《交通管理與控制》第13章 區(qū)域交通控制系統(tǒng)

1、本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容概述概述 TRANSYT系統(tǒng)系統(tǒng) SCAT系統(tǒng)和系統(tǒng)和SCOOT系統(tǒng)系統(tǒng) 駕駛員信息系統(tǒng)簡介駕駛員信息系統(tǒng)簡介 交通信號控制系統(tǒng)硬件設(shè)備簡介交通信號控制系統(tǒng)硬件設(shè)備簡介 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述面面 控控 制制 將城市中某一地區(qū)的所有交叉將城市中某一地區(qū)的所有交叉口由中央控制室集中統(tǒng)一控制，這口由中央控制室集中統(tǒng)一控制，這種地區(qū)性集中控制種地區(qū)性集中控制, ,稱為面控制或稱為面控制或區(qū)域控制區(qū)域控制。 v 面控制分類：面控制分類： 按控制方式分按控制方式分 定時(shí)（靜態(tài)）定時(shí)（靜態(tài)） 自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制（動(dòng)態(tài)）自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制（動(dòng)態(tài)）按配時(shí)方案的按配時(shí)方案的 產(chǎn)生方式分產(chǎn)生方式分

2、按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分 方案生成式方案生成式 方案選擇式方案選擇式集中控制集中控制 ：范圍較?。悍秶^小20個(gè)路口個(gè)路口 一般兩級一般兩級 分層控制分層控制 ：范圍較大：范圍較大, , 一一般三四級般三四級。 Company Lv車輛行駛車輛行駛狀狀況的有關(guān)參況的有關(guān)參數(shù)數(shù) v路網(wǎng)結(jié)構(gòu)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖圖 v周期流量周期流量變變化圖式化圖式 下一部分：下一部分： TRANSYT系統(tǒng)系統(tǒng) 路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖v 是把復(fù)雜的路網(wǎng)簡化成適于數(shù)學(xué)計(jì)算的圖式和是把復(fù)雜的路網(wǎng)簡化成適于數(shù)學(xué)計(jì)算的圖式和“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”之間的之間的“連線連線”組成。組成?！肮?jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)” ：代表一個(gè)由信號燈控制的交叉口。：代表一個(gè)由信號燈

3、控制的交叉口。 “連線連線”：表示一股駛向下游一個(gè)：表示一股駛向下游一個(gè)“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”的單向車流。的單向車流。 v v路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖周期流量變化圖式周期流量變化圖式v周期流量變化圖式周期流量變化圖式v以以TRANSYT使用的圖式為例：使用的圖式為例： 到達(dá)流量圖式：到達(dá)流量圖式： “到達(dá)到達(dá)”圖式，車流在不受阻礙圖式，車流在不受阻礙的情況下，到達(dá)下游停車線的到達(dá)率變化情況。的情況下，到達(dá)下游停車線的到達(dá)率變化情況。 駛出流量圖式：駛出流量圖式： “駛出駛出”圖式，車流離開下游交叉圖式，車流離開下游交叉口時(shí)的實(shí)際流量變化情況?？跁r(shí)的實(shí)際流量變化情況。 飽和駛出圖式：飽和駛出圖式： “滿流滿流

4、”圖式，是一種飽和流率駛圖式，是一種飽和流率駛離停止線的流量圖示。只有當(dāng)綠燈期間通過的車流離停止線的流量圖示。只有當(dāng)綠燈期間通過的車流處于飽和狀態(tài)時(shí)才會(huì)有這種圖示出現(xiàn)。處于飽和狀態(tài)時(shí)才會(huì)有這種圖示出現(xiàn)。描述車輛行駛狀況的參數(shù)描述車輛行駛狀況的參數(shù)v描述車輛行駛狀況的參數(shù)描述車輛行駛狀況的參數(shù)： v v 自由行駛時(shí)間自由行駛時(shí)間（cruise time） v 延遲時(shí)間延遲時(shí)間 （delay） v 停車次數(shù)停車次數(shù) （stops） v 排隊(duì)長度排隊(duì)長度 （queue） v 第二節(jié)第二節(jié) TRANSYT系統(tǒng)系統(tǒng)TRANSYT系統(tǒng)系統(tǒng)Traffic Network Study Tool 交通網(wǎng)絡(luò)研究工

