智能交通信号控制系统一、信号控制的基本概念信号相位。信号机在一个周期有若干个控制状态，每一种控制状态) （一对各进口道不同方向所显示的不同灯色的对某些方向的车辆或行人
配给通行权，组合，称为一个信号相位。我国目前普遍采用的是两相位控制和多相位控制。（二）信号周期。是指信号灯各种灯色显示一个循环所用的时间，单位微
秒。信号周期又可分为最佳周期时间和最小周期时间。（三）绿信比。是指在一个周期内，有效绿灯时间与周期之比。周期相同，
各相位的绿信比可以不同。它分为相对相位差和是指系统控制中联
动信号的一个参数。（四）相位差。绝对相位差。相对相位差是指在各
交叉口的周期时间均相同的联动信号系统中，此相位差与周期时间之比，相邻两交叉口同相位的绿灯起始时间之差，用秒表示。规定用百分比表示。在联动信号系统中选定一个标准路口，称为相对相位差比，该路口的相位差为零，其他路口相对于标准路口的相位差，称为绝对相位差。从失去通行权的上一个相位绿灯结束到得到通行权的（五）绿灯间隔时间。绿灯间隔时在我国，下一个相位另一方向绿灯开始的时间，称为绿灯间隔时间。由于自行车和行人当自行车和行人流量较大时，间为黄灯加红灯或全红灯时间。速度较慢，为保证安全，需进行有效调整，可以适当增加绿灯间隔时间。此外，信号控制的基本参数还有饱和流率、有效绿灯时间、信号损失时间、黄灯时间、交叉口的通行能力与饱和度等。信号灯的分类：
（一）交通信号灯，按用途可分为车辆交通信号灯、行人交通信号灯、方向
交通信号灯和车道交通信号灯等。
（二）交通信号灯，按操作方式可分为定周期控制信号灯和感应式控制信号
灯。感应式控制信号灯
又分为半感应控制和全感应控制两种。
（三）交通信号灯，按控制范围可分为单个交叉路口的交通控制、干道交通
“面控”三种。、“线控”、系统，即“点控”区域交通信号控
制和信号联动控制．
或者黄灯闪烁屏以提有点信号灯可以设计成信号灯色倒计时显示屏，另外，位置偏远的地方使在交通量小、高绿灯时间的利用率。还要一种太阳能信号灯，用比较方便。1.1 交通信号点控制
交通信号单点信号控制，又称“点控”，用于单个信号的路口，属于孤立交叉口的信号控制。根据交叉口的流量和流向，确定最佳配时方案，可保证最大通行能力或最小延误。
1．定时控制。定时信号控制也称周期控制，定时周期控制属于自动控制。
配时参数的各种组合，构成不同的信号配时方案。
（1）单点定时周期控制。预先调整信号机的控制相位、周期长度和绿信比，
根据设计好的程序轮流给各方向的车辆和行人分配通行权，控制不同方向的交通流。
（2）多段定时周期控制。若一天当中各时间段的交通量相差较大，则应采
用多套配时方案。根据一天内不同时段交通量的变化，选择相应的配时方案，以适应交通流变化的需要。
定时控制方式适用于那些交通量不大、变化较稳定、相隔距离较远的交叉口。2．感应式信号控制。根据车辆感应器提供的信息调整周期长度和绿灯时间。
它可更好地适应交通量的变化，减少延误，提高交叉口的通行能力。特别适用于各方向交通量明显随时间变化较大且无规律的交叉路口。它的主要型式有以下两种：
（1）半感应式信号控制。在部分进口道上设置车辆感应器，通常设在次要
路口。平时主干道维持长绿信号，只有当支路上有车辆到达交叉口时，才给以通行权。
这种控制适用于主干道上交通量特别大，而支路上流量较小的交叉口。
（2）全感应式信号控制。所有进口道上都安装车辆感应器。当主干道和支
道的交通量都比较小时，主、支道入口的信号均维持最短绿灯时间，此时它相当全感应式信号控制适可自动延长绿灯时间。当交通量较大时，于定时周期控制，
用于相交道路的交通流量都比较大、且都不稳定的情况。．按钮式信号控制。按钮式信号控制，属于人工控制，它适用于支线路口3
支线路口来车或有行人横或非交叉口的人行横道处，平时主干道路是绿灯信号，，则绿灯穿道路时，可按一下路旁与信号机相连的开关（有的设计为遥控开关）
变为红灯。这种控制方式，适用于支线路口车辆或行人较少的道路。交通信号线控制1.2
把干道上若干连续交叉路口的交通，是交通信号线控制，也称“绿波控制”各交叉路口的信号连接起来，同时对各交叉路口设计一种相互协调的配时方案，到达后面使车辆通过第一个交叉路口后，按一定的车速行驶，信号灯联合运行，线控制往往是面各交叉路口时均可遇到绿灯，大大减少车辆的停车次数与延误。采用这种控制一般要控制系统中的一个组成部分，是面控系统的一种简化形式。具备下列条件：．纳入控制系统的交叉口，应采用相同的信号周期；1
