《交通控制》PPT课件

智 能 交 通 系 统Intelligent Transport Systems智 能 交 通 系 统张 飞 舟 博 士北 京 大 学 地 球 与 空 间 科 学 学 院2015年 3月 25日 星 期 三智 能 交 通 系 统 第 四 讲城 市 交 通 控 制 目 录l城 市 交 通 控 制 概 述l定 时 式 脱 机 操 作 系 统 ： TRANSYTl感 应 式 联 机 操 作 系 统 ： SCATS 交 通 模 型 （ 用 于 计 算 延 误 时 间 和 排 队 长 度 等 等 ） ； 配 时 方 案 参 数 优 化 调 整 ; 信 号 控 制 方 案 的 执 行 ; 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 。 3.2.2 SCOOT系 统 结 构 3.2.3 SCOOT优 化 配 时 方 案 的 主 要 环 节 检 测 检 测 器 ： 环 形 线 圈 式 电 感 检 测 器 实 时 检 测 检 测 器 位 置 的 选 择 ： 距 离 停 车 线 有 一 定 距 离的 地 点 ， 一 般 在 上 游 交 叉 口 出 口 ， 离 下 游 停车 线 尽 量 远 。 车 流 检 测 数 据 的 采 集 ： 交 通 量 ， 占 用 时 间 ，拥 挤 程 度 子 区 由 交 通 工 程 师 事 先 判 定 ， 运 行 中 不 可 合 并也 不 可 拆 分 。 模 型 周 期 流 量 图 车 队 预 测 排 队 预 测 拥 挤 预 测 效 能 预 测 优 化 优 化 策 略 ： 对 优 化 配 时 参 数 随 交 通 需 求 的 改 变 而作 频 繁 的 适 量 调 整 。 绿 灯 时 长 优 化 相 位 差 优 化 周 期 长 优 化 优 点 ： (1)实 用 性 强 ,几 乎 不 受 外 界 条 件 影 响 ； (2)稳 定 性 强 ； (3)自 动 鉴 别 和 淘 汰 功 能 ； (4)实 时 性 好 ； (5)可 以 提 供 各 种 反 映 路 网 交 通 状 况 的 信 息 。 缺 点 ： 实 时 性 与 可 靠 性 之 间 的 矛 盾3.2.4 SCOOT的 特 点 3.3.1 ACTRA系 统 简 介 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 。 3.3 ACTRA系 统 3.3.2 ACTRA系 统 结 构 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 。 3.3 ACTRA系 统 3.3.3 ACTRA系 统 特 点 技 术 先 进 、 性 能 可 靠 ， 应 用 较 广 泛 。 标 准 的 符 合 性 、 软 件 的 开 放 性 。 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 。 智 能 化 的 ATC2070现 场 信 号 机 ， 自 适 应 反 应 迅 速 ，更 加 实 用 。 3.3.1 ACTRA系 统 特 点 根 据 资 料 ， 北 京 全 市 的 城 市 道 路 交 通 信 号 控 制 路 口的 数 量 目 前 已 超 过 1700处 ， 五 环 以 内 城 区 的 信 号 控制 路 口 为 1114处 ， 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 也在 北 京 市 内 安 装 布 置 。 3.4 KATNET系 统创 建 ： 日 本 生 成 方 式 与 应 用 方 法 ： 自 动 方 案 选 择 根 据 调 查 数 据 和 实 际 经 验 ， 预 先 设 定 5个 周 期 控制 模 式 ， 每 个 模 式 对 应 各 自 的 绿 信 比 和 相 位 差 方 案 ，共 组 合 成 14种 控 制 方 案 ， 存 于 控 制 中 心 计 算 机 内 。 