5、具交通網(wǎng)絡(luò)研究工具 一、概述一、概述TRANSYT系統(tǒng)是信號控制網(wǎng)協(xié)調(diào)配時(shí)的一項(xiàng)技術(shù)。系統(tǒng)是信號控制網(wǎng)協(xié)調(diào)配時(shí)的一項(xiàng)技術(shù)。 英國交通與道路研究實(shí)驗(yàn)室（英國交通與道路研究實(shí)驗(yàn)室（TRRL）最早于）最早于1968年提出的離線優(yōu)化的交通控制方法與軟件。年提出的離線優(yōu)化的交通控制方法與軟件。一、概述一、概述交通模型交通模型 用來模擬在信號燈控用來模擬在信號燈控制下交通網(wǎng)上的車輛制下交通網(wǎng)上的車輛行駛狀況，以便計(jì)算行駛狀況，以便計(jì)算在一組給定的信號配在一組給定的信號配時(shí)方案作用下網(wǎng)絡(luò)的時(shí)方案作用下網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行指標(biāo)。運(yùn)行指標(biāo)。TRANSYT程序主要包括兩個(gè)組成部分程序主要包括兩個(gè)組成部分優(yōu)化過程優(yōu)化過程 改

6、變信號配時(shí)方案并確改變信號配時(shí)方案并確定指標(biāo)是否減小，經(jīng)過定指標(biāo)是否減小，經(jīng)過反復(fù)試算求得最佳配時(shí)反復(fù)試算求得最佳配時(shí)方案方案。 一、概述一、概述v v vTRANSYT以直接運(yùn)營費(fèi)用作為綜合目標(biāo)函數(shù)：以直接運(yùn)營費(fèi)用作為綜合目標(biāo)函數(shù)：NiiiiiskKdwWPI1)100(一、概述一、概述NiiiiiskKdwWPI1)100(式中：式中：W每輛車延誤一小時(shí)所相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)損失值。每輛車延誤一小時(shí)所相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)損失值。 wi第第i條連線上車輛延誤時(shí)間的加權(quán)系數(shù)。條連線上車輛延誤時(shí)間的加權(quán)系數(shù)。 di第第i條連線上車輛總延誤時(shí)間。條連線上車輛總延誤時(shí)間。 K每每100次停車所相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)損失值。次停車所

7、相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)損失值。 ki第第i條連線上車輛停車次數(shù)的加權(quán)系數(shù)，根據(jù)條連線上車輛停車次數(shù)的加權(quán)系數(shù)，根據(jù) 羅氏研究，羅氏研究， ki時(shí)，燃油總消時(shí)，燃油總消-耗量為最少。耗量為最少。 si第第i條連線上的全部車輛完全停車次數(shù)總和。條連線上的全部車輛完全停車次數(shù)總和。 N連線總數(shù)目。連線總數(shù)目。二、二、TRANSYT的基本構(gòu)成部分的基本構(gòu)成部分三、優(yōu)先方法：爬山法三、優(yōu)先方法：爬山法v爬山法爬山法: : v爬山法是指經(jīng)過評價(jià)當(dāng)前的問題狀態(tài)后爬山法是指經(jīng)過評價(jià)當(dāng)前的問題狀態(tài)后, ,限于條限于條件，不是去縮小，而是去增加這一狀態(tài)與目標(biāo)件，不是去縮小，而是去增加這一狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)的差異，經(jīng)過迂回前進(jìn)，最

8、終達(dá)到解決問狀態(tài)的差異，經(jīng)過迂回前進(jìn)，最終達(dá)到解決問題的總目標(biāo)。就如同爬山一樣，為了到達(dá)山頂，題的總目標(biāo)。就如同爬山一樣，為了到達(dá)山頂，有時(shí)不得不先上矮山頂，然后再下有時(shí)不得不先上矮山頂，然后再下-，這樣，這樣翻越一個(gè)個(gè)的小山頭，直到最終達(dá)到山頂?？煞揭粋€(gè)個(gè)的小山頭，直到最終達(dá)到山頂?？梢哉f，爬山法是一種以說，爬山法是一種“以退為進(jìn)以退為進(jìn)”的方法，往的方法，往往具有往具有“退一步進(jìn)兩步退一步進(jìn)兩步”的作用，后退乃是為的作用，后退乃是為了更有效地前進(jìn)。了更有效地前進(jìn)。 三、優(yōu)先方法：爬山法三、優(yōu)先方法：爬山法 3.等飽和度等飽和度初始配時(shí)方案初始配時(shí)方案2.綠燈時(shí)間綠燈時(shí)間的優(yōu)選的優(yōu)選4.限

