交通信號控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

交通信號控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

MichaelBaiTOC\o"2-2"\h\z\t"標(biāo)題1,1,標(biāo)題3,3"1 我國信號機(jī)產(chǎn)品市場現(xiàn)狀 12 我國信號機(jī)產(chǎn)品發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)情況 22.1 我國信號機(jī)產(chǎn)品發(fā)展情況 22.2 信號機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 22.3 信號機(jī)通訊手段 32.3.1 串口通訊 32.3.2 電話通訊 32.3.3 基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)通訊 42.4 我國信號機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展 42.4.1 多時段定時式信號機(jī) 42.4.2 感應(yīng)式信號機(jī) 52.4.3 集中協(xié)調(diào)式信號機(jī) 52.5 目前我國信號機(jī)產(chǎn)品存在主要問題 62.5.1 質(zhì)量問題 62.5.2 使用問題 73 當(dāng)前主流信號機(jī)系統(tǒng)在我國的應(yīng)用 73.1 SCOOT系統(tǒng) 73.2 ACTRA系統(tǒng) 83.3 SCATS系統(tǒng) 93.4 ITACA系統(tǒng) 123.5 HiCon系統(tǒng) 134 未來市場展望 14我國信號機(jī)產(chǎn)品市場現(xiàn)狀我國信號機(jī)產(chǎn)品發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)情況我國信號機(jī)產(chǎn)品發(fā)展情況信號機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)信號機(jī)通訊手段信號機(jī)通訊的手段有多種、目前比較流行的有：串口通訊、四芯電話通訊以及基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通訊。串口通訊串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議。大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是信號機(jī)設(shè)備通用的通信協(xié)議；同時、串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)及向遠(yuǎn)程發(fā)送控制指令。串口通訊安裝調(diào)試靈活、部署方便。所以的大多數(shù)信號機(jī)都采用這種方式。信號機(jī)串口通訊方式電話通訊當(dāng)前也有不少信號機(jī)采用的是電話的通訊方式、這種方式在成本上比較方便、可以利用城市現(xiàn)有的通訊系統(tǒng)、或者在一些沒有網(wǎng)絡(luò)或光纖的地方部署。電話通訊的方式如下圖所示：基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)通訊隨著網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展、基于TCP/IP協(xié)議的信號機(jī)系統(tǒng)正在成為主流的發(fā)展方向、基于TCP/IP協(xié)議的信號機(jī)在安裝、調(diào)試及后期維護(hù)方面都有著巨大的優(yōu)勢、而且在管理的控制方面也更加符合模塊化設(shè)計(jì)的需要、方便使用?；赥CP/IP協(xié)議通訊的信號機(jī)我國信號機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展多時段定時式信號機(jī)感應(yīng)式信號機(jī)集中協(xié)調(diào)式信號機(jī)目前我國信號機(jī)產(chǎn)品存在主要問題質(zhì)量問題使用問題當(dāng)前主流信號機(jī)系統(tǒng)在我國的應(yīng)用SCOOT系統(tǒng)SCOOT(Split-Cycle-OffsetOptimizationTechnique)即“綠信比-信號周期-相位差優(yōu)化技術(shù)”、是一種對道路網(wǎng)交通信號實(shí)行協(xié)調(diào)控制的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。