3.4 KATNET系 统 运 行 时 ， 根 据 检 测 器 每 5分 钟 的 统 计 交 通 数 据 ， 计算 出 5分 钟 的 流 量 和 占 有 率 ， 经 4次 平 滑 后 ， 根 据 第 四次 得 出 的 结 果 ， 从 14种 方 案 中 选 择 最 优 者 进 行 协 调 控制 。 结 构 形 式 ： 两 级 控 制 结 构 我 国 使 用 ： 深 圳 、 无 锡 3.5 国 产 系 统 H T UTCS系 统 由 来 和 现 状 系 统 是 “ 七 五 ” 、 “ 八 五 ” 国 家 重 点 科 技 攻 关成 果 ， 获 得 “ 国 家 计 委 、 国 家 科 委 、 财 政 部 联 合 颁发 的 国 家 重 大 科 技 成 果 奖 、 公 安 部 科 技 进 行 一 等 奖 、国 家 科 技 进 步 三 等 奖 ， 已 在 南 京 、 南 昌 、 株 洲 、 常熟 等 多 个 城 市 应 用 ， 系 统 稳 定 可 靠 、 综 合 性 能 超 过国 外 引 进 系 统 。 3.5 国 产 系 统 H T UTCS系 统 结 构 系 统 通 常 采 用 两 级 控 制 结 构 ： 区 域 控 制 级 和 路 口控 制 级 。 如 需 进 行 区 域 扩 充 ， 为 对 区 域 级 进 行 协 调 控 制 可增 设 中 央 控 制 级 ， 从 而 构 成 三 级 控 制 结 构 。 系 统 设 计 容 量 ： 一 个 区 为 一 个 基 本 单 元 ， 控 制 个 信 号 交 叉 口 。 系 统 控 制 区 域 数 不 受 限 制 。 3.5.1 系 统 主 要 功 能 l 通 信 号 控 制 参 数 的 优 化 控 制 功 能 为 提 高 系 统 的 实 用 性 和 可 靠 性 ， 系 统 设 置 了 实 时 自适 应 、 固 定 配 时 控 制 功 能 。 实 时 自 适 应 控 制 ： 控 制 区 内 与 区 域 控 制 计 算 机 相连 的 交 通 信 号 机 都 在 区 域 计 算 机 控 制 之 下 ， 信 号 配 时方 案 由 优 化 算 法 软 件 实 时 生 成 。 3.5.1 系 统 主 要 功 能 l 通 信 号 控 制 参 数 的 优 化 控 制 功 能 固 定 配 时 控 制 ： 控 制 区 内 与 区 域 控 制 计 算 机 相 连的 交 通 信 号 机 都 在 区 域 计 算 机 控 制 之 下 ， 信 号 配 时 方案 使 用 的 是 近 期 实 时 自 适 应 优 化 结 果 ， 并 确 有 较 好 交通 效 益 的 配 时 方 案 。 3.5.1 系 统 主 要 功 能 l 特 殊 控 制 功 能 系 统 可 根 据 实 际 交 通 需 求 ， 由 指 挥 中 心 发 出 命 令进 行 特 殊 控 制 ， 主 要 有 ： 绿 波 控 制 ， 在 特 殊 情 况 下 ，如 警 卫 、 消 防 、 救 护 、 抢 险 等 ， 信 号 灯 按 预 定 的 路 线进 行 绿 波 推 进 ， 以 保 证 车 辆 畅 通 无 阻 。 3.5.1 系 统 主 要 功 能 l系 统 可 预 先 设 置 的 绿 波 线 路 的 数 量 只 受 计 算 机 硬 盘 容量 的 限 制 。 单 点 控 制 ： 各 路 口 的 信 号 灯 由 各 路 口 交 通 信 号 控 制 机独 立 控 制 。 闪 光 控 制 ： 信 号 灯 黄 灯 按 一 定 的 频 率 闪 烁 ， 向 车 辆 和行 人 发 出 警 告 或 提 示 。 指 定 相 位 控 制 ： 根 据 路 口 交 通 需 求 ， 由 指 挥 中 心 发 出命 令 控 制 信 号 相 位 的 执 行 时 间 ， 进 行 交 通 疏 导 。 