智能交通信号控制系统

2024-06-22

智能交通信号控制系统（精选十篇）

智能交通信号控制系统篇1

1 我国城市道路交通控制系统的现状

1.1 交通信号控制的方式

随着经济的发展和技术的进步, 交通信号的控制方式也不断发生着变化。我国城市交通信号的控制方式先后经历了定时控制、车辆感应控制和自适应控制三个阶段。现阶段, 城市街道路口的交通信号控制方式也主要有这三种。对于交通信号的定时控制, 即根据原先的交通流量数据, 事先对信号机的运行参数进行定时设计, 设计方案主要有定周期控制和变周期控制, 在变周期控制状态下, 交警可以根据实际的交通流量对运行方案进行切换。车辆感应式控制方式摆脱了定时控制的固定周期控制, 系统会根据实际交通流量而变化, 控制的灵活性大大提高。在这种控制方式下, 最短和最长绿灯时间、单位延长绿灯时间为主要参数。随着计算机技术和通信技术的发展, 自适应控制应运而生。通过信号和车辆的感应状态, 交通控制系统可借助网络实现实时传输, 也可以根据交通流量的变化自动调整, 从而提高道路的通行效率。

1.2 交通控制的基本评价指标

交通控制的评价指标是指制订控制策略、优化控制参数的目标函数, 即评估控制系统的控制效益参数。在交通控制的实际操作中, 基本评价指标主要包括通行能力、延误、停车次数、停车率、饱和度、燃油消耗和废弃物排放等。通过对这些基本评价指标的研究, 可不断优化交通控制的效率和质量, 为实现智能交通信号控制系统的设计奠定坚实的基础。

2 智能交通信号控制系统的软、硬件设计

2.1 智能交通信号控制系统的软件设计

智能交通信号系统的核心在于软件的支持, 涉及到信号控制策略的管理平台, 这是交通控制系统设计者控制思想的体现。随着信息技术的日益成熟, 未来交通信号智能化的发展离不开英国运输和道路研究所的SCOOT系统和澳大利亚的SCATS系统, 它们都是早期重要的适应控制系统代表。智能化交通控制系统中重要的技术部分是实现人机交互。该控制系统一方面记录了交通车流量数据, 控制道路信号装置的正常运行;另一方面, 能为交通参与者提供数控参数信息, 并对数据进行分析、为道路参与者提出合理化的解决方案, 从而确保道路秩序的正常。交通信号控制系统是一种嵌入式的系统开发软件, 为了适应交通信号的周期性, 要求其具有实时更新的功能。同时, 智能化的交通控制系统确保了计算机网络技术的应用和数字化数据传输信息的准确性。

在智能化交通信号控制系统设计中, 为了保证交通控制效果, 在软件设计中应着重实现系统参数的显示功能、系统参数的查询功能、系统参数的修改功能、数据通讯功能、故障报警功能、故障处理功能、多种控制方式的无障碍切换功能、控制算法的实现功能、控制量的输出和系统的自我诊断功能。为了保证智能化交通信号控制系统可正常工作, 应严格设计系统控制程序, 利用完整的程序将各种模块有序地联系在一起。系统主程序是智能化交通信号控制系统软件设计的重要环节之一, 为了优化主控制程序, 应对设计方案进行优化, 如图1所示。通过完善的控制程序, 可保证智能化交通信号控制系统的正常运行。

2.2 智能交通信号控制系统的硬件设计

智能交通信号控制系统软件运行的载体——交通信号机的发展离不开电子技术的支持。智能交通信号机设计包括主板、交通信号输出模块、车辆检测输入模块、通信模块、键盘和显示板模块、灯泡检测板模块和绿冲突模块等的设计。在设计过程中, 主板是整个智能交通信号控制系统的硬件核心, 通过对不同模块的操控, 能实现智能交通信号控制机的各项功能, 通过主板的处理, 由信号输出模块输出, 再通过操控固态继电器实现对交通信号的控制, 主板处理的车流量信号是由车辆检测输入模块完成并输送入主板的, 借助于车辆检测输入模块, 主板能全面掌握各个方向的车辆信息, 实现对路口交通的模糊控制;通信板模块是实现主机与中央控制机信息交通通讯的媒介;键盘和显示板模块由液晶显示模块与键盘组成, 可显示信号控制状态, 并实现对信号状态参数的查询和修改;灯泡检测板模块可用来检测交通信号灯能否正常工作, 保证损坏的信号灯可及时得到更换;绿冲突板模块的主要作用是实现对不同相位绿灯信号的检测, 避免同绿现象的发生, 减少不必要的交通混乱。

3 结束语

交通信号控制系统的智能化离不开科学技术的支持, 因此, 国家要加强培养这方面的人才, 加大对交通控制系统的投入。在系统设计中, 应制订准确的策略, 针对实时性要求高、结构复杂的城市交通特性设计出合理的方案。智能信号控制系统的设计要做到具体问题具体分析, 根据不同的路段、人流量等情况, 采用相应的控制系统, 从而避免道路拥挤和交通事故的发生, 维护社会的共同利益, 营造和谐的大家园。

参考文献

[1]杨文臣, 张轮, 施弈骋, 等.智能体技术在城市交通信号控制系统中应用综述[J].武汉理工大学学报 (交通科学与工程版) , 2014 (4) :709-718.

[2]支俊, 赵文丽, 苏晓珂, 等.交通信号控制系统主控软件设计与实现[J].郑州轻工业学院学报 (自然科学版) , 2012 (3) :31-33.

[3]柴干, 赵倩, 蒋珉, 等.城市智能交通信号控制系统的设计与开发[J].浙江大学学报 (工学版) , 2010 (7) :1241-1246.

[4]赵润林, 朱铭琳.单点交通信号控制系统的优化设计[J].计算机工程与科学, 2012 (11) :158-162.

智能交通信号控制系统篇2

一、概述

我们知道智能交通系统最主要的任务就是：让交通更安全、更节省时间、更节省成本。为了协助交通界能够更完美的实现此目标，美国ITERIS公司专为ITS行业研发出一种目前国际上技术最为领先的智能交通信号控制系统应用视频检测技术——Vantage视频车辆检测器！

Vantage视频车辆检测器采用了国际上最先进的数字视频技术，它除了能够完美地融入于智能交通信号控制系统、电子警察抓拍系统，还能够无缝地整合到交通数据采集系统，其双重功用被广泛的应用于城市智能交通信号控制、城市电子警察、城市交通数据采集及公路隧道、桥梁的意外事故监控系统中。目前，Vantage视频车辆检测器在全球已有30000多个系统的运用业绩，已成为了全球在用业绩最多、最受用户欢迎的车辆检测产品之一。

本方案采用Vantage Edge2单、双路视频检测模块（硬件），集成到各种感应式信号灯控制机中，来实现交通信号的智能控制。Vantage Edge2模块可应用于城市点控、线控及面控系统中，实现感应式或自适应式控制，能够完美的与SCOOT、SCATS等系统无缝整合！

二、Vantage操作性能优势：

对于城市智能交通信号控制应用，Vantage视频检测技术与感应线圈检测技术相比，具有如下优势：

1、易于安装

Vantage视频检测器是利用安装在十字路口照明灯杆上的摄像机采集视频图像，然后由安装在信号灯控制机内视频处理模块进行分析处理，获取必要的信号灯控制信息，从而实现路口的智能控制！视频控制过程的实现只需在照明灯杆或专用立柱上安装必要的摄像机，而无需切割破坏路面，乃至铺设很长的线圈馈线电缆，最大程度的缩短了封闭道路的时间。另外，视频虚拟线圈的位置可以根据需要任意放置，而感应线圈安装在一个位置后就不能根据路况的变化而任意移动，否则重复切割路面会严重影响道路的使用寿命！

2、易于设置

Vantage 视频检测器本身具有全部的设置功能，完全可以不用笔记本电脑进行现场设置。每路视频图像上都可以显示一个设置菜单，利用鼠标和视频菜单便可在摄像机视频图像上画出检测区域并进行所有的参数设置，非常方便。

Vantage还具有动态区域设置（DZR）功能，此技术允许在任何时刻新建一个检测区域，或对一个检测区域进行修改，与此同时并不影响其它检测区域的正常工作。随后，一旦新的检测区域设置被保存，它便立即开始背景学习，进行检测！最有工程意义的是Vantage的操作非常简单，基本的培训工作不超过一小时便可完成。

另外，视频虚拟线圈的位置摆放可以根据路况任意调整，其线圈功能属性也可以根据需要进行设置，如：存在、延时、延迟、脉冲和计数。选用不同属性的线圈可以实现不同的控制需求，每路视频图像可以

设置24个这样的虚拟线圈！

每个视频虚拟线圈的信号输出通道都可以任意定义，Edge2模块本身可提供4个独立的输出通道，如果需要还可以增加扩展输出通道，比如在控制信号灯的同时，还想增加闯红灯抓拍触发功能，我们就可以再增加4个输出通道。每个通道输出都有手动测试开关，利用这些开关可以极为方便的调试信号灯控制机的工作性能。

3、易于维护

在十字路口控制中经常会遇到交通状况变化或道路维修的时候，这时我们可能需要改变虚拟线圈的检测位置，这对视频检测来说非常简单，也不需要封路；而相对于感应线圈检测来说，就需要封路、重新切割路面，这样的维护工作需要大量的人力、财力。更甚者，如果感应线圈在使用过程中由于路面变形而断裂就更麻烦了！感应线圈的寿命大约在2－5年（根据交通量及路面温度而定），而Vantage视频检测器的使用寿命要超过10年。

此外，Vantage还具有VRAS远程管理系统，它是一个功能强大的软件工具，利用RS232通讯端口对Edge2进行远程管理控制，用于监测现场交通流，提供用户支持及系统诊断等功能，尤其是需要重新设置虚拟线圈时，您只需在监控中心便可完成，无需到现场操作，维护起来非常方便。

三、Vantage检测性能优势：

1、检测可靠性高

对于十字路口控制应用，在任何天气及光照条件下，Vantage视频检测器均能实现95-98％的检测精度，近似于进口高档感应线圈检测器（反应时间好于10ms）的检测精度。Vantage采用了数字信号处理技术（DSP），这使其能够面临各种天气情况及光照条件的挑战，不论是白天还是黑夜、下雨还是晴天，它都能够精确、可靠的提供交通检测。不受天气或温度的影响，真正实现全天候的检测控制。

另外，在一些特殊路况条件下，我们还可以层叠放置2-3个虚拟线圈，以提高检测的可靠性。

2、先进的视频检测算法

① 夜间检测难题的解决：在夜间检测时，Vantage系统会运行强制车灯检测算法（EHDA），当系统确定天色已黑时，它会自动运行EHDA算法，此算法将自动跟踪识别车辆前灯，从而减小夜间光线对检测精度的影响。

② 路面积水反光影响的解决：Vantage系统算法具有背景自适应、连续自动更新的功能，它能够识别路上的任何背景干扰因素，如积水反射光、抛洒物、树木和护栏的阴影等，如果有此类干扰背景存在于检测区域内，系统经过背景学习，会自动将它们定义为背景物质，从而实现可靠的检测。

