交通管理和控制,主讲人：于妍霞,大连交通大学大连DaLianJiaotongUniversity，DaLian(E-mail:),区域交通信号控制系统,TrafficManagementandControl,之十二,目录,12.1概念与分类12.2定时式脱机操作系统12.3自适应式联机操作,3,1）基本概念区域交通信号控制（简称面控制）系统的对象是城市或某个区域中所有交叉口的交通信号。区域交通信号控制系统的正确的概念是：把城区内的全部交通信号的监控，作为一个指挥控制中心管理下的一套整体的控制系统，是单点信号、干线信号系统和网络信号系统的综合控制系统。,12.1概念与分类,（理解）,图12.1信号系统的类型,6,随着交通控制理论的不断发展，通讯、检测、计算机技术在交通控制领域的广泛应用而发展起来的。早期的区域控制系统着重于对周期、绿信比和时差等交通信号参数进行最优控制。现代的交通控制系统是多种技术的综合体，它包括车辆检测、数据采集与传输、信息处理与显示、信号控制与最优化、电视监视、交通管理与决策等多个组成部分。,12.1概念与分类,（了解）,7,（1）按控制策略分类定时式脱机操作控制系统利用交通流历史及现状统计数据，进行脱机优化处理，得出多时段的最优信号配时方案，存入控制器或控制计算机内，对整个区域交通实施多时段定时控制。特点：控制简单，可靠，效益投资比高，但不能适应交通流的随机变化。,2）分类,12.1概念与分类,（掌握）,8,适应式联机操作控制系统是一种能够适应交通量变化的“自适应控制系统”，也叫“动态响应控制系统”。在控制区域中设置检测器，实时采集交通数据并实施联机最优控制。特点：自适应控制系统结构复杂、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，提高了控制的效益。,12.1概念与分类,（掌握）,9,方案选择方式对应于不同的交通流，事先做好各类交通模型和相应的控制参数并存储在计算机内，按实时采集的实际交通数据，选取最适用的交通模型与控制参数，实施交通控制。方案形成方式根据实时采集的交通流数据，实时算出最佳交通控制参数形成信号配时控制方案，当场按此方案操纵信号控制机运行交通信号灯。,（2）按控制方式分类,12.1概念与分类,（掌握）,10,集中式计算机控制结构分层式计算机控制结构,（3）按控制结构分,12.1概念与分类,（掌握）,11,将网络内所有信号联结起来，用一台中、小型计算机或多台微机联网对整个系统进行集中控制。其原理结构均较简单。,集中式计算机控制结构,12.1概念与分类,（理解）,图12.2集中控制,12,优点：a.全部控制设备只位于一个中心，操作方便；b.系统的研制和维护不太复杂；c.所需设备较少，维修容易。缺点：大量数据的集中处理及整个系统的集中控制，需要庞大的通信传输系统和巨大的存储容量，这就极大地影响了控制的实时性，并限制了集中控制的区域范围。,集中式计算机控制结构,12.1概念与分类,（掌握）,13,整个控制系统分成上层控制与下层控制。上层控制主要接受来自下层控制的决策信息，并对这些决策信息进行整体协调分析，从全系统战略目标考虑修改下层控制的决策。下层控制则根据修改后的决策方案再做必要的调整。上层控制主要执行全系统协调优化的战略控制任务。下层控制主要执行个别交叉口合理配时的战术控制任务。,分层式计算机控制结构,12.1概念与分类,（理解）,14,。例如一种三级分布式控制结构：第一级位于交叉口，由信号控制机控制；第二级位于所控制区域的一个比较中心的地点；第三级位于城市内一个合理的中心位置，起命令控制中心的作用；,12.1概念与分类,（理解）,图12.3分层控制,16,多级控制的优点：.通过数据的预处理和集中传输，减少传输费用；.由于系统不依赖于一个中心控制或集中的传输机构，系统具有较高的故障保护能力，提高了系统可靠性；.能处理实时单元的容量较大（检测器，交叉口信号机等）；.