区域交通诱导系统方案.docx

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区域交通诱导系统方案

城市区域交通动态诱导系统

技

术

方

案

第一章前言

随着改革开放的深入，全国各大中城市的经济和各方面建设都得到了高速发展，人民生活水平日益提高，城市规模和车辆数量快速增长。

但是，道路交通的增长速度远远赶不上机动车辆和驾驶人员的增长速度，交通拥挤、违章、道路交通事故等时有发生，严重影响了城市的交通管理秩序。

同时，智能交通系统概念日益普及、应用迅速发展，动态智能交通诱导控制系统在我国城市中越来越得到重视，从发展道路建设，合理有效地利用现有资源，改善交通的角度出发，城市的交通管理部门希望借助这个有效的手段，来有效组织、调度交通流、提高控制区域内的行车速度，减少停车次数，缩短旅行时间，缓解日益严重的交通拥堵的状况。

交通数据是进行合理科学的交通规划、设计、营运、管理与控制的前提和基础。

而车辆信息采集是智能交通信号控制系统的一个十分重要的组成部分。

基于无线传感的动态智能交通诱导控制系统，正是利用多种高精度传感器设备，准确采集道路车辆信息，实时传输道路截面车流量信息，不但为交通信号控制系统提供必须的检测信号，为交通信号控制系统的区域协调控制提供科学的决策依据；而且可以提供城市路口的交通参数，为整个城市的交通管理、车辆诱导提供基础数据。

第二章设计概述

一、需求分析

在交通管理部门不断投入大量的人力、物力进行道路管理整治的今天，由于缺少及时准确的获得单位时间段内某段道路横截面上的车流量及车速状况等第一手数据，造成交通管理部门无法对特定区域道路进行准确的流量分析、无法根据车流量状况及时调整特定区域路网交通信号控制配时方案、无法及时将特定区域路网道路拥堵状态实时告知驾驶员，造成即使投入警力也无法有效改变某些特定区域的长期道路拥堵问题。

因此，实时、准确的采集动态交通流、平均车速、道路交叉路口车队等候长度等基础数据，可以对现有的道路交通管理系统进行有效的补充，给交通管理部门在进行管理决策时提供有效的参考依据，对提高道路交通的机动性、安全性、有序化，最大限度地发挥现有道路系统的交通效率提供技术支持。

同时，实时的道路拥堵状态信息发布可以有效的帮助驾驶员获知当前道路状态，对目的地道路进行重新选择，避开拥堵路段，更好的降低拥堵道路的后续压力。

二、设计原则

1、先进性原则

采用先进的无线传感与交通信号控制技术、信息发布技术等方法和手段，综合应用到系统中。

同时要兼顾结构、设备、工具的相对成熟。

不但要能反映当今的先进水平，而且要具有发展潜力。

在软件设计规范方面，严格遵守最新的国际标准、国家标准和行业标准。

支持标准的应用开发平台，可以方便地与其它相关系统连接和通讯。

2、实用性原则

系统建设、产品选型具有很强的实用针对性，既考虑先进性又要考虑实用性，应始终贯彻面向应用、注重实效的方针，坚持实用、经济的原则。

3、可持续性原则

系统设计、建设除了考虑先进、实用，还考虑系统的可持续性发展，系统接口具有可持续发展的能力。

4、开放性和标准性原则

为了满足系统所选用的技术和设备的协同运行能力、系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展的需求，必须要求系统的开放性和标准性。

全部系统都必须按照开放性和标准性原则设计和提供全套的技术资料和全面的技术培训。

5、可靠性和稳定性原则

在考虑技术先进性和开放性的同时，还应从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面着手，确保系统运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无故障时间（MTBF）；

6、扩展性和易维护性

可扩展性的基础是开放性、标准性和技术的可持续性，应该采用先进的技术和方法保证可扩展性，包括采用先进的软件工程理论、系统论，以及分层和代理的方法等多种方法来保证扩展性。