③ 车辆阴影影响的解决：Vantage系统具有专门的阴影处理算法（SDA），它能够有效的识别车辆及其阴影，将其定义为同一移动车辆，而不进行重复检测，从而消除阴影对检测精度的影响。

④ 恶劣天气变化影响的解决：Vantage系统有双重保障来解决此问题，一方面，当天气非常恶劣，图像对比度非常低时，系统会自动切换到故障安全模式，发出警报，视为到处都是车辆，注意安全行驶！另一方面，采用三阶段图像分析算法，如果系统确定检测区域的检测有效性较好时，系统便运行正常的检测模式（S1）；一旦遇到恶劣天气的影响，如雨、雪、雾等，系统确定检测区域的检测有效性降低，系统会自动切换到（S2）模式，增加检测区域的灵敏度，实现精确的检测；当天气更为恶劣，检测区域的检测能力完全丧失时，系统便会自动切换到故障安全模式（S3），当天气转好，图像质量变好时，系统又会自动切换到正常检测模式。此三阶段图像分析算法有效地减小了恶劣天气对检测精度的影响。

⑤ 摄像机晃动影响的解决：在大风天气条件下，摄像机会产生很大的晃动，一般会影响图像处理，但Vantage系统采用了特殊的图像晃动补偿处理算法，避免了由于图像晃动造成的检测误差。

3、能够实现更多的检测功能

① 三个独立的现场结构设置：Vantage系统允许用户设置三个不同的现场虚拟线圈设置方案，其中一个用于正常交通状况下，另外两个用于特殊交通状况，如道路维修，临时道路交通状况等。三个结构设置可以相互切换，使设置工作更为简单。

② 主辅线圈联合控制功能（And/W）：Vantage系统可以实现两个虚拟线圈配合控制一个通道输出，一般主辅线圈安装要有一定距离，只有当主辅两个线圈同时被不同车辆占用，并达到一定时间后，主线圈才发出一个检测信号，这对感应式信号机控制非常有用。

③ 过滤行人检测功能：在视频十字路口控制中，由于大量的行人，可能对检测有一定影响，而Vantage系统可以过滤掉行人，可以避免由于行人经过而造成的误信号控制。这一功能对多行人路***通信号控制非常有用。

④ 逆行车辆过滤功能：当检测区域属性设置为行驶方向向下时，逆向行驶的车辆将被过滤掉，不予检测输出！

⑤ 眩光检测功能：当检测区域被车辆眩光充满时，则相应的输出通道便输出一个检测信号，从而降低眩光对检测精度的影响，此功能特别适用于路灯光线较差的路口控制。

⑥ 绿灯强制通行功能（Green/Input）：此功能在国内应用较少，它是为了使快速行驶车辆顺利通过绿灯路口，而不需紧急刹车而设置的。当路口绿灯将要变成红灯时，而此时离路口一定距离的地方有车辆经过预设的专用虚拟线圈，那么此时的绿灯会延时，延时多久可以设置，一般由虚拟线圈与停车线的距离而定。

四、工程示例:

1、摄像机安装高度

大约在9.2～15米之间，只要图像清晰、车辆图像足够大，摄像机安装越高越好，并尽可能固定在检测区域的中间位置，建议安装高度在10米左右。如果不能满足这种要求，要尽可能的避免遮挡问题。另外，尽可能将摄像机固定在稳固的立柱上，特别是长期应用。

2、摄像机安装视域

摄像机视域取决于它的安装高度和镜头，一般摄像机视距为其安装高度的10倍。Vantage视频车辆检测器，具有0－100米的有效检测范围，可以同时检测4条车道，一般摄像机的视域要能容纳4.5～5条车道，为了保证检测的精度，要尽量确保视域中车辆停止线保持水平，右图为标准的视域范围：

3、检测区域的设置

虚拟线圈的大小一般接近于我们的大拇指肚大小，基本上与图像中夏利轿车的尺寸相同，这样可以避免漏检较小的车，又能保持较好的灵敏度。

虚拟线圈的放置位置不一定在每条车道的正中间，而是可以根据摄像机的视角略微偏移向某一侧，基本上要根据大多数车辆的行驶轨迹而确定。

每路视频图像最多可以设置24个虚拟线圈，也就是说它可以取代6个4通道的感应线圈检测器！每路视频图像有4个独立的通道输出，可以随意定义虚拟线圈的输出通道。如果必要，还可以将多个检测线圈重叠放置，设置主辅线圈，进行联合控制。所有设置通过面板鼠标即可完成。

4、对摄像机的要求

用于视频检测的摄像机必须是固定式的，云台摄像机通常不适合用于这种检测。不论是用于十字路口控制还是交通数据采集，对摄像机都要有一个最低的要求：

① CCIR/EIA 1Vpp(+/-20%)

② 1/3 CCD适应昼夜亮度变化，自动亮度调节，在夜间照度水平低于0.1 Lux或日间照度达到10000 Lux时所产生的视频图像仍为可用视频信号并具有可分辨特性；

③ 图像水平分辨率应在500线以上，垂直分辨率在350线以上；

彩色摄像机也可以使用，但要注意，彩色摄像机的灵敏度通常要比黑白摄像机低4倍左右，这样最大的影响是在晚上，在这种低对比度条件下检测的性能会很差。

5、使用VRAS远程管理软件设置

如果您想通过远程设置管理，使用VRAS软件模块即可。

我们可以通过VRAS软件对Edge2检测模块进行远程控制，可以设置检测区域的参数以及对检测模块进行各种操作，它为Vantage系统提供以下主要功能：

★ 远程浏览现场图像，单帧或连续帧两种模式

★ 浏览多个Vantage摄像机的图像

★ 为每台摄像机重新设置检测区域

★ 远程执行系统诊断

★ 远程获得交通统计数据

Vantage视频车辆检测器采用闪存的方式可以将参数设置存储起来，以防止数据意外丢失，即使有意外断电的情况也不会带来损失！

另外，如果您想用Edge2模块再采集一些交通数据，也没有问题，不必更换硬件，只需用我们提供的VSU软件模块将Express数据采集程序写入到Flash闪存中即可，非常方便！

五、Edge2硬件特点及技术指标

1、主要功能及特点

① 双路视频输入；

② 每路摄像机图像能够设置24个检测区域；

③ 每个Edge2具有4个通道输出，通过增加扩展模块，可以设置多达24个的通道输出；

④ 检测区域之间可以设置成“And”逻辑功能，来提供联合控制；

⑤ 每一个检测区域当有车辆存在时，可以持续输出一个存在信号；

⑥ 可以对系统进行远程设置及状态监控；

⑦ 采用FLASH闪存存储，使处理器具有编程能力，并能够实现多种应用；

⑧ 通过串口进行软件升级，不需要修改硬件，同时增加了用于储存数据的FLASH存储空间；

⑨ 易于操作的主菜单接口界面，使系统设置或维护不需要电脑即可完成；

2、接口指标

① 输入：BNC视频输入，RS170（NTSC），CCIR（PAL）

② 输出：BNC视频输出，RS170（NTSC），CCIR（PAL）

③ 75 Ohm或Hi－Z视频输入端口

④ USB型鼠标接口

⑤ DB9针RS232接口

⑥ RJ45与扩展模块连接接口

3、工作环境

① 环境温度：-37℃～+74℃

② 环境湿度：0％～95％，无冷凝

③ 电源：12VDC或24VDC（490/280mA）

六、感应式路口控制系统组成

Vantage视频车辆检测器是感应式路口控制系统的感应部分，在本方案中就不再论述信号灯控制机及摄像机等系统部件。Edge2模块可应用于单点路口控制、线控及面控系统中，实现感应式或自适应式控制，能够完美的与SCOOT、SCATS等系统无缝整合！

需要将Vantage Edge2集成到信号灯控制机中，Edge2模块适用于多种型号控制机，如170、TS-

1、TS-2、2070、ATC等。一般只需将Edge2模块直接插入到信号灯控制机内相应的位置即可，非常方便。

1、系统部件组成

① Vantage Edge2视频检测模块（双路视频输入）

② Vantage Intersection十字路口控制专用软件（固化在Edge2中）

③ Vantage Remote Access System（VRAS）远程管理软件

④ 符合要求的摄像机

⑤ 感应式信号灯控制机

智能交通信号控制系统篇3

关键词：智能交通信号；信号控制系统；相关问题；研究分析

中图分类号：U491.51 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01

目前，我国道路交通的压力持续在提升，仅仅依靠交警来维持道路通行的秩序根本不能解决实际的问题，城市智能交通信号控制系统的出现既简化了交通管理流程，又提高了道路管理效率，维持稳定的道路通行。城市智能交通信號控制系统在科学技术的研发下具备很多功能，同时城市智能交通信号控制系统具有统一的控制平台，及时收取到城市内所有道路的通行数据信息，并作出道路交通压力处理措施，单路口信号采用配时优化技术，客服了传统的固定配时缺点。所以交通管理部门要积极对现有的城市智能交通信号控制系统进行研究和革新，及时发现控制系统存在的问题，使城市智能交通信号控制系统可以进一步提高道路指挥能力，缓解道路交通压力。

一、Type-2模糊集单路口信号灯配时优化分析

（一）信号灯配时分析

交通信号配时指将事件流上有冲突的车流错开放行，进而缓解高峰时段的交通通行压力，确保过往车辆流的安全有序通行，这种交通信号配时的理念对于现代交通状况非常适用。其中，信号灯配时的信号周期是主要的影响参数，信号周期是由多个步长组成，步长就是指各个方向上的信号灯在某一时刻的信号状态所组成的一组确定的等色状态，在这样一个交通状况下，整个信号循环在周期中所占用的时间，会大大低于车辆堵截的时间。基于此，为了避免一个信号周期内车辆的拥堵，智能交通信号控制系统会在同一个平面内的车流冲突通行中引入信号相位，把同一个平面上的车辆，进行车流统筹分配，确保每一个车流的稳定性。

（二）Type-2模糊集单路口信号灯配时优化形式

为了满足单路口信号灯配时优化的需求，需要用到Type-2模糊控制器，Type-2模糊集可以在道路交通流中选取出单值模糊，通过计算，可以对本时段的道路交通情况进行确定，进而利用信号周期对车辆进行分流处理。Type-2模糊集控制器在模糊化方法上的基础上，运用维度约简和解模糊改进的Nie约简方法，可以对车辆进行更加可靠的估计，最后明确各个路口需要的精确相位绿灯时间。智能交通信号控制系统在Type-2模糊集控制器的协助下，需要及时切换信号灯指示内容，并要保障切换内容与Type-2模糊集控制器的指示一致[1]。

二、智能交通信号控制系统及相关问题研究

（一）控制系统设计原则和目标

在现代化科学技术的带动下，智能交通信号控制系统设计的原则包括：人性化操作、技术先进、与实际保持一致、便于后期的使用和维护、安全性。智能交通信号控制系统具备的人性化主要体现出用户的使用过程中，控制系统设计的使用步骤和功能必须要明确，可以使使用者一眼就能明确使用方法，同时智能交通信号控制系统要应用先进的技术进行系统设计，使其可以满足实际的使用要求，智能控制系统的指挥情况要与交警的管理保持一致。在控制系统使用的过程中，系统设计的功能和应用的技术必须要便于后期的维护和管理，确保不会因为系统的维修而影响到道路指挥，安全性则要求智能控制系统要具备一定的防火墙功能，避免被黑客攻击，扰乱道路交通的指挥情况[2]。

