交通信号控制系统的现状与发展.docx

交通信号控制系统的现状与发展Michael Bai1我国信号机产品市场现状12我国信号机产品发展及标准情况22.1我国信号机产品发展情况22.2信号机产品标准22.3信号机通讯手段32.3.1串口通讯32.3.2电话通讯32.3.3基于TCP/IP的网络通讯42.4我国信号机产品的技术现状及发展42.4.1多时段定时式信号机42.4.2感应式信号机52.4.3集中协调式信号机52.5目前我国信号机产品存在主要问题62.5.1质量问题62.5.2使用问题73当前主流信号机系统在我国的应用73.1SCOOT系统73.2ACTRA系统83.3SCATS系统93.4ITACA系统123.5HiCon系统134未来市场展望141 我国信号机产品市场现状2 我国信号机产品发展及标准情况2.1 我国信号机产品发展情况2.2 信号机产品标准2.3 信号机通讯手段信号机通讯的手段有多种、目前比较流行的有：串口通讯、四芯电话通讯以及基于TCP/IP协议的网络通讯。2.3.1 串口通讯串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是信号机设备通用的通信协议；同时、串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据及向远程发送控制指令。串口通讯安装调试灵活、部署方便。所以的大多数信号机都采用这种方式。信号机串口通讯方式2.3.2 电话通讯当前也有不少信号机采用的是电话的通讯方式、这种方式在成本上比较方便、可以利用城市现有的通讯系统、或者在一些没有网络或光纤的地方部署。电话通讯的方式如下图所示：2.3.3 基于TCP/IP的网络通讯随着网络和数字技术的不断发展、基于TCP/IP协议的信号机系统正在成为主流的发展方向、基于TCP/IP协议的信号机在安装、调试及后期维护方面都有着巨大的优势、而且在管理的控制方面也更加符合模块化设计的需要、方便使用。基于TCP/IP协议通讯的信号机2.4 我国信号机产品的技术现状及发展2.4.1 多时段定时式信号机2.4.2 感应式信号机2.4.3 集中协调式信号机2.5 目前我国信号机产品存在主要问题2.5.1 质量问题2.5.2 使用问题3 当前主流信号机系统在我国的应用3.1 SCOOT系统SCOOT(Split-Cycle-Offset Optimization Technique)即“绿信比-信号周期-相位差优化技术”、是一种对道路网交通信号实行协调控制的自适应控制系统。由英国交通与道路研究所于1973年开始研究开发、1979年正式投入使用。20世纪90年代该系统进行了多次升级、目前最新版本为4.5版。SCOOT系统是一种实时自适应控制系统、其硬件组成包括3个主要部分：中心计算机及外围设备、数据传输网络和外设装置（包括交通信号控制机、车辆检测器或摄像装置及信号灯）。软件大体由5个部分组成：1）车辆检测数据的采集和分析；2）交通模型（用于计算延误时间和排队长度等等）；3）配时方案参数优化调整；4）信号控制方案的执行；5）系统检测。以上5个子系统相互配合、协调工作、共同完成交通控制任务。SCOOT系统是方案形成式控制方式的典型代表、是一种实时自适应交通信号控制系统。SCOOT系统通过连续检测道路网络中交叉口所有进口道交通需求来优化每个交叉口的配时方案、使交叉口的延误和停车次数最小的动态、实时、在线信号控制系统。概括来讲、SCOOT系统具有5个特点。 1. 实用性强、几乎不受城市交通出行方式、出行起讫点分布、土地使用情况、季节性和临时性交通变化以及天气和气候变化的影响。 2. 对配时参数的优化是采用连续微量调整的方式、稳定性强。 3. 个别交通车辆检测器错误的反馈信息几乎不影响SCOOT系统对配时方案参数的优化、而且该系统对这类错误的信息有自动鉴别和淘汰功能。 4. 对路网上各交叉口信号配时方案的检验和调整、每秒钟都在进行、所以能对路网上交通状况的任何一种变化趋势做出迅速的反应。 