3.5.1 系 统 主 要 功 能 l城 市 道 路 与 高 等 级 公 路 出 入 口 控 制 控 制 城 市 道 路 与 高 等 级 公 路 出 入 口 的 匝 道 和 室 外 可 变 情报 板 ， 进 行 交 通 疏 导 。l交 通 数 据 自 动 采 集 与 存 储 每 一 车 道 的 车 流 信 息 通 过 环 形 线 圈 车 辆 检 测 器 或 其 他形 式 的 车 辆 检 测 设 备 进 行 自 动 采 集 ， 每 隔 2秒 上 送 区 域 计算 机 ， 区 域 计 算 机 计 算 出 车 流 量 、 占 有 率 、 排 队 长 度 等 交通 数 据 ， 存 储 在 区 域 计 算 机 或 中 央 计 算 机 内 。 3.5.2 系 统 主 要 特 点 l 系 统 控 制 策 略 更 适 合 我 国 城 市 交 通 特 点 。l 系 统 设 置 了 实 时 自 适 应 、 固 定 配 时 和 单 点 三 种 工 作 方 式 ，还 具 有 警 卫 、 消 防 、 救 护 等 优 先 绿 波 带 和 人 工 指 定 功 能 ，工 作 方 式 灵 活 ， 功 能 完 备 。l 系 统 支 持 多 种 硬 件 平 台 （ 微 机 、 服 务 器 、 工 作 站 以 及 大中 小 型 计 算 机 ） ， 采 用 TCP/IP通 信 规 程 组 成 计 算 机 局 域 网 ，系 统 配 置 灵 活 ， 克 服 了 其 他 系 统 对 计 算 机 机 型 依 赖 性 过 强的 缺 点 ， 软 件 平 台 为 Windows NT操 作 系 统 。 3.5.2 系 统 主 要 特 点 l 在 公 安 部 交 通 管 理 科 学 研 究 所 内 建 立 了 系 统 维 护 控制 中 心 ， 采 用 公 共 电 话 网 随 时 可 以 与 异 地 的 控 制 系 统建 立 远 程 联 系 ， 实 时 对 外 地 的 交 通 控 制 系 统 进 行 监 视 、干 预 和 控 制 ， 包 括 调 看 运 行 情 况 、 修 改 控 制 参 数 、 进行 程 序 修 改 和 系 统 升 级 。 该 项 功 能 对 管 理 和 维 护 已 建成 的 城 市 交 通 控 制 系 统 意 义 重 大 。 3.5.2 系 统 主 要 特 点 l 数 据 通 信 可 靠 ， 方 式 灵 活 ， 户 外 设 备 与 控 制 中 心 的数 据 通 信 信 道 既 可 采 用 电 话 线 也 可 采 用 光 缆 。l系 统 性 能 价 格 比 优 越 。 系 统 设 备 的 价 格 为 引 进 系 统的 1/2 1/3， 系 统 软 件 价 格 为 引 进 系 统 的 1/2 1/5。 目 录l城 市 交 通 控 制 概 述l定 时 式 脱 机 操 作 系 统 ： TRANSYTl感 应 式 联 机 操 作 系 统 ： SCATS & SCOOT & ACTRA及 其 他l交 通 信 号 控 制 系 统 的 评 价 指 标l交 通 信 号 控 制 系 统 的 研 究 进 展 4. 信 号 控 制 系 统 的 评 价 旅 行 时 间 通 过 交 叉 口 所 需 停 止 ， 起 动 次 数 以 及 等 待 信 号 次 数 延 误 时 间 处 理 量 拥 挤 时 间 （ 车 辆 排 队 长 度 ） 4.1 旅 行 时 间 定 义 ： 指 通 过 某 个 区 间 所 需 的 总 时 间 ， 包 括 停 车等 引 起 的 延 误 时 间 ， 但 不 包 括 车 道 以 外 的 延 误 时 间和 在 车 道 上 的 停 车 时 间 。 作 用 ： 判 定 被 测 线 路 上 的 瓶 颈 地 点 和 信 号 的 系 统时 间 排 列 是 否 合 适 。 测 量 方 法 ： 试 验 车 行 走 法 、 车 牌 号 识 别 等 方 法 。 