（二）控制系统总体逻辑设计

智能交通信号控制系统由信号机、数据处理模块、数据库系统等组成，信号机负责对城区信号的控制，数据处理模块负责处理交互各个模块反映出的数据，并对数据进行归纳和统计，数据库系统是利用现代化计算机技术，存储信号机以及地图数据。系统具有信号机数据库和地图数据库，二者与数据处理模块的连接，可以在第一时间对交通控制进行处理，文件系统负责为数据处理模块传输数据。信息传递模块需要设置出不同时期的系统指示情况，确定系统的实时状态，并要对用户进行管理，收发设置和运行参数可以体现出用户的使用状况，所以技术人员要及时对智能交通信号控制系统进行检测，发现用户使用存在的问题，并对其进行进一步的完善[3]。

（三）控制系统功能概述

本文研究的智能交通信号控制系统具备的功能包括：修改相位周期、修改日计划表、修改运行参数表、修改节假日表、发送、接收信号机配置、警卫任务、编辑地图信号机、接收车流量数据信息、信号机校时、监控信号机实时运行状态、接收信号机日志、用户管理。

三、结束语

在上文分析中，笔者分析了智能交通信号控制系统的控制模式，并明确了控制系统设计的理念和形式，所以我国道路管理部门要合理利用智能交通信号控制系统，使其可以体现出自身的管理优势。道路交通管理日益严峻，只有智能交通信号控制系统才能缓解交通压力，确保交通的畅通，提高交通控制管理能力。

参考文献：

[1]万畅明，高丽艳，刘珊珊.智能交通信号控制系统及相关问题研究[J].南昌大学学报（社会科学版），2013（12）：120-123.

[2]戎听红，唐继业，李明宇.基于无线传感网络的智能交通信号控制系统研究[J].通信信号控制，2013（17）：174-180.

智能交通信号控制系统篇4

交通管理, 是一个范围很广的概念。它包括道路管理, 车辆信息, 交通环境, 轨道交通, 公共交通等多方面管理关系。交通管理者的使命是尽可能高效的根据现有交通条件为车辆及其他交通工具提供服务。信号灯管理作为智能交通管理系统效率化的一环, 追求的是车辆驶过路口时间的缩短和交通信号配置更加合理化。同时追求有效控制信号必将对路口管理方式的选择产生较大的影响。通过调研天津市各关键交通路口、路段的交通流量, 红绿灯指挥、道路设置等状况, 建立合理的数学模型, 使模型具有合理分配信号灯变化时间, 以及推测下一时段车辆通过路口的情况的功能, 实现智能管理。从成本上来看, 它远远优于其他的解决方案。所以, 合理的控制信号灯可以大大改善道路拥堵状况。

2 通过流量控制信号灯的基本理论和环节

2.1 信号灯管理的定义

信号灯管理系统是由汽车、道路基础设施运输基础设施、信息和人组成的一个共同完成交通管理的综合服务系统。这个系统由各种不同系统的形态所组成, 它包括自然与人造、实体与概念、静态和动态及控制和行为等系统, 这个系统中渗透着上述系统的各种形态。信号灯管理系统是实现道路交通管理系统最优化, 并获取最佳经济效益、社会效益和生态效益的组织管理方法。

2.2 通过流量合理管理信号灯的意义

过去, 由于我国交通行业智能化程度低, 所以要集中采集交通信号并加以处理是难以实现的, 尽管有不少部分地区应用了一些交通信息广播电台, 它不断通过广播告诉司机哪些路段堵车, 哪些路段通畅。这种靠广播加上司机对整个城市的熟悉情况共同组成的系统也就是智能交通的雏形。由于技术手段相对落后, 不能达到高效率、低成本以及柔性化的要求, 以上手段随着日益增长交通的需求已经不能满足当前的要求, 因此, 选择合理的信号灯管理方案具有十分重大的意义。建立现代化的智能交通管理系统, 不仅要解决观念等方面的问题, 更要做好信息采集和应用工作。交通信号灯管理的灵魂是方案选择, 因此, 对它的研究有重要的理论和实际意义。

3 通过流量管理信号灯的基本环节

3.1 信号采集

信号采集是信号灯管理过程中的基础环节。严格说来, 信号采集应叫做交通流量采集, 在不同的技术支持下, 信号采集的来源不同, 这里有的是用电子车牌技术来采集需要的流量信号。这里的车流量信号采集是在车辆未进入路口时采集的, 也就是车行驶在相应道路上时采集的流量信号和车辆信息信号。

3.2 信号传递

信号传递是指将道路上采集的车流量信息通过一定的硬件设备, 将信号传送至相应的计算机系统, 为以后的工作提供相应的数据, 当然, 数据传输的起点是相对固定的, 但数据传输的终端可以根据当地的实际情况, 确定为不同的计算机组织系统, 因此, 以后的工作既可以实现独立的路口的处理, 也可以实现多路口的协同处理。

3.3 信号存储

信号存储这一部分涉及到数据库中相应表的处理, 采集来的信号将被存入相应的表中, 以便用于不同的处理方式, 为此, 每一个路口都有自己独立的数据存储空间。

3.4 信号处理

信号处理是整个信号控制最为关键的一步, 它需要事先为系统建立合适的数学模型和相应的组织结构和算法。目前世界上有多种多样的处理方法。车辆信号流按照其控制的范围, 分为若干的层次, 在不同的层次上, 控制目标、实现方法和手段都有差异。信号控制的层次主要分为:孤立路口控制、主干道控制、区域控制。常见的控制方法主要有:离线优化方法, 在线的方案选择, 在线的方案生成。在几十年的交通控制实践中, 这些方法都有应用, 每种方法都各有其优点和不足之处。

4 流量问题的数学模型

流量控制问题的数学模型及其解决方法:

在信号灯管理过程中, 必将考虑到各个道路上的交通流量问题。因此考虑如何控制车流量就是考虑如何对信号灯分配合理的相位。在以下两个模型中, 对于交叉口的基础设施设置都是以只考虑汽车的情况, 对于行人和自行车的情况没有进行考虑。交叉口全部设置为十字交叉口, 共设置了四个相位, 如下图所示:

信号周期不能太短, 要有一个下限值。但也不能太长, 周期越长通行能力就越大, 但随着信号周期长度的增加, 路口延误时间也增加, 因此信号周期长度又一个上限值。

根据Webster公式:

其中, C0表示信号周期, 单位为s;

L表示总损失时间, 单位为s;

这里的L=∑D0+∑I;

D0表示车辆启动的延误时间, 根据现场观测, 一般取2S;

I表示绿灯间隔时间, 根据现场观测, 一般取2S;

因此四个相位的总时间损失为4*2+4*2=16秒, 即L=16秒。

这里的yi代表第i相信号临界车道的交通流量比, 所谓临界车道是指每一信号相位上, 交通流量比最大的那条车道, 即yi=max (实际的进口道交通流量S/进口道交通能力Q) 。

其中, 实际的进口道交通流量S, 由路口的检测系统自动测量实际的流量数。

进口道交通能力Q, 则是依据以下的分析得出的:

结合我国的情况, 汽车驾驶员“根据时速确定前后两车间距, 一般以时速公里数为间距米数……在晴雨天都比较适用”的原则, 若以v (km/h) 计车速, 一般车身长度以5m计, 则有如下关系式Q= (1000V) / (V+5) (4)

其中Q为每车道每小时的通行车辆数, 即进口道交通能力。

由d Q/dv=8000/ (v+8) 2>0 (对3式求导) , 说明车流的通过量确实是随车速的增大而增多的, 但按 (3) 式, 混合车辆数又以每小时通过1000辆为其极限值。

根据我国的车速、车况, 每车道混合车型流量每小时以900~1000辆为宜, 同时交叉口的理想通行能力只有路段通行能力的50%, 实际上只有路段通行能力的30~45%。

因而, 可以得到交叉口最大通行能力的一般计算公式: (对于每一进口道来说)

因此, 根据Webster公式:

我们已经得到了式 (1) 中的L, 又通过检测器得到Y, 因此可以对C0 (信号周期) 进行求解, 则式 (1) 可以变为:

Y=∑yi (i=1、2、3、4 (即分别对当前四个相位的流量求流通比)

在得到最佳周期以后, 按各相位车道的交通流量比进行比例分配, 第i相信号相位的绿灯间gi为:

从而得到各个相位的通行时间。

在由各个进道口所得到的实际流量分别求出, 四个相位中, 八组车道组中 (车道组11、12、21、22、31、32、41、42) 相对应同一相位中两个车道组的差值, 并由小到大排列, 取其最小差值得相位, 作为首先开通的相位, 并从小到大依次开通。

上述对模型的求解方法可归纳为: (1) 获得各个进入口道路上车流量Si (i=1、2、3、4) 和每车道每小时的通行车辆数Q。 (2) 求各出各个入口道路上的交通流量比yi (i=1、2、3、4) , 将它们相加, 得到总的流量比Y。 (3) 通过测量得到总的损失时间L。 (4) 根据Webster公式:C0= (1.5L+5) / (1-Y) , 得到最佳周期时间。 (5) 根据公式:gi=yi* (C0-L) /Y, 算出各个相位的绿灯时间。 (6) 根据车道组实际流量的差值, 依次得到开通相位的顺序。

参考文献

[1]徐中明, 贺岩松.国外智能交通系统研究动向[J].汽车工业研究, 2000 (1) :62～67.

[2]李灵犀, 高海军, 王飞跃.两相邻利口交通信号的协调控制[J].自动化学报, 2003.