．必须具有相同的时间基准，保证相位差的稳定；2
．交叉口之间应有较大的关联性。通常相邻交叉路口之间的距离不超过3；800m4．信号协调控制器分为主控制器的协调控制和无电缆协调控制两类。 1.3 面控系统
交通信号面控制也称“区域控制”或“网络协调控制”，是把某一区域内的全部交通信号纳入一个指挥中心管理下的一套整体控制系统，是单点信号、干道信号和网络信号系统的综合控制系统。其优点是：可获得全区域整体控制效益；可因地制宜地选用合适的控制方法；可有效、经济地使用设备。
交通信号面控制系统，从控制策略上可分为定时式脱机操作控制系统和感应式联机操作控制系统；按控制方式可分为方案选择方式和方案形成方式；按控制结构可分为集中式计算机控制结构和分层式计算机控制结构。
1．定时式脱机操作控制系统。国际上应用较广的是TRAN－SYT，即“交。这
种系统的基本原理，是利用交通流历史及现状统计数据，通网络研究方法”
对编人计算机控制程序，进行脱机优化处理，得出多时段的最优信号配时方案，整个区域交通实施多时段定时控制。它由交通模型和优化程序两部分组成。．感应式联机操作控制系统。感应式联机操作控制系统是一种能够适应交2。在控制区交通网，也叫“动态响应控制系统”通流量变化的“自适应控制系统”自适应控制结构复实时采集交通数据并实施联机最优控制。中设置车辆感应器，杂、投资高，对设备可靠性要求高，但能较好地适应交通流的随机变化。目前，国内使
用的自适应控制系统主要有：
控制系统，是方案选择式实时自适应控制系统。SCATSSCATS系统。（1）
它是一种用感应控制对配时参数可作局部调整的方案选择系统，
即预先设计一套与交通流量等级对应的最佳配时参数组合，存贮于中央控制计算机中。中央控制计算机通过设在各个路口的车辆感应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。SCATS的控制结构用的是分层式三级控制：中央监控中心—地区控
制中心一信号控制机。
（2）SCOOT系统。SCOOT（Split －Cycle －Offset OptirnazationTechnique）
，是方案生成式实时自适应控系统，
即“绿信比一信号周期一绿时差优化技术”制系统，是一种实时交通状况模拟系统。与方案选择方式的区别在于：不需要先贮存任何既定的配时方案，也不需要预先确定一套配时参数与交通流量的对应组合关系。方案生成式系统是通过安装于各交叉路口每条进口道上游的车辆感应器，采集车辆到达信息，通过联机处理，形成控制方案，连续地实时调整绿信比、周期时长和绿时差三个参数，使之与变化的交通流相适应。因此，它可以保证整个路网在任何时段都在最佳配时方案下运行。
（3）我国研制开发的机动车与自行车混合交通信号控制系统。“七五”期间，
由公安部交通管理研究所与同济大学等单位联合研制开发了自适应交通信号控制系统，这套系统突出了对机动车与自行车混合交通进行控制的特点，采用区域控制
级和路口控制级两级控制结构。系统设置了实时自适应控制和固定配时控制
功能，还可根据实际需求，由指挥中心
发出命令，进行绿波控制、单点控制、指定相位控制等特殊控制。
二．西客站片区交通组成与交通流量交通组成特征2.1
未来，济南西客站片区主要的交通方式包括：高速铁路、长途客运、轨道交通、快速公交、常规公交、出租车、旅游巴士、社会车辆、自行车和步行。公公里，公交线网密度为0.8020.7近期，西客站片区公共交通线网长度为。鉴于居民公交出行，线路重复系数为1.58里/平方公里，非直线系数均大于1.480%-90%居民的
出行左右，（含出租车）仅为15%不方便，当前公共交通分担率。依靠个人交通方式（小汽车、步行以及自行车等），西客站片区已经落成济南市最大年，济南市被批准建设“公交都市”2012随着公共交通吸引力的并规划两条轨道交通线路穿过该片区。的公交客运枢纽，以上。增加，公交出行分担率将提高至40%
2.2 交通流量特征
(1) 交通发生点
近期西客站片区的交通发生点主要分布在已经投入使用的回迁小区，交通出行目的主要是居民的工作出行、上学出行、娱乐出行等。
随着土地利用开发强度的加大，恒大雅苑、中建锦绣城、绿地缤纷城等住宅项目将在5年内投入使用，这些高密度开发的住宅区将成为未来西客站片区的主要交通发生源。
(2) 交通吸引点
近期西客站片区的交通吸引点主要分布在济南西高铁站、“十艺节”场馆（大剧院、图书馆、群众艺术馆、美术馆）。