系统的软硬件的升级换代、系统使用中的易损件及耗材的更换，须方便操作，易于掌握。

对部分系统的常用数据，具有自动导入功能，以便节约时间，把操作使用人员从重复劳动中解放出来。

7、功能完善与资源整合相结合

既要充分了解交通管理部门的业务需求，并在其基础上进行整修升级建设，从而保证总体功能完善，又要尽量考虑原有设备的合理利用。

8、协调顺畅性、简单易用性原则

系统指挥中心管理人员不可能完全掌握系统相关的专业技术，因此，各子系统应有机结合，协调工作；系统要流程正确、顺畅、人机界面清晰、操作简洁明快。

9、保护建设方投资及效益

具有异构软硬件适应性。

项目的建设应保护业主方已有投资，保证系统建设效益。

系统建设的经济性也是本项目建设的重要方面，系统建设的效益性应从充分集成应用业主方已有资源和合理规划新系统两个方面得到保证。

10、确保新旧系统平滑过渡

新系统的建设应保证与旧系统的平滑过渡，不应造成对用户服务的中断。

保证现有数据库数据的转移及有效利用。

三、设计依据

⏹《中华人民共和国道路交通安全法》

⏹《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》

⏹《公路交通安全设施设计技术规范》（JTJ074-2003）

⏹《预防道路交通事故“五整顿三加强”实施意见》公通字[2004]33号

⏹《关于进一步加强路面行车秩序整顿工作的通知》公交管[2004]110号

⏹《公路交通安全设施设计技术规范》（JTJ074-2003）

⏹《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-92

⏹《中国电气装置安装工程施工及验收规范》

⏹《公路交通标志板技术条件》（JT/T 279-1995） 

⏹《高速公路LED可变信息标志技术条件》（JT/T 431-2000）

第三章系统设计

一、系统原理

系统采用地磁感应车辆检测器完成对道路横截面车流量、道路交叉路口的车辆通过情况的检测，以自组网的方式建立智能控制网络，通过系统平台数据与信号机自适应数据协同融合处理的方式，制定符合试点路网车辆通行最优化的信号机配时方案。

以“智能分布式”控制交通流网络平衡技术，对路口、区域交通流、道路交通流饱和度、总延误、车辆排队长度、通行速度，进行交通流的绿波控制和区域控制。

以多级诱导的方式进行道路状态信息发布，实时通过多种信息平台将道路拥堵状态信息告知驾驶员。

1、车辆检测原理

由于车辆本身含有的铁磁物质会对车辆存在区域的地磁信号产生影响，使车辆存在区域的地球磁力线发生扭曲。

车辆在运动状态时，这种铁磁物质对地磁场的影响会跟随车辆的运动。

当车辆经过磁敏探测端机时，磁敏传感器可以探测出地磁信号的变化并以输出电压信号的形式得以反映，放大器对该信号进行充分放大，滤波隔直电路对关键信号进行进一步提取并通过比较器电路产生一个中断信号，单片机收到此中断信号便开始通过模数转换器对放大器放大后的信号不断采集，并根据相应的算法采集车辆信息。

车辆对地球磁场的扰动图示

2、交通流信息采集原理

通过布设在道路上的车辆检测器，实时采集道路车流量信息、道路拥堵信息、车队长度、车道占有率信息、单车道平均车速信息等。

并将数据发送至系统中心平台，作为路网内交通信号控制系统配时方案参考依据。

3、智能交通信号控制原理

通过埋设在道路交叉口的车辆检测器，判断车道使用状况，根据中心平台对于相应车道车流量的统计数据进行融合处理，自适应变更交叉口信号灯配时方案，实行绿波控制，最大限度保证道路交叉口的通行顺畅。