由英國交通與道路研究所于1973年開始研究開發(fā)、1979年正式投入使用。20世紀(jì)90年代該系統(tǒng)進(jìn)行了多次升級、目前最新版本為4.5版。 SCOOT系統(tǒng)是一種實(shí)時自適應(yīng)控制系統(tǒng)、其硬件組成包括3個主要部分：中心計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)裝置（包括交通信號控制機(jī)、車輛檢測器或攝像裝置及信號燈）。軟件大體由5個部分組成：1）車輛檢測數(shù)據(jù)的采集和分析；2）交通模型（用于計(jì)算延誤時間和排隊(duì)長度等等）；3）配時方案參數(shù)優(yōu)化調(diào)整；4）信號控制方案的執(zhí)行；5）系統(tǒng)檢測。以上5個子系統(tǒng)相互配合、協(xié)調(diào)工作、共同完成交通控制任務(wù)。SCOOT系統(tǒng)是方案形成式控制方式的典型代表、是一種實(shí)時自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)。SCOOT系統(tǒng)通過連續(xù)檢測道路網(wǎng)絡(luò)中交叉口所有進(jìn)口道交通需求來優(yōu)化每個交叉口的配時方案、使交叉口的延誤和停車次數(shù)最小的動態(tài)、實(shí)時、在線信號控制系統(tǒng)。概括來講、SCOOT系統(tǒng)具有5個特點(diǎn)。1.實(shí)用性強(qiáng)、幾乎不受城市交通出行方式、出行起訖點(diǎn)分布、土地使用情況、季節(jié)性和臨時性交通變化以及天氣和氣候變化的影響。2.對配時參數(shù)的優(yōu)化是采用連續(xù)微量調(diào)整的方式、穩(wěn)定性強(qiáng)。3.個別交通車輛檢測器錯誤的反饋信息幾乎不影響SCOOT系統(tǒng)對配時方案參數(shù)的優(yōu)化、而且該系統(tǒng)對這類錯誤的信息有自動鑒別和淘汰功能。4.對路網(wǎng)上各交叉口信號配時方案的檢驗(yàn)和調(diào)整、每秒鐘都在進(jìn)行、所以能對路網(wǎng)上交通狀況的任何一種變化趨勢做出迅速的反應(yīng)。5.SCOOT系統(tǒng)能提供各種反映路網(wǎng)交通狀況的信息、為制定綜合管理決策創(chuàng)造了有利的條件。但是、SCOOT系統(tǒng)幾乎所有相關(guān)控制策略模型都是通過數(shù)學(xué)模型的仿真中獲得、這就要求抽象的數(shù)學(xué)模型必須準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、誤差范圍小。否則、必然會影響控制效果；另一方面、數(shù)學(xué)模型的精確度越高、結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜、因而仿真時間就越長、這將會在實(shí)時性與可靠性之間產(chǎn)生矛盾、特別要求進(jìn)一步提高效果時、這一矛盾就會越突出。目前我國使用SCOOT系統(tǒng)的主要有：北京、大連、成都、青島、綿陽等地。ACTRA系統(tǒng)ACTRA(ADVANCEDCONTROL&TrafficResponsiveAlgorithm)是由美國西門子公司開發(fā)的一個信號控制系統(tǒng)軟件、是目前世界上技術(shù)比較領(lǐng)先的交通信號控制系統(tǒng)軟件之一。ACTRA交通信號控制系統(tǒng)主要由三大模塊組成：中心控制模塊、通信模塊及路口信號控制模塊。ACTRA這種較先進(jìn)的交通信號控制系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)。1）技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、應(yīng)用較廣泛。ACTRA系統(tǒng)是西門子美國公司較成熟的交通控制系統(tǒng)、是該公司的第三代系統(tǒng)、應(yīng)用了許多新的技術(shù)和方法、并為一些奧運(yùn)城市提供了交通控制服務(wù)、如漢城Seoul(1998)、亞特蘭大Atlanta（1996）、鹽湖城Saltlake（2002）都使用了這種交通控制系統(tǒng)。