交通信号控制的基础理论知识篇5

2.1交通控制的分类

城市交通控制有多种方式，其分类也有很多种。从不同的角度看有不同的划分方式。

1、从控制策略的角度可分为三种类型

（1）定时控制:交通信号按事先设定的配时方案运行，配时的依据是交通量的历史数据。一天内只用一个配时方案的称为单时段定时控制，一天内不同时段选用不同配时方案的称为多时段定时控制。根据历史交通数据确定其最优化配时的方法webster(1958)，Bollis(1960)，Miller(1963)，Blunden(1964)，Allsop(1971)等人的著作中已有详述。我国杨佩昆等学者也有这方面的研究成果。现在最常用的信号配时方法有:韦尔伯特法、临界车道法、停车线法、冲突点法。定时控制方法是目前使用最广的一种交通控制方式，它比较适应于车流量规律变化、车流量较大(甚至接近于饱和状态)的路口。但由于其配时方案根据交通调查的历史数据得到，而且一经确定就维持不变，直到下次重新调整。很显然，这种方式不能适应交通流的随机变化，因而其控制效果较差。

（2）感应控制:感应信号控制没有固定的周期，他的工作原理为在感应信号控制的进口，均设有车辆检测器，当某一信号相位开始启亮绿灯，感应信号控制器内预先设置一个“初始绿灯时间”。到初始绿灯时间结束时，增加一个预置的时间间隔，在此时间间隔内若没有后续车辆到达，则立即更换相位;若检测到有后续车辆到达，则每检测到一辆车，就从检测到车辆的时刻起，绿灯相位延长一个预置的“单位绿灯延长时间”。绿灯一直可以延长到一个预置的“最大绿灯时间”。当相位绿灯时间延长到最大值时，即使检测器仍然检测到有来车，也要中断此相位的通行权，转换信号相位。感应式信号控制根据检测器设置的不同又可以分为半感应控制和全感应控制。只在交叉口部分进道口上设置检测器的感应控制称为半感应控制，在交叉口全部进道口上都设置检测器的称为全感应控制。感应控制方法由于可根据交通的变化来调节信号的配时方案，因此比定时控制方法有更好的控制效果，特别适用于交通量随时间变化大且不规则、主次相位车流量相差较大的路口。感应控制方法存在的缺陷在于，感应控制只根据绿灯相位是否有车辆到达而做出决策，而不能综合其它红灯相位的车辆到达情况进行决策，因此它无法真正响应各相位的交通需求，也就不能使车辆的总延误最小。

（3）自适应控制:连续测量交通流，将其与希望的动态特性进行比较，利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优。自适应控制系统有两类，即配时参数实时选择系统和实时交通状况模拟系统。配时参数选择系统是在系统投入运行之前，拟定一套配时参数与交通量等级的对照关系，即针对不同等级的交通量，选择相应最佳的配时参数组合。将这套事先拟定的配时参数与交通量对应组合关系贮存于中央控制计算机中，中央控制计算机则通过设在各个交叉口的车辆检测器反馈的车流通过量数据，自动选择合适的配时参数，并根据所选定的配时参数组合实行对路网交通信号的实时控制。实时交通状况模拟系统不需要事先贮存任何既定的配时方案，也不需要事先确定一套配时参数与交通量的对应选择关系。它是依靠贮存于中央计算机的某种交通数学模型，对反馈回来的实时交通数据进行分析，并对配时参数作优化调整。配时参数的优化是以综合目标函数(延误时间，停车次数，拥挤程度及油耗等)的预测值为依据的。因此，它可以保证整个路网在任何时段都在最佳配时方案控制下运行。从总体来看，自适应系统的控制在很大程度上依赖于交通流数据的实时检测，因此系统对交通检测设备和交通数据传输设备的精度和可靠性要求很高。与定时系统相比，自适应控制系统的设备配置复杂得多，建设投资要高很多。

2、按照控制结构分类

可分为集中控制、分散控制和递阶控制。

（1）在集中控制中，控制中心直接控制每个子系统，每个子系统只能得到整个系统的部分信息，控制目标相互独立。其优点是系统的运行的有效性较高，便于分析和设计;但若中心有故障，则整个系统将瘫痪。

（2）在分散控制中，控制中心控制若干分散控制器。每个分散控制器控制一个独立的控制目标，即具体的子系统，此类结构的优点在于局部故障不至于影响整个系统，但全局协调运行较困难。

（3）递阶控制中，当系统由若干个可分的相互关联的子系统构成，可将系统的所有决策单元按照一定优先级和从属关系递阶排列，同一级各单元受到上一级的干预，同时又对下一级单元施加影响。此类结构的优点是全局和局部控制器性能都较高，灵活性和可靠性好。

3、按照控制方式分类

可分为方案选择和方案生成。

（1）方案选择式控制是在控制系统中存贮适合各种交通流状况的多套配时方案，控制系统根据检测器送来得实时交通流、占有率等数据从方案库中选出一套控制信号灯的动作。这种控制方式在线计算量小，执行速度快，但由于存贮的方案数总是有限，因而只能找到比较适合当时交通流状况的配时方案，而不是最优的。

（2）方案生成式控制能根据每个控制周期交通流的变动情况，自动进行信号周期、绿信比、相位差(甚至是相序)等控制参数的优化计算。此种控制方式在线计算量增大，但适应交通流变化的能力大大增强，能实现基于某个目标函数下的最优控制。方案生成式控制有多种形式，如自寻优控制、最优控制等。

4、按照控制范围的不同分类可以分为点控、线控和面控。

（1）点控:单点交叉口交通信号控制，通常简称为“点控制”。点控方式适用于相邻信号机间距较远、线控无多大效果时;或因各相位交通需求变动显着，其交叉口的周期长和绿信比的独立控制比线控更有效的情况。单路口的交通信号控制是最基本的交通控制形式，也是线控和面控系统的基础，其目的是通过合理的信号配时，消除或减少各向交通流的冲突点，同时使车辆和行人的总延误最小。单路口的交通信号控制主要分为定时控制、感应控制、实时自适应控制等，其中定时控制和感应控制是基本的交通控制方法。

（2）线控:线控方式是将一条主干道的一连串交叉路口作为控制对象。它要考虑这一连串交叉路口的交通流状况，并对其进行协调控制。

（3）面控:面控方式是将城市中某个区域中的所有信号化交叉路口作为控制对象，其控制方案相互协调，使得在该区域内某种指标，如总的停车次数，旅行时间，耗油量等最小。

由于任何一个交叉路口都处于整个城市交通网的大环境中，所以为了能够提高整个交通网络的通行能力，今后交叉口研究方向将趋向于多路口协调控制即线控和面控。未来的交通信号控制仍然是点、线、面控制并存的形式。对于中小城市，仍将是点、线控制相结合的控制方式。对于大型城市，大多将采用网络控制方式。智能交通系统将是今后研究的热点。

2.2交通信号控制的主要控制参数

交叉口信号控制的参数主要包括周期、绿信比及相位。控制系统的控制目标就是要最佳地确定道路各交叉路口在车流方向上的控制参数，并付诸实施。2.2.1周期

指信号灯的各种灯色轮流显示一次所需要的时间。也即各种灯色显示时间之总和。它是决定点控制定时信号交通效益的关键控制参数。一般信号灯的最短周期长度不少于36秒，否则就不能保证几个方向的车流顺利通过交叉口。最长周期长度一般不超过120秒，否则，可能引起等待司机的烦躁或误以为灯色控制已经失灵。适当的周期长度对路口交通流的疏散和减少车辆等待时间具有重要意义。

从疏散交通的角度讲，显然当交通需求越大时，周期应越长，否则一个周期内到达的车辆不能在该周期的绿灯时间内通过交叉口，就会发生堵塞现象。

从减少车辆等待时间的角度来讲，太长或太短的周期都是不利的。若周期太短，则发生堵车现象。若周期太长，则某一方向的绿灯时间可能大于实际需要长度，而另外方向的红灯时间不合理延长必然导致该方向车流等待时间的延长。正确的周期时长应该是，每一个相位的绿灯时间刚好使该相位各入口处等待车队放行完毕。2.2.2绿信比

在一个信号周期中，各相位的有效绿灯时间与周期长度的比值。若设 tG为第i相信号的有效绿灯时间，则该相信号的绿信比i为 c为周期长度，iitGic（2.1）显然，0i1绿信比反应了该信号相位交通流在一个周期中需要绿时的大小。绿信比的大小对于疏散交通流和减少交叉路口总等待时间有着举足轻重的作用。通过合理地分配各车流方向的绿灯时间(绿信比)，可使各方向停车次数、等待延误时间减至最小。2.2.3相位

在交通控制中，为了避免平面各交叉口上各个方向交通流之间的冲突，通常采用分时通行的方法，即在一个周期的某一个时间段，交叉口上某一支或几支交通流具有通行权，而与之冲突的其它交通流不能通行。在一个周期内，平面交叉口上某一支或几支交通流所获得的通行权称为信号相位。简称相位;一个周期内有几个信号，则称该信号系统为几个相位系统。在相位的时间这一概念上，相位时间包括绿灯时间与黄灯时间。

2.3交通控制的评价指标

交通信号控制的目的是，就是采用合理的配时方案要使单个交叉口或交通网络获得良好的交通效益。评价交通效益的指标有:通行能力、饱和度、排队长度、延误、停车次数、停车率、油耗、行程时间等。目前，常用的交通效益指标是延误、排队长、通行能力。交通信号控制的评价函数可以由设计者根据需要进行选择。

2.3.1延误时间

延误时间是指车辆在没有交通信号和等待队列的阻碍下行走所需的时间和实际的行程时间之差。延误时间有平均延误和总延误两个评价尺度。交叉口进道口所有车辆的延误总计称作总延误;交叉口进道口每辆车的平均延误称作平均延误。

2.3.2饱和度

某个交叉口进口的车流量与可从该进口通过交叉口的最大流量的比值，即际到达交通量与通行能力之比，就是该进口的饱和度。计算公式为: x式中: q—进口的车流量;

qs（2.2）

—相应相位有效绿灯时间与周期时间的比值;s—进口的饱和流量。

2.3.3通行能力

通行能力是指在实际的道路条件、交通条件和控制条件下，在一定时间内通过进道口停车线的最大车辆数;交叉口的通行能力不仅与控制策略有关，还与实际道路条件(包括引道宽度、车道数、转弯半径、转弯长度、引道坡度)和交通条件(车流量、车辆种类、拐弯车比例、车速、非机动车和行人干扰、车道功能划分等)密切相关。通行能力是交叉口饱和程度的重要评价指标。在一定的道路条件下，信号控制路口的通行能力受信号周期的影响。在正常的周期长范围内，周期时长越长，通行能力越大，但车辆延误和油耗等也随之越大。而且在饱和度相当小时，片面的追求通行能力的提高，只会无谓的增加油耗和车辆延误，对交叉口的交通效益无多大意义。

2.3.4平均排队长度

平均排队长度是指在信号一个周期内各条车道排队的最长长度平均值。各条车道最长排队长度一般是指该车道的绿灯相位起始时的长度。

Lavglii1nn（2.3）式中n为车道数。

平均排队长度以周期为单位计算。某个周期平均车辆排队长度与此周期平均车辆延误的指标基本是一致的。

2.4交通流的基本参数

表征交通特性的三个基本参数分别是:交通量q、车流密度k和行车速度v。2.4.1交通量

交通量q是指在选定的时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数。交通量是一个随机数，不同时间、不同地点的交通量都是变化的，交通量随时间和空间变化的现象，称之为交通量的时空分布特性。通常取某一时间段内平均值作为该时间段内的交通量，如式(2.4)所示。

1nqqini1式中: qi—规定时间段内的交通量；

（2.4）n—时间段数。

2.4.2车流密度

车流密度片是指某一瞬间单位道路长度上的车辆数目。

kNL（2.5）

式中:k—车流密度(veh/km);N—路段内的车辆数(Veh);L—路段长度(km)。

车流密度大小反映一条道路上的交通密集程度。为使车流密度具有可比性，车流密度也可按单车道来定义，单位为:Veh/km/车道。2.4.3行车速度

行车速度v是指区间平均速度。即是指在某一特定瞬间，行驶于道路某一特定长度内全部车辆的车速分布平均值。当观测长度一定时，其数值为车速观测值的调和平均值。见式(2.6)。

nL v1(2.6)nn11tinvi1ii1式中: L—路段长度;ti—第i辆车的行驶时间;n—行驶于长度为L路段上车辆数;vi—第i辆车的行驶速度;v—区间平均速度;交通流三参数之间的基本关系式为qvk。