4、动态诱导信息发布原理

依托来自信息服务平台处理下发的固定区域道路交通流状况，采用多级诱导的方式发布固定区域道路实时状态。

为驾驶员提供直观的道路拥堵状态信息，方便驾驶员有选择性的进行行驶，避免增加已拥堵区域的后续压力。

二、系统功能

Ø单位时间道路截面机动车流量监测

Ø机动车流量数据分析、处理

Ø固定时间道路机动车流量数据统计

Ø实时道路状态信息发布

Ø多手段道路状态信息发布

Ø多级道路行车诱导

Ø道路交叉口车辆通行状况检测

Ø道路交叉口信号机联网控制

Ø路网交通协同感知管理

Ø无线数据通信

Ø与现有系统无缝融合

三、系统组成

城市区域交通动态诱导系统由流量检测子系统、交通信号控制子系统、信息发布子系统、通信子系统、信息服务平台子系统组成。

1、流量检测子系统

检测器子系统布设在道路上，当车辆经过时，地球磁场发生扰动引起的传感器输出信号变化。

检测器对输出信号进行滤波、放大、比较等模拟处理后经过算法处理判断出道路车流量信息。

主要功能：

Ø检测地球磁场变化并输出电压信号，对电压信号进行滤波、放大、隔直，通过电压比较器输出脉冲信号。

Ø数字采集放大后的因地球磁场变化引起的变化的电压信号。

Ø准确对布设区域的车辆经过信息做出判断，对车流量、车道占用状况做出统计。

Ø根据车道状况实现对磁场漂移、检测灵敏度的设定。

Ø利用串口统一配置子系统的网络节点号。

Ø将检测信息无线传输至中继器、接收器。

Ø接收中继器、接收器发送的无线信息，根据信息对子系统配置参数进行重设。

Ø应对恶劣工作环境，可靠稳定的工作。

Ø实现LPM功能，电池供电续航能力强。

2、交通信号控制子系统

采用GMR传感器，布设在道路交叉口，检测出车辆对地球磁场的扰动。

将信号经过算法处理后，检测器将道路车辆信息发送至信号控制机。

信号控制机通过对接收的信息进行处理后反映给信号灯控制器改变信号灯放行的时间。

主要功能：

Ø检测地球磁场变化并输出电压信号，对电压信号进行滤波、放大、隔直，通过电压比较器输出脉冲信号。

Ø数字采集放大后的因地球磁场变化引起的变化的电压信号。

Ø准确对布设区域的车辆经过信息做出判断，对车道占用状况做出统计。

Ø根据车道状况实现对磁场漂移、检测灵敏度的设定。

Ø利用串口统一配置子系统的网络节点号。

Ø将检测信息无线传输至信号接收器。

Ø接收信号接收器发送的无线信息，根据信息对子系统配置参数进行重设。

Ø应对恶劣工作环境，可靠稳定的工作。

Ø实现LPM功能，电池供电续航能力强。

Ø相位配时库

*行走时间*可变延长时间

*清行人时间*流量密度

*可选行人时间*最大相位时间

*可选清行人时间*第二最大相位时间

*最小起始时间*最小行人时间

*可选起始时间*有条件最小时间

*最大起始时间*清黄信号时间

*多种起始期*清红信号时间

*可变起始期间*车辆延长时间

Ø相位功能

*允许的相位*绿间隔闪相位

*红信号检测锁定*绿内快闪相位

*黄信号检测锁定*保证通过时间相位

*车辆最小再请求*同步间隔清除

*车辆最大再请求*按次序配时相位

*行人再请求*延迟行走相位

*保持行走*外部再请求相位

*保持红信号*输入行人服务相位

*双车向*外部相位允许--2套

*可选择手动控制相位请求*保护/允许的相位

*可选择黄开始相位*限制相位

*可选择绿开始相位*可编程闪烁相位--红、黄

*红启动

Ø行人信号功能

*8套行人信号及时间*行人再请求

*行人覆盖*行人强制调整

*唯一行人相位*可编程同步相位行走时间

*全可分配行人相位输出*行人再服务选择

*全可分配行人相位输入*行人再服务时间

*可送行人检测输入或时间

Ø优先性能

*4个紧急车辆优先次序

*2个特殊事件优先次序

*16个间隔次序提供相位及间隔的检测器的控制

Ø协调

*9个时间控制方案，每个带三个相位差

*每个时间控制方案有选择的同步相位

*每个方案都可改变相位次序

*可选同步相位作NEMA制式协调

*可选相位保持作NEMA制式协调

*外部可选滞后相位

*可编程同步相位行走时间

*可调整行人强制结束

*转换期间最小的相位时间

*相位差中止支持

*自动夏时制控制，用/不用

*中央控制日、时优先

Ø日时操作

*32个时间为基础的控制方案

*32个假日时间为基础的控制方案

*32个假日

Ø检测器及输入性能

*最多可达32个输入

*检测器检测无流量及锁定请求

*检测器检测可由日时操作中止（低流量期间）

*每个检测器可和独立的相位联接或8个相位组合联接

*3套检测器的设置可由日时、内部逻辑或外部输入设置

*在检测器无效时，每个检测器输入可以设计为最小或最大再请求

*检测器失效报告可由检测器设置为用或不用

Ø其它功能

*每个行人和车辆相位有3个允许

*信号灯由相位或信号选择调暗

*输出再设定

*输入再设定--由日时，外部输入，内部逻辑

*内部用户设定逻辑

3、信息发布子系统

根据系统总体方案，信息发布子系统可分为两部分，一是对内信息发布，二是对外信息发布。

1）对内信息发布：

   对内信息发布，即面向交通管理者和系统技术人员的信息发布。

经处理与分析子系统得到的交通信息，通过交通管理内网（INTRANET）传送到各级交通指挥中心、相关业务部门以及系统技术管理终端。

   对交通管理者而言，实时动态交通信息主要依托在GIS之中，由于GIS开发过程中包括了诸如警力分布、电视监控、“122”接处警、交通标志设施、信号控制等其他动、静态交通信息，因此实时动态交通信息不仅极大地提高交通指挥控制水平，即交通管理人员可根据实时、动态交通信息去调度警力部署，实施交通控制管理，采取相应的临时交通管制措施，对外发布交通管理措施等等。