9、制車輛限制車輛排隊(duì)長度排隊(duì)長度主要主要優(yōu)化環(huán)節(jié)優(yōu)化環(huán)節(jié)1.綠時(shí)差綠時(shí)差的優(yōu)選的優(yōu)選5.控制子區(qū)控制子區(qū)的劃分的劃分6.信號周期信號周期時(shí)間的選擇時(shí)間的選擇TRANSYT優(yōu)化過程優(yōu)化過程三、優(yōu)先方法：爬山法三、優(yōu)先方法：爬山法 綠綠 時(shí)時(shí) 差差 優(yōu)優(yōu) 選選四、程序結(jié)構(gòu)四、程序結(jié)構(gòu)v v 將交通流信息和初始配時(shí)參數(shù)作為原始數(shù)據(jù)，將交通流信息和初始配時(shí)參數(shù)作為原始數(shù)據(jù)，通過仿真，得出系統(tǒng)的性能指標(biāo)通過仿真，得出系統(tǒng)的性能指標(biāo)(Performance Index)作為配時(shí)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，用作為配時(shí)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，用“爬山法爬山法”進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)生比初始配時(shí)更優(yōu)越的新配時(shí)方進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)生比初始配時(shí)更優(yōu)越的

10、新配時(shí)方案，再把新的信號配時(shí)輸入到仿真部分，反復(fù)案，再把新的信號配時(shí)輸入到仿真部分，反復(fù)迭代，最后得到性能指標(biāo)值達(dá)到最小的系統(tǒng)配迭代，最后得到性能指標(biāo)值達(dá)到最小的系統(tǒng)配時(shí)方案。時(shí)方案。四、程序結(jié)構(gòu)四、程序結(jié)構(gòu)四、程序結(jié)構(gòu)四、程序結(jié)構(gòu)五：改進(jìn)五：改進(jìn) TRANSYT問世以來，隨著交通工程的實(shí)問世以來，隨著交通工程的實(shí)踐，得到不斷地改進(jìn)和完善，已修改了多次。踐，得到不斷地改進(jìn)和完善，已修改了多次。到目前為止的最新版本是到目前為止的最新版本是11版。版。第三節(jié)第三節(jié) SCAT系統(tǒng)和系統(tǒng)和SCOOT系統(tǒng)系統(tǒng)vSCAT系統(tǒng)系統(tǒng) v（悉尼（悉尼 澳大利亞）澳大利亞） （Sydney Co-ordinate

11、d Adaptive TrafficSystem） v vSCOOT 系統(tǒng)系統(tǒng) v（英國（英國 TRRL） v (Split, Cycle and Offset Optimization Technique） v 一、一、SCAT系統(tǒng)系統(tǒng)Sydney Co-ordinated Adaptive TrafficSystem SCAT屬于一種方案實(shí)時(shí)選擇系統(tǒng)，并與屬于一種方案實(shí)時(shí)選擇系統(tǒng)，并與單點(diǎn)感應(yīng)控制做局部調(diào)整相結(jié)合。單點(diǎn)感應(yīng)控制做局部調(diào)整相結(jié)合。SCAT系統(tǒng)系統(tǒng) 悉尼悉尼 澳大利亞澳大利亞一、一、SCAT系統(tǒng)系統(tǒng) SCAT系統(tǒng)系統(tǒng) 悉尼悉尼 澳大利亞澳大利亞 （Sydney Co-ordin