4.2 停 止 、 起 动 次 数 和 等 待 信 号 次 数 停 止 、 起 动 次 数 ： 指 在 被 测 区 间 行 走 过 程 中 ， 由于 信 号 而 停 止 ， 之 后 再 起 动 的 回 数 。 等 待 信 号 次 数 ： 指 到 通 过 信 号 时 为 止 通 行 方 向 上相 位 的 红 灯 次 数 。 作 用 ： 衡 量 饱 和 程 度 ， 用 于 表 示 等 待 队 列 长 度 的状 态 量 。 4.3 延 误 时 间 定 义 ： 指 车 辆 在 没 有 信 号 和 等 待 行 列 （ 包 括 加 减速 ） 的 阻 碍 下 行 走 所 需 时 间 和 实 际 旅 行 时 间 之 差 。 分 类 ： 平 均 延 误 、 总 延 误 和 交 叉 口 的 延 误 模 型 。 4.4 处 理 量 定 义 ： 在 实 际 的 道 路 条 件 （ 进 口 道 的 形 状 、 宽 度 、配 置 等 ） 、 交 通 条 件 （ 车 辆 种 类 、 左 右 转 车 混 入率 、 停 车 站 的 位 置 、 停 放 车 辆 等 ） 以 及 控 制 条 件下 ， 一 定 时 间 内 通 过 进 口 道 停 车 线 的 最 大 车 辆 数 。 作 用 ： 过 饱 和 交 叉 口 评 价 指 标 。 4.5 拥 挤 时 间 （ 车 辆 排 队 长 度 ） 拥 挤 长 度 拥 挤 时 间 用 途 ： 作 为 表 示 拥 挤 总 量 的 指 标 。 用 于 拥 挤 对 策 的 事 前 、 事 后 评 价 。 目 录l城 市 交 通 控 制 概 述l定 时 式 脱 机 操 作 系 统 ： TRANSYTl感 应 式 联 机 操 作 系 统 ： SCATS & SCOOT & ACTRA及 其 他l交 通 信 号 控 制 系 统 的 评 价 指 标l交 通 信 号 控 制 系 统 的 研 究 进 展 5. 交 通 信 号 控 制 系 统 研 究 的 新 进 展 目 标 ： 解 决 日 益 恶 化 的 交 通 拥 挤 、 交 通 事 故 、 交通 环 境 污 染 和 节 约 能 源 等 问 题 。 发 展 方 向 ： 引 入 公 交 优 先 控 制 ； 车 辆 排 放 量 估 算 ；交 通 事 故 检 测 和 动 态 交 通 管 理 等 。 5. 交 通 信 号 控 制 系 统 研 究 的 新 进 展 进 展 ： SCOOT城 市 交 通 控 制 系 统 已 发 展 到 包 括 支持 公 交 优 先 、 自 动 的 SCOOT交 通 信 息 数 据 库（ ASTRID） 系 统 ， ING RID事 故 检 测 系 统 ， 以 及车 辆 排 放 物 估 算 。 5.1 巴 士 优 先 检 测 选 择 性 车 辆 检 测 （ SVD） 自 动 车 辆 定 位 （ AVL） 建 模 优 化 迟 启 局 部 迟 启 早 断 优 先 程 度 评 价 结 果 5.2 交 通 监 视 ASTRID可 实 现 交 通 的 自 动 和 连 续 监 视 。 该 数 据 库 系 统 被 设 计 来 接 受 SCOOT产 生 的交 通 信 息 ， 然 后 处 理 并 储 存 它 ， 留 待 以 后 提取 和 分 析 。 用 ASTRID演 示 和 提 取 数 据 演 示 直 接 来 自 SCOOT的 基 础 数 据 项 目 ： 1） 交 通 流 量 2） 延 误 3） 拥 挤 度 4） 某 一 相 位 的 饱 和 度 由 SCOOT提 供 的 信息 提 取 或 计 算 ： 1） 车 辆 延 误 2） 走 行 时 间 3） 车 速 4） 拥 挤 指 数 5.3 ING RID事 故 检 测 系 统 原 理 ： 是 一 种 实 时 的 自 动 检 测 系 统 ， 采 用 预 先 确定 的 计 算 机 理 来 检 测 城 市 路 网 中 的 事 故 ， 已 开 发出 对 路 网 中 事 故 检 测 效 果 进 行 评 价 的 技 术 。 