2.5本章小结

本章首先对交通信号控制的分类进行了详细的阐述，然后介绍了信号控制的基本参数，包括周期长度、绿信比和相位差。最后介绍了交通信号控制的评价指标和交通流的几个参数以及它们之间的关系。对此我们将以平均延误时间最短为目标，综合交通信号的各项指标和参数，采用自适应控制对点线面交通进行智能控制。

第3章城市路网结构

3.1路网几何形状描述 3.1.1路段几何形状描述

路段是组成路网的基本元素。路段的几何形状包括：起点、终点、长度、宽度、中间隔离带、车道的数量、车道的走向、车道的宽度等。

路段由车道组成，车道按照走向分为两类：上行车道组和下行车道组。两组车道的方向相反，上行车道和下行车道在物理位置上相邻，包含的车道数目多数情况下是相等的，如图3.1所示。在路段上行走的车辆可以在上行车道组内切换车道，但是不能从上行车道组切换道下行车道组。如果将路段由两个管道来描述，车辆可以自由地从一个管道进出，但是进入管道的车辆不能进入另外一个相邻的管道，如图3.2所示。

图3.1路段车道示意图图3.2路段管道示意图

3.1.2交叉口几何形状描述

城市路网普遍存在两种类型的交叉口：“＋”字交叉口和“T”形交叉口。对于“T”形交叉口与“＋”字交叉口类同且简单一些，我们这里主要针对复杂一些的“＋”字交叉口作分析。如图3.3 所示平面十字交叉口, 进口道分别编号为1，2，3，4, 车道分别编号为1，2，3，⋯16；图3.4 为交通流具体示意图。

图3.3平面十字交叉口示意图图3.4 交通流具体示意图

3.2路网中交叉口相位划分城市交通中将长期存在大量的交叉口，虽然三维空间的立交桥是解决交叉口局限性的一种有效措施，但是立交桥占地面积大，对空间非常有限的城市而言不够现实，而且立交桥造价昂贵。在交通不太紧张的区域，交叉口完全能够应付。

在交通控制中，为了避免平面交叉口各个方向上交通流之间产生冲突，通常采用分时控制的方式。在一个周期的一段时间上，允许交叉口上某一支或几支交通流通过，其他交通流上的车辆则不允许通过。一个周期内，平面交叉口上某一支或几支交通流所获得的通行权成为信号相位，简称相位。一个周期内有几个信号相位，则称交叉口为几相位交叉口。

对相位的划分不是越多越好，相位太多，会带来一些问题。首先相位切换需要一定的时间，频繁切换，会浪费交叉口的通行时间，影响通行率；再次，对与周期固定的交叉口，意味着相位的通行时间变短，这样会导致没有在绿灯时间通过的车辆承受较长的红灯时间，影响驾驶员的情绪，增加交通安全隐患。3.2.1“T”型路口相位划分

侧支路段与主干道相连接形成“T”型路口，它是城市交通路网中普遍存在的控制点；城市小区与小区之间通常存在连通的路网，面积大的小区和面积小的小区并列时也会形成“T”型路口。图3.5为“T”型口在时间上会发生冲突的相位分组：西路段上存在右转交通流，不存在左转交通流。东路段上存在左转交通流，不存在右转交通流，对所有右转交通流和东路段上向西的交通流也不需要控制。相位1为西路段向东的交通流，相位2为南路段上向北左转的交通流，相位3为东路段上向西左转的交通流。

图3.5“T”形路口单相位控制相位划分示意图

3.2.2“十”字路口相位划分

如果不考虑进入“十”字路口的车很少存在相邻路段返回的情况。“十”字路口应严格划分为四个相位：东西直行相位，南北直行相位，东西左转相位，南北左转相位。所有右转交通流不会与其他交通流发生空间上的冲突，所以不予控制，如图3.6所示。

周期

图3.6 信号控制的4种相位描述

3.3 路网中交叉口信号控制原理现在城市中最常用的就是四相位的定周期控制策略，它可以较充分的描述路口的各种交通流状态，同时这种四相位的控制模式也是现在研究最多的一种控制模式。四相位如图3.7所示，第一相位为东西相位，第二相位为南北相位，第三相位为东西左转相位，第四相位为南北左转相位。在任何时刻，四个相位中只有一相处于通行状态。检测器对路口各个车道车流量进行实时检测而获取车流量信息，为模糊控制提供必要的数据。

图3.7 “十”字路口单相位控制相位划分示意图

对于此交叉口，我们可以通过信号控制，只使相位1通行，而其他相位不通行；接着相位1通行一段时间后只使相位2通行；同理使相位

城市轨道交通信号维护支持系统研究篇6

【关键词】城市轨道交通；信号维护支持系统；远程控制；分析

现如今，随着城市客流量也来越多，导致城市轨道交通压力也越来越重，人们对于交通信号设备运行的安全性也提出了较高的要求，这就使我国城市交通部门面临了巨大的挑战。因此，大部分城市交通部门为了更好的解决这一问题，缓解城市轨道交通压力现状，纷纷加大了对信号维护支持系统的建立，以此来提高城市轨道交通信号系统的运行质量，从而充分保障了运营生产的安全、可靠性，这对于城市经济建设也有着重要的影响和意义。下面，本文就对信号维护支持系统在城市轨道交通系统中的应用进行探析。

1.信号维护支持系统在城市轨道交通信号系统中的作用

城市轨道交通信号系统是城市轨道交通的主要技术设备，担负着指挥列车运行、保证行车安全、提高运输效率的重要任务。由列车自动监控系统（ATS）、列车自动防护系统（ATP）、列车自动驾驶系统（ATO）、正线计算机联锁系统、数据通信系统（DCS）、车辆段/停车场联锁系统、电源屏系统组成，包括计轴、轨道电路、信号机、转辙机等设备。为保障系统的安全运行，必须对其进行良好的日常维护。

信号维护支持系统是整个信号系统的设备状态监测与维护工具，利用计算机、网络和通信技术，完成对信号系统所有设备的状态集中监视和报警，实时监测信号设备的使用情况，定位故障地点，分析故障原因，统计故障时间，管理维修作业，以实现预防故障发生，提高系统维护管理水平的效果。同时，通过专业化、智能化、流程化的综合维护平台，进一步提高信号设备的维护管理效率和质量，确保城市轨道交通信号系统安全、可靠、高效运行

2.城市轨道交通信号维护支持系统现状

车辆段/停车场采用国产微机联锁信号系统，并配备国有铁路2000/2006版信号微机监测系统。正线ATS、ATP、ATO设备报警信息汇聚到ATS界面，由ATS系统提供部分信号设备的报警信息，信号设备的维护与维修采用故障修和周期性维护的方式，缺少对转辙机、电源屏等设备的监测。

车辆段/停车场采用国产微机联锁信号系统，并配备国有铁路2000/2006版信号微机监测系统。正线采用基于通信的列车运行控制系统（CBTC），正线ATS、ATP、ATO设备报警信息汇聚到ATS界面，由ATS系统包含较全列车自动控制系统（ATC）的维护和报警信息，以及部分正线信号设备的报警信息。全线信号电源配备智能电源屏，并组建专用的电源屏监测网络。该情况通常出现在近期开通的CBTC线路上。

3.主要技术要求

3.1设计人员在对城市轨道交通信号维护支持系统进行设计时，应该充分考虑到系统独立、单一的网络问题，这样设计的主要目的是为了能够适应于不同系统供应商所提供的信号系统。并且，其中所配备的设备也最好是小型化，或是模块化，以此来对城市轨道交通中零散的集中站、停车场、车辆段等交通场所的控制中心进行统一的管理。

3.2在实际的信号维护支持系统建立过程中，设计人员应该采用大量先进的技术手段，从而确保信号设备能够始终保持在良好的运行状态中，并对数据记录、监测范围、不问断电源信号机、数据传输系统基进行实时监测。

3.3城市轨道交通信号维护支持系统应该具备记录信号系统、屏蔽门、监督等系统功能。

3.4通常情况下，在城市轨道交通信号维护支持系统的实际应用过程中，为了避免信号设备受到不良信号的干扰，需要将其与被监测设备之间进行隔离，以此来保证采集数据的真实有效性。并且，采集信息系统通过与其他系统相互结合在一起，加快实现了信息资源的共享。

3.5信号维护支持系统模拟量采集器在正式使用之前，应该利用专业标准的计量器进行校验，使其真正达到国家技术规范要求。

3.6信号维护支持系统最大的优点就是能够快速及时的采集到信号设备的工作信息，并通过智能化系统来对大量的信息数据进行整理分析，一旦信号系统出现运行故障问题，将会迅速发出预警信号，从而将损失程度降到最低。

3.7信号维护支持系统的主要功能是为了对监测设备的运行质量进行严密的监测，并对设备故障类型进行分类。

3.8所谓的城市轨道交通信号维护支持系统自身应该具备一定的故障诊断能力，一定信号设备发生故障情况时，系统可以根据信号设备中产生的状态信息进行分析，准确寻找出故障位置，从而采取相关有效的处理措施。

3.9由于信号维护支持系统在运行过程中，常常会受到外界因素的干扰影响，进而影响信号设备的正常运行。因此，设计人员需要增强信号维护支持系统的抗电化干扰能力。

4.轨道交通信号维护支持系统应用展望

相关技术人员通过对城市轨道交通信号维护支持系统进行深入的研究分析以后，提出了将不同信号系统的维护信息接口、信息数据进行表标准化，以此来提高系统整体的维护能力，促使操作界面也能够得到优化的统一管理，形成一个完整的信号维护管理系统，这也就大大减少了维修人员的工作任务量。并且，信号维护系统中具备数据分析，监测、故障诊断等使用功能，进一步提高了城市轨道交通信号系统的运行效率，有效的降低了后期信息系统的检修费用。同时，如果信号设备出现故障问题，系统也会根据其产生的运行数据进行检测分析，同时发出预警信息，尽最大限度的将损坏程度降到最低。

可以说，当今的城市轨道交通网络系统自身具备了很大的压力，随着客流量的快速增长，其也在发生着变化，再加之行车间的距离逐渐缩小，信号维护难度越来越大的，现有的轨道交通信号维护设备也存在着一定的不足，相关部门应该在此基础上，对所有的维护信息进行归纳整理，建设出方便、快捷的城市轨道交通信号维护支持系统，以此来提高城市轨道交通的服务质量，充分保证行车的交通安全。

5.结束语

综上所述，可以得知，信息維护支持系统对于城市轨道交通系统有着至关重要的影响与作用。因此，我国城市交通部门应该加大对信息维护支持系统的建设力度，加快实现信号维护资源共享的目标，从而促进信息维护支持系统在城市国道交通系统中的可持续发展。

