个子区使用相同的周期长度; 系统引入权重概念以实现其在公交优先功能中的特殊控制目标: 在尽可能保证公交车不遇红灯的情况下, 使私家车总旅行时间最短。

不足之处是该系统更适合公共交通发达的交通情况, 在公共交通一般或者不发达的情况下信号控制策略则需要进一步加强。

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第2章国内交通信号控制系统发展现状

1.5 ACTRA系统

ACTRA( Advanced Control &Traffic Responsive Algorithm, 先进控制和交通响应算法)系统由美国西门子公司开发, 是目前技术比较领先的交通信号控制系统软件之一, 先后为汉城( 1998年)、亚特兰大( 1996年)、盐湖城( 2002年)、北京( 2008)等奥运城市提供了交通控制服务。

ACTRA系统符合NTCIP协议( National Transportation Communications for ITS Protocol，国家智能交通通信协议), 具有良好的开放性, 实际应用中能够实现对基于NTCIP协议的第三方信号机的正常监控和管理; 采用ACS-L( Adaptive Control Software-Lite)算法来实现区域自适应协调, 该算法基于先进的分布式系统实时采集交通数据, 在本地信号机上实现区域优化。

第2章国内交通信号控制系统发展现状

国内交通信号控制系统起步较晚, 20世纪70年代北京市采用DJS 130型计算机对干道协调控制进行了研究; 20世纪80年代以来国家一方面采取引进与开发相结合的方针, 先后建立了一些城市道路交通控制系统; 另一方面投入力量研发城市交通信号控制技术, 开发适应我国以混合交通为主要特点的智能交通控制系统。

2.1 南京城市交通控制系统

南京城市交通控制系统(简称NUTCS)是我国自行研制开发的第一个实时自适应城市交通信号控制系统, 是在原国家计委和国家科委的批准下,由交通部、公安部和南京市共同完成的, 是国家重点科技攻关项目(编号2443), 多次获得公安部和国家的技术大奖。

NUTCS结合了SCOOT与SCATS的优点, 满足和适应国内路网密度低而且路口间距悬殊的道路条件以及混合交通突出的交通特点; 通常采用路口级和区域级两级控制结构, 需要的情况下可以扩充为路口级、区域级和中心级三级分布式递阶控制结构; 系统设置了实时自适应、固定配时和无电缆联动控制三种模式, 具有警卫、消防、救护、公交信号以及人工指定等功能, 工作方式灵活, 功能完备。

不足之处在于, 一是机动车与非机动车控制模式尚不完善, 仍然大量存在车流相互影响的情况,限制了系统运行效果; 二是优化目标只是综合考虑了行车

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第3章展望和建议

延误、停车次数和阻塞度, 但未把提高道路能力作为系统目标加以充分考虑。

2.2 海信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公司开发的从路口信号机、通信服务器到区域控制服务器、中央控制服务器的整套智能交通解决方案, 包括HSC 100系列交通信号机、HiCon交通信号控制系统软件、CMT交通信号机配置与维护工具软件。

系统针对混合交通的现状建立了机非混合控制模型来控制混合交通流; 采用多层次分布式控制结构, 分为控制平台层、控制中心层、通信层和路口层四层; 具有完整的算法体系, 包括区域协调控制算法、感应式协调控制算法、行人二次过街算法、城市快速出入口与城市路口的协调控制算法以及突发事件的检测算法, 支持NTCIP开放协议, 满足最新的国家标准。

2.3 深圳市SMOOTH交通信号控制系统

SMOOTH交通信号控制系统采用分布式控制模式、三层体系结构、大型数据库、多服务器协同处理; 针对深圳市高饱和度、高复杂度、高期望值的交通需求, 和规律性、可变性、随机性相结合的交通特征, 采用了灵活有效的控制策略, 在平峰时段追求通行能力最大, 高峰时段追求拥挤度最小; 系统吸收了KATNET系统识别交通状态的方法、SCOOT系统临近预测的策略以及SCATS系统战略控制与战术微调相结合的手段, 提出了基于交通状态识别下的多目标决策控制策略以及单路口自适应控制和路网区域协调控制相结合的综合解决方案。深圳市应用结果表明, 该系统达到了设计目标和应用要求, 有效降低了路网的行车延误、提高了通行能力, 交通堵塞状况得到明显改善。

第3章展望和建议

现代城市交通信号控制系统不再是仅控制交叉口交通信号, 而是集交叉口交通信号控制、城市区域信号控制和城市快速路及高速公路交通信号控制于一体。日益增加的交通需求和交通压力要求我们必须综合利用各种新理论和新技术创新发展交通信号控制系统。

3.1 要大力发展公交优先

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第4章总结

优先发展快速公交, 在硬件设施上保证和实现公交优先; 大力发展以射频识别技术为主的公交优先交通信号控制系统, 出于安全考虑尽可能不要发展基于全球定位系统的公交优先交通信号控制系统。要深入研究我国交通特点, 特别是针对混合交通比重大、自行车数量多的特点, 研究和开发高效的自适应控制模型和优化算法。

3.2 系统发展要标准化和模块化

标准化才能打破传统的封闭局面, 吸引更多的商家和力量投入到系统发展中来; 实现设备通用化, 引入同业竞争从而促进交通信号控制系统更好地发展; 模块化则有利于系统的开发研制和升级换代。

3.3 控制方式要智能化和集成化

要充分利用近年来长足发展的人工智能技术、自动控制技术、信息融合技术、计算机技术以及通信技术, 把模糊控制、神经网络、遗传算法、混沌理论以及专家系统等理论技术应用到实际控制系统中, 充分利用多种来源的信息, 充分考虑交通系统的非线性、模糊性和不确定性, 真正实现智能化的交通控制。

作为智能交通系统的重要分支, 交通信号控制系统的发展要有系统工程的思想, 要与交通诱导、交通规划与管理、智能车辆系统等其他智能交通系统分支系统紧密集成,这也是今后发展的一个重要方向。

第4章总结

本文系统总结了城市交通信号控制系统在国内外的发展概况, 指出了部分控制系统的优缺点,分析了现代城市交通信号控制系统的发展趋势, 并给出了自己的建议。

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参考文献

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