12、ated Adaptive TrafficSystem） SCAT配時(shí)參數(shù)的優(yōu)選配時(shí)參數(shù)的優(yōu)選“算法算法”： 為了節(jié)省控制計(jì)算機(jī)的為了節(jié)省控制計(jì)算機(jī)的CPU時(shí)間，把時(shí)間，把C，（綠燈起步時(shí)距）作為各自獨(dú)立的參數(shù)分（綠燈起步時(shí)距）作為各自獨(dú)立的參數(shù)分別進(jìn)行優(yōu)選，而且不用延誤時(shí)間和停車次數(shù)作別進(jìn)行優(yōu)選，而且不用延誤時(shí)間和停車次數(shù)作為直接的優(yōu)選目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)選過程所使用的為直接的優(yōu)選目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)選過程所使用的“算法算法” 是以所謂是以所謂“綜合流量綜合流量”和飽和度為和飽和度為主要依據(jù)的。主要依據(jù)的。一、一、SCAT系統(tǒng)系統(tǒng)一、一、SCAT系統(tǒng)系統(tǒng) 在在SCAT系統(tǒng)中，綠時(shí)差分為系統(tǒng)中，綠時(shí)差分為“外

13、部外部” 綠時(shí)差綠時(shí)差-用用在相鄰兩個(gè)子系統(tǒng)合并時(shí)，協(xié)調(diào)連接兩個(gè)子系統(tǒng)的連線在相鄰兩個(gè)子系統(tǒng)合并時(shí)，協(xié)調(diào)連接兩個(gè)子系統(tǒng)的連線之間的車流；之間的車流；“內(nèi)部內(nèi)部” 綠時(shí)差綠時(shí)差-用于子系統(tǒng)內(nèi)部各交用于子系統(tǒng)內(nèi)部各交叉口之間的信號協(xié)調(diào)。叉口之間的信號協(xié)調(diào)。 v 一、一、SCAT系統(tǒng)系統(tǒng)SCOOT系統(tǒng)系統(tǒng) 英國英國 TRRLSplit, Cycle and Offset Optimization Technique 綠信比、周期和相位差優(yōu)化技術(shù)綠信比、周期和相位差優(yōu)化技術(shù) 二、二、SCOOT系統(tǒng)系統(tǒng) vSCOOT 系統(tǒng)系統(tǒng) v v 是由英國運(yùn)輸研究所是由英國運(yùn)輸研究所(TRL-Transport R

14、esearch Laboratory, 90年代年代TRRL改名為改名為TRL)在在TRANSYT基礎(chǔ)上研制的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該基礎(chǔ)上研制的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)于系統(tǒng)于1975年研制成功。年研制成功。 v 上個(gè)世紀(jì)上個(gè)世紀(jì)90年代年代SCOOT系統(tǒng)進(jìn)行了多次升級，系統(tǒng)進(jìn)行了多次升級，其最新版本為其最新版本為4.4版。版。二、二、SCOOT系統(tǒng)系統(tǒng)二、二、SCOOT系統(tǒng)系統(tǒng)二、二、SCOOT系統(tǒng)系統(tǒng)v 三、三、SCAT與與SCOOT的比較的比較兩兩者者比比較較TextSCATSCOOT兩者性能接近，有自動(dòng)兩者性能接近，有自動(dòng) 轉(zhuǎn)換雙周期運(yùn)行的功能。轉(zhuǎn)換雙周期運(yùn)行的功能。SCOOT能把復(fù)雜的能把

15、復(fù)雜的 車輛感應(yīng)運(yùn)行模型化，車輛感應(yīng)運(yùn)行模型化， 而且停車線處沒有檢測器。而且停車線處沒有檢測器。SCOOT由高級語言編寫，可移植由高級語言編寫，可移植檢測器安裝在停車線處。檢測器安裝在停車線處。類似類似TARANSYT的相位差優(yōu)化方法，的相位差優(yōu)化方法， 在確定優(yōu)化目標(biāo)以及實(shí)際優(yōu)化過程在確定優(yōu)化目標(biāo)以及實(shí)際優(yōu)化過程 方面都是比較好的。方面都是比較好的。SCAT方式與系統(tǒng)不可移植，方式與系統(tǒng)不可移植， 由特定匯編語言編制。由特定匯編語言編制。 檢測器安裝在停車線上游處。檢測器安裝在停車線上游處。兩者性能接近，兩者性能接近， 可以更好地估計(jì)擁擠程度?？梢愿玫毓烙?jì)擁擠程度。無優(yōu)勢。無優(yōu)勢。在停車