控制方法和执行能力比较灵活。,12.1概念与分类,（理解）,17,多级控制的缺点：（1）需要的设备多，投资高（2）现场设备的维护比较复杂（3）控制程序比较复杂（4）要提供更多的控制地点,12.1概念与分类,（理解）,（理解）,目录,12.1概念与分类12.2定时式脱机操作系统12.3自适应式联机操作,20,TRANSYT(TrafficNetworkStudyTool)“交通网络研究工具”。是英国交通与道路研究所(TRRL)于1966年提出的脱机优化网络信号配时的一套程序。美国：TRANSYT-7F，目前最新版本是10版。法国：将TRANSYT改为THESEE和THEBES型,12.2定时式脱机操作系统,（了解）,1)仿真在信号控制网络上的车队模型（交通模型）2)信号配时方案优化设计（计算机程序）,12.2定时式脱机操作系统,TRANSYT是一种脱机操作的定时控制系统，系统主要由仿真模型及优化两部分组成。,（理解）,（理解）,图12.4基本原理图,23,12.2定时式脱机操作系统,1）仿真模型,建立交通仿真模型的目的是用数学方法模拟车流在交通网上的运行状况，研究交通网配时参数的改变对车流运行的影响，以便客观地评价任意一组配时方案的优劣。为此，交通仿真模型应当能够对不同的配时方案控制下的车流运行参数（延误时间、停车率、燃油消耗量等）作出可靠的估算。,（理解）,12.2定时式脱机操作系统,1）仿真模型,首先将网络的几何尺寸、交通流信息以及初始配时送入系统的仿真部分，通过仿真，得出系统的性能指标，即PI（Performanceintex）值作为配时的优化目标函数。下面对TRANSYT仿真模型的几个主要环节作些简要说明：,（1）交通网络结构图式（2）周期流量变化图式（3）车流在连线上运行状况的模拟（4）车辆延误时间和停车次数的计算,（理解）,25,（1）交通网络结构图式TRANSYT把复杂的网络简化成适用于数学计算的图式，这个图式由“节点”和“节点”之间的连线组成。在交通网结构图上，每一个“节点”代表一个由信号灯控制的交叉口；每一条“连线”表示一股驶向下游一个“节点”的单向车流。,12.2定时式脱机操作系统,1）仿真模型,（理解）,27,2）周期流量变化图式,12.2定时式脱机操作系统,流量,时间s,周期流量图式是纵坐标表示交通量，横坐标表示时间的交通量随着时间变化的柱状图。在交通模型中，计算过程的基本数据为每个时段的平均交通量、转弯交通量以及排队长度。,（理解）,图12.5周期流量变化图式,28,（3）车流在连线上运行状况的模拟为描述车流在一条连线上运行的全过程，TRANSYT使用了如下的周期流量图式：到达流量图式（“到达”图式）驶出流量图式（“驶出”图式）饱和驶出图式（“满流”图式）,12.2定时式脱机操作系统,（理解）,饱和流量,流率,“驶入”图形,“驶出”图形,（延误）,时间（步）,12.2定时式脱机操作系统,（理解）,图12.6驶入、驶出、饱和驶出流量图式,30,（4）车辆延误时间和停车次数的计算TRANSYT计算的车辆延误时间是均匀到达延误、随机延误与超饱和延误之和。TRANSYT计算的停车次数，也分成均匀到达停车次数、随机停车次数及超饱和停车次数三部分。,12.2定时式脱机操作系统,（理解）,1000,1600,1400,1200,1800,2000,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,饱和度,平均车流到达率,延误,停车线断面数据饱和流量3600pcu/h周期时间90s红灯时间50s车流持续时间30min,过饱和延误,随机延误,正常相位延误,20,40,60,（理解）,32,TRANSYT将仿真所得的性能指标(PI)送入优化程序，作为目标函数；以网络内的总行车油耗或总延误时间以及停车次数的加权和作性能指标；用“爬山法”优化，产生较之初始配时更为优越的新的信号配时；把新的信号配时再送入仿真部分，反复迭代，最后取得PI值达到最小的系统最佳配时。