chap7区域交通信号控制系统（含图片）

1 1 本章内容： z第一节 概念与分类 z第二节 定时式脱机操作系统 z第三节 自适应式联机操作系统 第7章 区域交通信号控制系统 2 z主要内容：了解区域交通信号控制系统 的分类，定时式脱机操作系统和自适应 式联机操作系统的基本原理。 z重点与难点：TRANSYT、SCOOT、SCATS三 种具有代表性的控制系统的控制原理和 基本思想。 第7章 区域交通信号控制系统 3 第一节 概念与分类 z 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。 – 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综合控制系统。 z 建立这种概念的好处： 1）整体监视和控制 2）可因地制宜地选用合适的控制方法 3）可有效、经济地使用设备 4 区域控制系统的发展 z 是随着交通控制理论的不断发展，通讯、检测、计算机技 术在交通控制领域的广泛应用而发展起来的。 z 早期的区域控制系统着重于对周期、绿信比和时差等交通 信号参数进行最优控制。 z 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、数据采集与传输、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。 z 区域控制系统可实施城市交通运输的策略，提高现有道路 的交通效率，改善道路交通安全，节省能源消耗，减少环 境污染，收集交通数据，提供交通情报，为整个社会提供 综合的经济效益。 z 是缓解城市交通问题的重要措施。 5 二、分类 z 1. 按控制策略分 （1）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，进行脱机 优化处理，得出多时段的最优信号配时 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，存 入控制器或控制计算机内，对整个区域交通实施 多时段定时控制。 特点：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。 6 （2）适应式联机操作控制系统 z 是一种能够适应交通量变化的“自适应控制系 统”，也叫“动态响应控制系统”。在控制区域 中设置检测器，实时采集交通数据并实施联机 最优控制。 z 特点：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，提高了控制的效益。 2 7 （1）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。 （2）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。 2. 按控制方式分类： 8 3.按控制结构分 （1）集中式计算机控制结构 （2）分层式计算机控制结构 有何区别？ 结构、成本、 可靠性、技术 维护方面 9 1）集中式计算机控制结构 z 将网络内所有信号联结起来，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。 z 优点： （1）全部控制设备只位于一个中心，操作方便； （2）系统的研制和维护不太复杂； （3）所需设备较少，维修容易。 z 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，并限制了集中控制的区域范围。 10 2）分层式计算机控制结构 z 整个控制系统分上层控制与下层控制。 z 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 改下层控制的决策。 z 下层控制则根据修改后的决策方案再做必要的调整。 z 上层控制主要执行全系统协调优化的战略控制任务 z 下层控制主要执行个别交叉口合理配时的战术控制任务 11 z 这种结构可以避免集中结构的缺点，可有降级控制 的功能，提高了系统的可靠性；但需增加设备，投 资较高。 z 例如一种三级分层式控制结构： 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 12 z 优点 ¾通过数据的预处理和集中传输，能减少传输费用 ¾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。 ¾能处理实时单元的容量较大（检测器，交叉口信号机等） ¾控制方法和执行能力比较灵活 z 缺点 ¾需要的设备多，投资高 ¾现场设备的维护比较复杂 ¾控制程序比较复杂 ¾要提供更多的控制地点 多级控制的优缺点 3 13 第二节 定时式脱机操作系统 z TRANSYT(Traffic Network Study Tool) “交通网 络研究工具”。是英国交通与道路研究所(TRRL)于 1966年提出的脱机优化网络信号配时的一套程序。 最新版本是11版。 z 美国：TRANSYT-7F z 法国：将TRANSYT改为THESEE和THEBES型 z TRANSYT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。 