红绿灯控制系统种类.docx

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红绿灯控制系统种类

交通信号控制器是城市交通控制调节重要指挥管理系统，它承载着维持城市道路交通秩序，缓解交通拥堵重任，在传统红绿灯配时方案不能解决城市交通拥堵形势下，智能化信号控制器正为解决未来交通拥堵提供更多科学解决方案。

　　为了解交通信号控制系统发展现状和趋势，我们采访了深圳市博远交通设施有限公司产品经理刘学英，他为我们介绍了交通信号控制系统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，必须适应室外各种复杂环境，如高温高湿、冷热气流循环、电磁干扰、浪涌冲击、等等恶劣气候条件。

　　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生产企业水平良莠不齐，有做得很好高端国有企业，也有许多中低端民营企业。

在国内几十家信号系统生产企业中，能够脱颖而出自然是具有自主知识产权高新技术企业，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、上海宝康、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

　　从现在市场趋势看信号机需求，大中城市对集中协调式及人行过街请求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，方便快捷警察手动功能是一个需求热点。

　　受高铁事件影响，检验标准对交通信号控制器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行人过街时间问题，涉及交通设计过程中以人为本主题，在国内交通信号控制器行人过街功能必将成为热门。

　　国内路口大都配有倒计时器，传统倒计时都是学习型，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，控制系统整体运行则有赖于三个部分协调运作：

其一是前端信息采集系统，利用安装于各路口每条车道上车辆检测器所采集车辆到达信息，实现路口交通流量信息自动采集，按一定间隔统计检测截面交通流量、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地图显示界面上，也可以通过网络以标准数据库文件或文本文件形式传送到交通指挥中心交通信息管理数据库中，以便做相应综合统计分析。

　　其二是中心控制系统，控制方案生成或选择在控制中心信号控制主机上完成，通过对采集信息分析处理，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，使之与变化交通流相适应。

同时对历史方案进行比较分析，减少随机误差，完成方案生成和选择。

　　其三便是安装在各路口控制器，负责监视设备故障（检测器、信号灯和其他局部控制设施），收集检测数据，把交通流和设备性能等数据传送到中心控制系统，接受中心下达指令并按指令操作。

信号机软件设计核心主要集中在三个方面：

一是控制技术，二是控制策略选择，三是优化方法。

而这三方面水平很大程度上取决于选择中心控制系统。

　　1、信息采集系统现状及趋势

　　目前信息采集技术已相当成熟，检测手段包括线圈、地磁、微波，以及现下日趋热门视频检测，炙手可热图像自动识别技术作为目前最前沿视频检测技术，正日益成为交通监控和车辆信息采集热点。

　　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

　　第一代交通信号控制器由于受制于TRANSYT系统，其脱机优化特点要求花费大量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实时变化，同时计算量很大;设置方案是单点、定时，各个路口孤立处理数据，不能联网，因此具有很大局限性。

　　第二代交通信号控制器，即SCOOT系统与SCATS系统下控制器。

由于SCOOT系统是一种交通网络实时协调控制自适应控制系统，是联机动态模型，因此信号机控制是联网，系统集中控制。

　　第三代信号机是由美国提出OPAC分散式控制器，它优质特色在于所需要控制中心工作很少，一个控制点就可以完成该路口点所有控制过程，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，控制器智能化发展方向将体现在以下三点：

第一、具有实时自适应功能，所谓实时自适应，即由于传统TRANSYT系统CFP（周期流分布图）是以历史平均交通流进行计算，而以SCOOT系统为代表控制系统是联机动态模型，CFP是实时测量，因此数据实时性更客观，其针对当下交通状况统计数据更具代表性，分析制定策略也更具效能，明显优于静态系统效果。

第二、控制器具有人工智能特色，具有模糊控制功能，控制模式中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特点，信号机之间可以进行信息交换，实现信号协调沟通。

其控制算法以快捷、高效、安全、准确为目标原则，最大限度缓解交通拥堵，同时发挥道路最大交通承载力。

其控制策略也更趋人性化，考虑行人过街因素，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，通过有线或者无线形式与中心进行通讯，系统中心配置有硬件服务器，中心软件处理原始数据，生成控制策略和配时方案，最优方案通过数据传输系统传递给信号机，信号机将根据最新收到配时方案来控制路网上信号灯运行。