参考文献

[1]贾萍.完善城市轨道交通信号维护支持系统的必要性[J].中国铁路，2012（04）

[2]周庭梁，张兵建.地铁的信号维护支持系统[J].城市轨道交通研究，2010（08）

中小城市智能交通信号控制技术研究篇7

随着我国现代化建设进程的不断加快, 交通疑难杂症不再是大城市独有的专利, 中小城市的交通管理问题也渐渐暴露出来。对于大城市而言, 由于起步较早, 很多都通过一些现代化设备或投入大量的人力物力调研, 逐步寻求到合理的解决方法。然而, 对于中小城市而言, 由于道路资源不足、交通管理设施落后、管理人员缺乏等等因素限制, 传统的交通管理手段与日益增长的交通需求之间的矛盾越来越激烈, 交通拥堵问题不断涌现。本文从中小城市交通信号管理入手, 以最少的经济投入为基准, 探索中小城市合理的交通信号控制方法, 为中小城市的交通管理提供依据。

2 国内中小城市交通信号控制现状分析

2.1 道路设计标准不足, 交通秩序混乱

我国中小城市道路除跨省、跨地区道路设计标准较高以外, 其余道路技术标准均偏低, 断面形式不统一, 断面中央隔离和机非隔离设计不完善或者没有设置任何隔离设施等情况普遍存在。在一些支路上基本没有设置任何的隔离设施, 城区客货混行、机非人混行等现象屡见不鲜, 极易诱发路段交通拥堵和机非擦碰事故, 影响市民的出行安全。

2.2 道路功能不明确

我国中小城市道路功能不明确的问题比较突出。客运与货运、机动车与非机动车及行人在出行路线上存在较大冲突;生活性道路与交通性道路混淆不清, 商业道路上也存在大量穿行或通过性交通, 交通往往处于一种自发的、原始的、无组织状态;由于不能有效分离过境交通, 既要承担市政道路的功能, 又要作为过境车辆的主要通道, 交通压力日益增加。

2.3 交通信号控制设施落后

中小城市交通信号控制设施落后主要表现在两个方面:一是因道路交通设施建设经费较少, 所用的信号控制设施都已老化, 且不具备联网控制功能;二是部分路口和路段缺乏交通安全岛, 行人过街存在较大安全隐患, 部分街巷出入口和起伏路面缺乏减速带, 交通安全问题突出。

2.4 非机动车和行人路权得不到保障

慢性交通系统设施建设滞后, 大量道路没有设置物理隔离设施, 行人和非动车的安全通行得不到保障。同时机动车随意占用路边非机动车道或人行道停车, 非机动车和行人通行路权得不到保障。

2.5 交通信号控制方式单一

据调研统计, 我国大部分中小城市交通信号控制手段均为单一时段的定时控制, 一方面老的信号控制设备不支持, 不具备多时段控制、联网控制、协调管控等功能;另一方面管理力量薄弱, 水平不高, 无法满足交通量不断增长的需要, 导致一些路口或路段成为交通拥堵的瓶颈。

2.6 公共交通出行比例较低

据统计, 一般中小城市公共交通出行比例不到10%。出行中多以步行和私人摩托车为主。这是由于中小城市公共交通发展滞后, 交通管理部门缺乏发展绿色交通理念, 不能给出行者提供便捷的公共交通服务;同时缺乏对出租汽车的有效监管, 违法经营现象严重。

以上提出了中小城市交通信号控制的主要影响因素, 归纳起来主要是资源限制与管理手段两个方面, 本文主要强调的是交通信号控制方法研究, 因此后面主要是根据中小城市的不同建设程度, 制定相应的信号控制方法。

3 中小城市交通信号控制方法探索

将中小城市按照发展程度划分为三个等级, 发达城市、一般城市与欠发达城市。发达城市定义为大部分路口具备符合国家C类标准的信号控制机, 其余路口信号机具备多时段控制、协调控制和联网控制功能, 具有一定数量的信息感知设备的地区;一般城市定义为大部分路口信号机具备多时段控制、协调控制和联网控制功能的地区;欠发达城市是指大部分路口信号机为原始的多时段信号控制机, 只能进行单点控制的地区。

3.1 发达城市

根据发达城市的信号控制设施建设条件, 主要采取多时段定时控制、自适应控制、干线协调控制与截流控制三种方式相结合, 根据不同时段交通流的变化规律, 确定该时段合理的信号控制方法。

(1) 多时段定时控制:多时段定时控制指在同一路口不同时段采用不同配时定时控制的模式。多时段定时控制一般适宜于交通流量大, 且不同时段起伏大的路口。在交通饱和度比较大的路口, 特别是高峰期, 采用多时段定时控制可将延误尽量降到最低。

(2) 自适应控制:根据流量变化, 以相位饱和度作为控制参数, 及时调整相位绿灯时间, 实现路口自适应调节控制, 能有效提高路口的通行效率和绿灯利用率, 减少停车延误。一般中小城市采用感应控制的方式, 感应控制属于自适应控制的一种, 根据车辆通过的时间设置最小绿与最大绿, 绿灯时长根据检测实际车流自动判断。当交叉口平均饱和度<0.9, 且各周期的饱和度波动较大时, 选择自适应控制方式。当流量减少时, 路口的饱和度降低, 系统自动缩短周期, 以减少等待时间, 减少延误;当流量增加时, 路口的饱和度提高, 系统自动调整相位绿灯通行时间, 以合理分配各相位通行效益, 提高路口通行效率。

(3) 干线协调控制:在单点自适应控制的基础上, 根据干道上交通需求最大的一个方向进行协调控制, 这样便实现了干线绿波带控制。这里需要确定的参数包括:公用周期、绿信比和相位差。干线绿波控制分单向绿波和双向绿波两种, 单向绿波主要适用于潮汐变化明显的对称交通流, 对向交通主要采用相位控制, 绿波流向相位差固定;双向绿波主要适用于不对称交通流, 采用灯组控制的方式, 将不冲突的车流作为一个灯组, 相位差主要通过时距图确定 (如图1、图2所示) 。控制方式的选择主要根据实际情况取饱和度进行判断, 当干线路口主路方向饱和度相近, 且<1, 次路方向饱和度<0.8时, 选择绿波带协调控制方式。通过计算道路关键交叉口的饱和度, 选择合适的协调控制方案, 同时优化路口绿信比, 在满足主路畅通的前提下, 保证次路方向饱和度<0.9。

(4) 截流控制:一般应用于城市交叉口交通信号控制, 是指利用交通信号管控技术对原有的交叉口进口车道排队长度进行重新分配, 在交通流高峰期采用实现交通信号配时优化的一种控制方法如图3所示。

通过车辆检测器对交叉口排队长度参数与排队溢出事件的检测判定, 自动计算绿灯放行时间。

判定交叉口排队溢出事件的交通参数主要是车辆密度, 根据交叉口的道路等级设置相应的排队溢出事件阈值, 如果车流密度大于等于排队溢出事件阈值, 就可以判定交叉口出现排队溢出事件。

统计分析出现排队溢出事件路段的上游交叉口平均空间占有率, 计算需要调节的绿灯放行时间

l (n) :第n与第n-1个路口之间路段平均排队车辆数;L (n) :第n与第n-1个路口之间路段最大排队车辆数; 第n与第n-1个路口之间路段平均空间占有率; n个路口的平均路段的车辆空间占有率; 需要调节的车流量差;Qp (n) :需要调节相位绿灯时间内的最大放行车辆数;tp:需要调节相位绿灯时间; 需要调节绿灯放行时间差。

3.2 一般城市

一般城市由于交通状态感知设备较少或缺乏, 主要是在人工调研的基础上, 分析一定周期内各个时段流量变化趋势, 计算交叉口饱和度等数据, 根据饱和度区间判定控制方式。一般在流量较少的夜间采用短周期定时控制, 平峰流量较均衡的时段采用单向或双向绿波控制, 高峰期根据调研结果确定多时段一定周期的定时控制。

3.3 欠发达城市

欠发达城市交通信号控制方法一般有两种情况:一种是更换或升级信号机设备, 按照一般城市的信号控制方式处理;另外一种是将单点定周期控制变为多时段控制, 时段数根据交通量变化确定, 将全天分为若干个时段, 以平均延误为主要评价指标, 确定信号控制方法。

4 实例验证

本文选取合肥市高新区建成区 (包含32个路口) 为例, 分析与评价发达城市的信号控制方式。合肥市高新区是安徽省唯一的国家级高新技术产业开发区, 属于全国首批国家科技创新型试点市, 拥有电子信息、光机电一体化、生物工程与新医药以及新材料等四大高新技术产业集群, 交通量主要集中在上下班高峰期, 因此, 根据上面的方法介绍, 采用多时段定时控制、自适应控制、绿波控制、截流控制相结合的方式, 如图4、图5所示。

以黄山路 (香樟大道-天智路) 与科学大道 (望江西路-习友路) 为例, 分别说明自适应控制+绿波控制+截流控制与多时段定时控制+双向绿波控制同单时段定时控制产生的延误对比情况 (如图6、图7所示) 。

两条主干道的延误对比 (如图8、9所示) 。

整个建成区域其他路段的多时段按照级别不同分为2-10个不同时段方案, 32个路口方案实施前后效果对比如图10所示。

通过上述对比可知, 方案实施后, 在4个不同的时段, 平均延误降幅分别为12.4%、23.5%、32.4%与19.1%, 夜间时段控制效果不明显, 平峰和高峰效果比较明显, 主要区别在于本文所采用的控制方式保障了饱和度较大的主干道的车辆通行, 特别是绿波牺牲了支路的小部分车辆利益, 从而达到整体上的均衡效果。

5 结语

本文从中小城市交通管理现状入手, 通过剖析中小城市交通信号控制影响因素, 进一步明确控制需求, 并针对不同发展程度的中小城市, 在不改变原有设施、渠化的基础上, 针对性的探讨对应的的信号控制方式, 从而有效降低了中小城市的车辆平均延误, 在一定程度上缓解了交通拥堵程度, 减少了环境污染。

摘要：针对我国中小城市交通管理现状, 分析中小城市交通信号控制存在的一些问题及相关影响因素, 提出根据发达程度将中小城市划分为发达城市、一般城市及欠发达城市三类, 探索了每类城市的交通信号控制方法。并以合肥市高新区建成区32个路口为例, 分析了本文的控制方法使用前后平均延误对比情况, 阐述具体的控制效果, 从一定程度上对中小城市信号控制方法制定提供了指导意见。

关键词：中小城市,交通管理,交通信号控制方法

参考文献

[1]蒋贤才.交叉口信号控制自组织方法与系统应用研究[D].黑龙江:哈尔滨理工大学, 2009.51-61.

[2]吴震, 杨晓光.车道宽度、转弯半径对左转饱和流量的影响研究[J].武汉理工大学学报 (交通科学与工程版) , 2009, 33 (5) .

[3]刘广萍.信号控制下交叉口延误计算方法研究[J].中国公路学报, 2005, 18 (1) :104-108.

[4]宋志洪, 梁子君.城市道路单交叉口交通信号控制方法研究[J].无线互联科技, 2013, 8 (1) :163-165.