5. SCOOT系统能提供各种反映路网交通状况的信息、为制定综合管理决策创造了有利的条件。但是、SCOOT系统几乎所有相关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、数学模型的精确度越高、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。目前我国使用SCOOT系统的主要有：北京、大连、成都、青岛、绵阳等地。3.2 ACTRA系统ACTRA(ADVANCED CONTROL & Traffic Responsive Algorithm)是由美国西门子公司开发的一个信号控制系统软件、是目前世界上技术比较领先的交通信号控制系统软件之一。ACTRA交通信号控制系统主要由三大模块组成：中心控制模块、通信模块及路口信号控制模块。ACTRA这种较先进的交通信号控制系统具有以下主要特点。 1）技术先进、性能可靠、应用较广泛。ACTRA系统是西门子美国公司较成熟的交通控制系统、是该公司的第三代系统、应用了许多新的技术和方法、并为一些奥运城市提供了交通控制服务、如汉城Seoul(1998)、亚特兰大Atlanta（1996）、盐湖城Saltlake（2002）都使用了这种交通控制系统。这些经验将应用到北京2008奥运城市建设上。 2）标准的符合性、软件的开放性。ACTRA系统符合美国ITS框架的NTCIP协议及其他标准、其设备的通信协议采用了当前主流的协议、如TCP/IP等、这些都是系统开放性和扩展性的基础。测试表明、Actra可以实现对基于NTCIP协议的第三方信号控制器的正常监控和管理。 3）ACTRA采用当前先进的浏览器界面、友好图形用户界面和视频显示技术。采用GIS和介入第三方图像生成技术、可进行城市计算机地图图形显示（在工作站或显示墙上）、显示运行相应的配时方案以及不同任务同时管理的Windows界面。同一界面多路口实时显示、区域路口交通堵塞颜色显示、干线路口动态灯色通过显示。并提供路口作图工具、具有一定地图制作功能。 4）智能化的ATC2070现场信号机。ATC2070控制机是一种最新的开放式结构的信号机、信号机的软件和硬件分离、可分别按照2070ATC的硬件和软件的标准由不同供应商竞争获得、大大降低成本、提高采购自主性。2070ATC信号机软件具有自适应和多种灵活的控制战略、使得系统的许多自适应控制运算在下端完成、提高整个系统的反应速度。在系统未建成时或故障情况下、本地信号机仍能实施有效的自适应控制。同样由于信号机的智能化功能使得系统的整体反应速度和适应各种复杂交通条件的能力得到有效提高、这是ACTRA系统比其他系统优越的特点之一。 5） 自适应反应迅速、更加实用。交通响应模式使得系统根据交通变化或非典型交通进行系统范围的优化配时方案的执行。通过从分配的系统检测器上获得的数据对子区的周期长、绿信比和相位差分别自适应调整和控制；同时由于现场信号机具有相当的智能化、使得许多协调运算都可在信号机范围内完成、这种既可通过中心又可通过路口控制器控制的客户/服务器系统会更加适合实时多变的中国交通情况。ACTRA系统2005年开始在北京使用。经过新建信号系统一期（2005年）、新建信号系统二期（2006年）、信号系统奥运工程的建设、目前已建设750处、基本实现朝阳、海淀、丰台三个区的四环路内地区的信号系统覆盖。根据资料、北京全市的城市道路交通信号控制路口（含路段行人控制）的数量目前已超过1700处、五环以内城区的信号控制路口（含路段行人控制）为1114处、其中、计算机区域交通信号系统控制的路口规模为650处、规模性建设使用的系统为SCOOT系统和ACTRA系统、其中SCOOT系统控制了以二环以内为主的近350处路口、而ACTRA系统的使用正在大张旗鼓地建设中。在北京市公安局交通管理局交通信号控制系统一期工程中、ACTRA系统已经将300台符合NTCIP规范的西门子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。