算 法 事 故 信 息 事 故 信 息 的 可 信 度 ING RID评 价 事 故 分 类 5.3.1 算 法 有 两 种 算 法 用 于 检 测 交 通 事 故 ：1） 检 查 当 前 交 通 数 据 中 车 流 量 和 占 有 率 的 突 变 。2） 比 较 当 前 的 交 通 状 况 和 ASTRID历 史 参 考 数 据提 供 的 预 测 值 来 检 测 事 故 。 5.3.2 事 故 信 息 ING RID提 供 的 事 故 信 息 包 括 ：1） 当 前 日 期 、 时 间 ；2） 事 故 上 游 的 检 测 器 名 称 ；3） 持 续 时 间 、 严 重 性 和 事 故 可 信 度 ；4） 受 影 响 的 上 游 检 测 器 清 单 ；5） 受 影 响 的 下 游 检 测 器 清 单 。 5.3.3 事 故 信 息 的 可 信 度 决 定 可 信 度 的 因 素 ：1） 事 故 影 响 的 检 测 器 数 目 ；2） 事 故 持 续 时 间 ；3） 表 明 事 故 发 生 的 算 法 的 数 目 。 5.3.4 事 故 分 类 “严 重 ” 事 故 “ 轻 微 ” 事 故 “ 中 等 ” 事 故 5.4 车 辆 排 放 物 的 估 算 建 模 有 两 个 阶 段 ：1） 确 定 污 染 源2） 建 立 模 型 ， 预 测 污 染 的 变 化 5.4.1 排 放 模 型 排 放 率 用 一 组 与 车 辆 速 度 相 关 的 函 数 表 示 。 对 于 每 一 类 车 辆 以 及 每 一 种 污 染 物 ， 都 存 在 着一 个 以 速 度 函 数 的 多 项 式 表 示 的 排 放 函 数 。 欧 美 国 家 TRANSYT， SCOOT， SCATS，SIME， ITACA， SBH ， KOSAN 我 国 ： 引 进 消 化 整 体 情 况 ： 正 在 向 第 四 代 前 进6. 结 束 语 引 进 系 统 的 选 型 ： 片 面 追 求 先 进 ， 功 能 过 于 求 全 国 产 系 统 的 研 究 与 应 用 ： 理 论 知 道 缺 乏 ， 应 用 急于 求 成 。 工 程 应 用 ： 调 查 仓 促 ， 涉 及 粗 糙 运 行 与 维 护 ： 专 业 人 员 缺 乏 ， 保 障 经 费 不 足 6. 结 束 语 加 强 交 通 信 号 控 制 理 论 体 系 的 建 设 。 政 府 要 重 视 组 织 大 学 ， 科 研 机 构 等 联 合 攻 关 ！ 加 强 交 通 信 号 控 制 系 统 标 准 体 系 和 行 业 管 理 规 范 建 设 制 定 配 套 政 策 和 措 施 ， 鼓 励 成 果 转 化 建 立 一 系 列 措 施 ， 一 方 面 鼓 励 城 市 交 通 信 号 控 制 系 统市 场 的 竞 争 ， 另 一 方 面 要 保 护 我 国 自 己 的 城 市 交 通 信 号控 制 系 统 产 业 并 加 以 扶 持 ， 培 养 专 门 人 才 。 加 强 工 程 设 计 工 作 和 效 果 评 价 工 作 。6. 结 束 语 lSCOOT， SCATS和 ACTRA作 为 三 种 较 先 进 的 交 通信 号 控 制 系 统 ， 在 控 制 原 理 及 控 制 方 式 上 有 很 多 相似 的 方 面 。l 但 是 每 种 系 统 都 有 着 自 己 的 优 势 ， 因 此 在 实 际 应 用过 程 中 ， 每 个 城 市 都 应 该 根 据 自 身 的 特 点 ， 来 选 择适 合 各 自 城 市 特 点 的 信 号 控 制 系 统 ， 要 充 分 利 用 每种 系 统 的 优 势 ， 使 其 发 挥 最 大 的 经 济 效 益 ， 更 好 地为 城 市 建 设 服 务 。 6. 结 束 语 Any Question？