16、線上游處沒有檢測器，在停車線上游處沒有檢測器， 因而不能提供車隊(duì)行進(jìn)的反饋信息。因而不能提供車隊(duì)行進(jìn)的反饋信息。第四節(jié)第四節(jié) 駕駛員信息系統(tǒng)簡介駕駛員信息系統(tǒng)簡介 駕駕 信信 駛駛 息息 員員 系系 統(tǒng)統(tǒng) 先進(jìn)的駕駛員信息系統(tǒng)（先進(jìn)的駕駛員信息系統(tǒng)（APTS）它使駕駛員通過它使駕駛員通過ATMS中提供的有關(guān)交中提供的有關(guān)交通，道路狀況等信息，依靠車載定位導(dǎo)通，道路狀況等信息，依靠車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)（航系統(tǒng)（GPS），路側(cè)通訊及各種誘導(dǎo)、），路側(cè)通訊及各種誘導(dǎo)、可變標(biāo)志等使車輛始終行駛在最暢通和可變標(biāo)志等使車輛始終行駛在最暢通和最短距離的路線上。最短距離的路線上。第四節(jié)第四節(jié) 駕駛員信息系統(tǒng)簡介駕

17、駛員信息系統(tǒng)簡介v 作用：輔助駕駛員作出決定，尤其針對交通運(yùn)行中的偶作用：輔助駕駛員作出決定，尤其針對交通運(yùn)行中的偶然性問題。然性問題。車內(nèi)內(nèi)部系統(tǒng)：信息顯示在車外外部系統(tǒng)：信息顯示在音分類視頻頻小功率無線廣播無線電臺(tái)廣播有線廣播系統(tǒng)車內(nèi)顯示裝置可變信息標(biāo)志主要方式第五節(jié)第五節(jié) 交通信號控制系統(tǒng)中心硬件設(shè)備簡介交通信號控制系統(tǒng)中心硬件設(shè)備簡介v v 一、運(yùn)用控制中心計(jì)算機(jī)時(shí)應(yīng)考慮的主要因素及有關(guān)具體問題。一、運(yùn)用控制中心計(jì)算機(jī)時(shí)應(yīng)考慮的主要因素及有關(guān)具體問題。 v 主要顯示設(shè)備及功能主要顯示設(shè)備及功能 v 城市道路智能監(jiān)控城市道路智能監(jiān)控 系統(tǒng)交通監(jiān)控中心系統(tǒng)交通監(jiān)控中心 v 二、通訊系統(tǒng)：二

18、、通訊系統(tǒng)： v ：通信控制器數(shù)字傳輸：相位調(diào)制）（頻率調(diào)制振幅調(diào)制法及其基本指標(biāo)）調(diào)制方調(diào)制解調(diào)（調(diào)制解調(diào)器雙工信道單工信道、半雙工使用方向信息速率無差錯(cuò)傳輸信息的最大容量：信息論中，信道信道基本概念CCUPSKFSKFMAM. 1第五節(jié)第五節(jié) 交通信號控制系統(tǒng)中心硬件設(shè)備簡介交通信號控制系統(tǒng)中心硬件設(shè)備簡介多站連接直接互連線路配置半行傳輸時(shí)分多路復(fù)用）頻分多路復(fù)用（多路傳輸并行傳輸連接技術(shù)FMX. 2防備措施處理復(fù)送信息奇偶檢驗(yàn)檢測理論上定義誤碼：誤碼及其處理.3第五節(jié)第五節(jié) 交通信號控制系統(tǒng)中心硬件設(shè)備簡介交通信號控制系統(tǒng)中心硬件設(shè)備簡介）其他輔助性維護(hù)手段（可靠性誤碼率包線延誤）信道質(zhì)量（協(xié)調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。特速率，預(yù)測每條信息的最大比分析數(shù)據(jù)速率，）選擇傳輸速率：（系統(tǒng)規(guī)劃321. 4第五節(jié)第五節(jié)