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、以发挥系统控制的效益。3.3 SCATS系统SCATS 系统是澳大利亚新南威尔士州道路交通局（RTA）为在悉尼市实施信号控制、于70 年代开发成功的系统。之后、它的高效性和对道路环境的广泛适应性、逐渐被其它澳大利亚和新西兰的城市及大量海外城市所认同、到目前为止、世界上已有70 多个城市安装了SCATS 交通管理系统、其中包括美国、爱尔兰、墨西哥、斐济、以色列以及大部分东南亚国家、系统本身也逐渐发展成为一个完整的交通管理系统、并且能够与其它智能交通系统完美地集成在一起、以发挥系统的整体效益、为现代交通管理服务。SCATS 系统无论是在控制技术还是在智能交通应用方面、都处于交通科技的最前沿、是世界领先的交通管理系统。自问世以来、SCATS 应用最新的科技发展、不断地改进和加强其功能。最新的SCATS6 版本、更是体现了以用户的需求为导向的开发宗旨、为交通管理者的使用和决策提供更多和更灵活的手段。更重要的是、新技术的使用、使系统造价不断地降低。新的SCATS 系统应用在PC 基础上、增加了一台主机能够控制的路口数量。在改进管理和监测功能的同时、还改进了数据采集和报表能力。SCATS6 可以根据用户的需要和财政预算、提供以下三种不同的配置： 完全交通自适应控制 固定配时控制 拨入式控制SCATS 是一个具有广泛适应性的系统、世界各地的工程师根据道路应用环境的不同、对其做不同的配置、以满足本地的需求。1. 自适应控制不断变化的交通与固定配时系统不同、SCATS 不需要事先计算信号配时方案。系统及控制器的逻辑与算法、通过分析检测器采集的实时交通信息、制定信号配时、以满足主流交通的需求。很多交通控制系统是根据一系列预先计算好的信号配时、在一天中的不同时段调用。每一个配时方案只适合指定的路口、该路口与其它路口交通流量的关系、是依靠预先交通调查的数据确定的。通常、固定配时系统不能处理不可预测的交通情况。针对这个问题、在SCATS6 的固定配时运行方案（FTP）中、改进了决策算法、提高了离线运行时的控制效率。2. 无需更新配时方案由于交通条件的变化、固定配时方案会在短期内变得过时、需要对控制区域重新进行交通调查、并计算相应的配时方案。实践证明这项工作是昂贵耗时的、且不是随时可以做的、需要精心准备。因此方案更新工作往往不能按时进行、使旧的方案超时工作。或者对个别路口临时修改、没有系统性、降低系统整体效益。在自适应模式运行时、SCATS 无需更新配时方案。3. SCATS 提供实时响应实时交通控制系统、如SCATS、可以在一定程度上适应不断变化交通的需求。SCATS 可以提供可变的相位序列、当没有交通需求时、跳过相应的相位。SCATS系统拓扑图SCATS系统操作界面在亚洲、SCATS 系统被广泛地安装在菲律宾、印度尼西亚、新加坡、马来西亚等国家的城市中、显示了系统对该地区道路交通环境的适应性。在中国、SCATS 应用在包括香港、上海、广州、沈阳、苏州、杭州、宁波、石家庄、宜昌和天津等12 个城市中、所控制的路口超过4500 个、其数量远远超过其它所有控制系统装机量的总和。这一广大用户群体的应用经验、是SCATS 系统在中国成功应用的宝贵资源。SCATS 系统基于负反馈控制技术原理、融合近30 年的应用经验与最新的科技成果、为交通管理者提供有力的管理手段。同时、它的自校准与自适应性、大大降低了系统应用的技术难度、使系统可以充分发挥其作用、也为系统的不断扩充与相应的应用管理提供了技术基础。实践证明、一个交通控制系统仅仅具有技术的先进性是不够的、它还必须同时具有易用性、因为建成后的运营与维护管理、是系统能否真正发挥作用的重要因素。在道路条件复杂的上海、SCATS 系统的装机量已经达到1000 台、香港达到800 台、而其它的系统也从几十台到几百台、在各城市的交通管理中均起着举足轻重的作用。