智能交通信号控制机的研究与设计篇8

1.1 智能交通信号控制系统

随着经济的发展, 汽车的数量不断增加, 道路交通已经成为我国乃至世界各国都在大力解决的问题。道路交通是否通畅不仅直接关系着车辆的有效出行率, 也关系着国民经济的运行效率。因此, 道路的畅通, 尤其是城市的道路畅通必须要采取有效的措施, 努力做到最大限度地提高道路的使用效率, 这是城市道路交通控制的重要内容。现代技术的不断发展, 城市道路交通的控制, 主要依靠智能交通信号控制系统。智能交通信号控制系统主要是指对交通信号的控制。城市交通信号控制主要依靠对交叉口处的交通信号灯进行有效控制。很大程度上保证行人和车辆的安全通过, 并且减小交通压力。

1.2 智能交通信号控制机

在整个智能交通信号控制系统当中, 起到关键作用的是智能交通信号控制机。智能交通信号控制机是通过利用一种实时的操作系统对交通信号进行智能控制的技术。它采用了智能控制, 利用先进的操作系统, 结合我国道路交通安全情况, 对交通进行实时控制和管理。智能交通信号控制机的作用和功能较为强大, 可以为交通管理提供各种各样的完备的交通控制方式, 即根据不同的情况, 对道路交通实现有效的控制。智能交通信号控制机内部设置了功能强大的计算能力, 可以对复杂的情况进行操作运算。

智能交通信号控制机, 采用模块化设计, 其内部由不同的板块设计, 结构较为复杂。一般情况下, 智能交通信号控制机主要有以下几个板块:主控模块、灯控单元、通信模块、检测单元、系统供电、功能扩展等部分。每个板块的作用和原理各部相同, 各个板块通过相互协调和作用达到对交通的智能控制作用。主控板块主要是加强交通信号控制机的性能和扩展性, 灯控单元主要是接收控制单元的指令, 对交通灯的状态进行有效控制。通信板块主要是对信息进行上传下达, 供电部分主要包括电源开关、电源保护等模块, 主要功能是为智能交通系统提供电力。

2 智能交通控制机设计

2.1 设计思路

目前来看, 智能交通信号控制机, 是我国实现交通控制的最佳途径之一。因此, 必须要对智能交通控制机进行更加有效地完善和设计。智能信号机目前主要是用来控制道路交叉路口的, 是整个智能交通控制系统的重要组成部分。我国目前的道路交通控制主要是对两部分进行控制。一部分是机动车和非机动车, 一部分是行人。因此, 在设计智能交通控制机时, 必须要将两者进行有效地调控, 才能实现对整个交通的有效控制。在机动车和非机动车部分, 交通控制机需要满足机动车的左右转弯、直行, 同时在此期间还要对行人进行有效分流, 主要通过红、黄、绿三色交通灯实现。而行人部分主要是通过红、绿两色灯进行控制。除此之外。智能交通控制机的一个重要作用就是要实现对道路交通, 以及车流信息进行实时监测, 明确道路交通情况, 从而合理安排和规划交通信号灯, 控制好车辆和行人的流动速度和方向。最终实现道路交通通畅。

智能交通控制机除了要满足在道路交叉路口的有效控制和协调, 还必须要与一定区域内进行协调一致。因此, 智能交通信号机必须具有联网的功能, 通过实现网络互相连通, 各个交叉路口可以清楚地了解到区域内部的交通情况, 及时采取合理的措施, 满足当前的交通情况。

2.2 软、硬件设计

2.2.1 智能交通信号控制系统的软件设计

智能交通之所以能够实现并得到有效的完善设计, 主要是依赖于技术的进步。尤其是互联网的利用, 使得智能交通控制的范围得以扩大, 速度得以提升。因此, 在对智能交通控制机的设计过程当中, 智能交通信号系统的整体核心就在于软件的支持与设计。软件的完善不仅能够实现对区域内的交通情况进行实时监测, 更能够在第一时间内做出最佳反应, 进而提出有效的措施。实现软件设计主要有以下几个方面。

(1) 为道路交通提供详细全面的数据, 智能交通控制机所提供的有效数据, 是道路交通管理者进行道路交通管理工作的直接依据, 通过这些数据交通管理人员可以对其进行分析, 通过指挥协调, 从而确保整个道路的通畅。

(2) 智能交通控制机可以对道路信息和数据进行间断性地实时更新。数据的提供情况通常显示的只是某个时间点的交通情况, 但是实际上道路交通情况复杂多变, 每分钟的情况, 甚至每秒钟的情况都不尽相同。因此, 智能交通控制机必须具有实时更新数据的功能。

(3) 软件的设计必须要硬件相匹配, 通过软件的操控功能对各个硬件板块进行有效操控, 不仅能够保证智能化交通信号控制系统正常、快速地工作, 同时也减少了大量的人力劳动, 提高了工作的整体效率, 最大程度上实现了道路的有效通行率。

2.2.2 智能交通信号控制系统的硬件设计

如果说在智能交通信号控制当中, 软件是心脏的话, 那么硬件就是组成智能交通信号控制的各个有机组成部分, 与软件相互配合, 才能达到最终的功能。智能交通信号控制系统的硬件部分作为软件的载体, 必须要在结构和功能上都具备强大的功能。因为智能交通信号控制机有许多不同的板块, 但是每个板块的功能是各部相同的。因此, 在硬件设计过程中, 必须要明确各个板块的功能, 分清主次, 才能到达最终的目的。而在各个板块当中, 主板是所有硬件的核心, 主板的设计成功与否直接关系着硬件的运行状况。主板需要通过对不同模块的操控, 最终实现对智能交通信号控制机的各项功能进行控制。

3 结语

智能交通控制机的设计与完善, 关系着整个交通状况和城市发展速度, 因此, 必须要做好各个板块相互配合, 软硬件相互协调。这是智能交通系统完善的重中之重。

参考文献

[1]宁恒宗.论城市智能交通控制系统[J].广东科技, 2007 (3) :300-301.

[2]郑建霞.新型智能交通信号控制机[J].西南民族大学学报, 2003 (4) :474-476.

[3]曹成涛, 郭庚麒, 徐建闽.智能交通信号机的设计及其实现[J].计算机工程与应用, 2010, 46 (12) :68-71.

交通信号协调控制算法研究篇9

关键词：交通信号,协调控制,算法研究

1 交通信号协调控制概述

交通信号包括指挥灯、车道灯、行人灯、手势信号灯, 作为疏导交通的重要交通工具, 在交叉路口等位置对道路交通秩序进行控制, 保证车辆和行人的安全出行。

交通信号协调控制的优劣决定了城市交通的通行能力, 是缓解城市拥堵, 解决城市交通压力的重要措施。因此, 对交叉路口等通行能力的设计、组织和管理, 是交通信号协调控制的重要目的。

2 交通性能评价指标

针对我国具体的交通运输国情, 应进一步加强城市交通信号控制系统的研究工作, 在交通信号协调控制算法上加以改进, 通过合理地给交通流分配通行权, 有效分离交通流, 提高通行率, 保障出行安全。

信号控制指数主要包括周期、相位、相位差、饱和度、流量、速度等, 对这些任务进行合理配置是为了保证交叉路口车流通行能力的提升。如信号周期为红绿黄3种信号灯在一定时间内依次闪亮的循环时间周期C, 适当的周期对舒缓交通流和减少车辆等待时间起着决定性作用。

信号相位是交叉路口某个方向或者几个方向的交通流。当这些通行权被分配得当时, 不论何时都能获得完整的信号灯色显示, 不同等色的连续时序就是一个相位。一般的相位为每个交叉路口二、三、四相。相位增多表明交通安全系数高。相位差包括绝对相位差和相对相位差。指的是信号绿灯、红灯从起点到终点的时间差。

进口道饱和流量是交叉路口连续绿灯时间内车队通行的最大车辆数。饱和度指的是相位i中实际进口到j的交通流量qij与进口道j的饱和流量λi的比值, 用xij表示。交通路口饱和度x的计算公式为:。绿信比是绿灯时间、损失时间、有效红灯、绿灯时间的总称。一个相位信号的有效绿灯时长与周期市场的比用u表示, 用公式表示为:u=c/ge。交通流量为一定时间内停经某个位置的车辆数, 以q表示, 用公式表示为q (x, t) , 交通流量是时间和位置的函数。交通密度用k表示, 每车道单位长度道路拥有的车辆数, 单位为辆/千米。车流速度是区间平均速度, 交通流量、密度、行车速度直接存在一定联系, 用公式表示为q=k×v。自由行车速度是车流密度小、车辆通行顺畅的速度。

交通信号协调控制常用性能指标延误时间包括随机、过饱和延误。前者的公式表达为, 后者的公式表达为:。平均延误De=Due+Dre, 当车辆进入道口保持稳定的交通流, 则交通流以恒定速率均匀到达。

排队长度分为非饱和条件下车辆在交叉口停车线后的排队长度、饱和条件下车辆排队长度、过饱和条件下, 车辆排队长度。

在实际道路、交通、信号控制条件下, 通过进口道停车线的最大车辆数, 被称为通行量。通行量的整体性、相关性等要素表示了交叉路口的系统的运转情况。掌握交通量、车辆延误时间、运行速度等参数变量, 就能对系统的动态特性进行掌控, 减少交通事故的发生。

3 固定周期配时算法

通过交叉路口信号灯的灯色顺序和持续时间, 可以有效控制交通信号系统协调行使功能。

3.1 按照响应方式进行分类

根据交叉路口历史交通量数据确定控制参数, 一天一种的配时方案为单时段定时控制, 这种方式简单、投资较少、维护方便, 但是不能适应变化的交通条件;不同时段的交通量执行不同配时方案为多时段定时控制。一天可分为几个时段, 根据不通的周期时长选择不同的控制方式变换参数。

根据交叉路口设置的车辆到达检测器, 对交通量变动实行实时控制, 分为半感应式控制和全感应控制, 优势在于检测到的车辆信息可以随时改变信号灯配时方案, 但是难以用数学模式描述交通流变化大的情况。

优化控制是对城市路网调度和管理。工作原理为交通信号机上传到上位机交通数据, 由上位机对交通量信息进行控制参数的自动调节, 形成最优控制的配时方案。

3.2 按照控制范围来分类

单点控制是根据路口的实际情况进行独立运行的控制, 适用于相邻信号机间距远、线控没有效果、交通需求变动大的情况, 目前在我国大多数交叉路口使用。

对干道交通信号进行协调控制的方式, 将主干道上的若干连续交通信号进行联系, 设计协调调配的方案, 实现信号灯的联合运行, 达到减少车辆停车次数的目的。此为干线控制, 具有设定公用的周期时长, 提高道路通行能力的特点, 可以使相邻的交叉路口具有相同的信号控制周期, 使各相位的绿灯开启时间错开一定的时间。根据道路交叉路口的信号灯控制方式的不同, 可以划分为定时式协调控制和干道信号感应式控制。

网络控制是将整个区域内的信号交叉路口作为协调控制对象, 控制区域内信号交叉路口的集中控制, 由中央控制室统一协调交叉路口信号机, 将区域内的交叉路口联合起来进行统一协调控制。