遇有紧急事件发生，可迅速调集警力，采取交通倒、改、绕行线路，甚至从路网上对交通流大范围进行调控；而且根据路面交通流运行变化的规律，定量分析研究和规划交通组织，提高交通管理决策水平。

   对系统技术人员而言，由于其负责系统各个部门的设计、建设、维护与管理，因此需要了解系统软、硬件工作状态和系统与其他系统（如GIS、信号控制、电视监控、“122”接处警系统等）之间的协调和联系，一旦发现问题或故障，要求能够迅速处置以及提供相应的应急补救措施。

2）对外信息发布：

   对外交通信息发布在系统建成投入使用后将可通过VMS、INTERNET、手机短信息以及声讯查询等媒介，提供市区主要道路机动车实时运行速度、道路机动车流量、主要道路起、止点、机动车行程时间、道路施工、交通意外事件报警、临时交通管制措施等交通信息。

主要功能：

ØLED多级道路动态诱导

Ø交通广播实时道路状态更新发布

Ø公共网站试试道路状态更新发布

Ø短信增值道路状态更新提醒

4、通信子系统

系统通信采用多种网络融合的方式进行。

1）车辆检测数据传输：

采用无线传感网自有通信协议进行数据上报，使用低频点、高带宽的数据通信方式，保证车辆检测数据实时准确的上报，同时也可避免其他无线信号对检测信号的干扰。

2）道路流量采集数据传输：

前端机动车流量信息采集上报采用GPRS/TD的通信方式，依靠通用运营商的丰富网络资源，使用公网对小容量数据进行传输。

3）交叉口交通信号控制数据传输：

由于信号机联网控制对实时性有较高的要求，除与信息服务平台的实时通信外，信号机之间还需要有互通信机制，以保证路网运行方案的有效实施。

建议采用VPN/DDN专用通道进行信号机的联网，即可以减少布线的大量成本投入，又可保证通信的有效性与实时性。

4）交通诱导信息发布数据传输：

考虑到LED引导屏布设位置的特殊性，建议采用无线的方式进行数据传输，可依托公用运营商的丰富网络资源，进行小容量数据的传输。

5、信息服务平台子系统

信息服务平台子系统为整套系统的核心，主要是根据采集数据量及处理分析和发布的需求，在软件上配置应用服务器、数据库服务器、相应的工作站及终端机。

在数据上，根据系统的技术要求，开发相应的运行支持软件和相应的程序、用户界面等。

在处理与分析子系统中根据交通管理的需要，对采集的数据进行数据挖掘、深层次的加工处理，生成相应的用户界面，主要功能是在GIS地图上，通过不同的颜色图标表示道路运行中实际机动车的车速和流量变化情况。

实时检测数据不断与数据库中的历史数据进行对比，一旦发生比较大的变化（如某一时刻交通情况与同一时刻前四周平均值比较，变化显著）或在GIS地图上显示车速在某一路段上、下游（或进、出口）颜色差异（即车速或流量差异）较大时，系统会自动报警，提示有异常情况。