远期，较高比重的商业、办公等开发业态，形成较高就业密度。建成的办公写字楼、商务中心、大型购物广场也将成为主要的交通吸引点。
三．交通信号控制的策略 3.1交通信号控制遥测及计算机技术等对通信设备、交通信号控制，是运用现代的信号装置、动态的交通进行实时的组织与调整。通过交通信号控制，在未饱和交通条件下，提高路降低车辆行驶延误，减少红灯停车次数，缩短车辆在路网内的行驶时间，网的整体
通行能力；在饱和交通条件下，使交通流有序行进，分流车辆，缓解堵塞。交通信号控制系统3.2路口交通信号控制机以及智能交通信号控制系统的基
本组成是：主控中心、效益指标优化模型、交互式数据库、数据传输设备。其中主控中心包括操作平台、分析处理。数据(图像)是贯穿规划设计在内的智能交通信号控制系统的核心是控制模型算法软件，它包括信号控制系统体现着交通管理者的控制思想，信号控制策略的管理平台，将起到的作用和地位。
而作为城市交通.交通信号控制系统是现代城市交通控制和疏导的主要手段而交通信,基本组成部分的平面交叉路口,其通行能力是解决城市交通问题的关键随着计算机技术和自动控制技术的.号灯又是交叉路口必不可少的交通控制手段交通运输组织与优化理论、技术的不断提以及交通流理论的不断发展完善发展,,.
国内外逐步形成了一批高水平有实效的城市道路交通控制系统高,国外现状：英国TRANSYT交通信号控制系统，澳大利亚SCAT系统，英国SCOOT系统，意大利UTOPIA/SPOT系统。
（1）英国TRANSYT交通信号控制系统
TRANSYT系统是目前最成功的静态系统,但其缺点很明显:计算量大,在大城市中这一问题尤为突出;不对周期进行优化,故很难获得整体最优配时方案;它是.
需要花费大量的人力、物力、财力,需要大量的路网几何、交通流数据,离线优化．系统2）澳大利亚SCAT （其控制中心备有一台监控计算机和一台管.SCATS采
取分层递阶式控制结构地区级的计算机自动把各种数据送到管理.,通过串行数据通讯线路相连理计算机地区主..监控计算机连续地监视所有路口的信号运行、检测器的工作状况计算机并对本区域各路口进,,确定控制策略控制器用于分析路口控制器送来的车流数据,结构易于更改系统充分体现了计算机网络技术的突出优点,行实时控制.SCATS限制,,系统为一种方案选择系统.SCATS系统明显的不足:第一控制方案较易变换选择第三,系统过分依赖于计算机硬件,移植能力差:了配
时参数的优化程度;第二,.
,无实时信息反馈控制方案时SCOOT系统（3）英国
系统的基础上采用自适应控制方是由英国道路研究所在TRANSYTSCOOTTRANSYT.SCOOT的模型与优化原理与法于1980年提出的动态交通控制系统是通过安装在交叉口每条进口车,不同的是SCOOT为方案生成的控制系统相仿,并,进行联机处理,从而形成控制方案道最上游的车辆检测器所
采集的车辆信息,系统的不足.SCOOT能连续实时调整周期、绿信比和相位差来适应不同的交通流独立的控制子区的划分不能;,任何路口只能有固定的相序是:相
位不能自动增减.
对用户的技术要求过高安装调试困难,自动完成,只能人工完成; UTOPIA/SPOT系统4）意大利（和小型的分布式交通控制系统)UTOPIA/SPOT系统由两部分组成,SPOT(的概念来“强相互作用”系统考虑了公交优先的功能;采用了UTOPIA(面控软件);电器制作有限公司的交通控Kyosan,日本保证区域控制的最优性和鲁棒性.此外.
Siemens制系统、德国的系统等也在我国得到了一定地应用国内城市交通控制系统研究状况：交通控制系统主要是简易单点信号机、SCOOT系统、TRANSYT 系统和SCATS系统其中几个结合使用。交通控制系统主要还是使用国产的简易单点信号机和集中协调式信号机。
这些信号系统虽然取得了较好的效果,但我国实际情况决定了需要对这些系统进行改进.
1)需要完善信号控制.现有的单点信号控制系统一般只能实现两相位控制,存变相适当采用多相位控制、,如果根据交叉路口的情况,而实际中.在一定的局限性．
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序控制,可减少交叉路口的交通冲突,提高交通的安全性现有信号控制系统对自行车流大多是与机2)需要合理解决混合交通流问题.需要设计一种信号系统能对各个相位动车同时开始,容易造成交通流冲突因此,..