　　从应用需求上看，应城市交通发展需求，很多小城市应用多时段信号机较多，而未来市场需求必然要求更多中高端协调式信号机，虽然真正用到协调机功能比较少，但是信号机必须具备远程调试和过街按钮功能是未来趋势所在。

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发展历程。

世界很多发达国家先后投入了大量人力物力进行交通信号控制系统研发。

其中最有代表性、应用较为广泛系统有英国TRANSYT、SCOOT、澳大利亚SCATS、美国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　and　Road　Research　Laboratory，TRRL）基于离线优化交通控制方法TRANSYT系统可视为第一代现代意义上交通信号控制系统，系统经历不断改进，现己经发展成为先进TRANSYT/9型。

　　该系统是一种脱机配时优化定时控制系统，控制方案中参数绿信比和相位差是通过建立优化数学模型而确定。

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是最成功静态系统，己被世界上400多个城市所采用，产生了显著社会经济效益。

　　该系统不足之处是：

　计算量大，很难获得整体最优配时方案，需要大量路网几何尺寸和交通流数据支撑。

　　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基础上发展起来一种交通网络实时协调控制自适应控制系统，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效果，是现今主流城市交通控制系统之一。

　　SCOOT系统采用控制模式是联机实时控制模式，即动态模式。

它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配时方案，使得交叉口延误和停车次数最小，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相序;安装调试困难，对用户技术要求过高。

同时，系统中几乎所有控制策略模型都是通过数学模型仿真中获得，这就要求抽象数学模型必须准确地反映系统运行状态，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。

　　3、SCATS　-　悉尼协调自适应交通信号控制系统

　　SCATS（sydeny　coordinated　Adaptive　Traffic　system）是由澳大利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，而且以其较低投入受到各国欢迎。

　　SCATS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多个路口不同城市规模需要。

　　SCATS系统能对交通信息（数据）进行实时采集和统计分析，根据交通状况变化实时提出最佳控制方案，结构易于更改，控制方案较为容易变换，实现对交通流自适应最佳控制，保证交通畅通、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，难以监测车队行进，因而时差优选可靠性较差，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）（自适应控制最优策略）是1983年由美国提出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、分布并行处理以便将危险分散，并使优化过程达到最少约束条件。

　　OPAC系统主要有以下几个特点：

　　OPAC引入有效定周期（VFC-Virtuai　Fixed　Cycle）概念，即允许每一个路口周期长度在一个规定时间和空间范围内变化。

其好处是，信号控制机有比较大回旋余地以应付本路口交通请求。

另外，也为两路口间行进中车队改善其通行带保留了一定协调能力。

　　它是一个真正分布式系统，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检测和估计;采用了动态规划、自校正、自调整算法等先进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，并在很多城市得到了广泛应用。

我国北京市在20世纪80年代末期引进是TRANSYT系统和SCOOT系统，上海、沈阳、宁波、杭州和广州引进是SCATS系统，青岛、大连、成都引进是SCOOT系统，深圳引进是日本京三系统，郑州和长春引进是SANCO系统，济南引进是美国UTCS-3GC系统。

　　我国交通信号控制系统研究起步较晚，20世纪70年代北京市采用DJS-130型计算机对干线交通协调进行了研究，20世纪国家采取了引进与自主研发相结合策略，先后在一些大中城市建立了交通信号控制系统，同时国内一些企业也投入了力量进行交通信号控制技术研究，开发适应我国以混合交通为主要特点交通信号控制系统。

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第一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，功能较完备。

　　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情况，影响了系统运行效果。

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公司开发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、中央控制服务器控制结构。

　　系统特点：

（1）系统采用了北美地区智能交通系统标准通信协议NTCIP通信协议，体系完整，通用性与兼容性好。

（2）高效、可靠、开放通讯子系统，保证了内部实时通讯可靠性、效率、可扩展性;同时，真正实现了系统开放性;

　　（3）系统接口透明，提供二次开发能力，便于多系统集成。

　　（4）系统具备良好故障诊断功能：

实时显示路口设备故障状况，并能通过网络实现信号机远程维护功能。

　　（5）系统采用方案选择与方案生成相结合实时优化算法。

　　（6）利用先进预测及降级技术，使得系统对检测器依赖性大大降低。