TRANSYT基本原理图 新的信号配时 优化数据 初始信号配时 仿真模型 优化过程 最佳信号 性能指标PI 网络内的延误及停车次数 周期流量图 网络几何尺寸及 网络交通流信息 15 TRANSYT仿真模型的几个主要环节 1）交通网络结构图式：节点和连线来抽象网络 2）周期流量变化图式 3）车流在连线上运行状况的模拟 z 为描述车流在一条连线上运行的全过程， TRANSYT使用了如下的周期流量图式： （1）到达流量图式（“到达”图式） （2）驶出流量图式（“驶出”图式） （3）饱和驶出图式（“满流”图式） z车流运行过程中的车队离散特性： 曲线拟合参数 ）平均行程时间（车队在连线上行驶时的 离散平滑系数式中： − − − =+= ba sT F Tt bt aF , 8.0 1 把上游连线“驶出”图式上的每一纵坐标值乘以F即可 得到下游停车线的“到达”图式。 综上所述，不难推算出第i个时段内被阻于停车线的 车辆数mi。 辆）。的车辆数个时段内被阻于停车线在第 得；（辆），由饱和图式求个时段内放行的车辆数在第 得；（辆），由到达图式求个时段内到达的车辆数在第 的车辆数（辆）；个时段内被阻于停车线在第式中： (1 )]0(),max[( 1 1 −− − − − −+= − − im iS iq im Sqmm i i i i iiii 于是便可求得第i个时段内驶离连线的车辆数： ni=mi-1+qi-mi ni--第i个时段内驶离连线的车辆数。 由ni可建立其连线的驶出图式，并由此推算下游连 线的“到达”、“满流”和“驶出”图式，依此类推。 4. 车辆延误时间的计算 TRANSYT计算的车辆延误时间是均匀到达延误、 随机延误与超饱和延误之和。 5.停车次数的计算 TRANSYT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。 18 二、优化 z TRANSYT将仿真所得的性能指标(PI)送入优化程 序，作为目标函数； z 以网络内的总行车油耗或总延误时间以及停车 次数的加权和作性能指标； z 用“爬山法”优化，产生较之初始配时更为优越 的新的信号配时； z 把新的信号配时再送入仿真部分，反复迭代， 最后取得PI值达到最小 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 时的系统最佳配时。 4 19 TRANSYT优化的主要环节 1.绿时差的优选 （1）以适当的步距调整交通网上某一交叉口的绿时差， 计算性能指标PI。 （2）若小于初始方案的PI，说明调整方向正确，继续调 整，直到获得最小的PI为止。 （3）若第一次调整后的PI值大于初始方案的PI值，则应 当朝相反方向调整绿时差，直到取得最小的PI. （4）依次对所有其它交叉口做同样的调整。 （5）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。 20 2.绿灯时间的选取 z 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PI值。 z 但调整的过程中，绿灯时间不能小于规定的 最短绿灯时间。 产品说明 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 中 的思路性的介 绍，----黑匣子 21 3.控制子区的划分 z 在信号联网协调控制时，一个范围较大的路网 要分成若干个相对独立的部分，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。 z 以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。 22 4. 信号周期的选择 z TRANSYT可以自动地为每个子区选择一个 PI最低的公用信号周期时长，同时还可 确定哪几个交叉口应采用双周期。 z荷兰的改进：对饱和和超饱和情况的处 理，设定车队长度极限 23 适用性 z TRANSYT是最成功的静态交通信号控制系统，它被世界 上400多个城市所采用。 z 但也存在着许多不足： – 第一，计算量很大，在大城市中这一问题尤为突 出； – 第二，周期长度不进行优化，很难获得整体最优的 配时方案； – 第三，离线优化，需大量的路网几何尺寸和交通流 数据。在城市发展较快时，为保证可信度需要花费 大量时间、人力、财力重新采集数据再优化，制定 新方案。 z 这种系统不需大量设备、投资低、容易实施，所以比 较适用交通增长已趋稳定的地区。 24 5.输出结果 （1）饱和度 （2）平均延误时间 （3）正常相位延误 （4）随机与过饱和延误 （5）平均最大排队长度 （6）平均超额排队长度 （7）运行指标（PI值） （8）绿灯时间 （9）流量—时间图式 5 25 6 .其他产品 美国在英国TRANSYT（7）的基础上改进为 TRANSYT—7F，目前最新版本为第9版；法国 也把TRANSYT改进为THESEE及THEBES 26 7.TRANSYT—7F10demo版界面 27 交叉口信息输入表 28 交叉口相位图表 29 周期交通量图式 30 到达流量图式 6 31 推荐交叉口配时方案 32 道路结构显示屏 33 新建文件对话框 34 地图显示屏幕 35 地图特性对话框 36 交叉口交通特性显示图 7 37 交叉口配时图 38 方案分析屏幕 39 饱和交通流量计算图 40 排队显示图 41 相位次序优化图 42 输出结果图 8 43 一周期内各进口的延误和停车次数图 44 一周期内的道路特性图 45 时空行进图1 46 时空行进图2 47 时空行进图3 48 第三节 自适应式联机操作系统 z 定时式脱机操作系统具有不能适应交通随机变 化的缺点。 z 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 的自适应控制系统。 （1）以方案选择式优选配时方案与单点感应控制 作调整相结合的控制系统——SCATS为代表 （2）方案形成式则以SCOOT为代表 9 49 一、SCATS z SCATS(Sydney Co-ordinated Adaptive Traffic System) z 是一种实时自适应控制系统，由澳大利亚开发。 20世纪70年代开始研究，80年代初投入使用。 z 控制结构为分层式三级控制： z 1）中央监控中心 z 2）地区控制中心 z 3）信号控制机 50 SCATS系统结构 z 完整的SCATS系统是一种分层式三级控制结构：中央监控 中心-地区控制中心-信号控制机。 51 z SCATS在实行对若干子系统的整体协调控 制的同时，也允许每个交叉口“各自为政” 地实行车辆感应控制，前者称为“战略控 制”，后者称为“战术控制”。这样可提高 控制效率。 z SCATS实际上是一种用感应控制对配时方 案可作局部调整的方案选择系统。 52 SCATS优选配时方案的各主要环节 1.子系统的划分与合并 （1）由交通 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 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。所定的子系统由1~10 个交叉口组成，作为控制系统的基本单位。 （2）在优选配时参数的过程中，SCATS用“合并指数”来判 断相邻系统是否需要合并。 （3）若“合并指数”累积值达到4，认为达到合并的标准。 采用“信号周期时长”中较长的那个为合并后的周期长。 （4）在必要的时候合并的子系统也可以分开。 动态过程 53 2. SCATS配时参数优选“算法”简介 •根据埋设在每条车道停车线后面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 择子系统的各项配时参数。 •作为实时方案选择系统，SCATS要求事先利用脱机计算的方 式，为每个交叉口拟订4个可供选用的绿信比方案、5个内部 绿时差方案、5个外部绿时差方案。 •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。 •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。 54 z SCATS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。 z优化过程中使用的算法以所谓“综合流量”及 “饱和度”为主要依据。 （1）饱和度：SCATS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。 2. SCATS 参数优选算法简介： 10 55 （2）综合流量：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，SCATS引 入了一个虚拟的参量“综合流量来反映通过停车 线的混合车流的数量”。 z 综合流量q´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实 际出现过的最大流率来确定。公式为： z q′=DS×g×S/3600 56 3.信号周期时长的选择 z 在一个子系统内，根据其中饱和度最高的交叉 口来确定整个子系统应当采用的周期时长。 z 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，其长度变化限制在正负6s之 内。 57 z 对每一个子系统范围，SCATS要求事先规定信号 周期变化的四个限制，即周期最小值Cmin，周期 最大值Cmax，中等信号周期Cs以及略长于中等信 号周期的Cx. z 一般条件下，信号周期的选择范围只限于Cmax与 Cs之间。 z 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Cs乃至Cmin的信号周期。 58 4.绿信比方案的选择 z 每一交叉口都有4套绿信比方案，分别针对4种 交通负荷。 z 每一方案中绿灯时间、信号相位的次序都可以 是不相同的。 z SCATS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。 z 绿信比方案的选择，每个周期都要进行一次。 59 绿信比方案的选择 z 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，则该方案即被选择作 为下一周期的执行方案。 z 一个进口中仅把饱和度最高的车道作为绿信比 选择的对象。 z 绿信比方案的选择和信号周期的调整交错进行。 z 二者结合起来，对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“等饱和度”原则。 60 5.绿时差方案的选择 z SCATS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。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选择。 z 第一种方案，仅用于周期长等于Cmin的情况； z 第二种方案，仅用于周期长满足Cs 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的西门子 2070CBD交通信号控制器纳入系统控制，控制着海淀区 300多个路口。 z 在交通信号控制系统二期上端扩容项目中，正在将450 台交通信号控制器纳入一期ACTRA系统控制，以发挥系