3.3 按照控制策略分类

适应交通量变化的自适应控制系统, 在区域交通网中设置检测器, 采集交通数据进行联机控制, 适应控制系统投资高、结构复杂[1]。

3.3.1 按照控制方式不同

(1) 对应交通流状况, 按照事先做好的交通控制方案和控制参数对交通实行动态管制。 (2) 根据实时交通流数据, 计算最佳交通控制参数, 设施动态交通控制。

3.3.2 按照控制结构分类

(1) 分散控制是将大系统进行分散控制, 每个分散控制的机构对局部进行控制, 设备费用低, 维护方便。 (2) 集中控制是由中央控制结构对整个过程和对象进行集中检测与控制, 将信号集中传递到中央控制机构, 对所控区域内的交叉路口进行统一的交通流数据采集和优化。 (3) 协调控制多个分散协调机构, 将被控对象进行局部控制, 作出下级决策, 完成相应的局部控制任务和全局性的控制任务。

4 改进的交通信号协调控制算法

关于交通信号协调控制算法, 国内外学者提出了很多方案。涉及的关键问题都是对交通系能评价指标的选取。通过改进的交通系能评价指标, 具有实用性和有效性。

改进的交通信号协调控制涉及的关键问题有: (1) 交通信号系协调控制系统的设计总体方案; (2) 交通系能评价的指标确定; (3) 交通信号协调控制算法的研究。

相位相序设计是对一个或者几个车流在一个信号周期内获得完全相同的信号灯色显示, 包括相位相序设计和配时设计。相序方案涉及轮流给车辆和行人分配通行权的问题, 在改进方案中根据较常见的三相位和四相位交叉路口进行了相位和相序的方案设计。

(1) 四相位交叉路口在4个方向设立直行、左转、右转车道, 第一个相位运行东西方向直行和右转车辆行驶, 第二相位运行东西方向左转, 第三相位允许南北直行和右转, 第四相位允许南北向车辆左转。 (2) 三相位交叉路口设立了3个方向的两个车道, 第一个相位允许南向右转, 东向左转和右转, 第二相位允许东向右转, 南向右转, 第三相位允许东向右转, 北向直行, 南向直行和右转。 (3) 信号配时算法, 协调了交通信号的控制问题, 首先通过修建立交桥、专用车道、行人天桥等分流车辆、行人, 其次设置交通信号灯和控制机, 按照交通通行权需求在时间上将车流分开。信号配时设计从相位相序的基础上, 根据车道、车辆、车速等情况进行方案的最优配置, 以提高交叉路口通行能力和减少交叉路口延误的时间为目标。实现交通信号配时协调控制的方式, 包括:一是优化参数, 针对实际要求进行校核, 优化调整配时参数;二是先列出实际约束条件, 结合条件进行参数优化;第三是进行科学运算, 使用计算机软件对信号配时参数进行计算, 包括交通信号相位、相序、周期、绿信比[2]。

使用固定周期配时算法, 用于夜间等时段交通量稳定的情况, 计算交通车流量和饱和流量, 寻找最佳信号配时方案。

在交叉路口处于饱和状态时, 用黄金分割法计算饱, 以及平均延误W*和平均停车次数L*, 确定信号周期的初值、信号周期的增量;判断最小绿灯时间Cmin, 最大绿灯时间Cmax, 结合平均延误W*, 和平均停车次数L*, 计算当前交通性能评价指标:, 判断交通性能指标评价, 根据指标参数进行交通信号系统控制, 统筹安排各交叉路口的信号周期等, 建立最佳配时方案组合, 以达到干线、道路网的整体最佳运行效果。

5 结语

本文谈及的交通信号协调控制算法融入了计算机技术, 能够合理解决统计以及计算复杂等问题, 解决了点与面的配合关系:用固定周期配时算法解决交通量稳定的情况, 用改进的交通信号协调控制算法和采取人工干预的方法, 解决突发事件。

参考文献

[1]别一鸣, 李轶舜, 王琳虹, 等.考虑城市干道车队运行特点的交通信号协调控制算法[J].西南交通大学学报, 2013 (2) :357-367.

城市交通信号灯智能优化模拟系统篇10

关键词：交通信号灯,智能优化,模糊控制,相位

1、引言

城市交通是城市活动中一个极为重要的环节, 也是衡量城市现代化水平的重要标志。随着城市的发展和规模的不断扩大, 大部分城市都不同程度地存在交通基础设施设计不合理、交通拥挤、交通事故等问题。而城市道路网中交叉口的交通状况却是这些问题的瓶颈问题, 建立城市交通信号灯智能优化控制系统是现代城市交通管理与控制的基础。也是智能交通系统 (ITS) 发展的一种必然趋势。

地理信息系统 (GIS) 是用于获取、存储、查询、分析以及显示具有地理参照数据的一种计算机系统，它能够把空间数据和相关属性数据有机地结合起来，实现空间地理数据和属性数据的共同处理、查询和分析。GIS在数据资源和管理控制阶层上的空间决策分析中发挥着重要作用，并广泛应用于城市交通控制、环境质量评估、交通规划、安全分析等交通领域，其功能也得到不断扩展与完善。

本文将GIS技术与交通系统相结合，进行"城市交通信号灯智能优化模拟系统"的设计，正是基于智能交通系统 (ITS) 之上, 运用GIS的网络分析与空间分析等功能, 对时空数据进行挖掘，实时对信号配时进行优化控制。真正达到合理配置城市道路路口时间和空间资源, 充分发挥道路系统的交通效率, 达到交通最大程度的畅通，并为交通部门、城市规划部门等提供借鉴。

2、交通信号灯调度系统的发展

交通信号灯调度系统发展到现在，大致有三种基本形式：

(1) 固定控制：缓冲区参数（长度、车道分配方案）和信号灯参数（周期、绿信比、黄灯时间）全部固定。这种控制方式目前应用的比较普遍。这些参数的确定，大部分是依照所谓"规则"，没有针对相应交叉口进行优化。所以，一般说来，这种控制方式还有潜力可挖。

(2) 实时选择控制：通过检测系统检测到的数据，在一定优化准则下从备选方案中选择测试的值。相比于定时控制，这种方法实时性、针对性强，可以在一定程度上提高交叉口的通行能力。但这种控制方式，比较适合于交通流平均时段。当交通高峰期时并不能发挥其优势，可能会导致交通更加堵塞。

(3) 实时生成控制：通过检测系统检测到的数据，在一定优化算法下，通过计算机求解得到控制参数。这种控制方式适合于不同的时段交通流问题。根据实时交通状况做出优化方案，使交通控制达到最优。而且这种方式更适合对时空数据进行挖掘。本文中用到的是第三种实时生成控制。

3、系统构建

3.1 单交叉口交通信号控制有关概念

(1) 相位:一个交叉口可以同时获取通行权的一组互不冲突的交通车流。

(2) 交通流量:单位时间内通过一个位置的车辆数 (单位:辆/h) 。

(3) 周期时长:各相位车流轮流获得通行权一次所需的时间 (单位:s) 。

(4) 绿信比:一个周期内一个相位所获有效绿灯时长和周期时长的比值。

(5) 等待代价:某一相位所获得系统反馈给予的红灯时长 (单位:s) 。

(6) 模糊控制:建立在模糊逻辑之上的一种控制方式。

单交叉口信号控制主要考虑周期时长、相位参数、相位顺序和等待代价等参数，通过信号调度控制，使周期时长最优、绿信比最高、等待代价尽可能小, 而单交叉口的交通能力最强。

3.2 本系统构建的前提条件

本系统的构建是基于以下四点为假设前提的：

(1) 通往交叉路口的车辆是随机的, 不考虑混合车流的情况；

(2) 在系统运行过程中, 交叉路口处不发生交通事故；

(3) 在系统运行过程中，所有车辆服从交通信号灯调度控制；

(4) 车辆在通过交叉路口的速度是相同的，绿灯时间内的车辆必须顺利通过交叉路口。

3.3 车辆产生与运动状态模拟的原理与方法

(1) 车辆产生：本系统中车辆用线上的点来表示, 而车辆数利用编程语言vb.net中的随机函数Rnd随机产生。而随机产生的各个相位的车辆尽可能让它满足泊松分布, 因为泊松分布反映了现实生活中交通流的随机性, 这样使系统的模拟更具现实意义。

(2) 车辆运动的模拟：本系统利用两个函数来实现, 在程序中函数MakeMulpoint利用需要产生的点数目为参数，用于获取一条多义线（polyline）上的均匀点集；另外一个函数Timer＿Tick用于获取线上的每个节点，每次Tick事件，点的位置发生改变，这样点就开始运动，模拟出车辆运动的状态。因为点是沿着polyline运动，而车道（polyline）是画好的，所以在拐弯运动就是沿线运动。

3.4 交通信号灯模糊控制的原理与方法

信号周期的长短是根据车流的稀疏程度来确定的, 一般来说，当车流较稀疏时，信号周期应短一些，但一般不能小于最小周期，以免路口等待的车辆来不及通过路口, 在车流较大时，考虑到每一周期的绿灯时间损失基本相同，同时又考虑到司机的心理承受能力，一般最大周期也必须限制, 最小周期、最大周期可以根据具体的情况取值，本系统是模拟设计，考虑通常情况，经验取值最小周期为60秒，最大周期为120秒, 控制过程中的最佳周期就是使车辆在路口总延误时间最短的周期，也就是使每个路口从红灯开始时排起的车队在绿灯时间结束时刚好全部通过路口，这时交叉口利用最合理，这与实际操作相吻。

单交叉口信号的模糊控制算法:

步骤1：从相位i开始, 分别指定各相位的最短绿灯时间T (min) 和最大绿灯时间Ti (max) ；

步骤2：先给该相位最短绿灯时间:Ti (sum) =T=Ti (min) ；

步骤3：在T时间内测得放行车道及下一相位车道上的车队长度（车辆数）, 设其分别为G和G (next）;

步骤4：若G为0，或G〈R且G (next）大于某一给定值E, 或累积绿灯时间Ti (sum) =Ti (max) ，则执行下一相位, 回到步骤2, 否则继续；

步骤5：根据G和G (next）值的大小, 来确定绿灯延长时间△Ti, 若Ti (sum) +G>Ti (max) ，则G=Ti (max) -T (sum) ，否则Ti (sum) +G'Ti (sum) , 回到步骤3

3.5 系统的基本功能设计

本系统的功能模块设计, 主要完成了空间图形显示、空间属性查询、空间分析、地图渲染等功能。

(1）空间图形显示：实现对单个交叉路口的道路，车道，车辆，交通信号灯设备，基础地图的分层显示。基本功能包括：图形的放大、缩小、漫游、鹰眼、图层管理等功能.

(2）空间查询：实现对每一条车道上的车辆数的实时查询和实现对每一个相位的绿灯时间实时查询。直观显示空间属性数据。同时要进行空间的要素查询，可以针对某一字段要素的查询。

(3）空间分析功能：系统的空间分析功能包括对比分析和统计分析, 对比分析功能主要是实现本系统与现实生活中固定周期交通信号灯系统的通行效率进行对比，得出对比结果直方图或饼图。统计分析功能主要分析该路口的交通流量指标，根据统计的交通流量指标，可以知道是否有必要在该交叉口处实施交通管制或建设立交桥。

(4）地图渲染功能：地图渲染功能主要实现对属性数据、车流量、红绿时间、对比分析数据，统计数据作专题图的渲染分析，更直观的显示空间属性数据。