包括对自行车流单独进行控制引进或研制了具有虽然在我国的几个大城市,实现区域网络协调控制.目前,3)建立这样庞大的系,但对于中小城市来说区域控制功能的集中式计算机控制系统,在国内的中,另一方面实际利用效率不高.为了解决这
一情况统一方面代价高昂,.
小城市应大量推广小型区域网络协调控制信号系统而进口费用国产化率整体较低,,4)国产化率低.目前国内采用的信号控制系统,意义重大研制并设计出符合我
国实际情况的交通信号控制系统十分昂贵.因此,, 效益也将十分明显发展对策交通信号控制系统的3.3红外线检测、视频检测。信息采集方式：环
形线圈检测、激光/ 。软硬件架构：硬件方面（通用计算机系统与嵌入式系统）软件方面：嵌入式处理器。我国大多数城市中的大多数交叉路口采用的控制方式
是定时控制策略方面：对于交通系统这样其控制策略基于简单的数学模型,控制或者是车辆感应式控制, 具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统而言其效果往往差强人意。可适用于无市,其它特殊功能的交通信号机：选用太阳能供电的交通信号机其对硬件的主要要求为低,政供电的郊区路口,也可以节省路口的时间和空间资源3,SCATS信号控制系统主要由.功耗。基于GPS的交通信号控制系统如现有的该系统可提.GPS:部分组成中央控制中心,路口信号控制器和每辆车的车载装置GPS装置。但其要求每辆车都要配有供丰富而且准确的信息数据,四．交通信号控制系统的系统框架
现行城市路网交通信号控制系统的控制优先级应遵循“单点交叉路口自适应控制→区域（子区）协调信号控制→中心网络协调信号控制”原则。采用了三级．分布式系统结构框架，即单点路口级信号控制系统、区域（子区）级信号控制系
统和中心网络级信号控制系统。路口控制级 4.1
路口交通信号机及检测器采集路口各检测器提供的实时交通数据并加以初步分析整理，通过通信网络传送到上层控制机，用以调整配时方案；接收上层控制机的指令，控制本路口各个信号灯的灯色变换；在实施感应控制时，根据本路口的交通需求，自主地控制各入口信号灯的灯色变换。
4.2 区域控制级
是决定信号网络协调的高层控制。由区域控制计算机完成。分析各路口送来的车流数据，以控制子区域为基础，计算周期长度、绿信比和相位差，以适应主流交通状况。同时保留收集到的各个交叉口的各种数据并用于脱机分析；监控各路口控制器的工作状态。
4.3 中心控制级
为交叉口及协调控制系统的控制方案设计提供集中式输入工具；提供集中监控功能，监控系统中各个路口级和区域级控制设备的运行情况。可同时控制多个路口，且可以扩展；中心控制软件对控制方案基本数据进行安全保护，即通过硬件或软件系统保护各项基本数据的安全，只有授权人员才能接触；自动记录各路口信号
机的故障，便于及时抢修。
终端控制4.4
区域控制包括区域路口控制包括车辆检测器、信号机和信息传输三个部分；控制机；指挥中心控制包括控制计算机和管理软件。中心控制主机：主要完成全区域的管理和全市级的交通控制功能，包括）1 参数设置、区域监视等；区域通信处理机：主要完成区域内信号机的交通信息采集、处理、预测）2区域控制服务器的优化预测功能是对本并将控制方案下发给路口执行。及优化，区域路口进行战略级的优化，对周期长、绿信比、相位差进行第一级优化。区域控制服务器同时负责本区域内信号机的控制与监视；路口信号机：完成交通信息采集和上传，完成中心控制方案的执行。同3）使信号在中心优化的基础上实时调整绿灯时间，时要根据路口的实际交通需求，配时最大程度的适应路口情况，达到最佳程度的畅通。
五．区域协调控制子区的划分“区域(即:一个面积较大的路网,在实行信号联网协调控制交通控制子区是指交通方式构(,)时根据路网所辖范围不同区域具有不同交通特性控制”或“面控”每个控制区域采用不同的,成、交通量、流向等),把控制范围分成不同的控制区域各自实行适合本区域交通特点的控制方案。这些相对独立的控制区域,控制策略就是交通控制子区。而交通控制子区自动划分是指:在对一个路网实行自适应信号协调控制时,为了使整个控制系统取得最佳的交通效益,在受控路网区域控制中心各个控制子区实时交通状况的基础上,根据某种确定的判断原则,在某一时刻让一些控制子区合并起来,采取统一的控制方案;而在另一时刻,这些控制子区则可分解成若干个相对独立的部分,每一部分有自己独特的控制方案,各自实行适合本子区交通特性的控制方案;