,2）优化,12.2定时式脱机操作系统,（理解）,33,以适当的步距调整交通网上某一个交叉口的绿时差，计算性能指标PI。若小于初始方案的PI，说明调整方向正确，继续调整，直到获得最小的PI为止。若第一次调整后的PI值大于初始方案的PI值，则应当朝相反方向调整绿时差，直到取得最小的PI.依次对所有其它交叉口做同样的调整。对所有交叉口作第二遍调整，反复多次，直到求得最后的理想方案。,12.2定时式脱机操作系统,（1）绿时差的优选,（理解）,最小化PI值为目标,图12.7绿时差优化原理图,35,(2）绿灯时间的优选不等量地更改一个或几个乃至全体信号相位的绿灯长度，以期降低整个交通网的性能指标PI值。但调整的过程中，绿灯时间不能小于规定的最短绿灯时间。,12.2定时式脱机操作系统,（理解）,36,（3）控制子区的划分一个范围较大的交通网络，在实际信号联网协调控制时，往往要分成若干个相对独立的部分，每一部分有自己独特的控制对策，执行适合本区交通特点的控制方案，这样的独立控制部分称为控制子区。,12.2定时式脱机操作系统,（理解）,37,（3）控制子区的划分在一个实际网络中，一方面各个部分交通状况存在较明显的差别，不宜整齐划为一地执行同一种信号配时方案；另一方面确实存在一些不必实行协调控制的连线。因此，在实际的工作中，以不宜协调的连线作为划分控制子区边界的参考依据，即子区边界点基本上分布在这些连线上。,12.2定时式脱机操作系统,（理解）,38,（4）信号周期的选择TRANSYT可以自动地为每个子区选择一个PI最低的公用信号周期时长，同时还可确定哪几个交叉口应采用双周期。,12.2定时式脱机操作系统,（理解）,3）特点,12.2定时式脱机操作系统,不能适应随机的交通变化；配时方案根据当时的交通量配定的，而交通增长后，原配时方案就不能适应，也就“老化”了，重配方案，又需要大量的调查。但是这种系统不需要大量设备、投资低、容易实施，所以交通增长已趋于稳定的地区，比较多选用这种系统。,（理解）,目录,12.1概念与分类12.2定时式脱机操作系统12.3自适应式联机操作,思考题,1）SCATS系统和SCOOT系统的不同之处(检测器的设置、子区的划分、控制方式等）？2)SCATS各个参数优选采用的依据？3）SCOOT和TRANSYT的不同之处？4）SCOOT采用的什么优化指标？5）SCATS和SCOOT系统的优缺点和适用的条件？,42,定时式脱机操作系统具有不能适应交通随机变化的缺点。英国、美国、澳大利亚和日本等国家作了大量的研究和实践，用不同的方式建立了各有特色的自适应控制系统。（1）以方案选择式优选配时方案与单点感应控制作调整相结合的控制系统SCATS为代表（2）方案形成式则以SCOOT为代表,12.3自适应式联机操作系统,（理解）,43,SCATS(SydneyCo-ordinatedAdaptiveTrafficSystem)是一种实时自适应控制系统，由澳大利亚开发。20世纪70年代开始研究，80年代初投入使用。控制结构为分层式三级控制：（1）中央监控中心（2）地区控制中心（3）信号控制机,12.3.1SCATS,12.3自适应式联机操作系统,1）基本构成,（理解）,在地区控制中心对信号控制机进行控制时，通常将110个信号控制机组成一个“子系统”。若干子系统组合成一个相对独立系统，系统之间基本上互不相干，而系统内部各个子系统之间，存在一定的协调关系。随着交通状况的实时变化，子系统即可以合并，也可以重新分开。,12.3自适应式联机操作系统,1）基本构成,（理解）,中心监控中心，除了对整个控制系统运行状况及各项设备的工作状态做集中监视外，还有专门用于系统数据管理库的计算机。对所有各地区控制中心的各项数据以及每一台信号控制机的运行参数作动态储存。这些数据可以用于系统的开发工作。,12.3自适应式联机操作系统,1）基本构成,（理解）,