这一应用成果、充分显示了SCATS 系统在中国城市道路交通环境中应用的有效性与适用性。在苏州、SCATS 系统与地理信息系统（GIS）、交通诱导系统及交通指挥系统集成在一起、是苏州现代化交通管理与指挥系统的重要组成部分。这也显示了SCATS 在智能交通应用方面的技术能力。浦东交警自2000年开始发展道路交通SCATS控制系统至今、目前已完成前四期联网建设、初步实现了四个功能区域（陆家嘴、花木、金桥、张江）480余个交叉口SCATS联网协调。据悉、SCATS六期联网工程作为迎世博600天项目也已启动、六期工程覆盖三林世博功能区95以上道路交叉口、覆盖面积80余平方公里、包括三林镇、上钢新村、周家渡街道、北蔡镇、东明路街道等交叉口、在2009年底全部投入使用。到2010年前、整个新区范围内主要道路上的信号灯将全部完成系统联网。据悉、运用SCATS完成交通流量自动采集、存储、分析、实时记录区域交通流量、流向变化情况、为交警部门掌握全局性交通变化特征、切实制定管控措施、科学部署警力配置等方面提供有力的数据支撑和分析依据。“完成这个联网后、我们可以根据具体交通流量、及时告知市民道路的拥堵情况、还可以将具体的绕行路线提供给市民。”浦东交警支队长王履敏告诉记者。同时、一旦发生突发事件、这个智能系统还可以自动报警、民警接到报警后即可迅速赶来处理。3.4 ITACA系统Telvent Trfico y Transporte作为一家长期从事交通控制的知名公司和西班牙Oviedo大学合作、在总结前人经验的基础上、于1990年开发研制了一套自适应交通信号控制系统ITACA (Intelligent Traffic Adaptive Control of Areas)系统。该系统是基于线圈实时收集数据、在计算机模型中仿真实时优化运行、并实时下达交通控制指令、以达到最佳交通控制效果的先进系统。ITACA系统在世界多个城市成功运行、表现优秀、在国内的北京、武汉等城市有小规模应用、近期还将在其它城市大规模使用。ITACA系统控制分为三个等级：第一级为控制中心、它通过区域控制器与路口机相连接。第二级为区域控制器CMY。第三级为路口控制器RMY1stLevel2ndLevel3thLevel外场设备控制中心CMYRMYITACA系统结构图ITACA系统有以下主要的特点：每5秒钟就对交通数据进行一次收集和处理。对每个路口都生成相应的参数以区别对待。（系统中有每个路口在整个网络中准确位置、因此系统从每个路口的所有邻近路口都收集信息）每过几个周期就根据系统的计算结果对每个子区域的周期长度进行一次调整。每个周期都根据系统的计算结果对每个路口不同灯组的绿灯时间进行分配调整、即绿信比调整。每个周期都根据系统的计算结果对每个路口的周期开始时间进行调整、即相位差调整。可以根据交通专家的经验、对系统进行优化。ITACA系统操作界面ITACA系统的主要应用城市有：西班牙马德里、巴西圣保罗、马来西亚吉隆坡、最我国主要城市有：长春市信号机系统、广西南宁市信号机系统、河南郑州市信号机系统、辽宁抚顺市信号机系统、河南新乡市信号机系统、新疆乌鲁木齐信号机系统、内蒙古鄂尔多斯信号机系统、云南曲靖信号机系统。3.5 HiCon系统海信HiCon系统、是世界上正在应用的三大智能交通系统之一。海信自主开发的HiCon自适应交通信号控制系统、其先进性程度得到智能交通领域专家认可、彻底打破国外大公司在信号控制系统上垄断局面。2005年12月、海信交通信号控制系统以第一名的成绩中标2008奥运城市北京市智能化交通项目、 2006年初、海信交通信号控制系统再次中标北京市快速路交通信号控制项目、对全面改善北京交通状况起到良好促进作用。目前海信城市交通已经成功应用于北京、福州、厦门、青岛、烟台、威海、淄博、龙口等地市。而且完全是我国自主研发的系统。但是由于产生年代不是很长、所以这方面的技术资料并不是很多。4 未来市场展望 Michael Bai EMAIL：Baijigenyq