该子系统还可以通过数据分析得到更及时、定量的交通信息，如给出道路机动车运行时间（在系统检测范围内），即可通过起、止点进行查询，得到道路运行时间等。

1）道路交通流实时监测

2）道路运行状态评价

3）交叉口道路交通信号联网控制

4）道路状态信息发布

第四章主要设备

1、流量检测器

性能指标：

●工作环境：

-20~85℃，防水浸泡

●供电方式：

锂-亚硫酰氯电池

●系统工作电压：

●功耗：

LPM模式工作电流，最大工作电流为射频发送时30mA

●上报检测数据周期：

可调

●工作时间：

3年以上（单车道日均流量一万次，检测器每5秒上报检测数据）

●检测种类：

卡车、轿车、摩托等常见车型

●检测半径：

可调，最大2m

●流量检测准确度：

大于99%

●流量误报率：

小于1%

●射频工作频段：

400～464MHz的ISM频段

●接收灵敏度：

下-110dBm，（1％数据包误差率）

●传输速率：

可编程控制的数据传输率，最高可达500kbps

●信道带宽：

200KHz

●信道数目：

255个

●发射功率：

可编程控制的输出功率，最大功率可达+25dBm

●射频传输距离：

布设在路面，通视大于300m

●天线极化方式：

垂直极化

●天线增益：

●天线驻波比：

2、车辆检测器

性能指标：

●工作环境：

-20~85℃，防水浸泡

●供电方式：

锂-亚硫酰氯电池

●系统工作电压：

●功耗：

LPM模式工作电流，最大工作电流为射频发送时30mA

●上报检测数据周期：

可调

●工作时间：

3年以上（单车道日均流量一万次，检测器每5秒上报检测数据）

●检测种类：

卡车、轿车、摩托等常见车型

●检测半径：

可调，最大2m

●检测准确度：

大于99%

●误报率：

小于1%

●射频工作频段：

400～464MHz的ISM频段

●接收灵敏度：

下-110dBm，（1％数据包误差率）

●传输速率：

可编程控制的数据传输率，最高可达500kbps

●信道带宽：

200KHz

●信道数目：

255个

●发射功率：

可编程控制的输出功率，最大功率可达+25dBm

●射频传输距离：

布设在路面，通视大于300m

●天线极化方式：

垂直极化

●天线增益：

●天线驻波比：

3、信号接收器

1）流量信号接收器

性能指标：

●工作环境：

-20~85℃

●供电方式：

6～9VDC或其它6～9V外置电源

●系统工作电压：

和5V

●采用RS-232接口时的最大系统功耗：

100mA（@射频发射状态）

●采用以太网接口时的最大系统功耗：

400mA（@射频发射状态）

●以太网接口速率：

100M

●射频工作频段：

400～464MHz的ISM频段

●射频接收灵敏度：

下-110dBm，（1％数据包误差率）

●射频接口速率：

可编程控制的数据传输率，最高可达500kbps

●射频传输距离：

通视大于1.2km（@10kbps）

●射频信道带宽：

200KHz

●射频信道数目：

255个

●射频发射功率：

可编程控制的输出功率，最大功率可达+20dBm

●天线增益：

3dBi

●天线驻波比：

2）车辆检测信号接收

性能指标：

●产品大小标准1U机箱（可定制）

●供电方式5～12VDC

●功耗100mw

●调制方式2FSK、GFSK、MSK

●发射功率10dbm

●独立信道数255

●检测器规模254，可扩展到65524

●空中接口速率～250kbps

●传输距离大于300m

●标准接口以太网、RS232、开关量、继电器输出等（可选）

●扩展功能GPRS传输、GPS定位

●工作环境-40～80摄氏度，温度小于95％

●平均无故障时间大于20000小时

4、信号机

用于2-8车辆相位路口交通控制（软件同时提供8个行人相位和8个覆盖（跟随））相位。

能与计算机化联网。

应用能扩展到匝道控制，信息板控制泵阀控制，车道变换控制及其它多种应用。

性能指标：

●工作温度-37～+75摄氏度

●电源120/240VAC、50/60Hz、40W

●尺寸17.8cmX26.70cmX30.50cm（高X宽X长）

●重量5.5公斤

●计时精确50Hz/60Hz频率

●电源易拆卸、高效AC/DC开关电源，断电能长时间保持

●通讯4个RS232，ACIA兼容接口，1个单频式双内置解调器卡槽

●模块所有模块直立插入，带接口，可固定

5、LED显示屏

性能指标

●显示面板的发光点采用纯色超高亮度的发光二极管,显示效果真实自然.

●灯板为箱体结构,安装方便,外观平整.

●采用最新技术水平的视频控制系统,显示颜色艳丽清晰.

● 基色RGB（全彩色）

● 像素直径〔mm〕   

● 像素间距〔mm〕   25

● 像素组成    2R1G1B  

● 单元面板点数〔点〕32×16 

●单元面板尺寸〔mm〕800×400

●单元面板重量〔g〕1500  

●像素密度〔点/m2〕2500 

●峰值功耗〔W/m2〕1000 

●平均功耗〔W/m2〕350

●重量〔Kg/m2〕 <40

●水平可视角度   70°

●垂直可视角度   45°

●最高亮度〔cd/m2〕7000