這些經(jīng)驗(yàn)將應(yīng)用到北京2008奧運(yùn)城市建設(shè)上。2）標(biāo)準(zhǔn)的符合性、軟件的開放性。ACTRA系統(tǒng)符合美國ITS框架的NTCIP協(xié)議及其他標(biāo)準(zhǔn)、其設(shè)備的通信協(xié)議采用了當(dāng)前主流的協(xié)議、如TCP/IP等、這些都是系統(tǒng)開放性和擴(kuò)展性的基礎(chǔ)。測試表明、Actra可以實(shí)現(xiàn)對基于NTCIP協(xié)議的第三方信號控制器的正常監(jiān)控和管理。3）ACTRA采用當(dāng)前先進(jìn)的瀏覽器界面、友好圖形用戶界面和視頻顯示技術(shù)。采用GIS和介入第三方圖像生成技術(shù)、可進(jìn)行城市計(jì)算機(jī)地圖圖形顯示（在工作站或顯示墻上）、顯示運(yùn)行相應(yīng)的配時方案以及不同任務(wù)同時管理的Windows界面。同一界面多路口實(shí)時顯示、區(qū)域路口交通堵塞顏色顯示、干線路口動態(tài)燈色通過顯示。并提供路口作圖工具、具有一定地圖制作功能。4）智能化的ATC2070現(xiàn)場信號機(jī)。ATC2070控制機(jī)是一種最新的開放式結(jié)構(gòu)的信號機(jī)、信號機(jī)的軟件和硬件分離、可分別按照2070ATC的硬件和軟件的標(biāo)準(zhǔn)由不同供應(yīng)商競爭獲得、大大降低成本、提高采購自主性。2070ATC信號機(jī)軟件具有自適應(yīng)和多種靈活的控制戰(zhàn)略、使得系統(tǒng)的許多自適應(yīng)控制運(yùn)算在下端完成、提高整個系統(tǒng)的反應(yīng)速度。在系統(tǒng)未建成時或故障情況下、本地信號機(jī)仍能實(shí)施有效的自適應(yīng)控制。同樣由于信號機(jī)的智能化功能使得系統(tǒng)的整體反應(yīng)速度和適應(yīng)各種復(fù)雜交通條件的能力得到有效提高、這是ACTRA系統(tǒng)比其他系統(tǒng)優(yōu)越的特點(diǎn)之一。5）自適應(yīng)反應(yīng)迅速、更加實(shí)用。交通響應(yīng)模式使得系統(tǒng)根據(jù)交通變化或非典型交通進(jìn)行系統(tǒng)范圍的優(yōu)化配時方案的執(zhí)行。通過從分配的系統(tǒng)檢測器上獲得的數(shù)據(jù)對子區(qū)的周期長、綠信比和相位差分別自適應(yīng)調(diào)整和控制；同時由于現(xiàn)場信號機(jī)具有相當(dāng)?shù)闹悄芑?、使得許多協(xié)調(diào)運(yùn)算都可在信號機(jī)范圍內(nèi)完成、這種既可通過中心又可通過路口控制器控制的客戶/服務(wù)器系統(tǒng)會更加適合實(shí)時多變的中國交通情況。ACTRA系統(tǒng)2005年開始在北京使用。經(jīng)過新建信號系統(tǒng)一期（2005年）、新建信號系統(tǒng)二期（2006年）、信號系統(tǒng)奧運(yùn)工程的建設(shè)、目前已建設(shè)750處、基本實(shí)現(xiàn)朝陽、海淀、豐臺三個區(qū)的四環(huán)路內(nèi)地區(qū)的信號系統(tǒng)覆蓋。根據(jù)資料、北京全市的城市道路交通信號控制路口（含路段行人控制）的數(shù)量目前已超過1700處、五環(huán)以內(nèi)城區(qū)的信號控制路口（含路段行人控制）為1114處、其中、計(jì)算機(jī)區(qū)域交通信號系統(tǒng)控制的路口規(guī)模為650處、規(guī)模性建設(shè)使用的系統(tǒng)為SCOOT系統(tǒng)和ACTRA系統(tǒng)、其中SCOOT系統(tǒng)控制了以二環(huán)以內(nèi)為主的近350處路口、而ACTRA系統(tǒng)的使用正在大張旗鼓地建設(shè)中。在北京市公安局交通管理局交通信號控制系統(tǒng)一期工程中、ACTRA系統(tǒng)已經(jīng)將300臺符合NTCIP規(guī)范的西門子2070CBD交通信號控制器納入系統(tǒng)控制、控制著海淀區(qū)300多個路口。在交通信號控制系統(tǒng)二期上端擴(kuò)容項(xiàng)目中、正在將450臺交通信號控制器納入一期ACTRA系統(tǒng)控制、以發(fā)揮系統(tǒng)控制的效益。SCATS系統(tǒng)SCATS系統(tǒng)是澳大利亞新南威爾士州道路交通局（RTA）為在悉尼市實(shí)施信號控制、于70年代開發(fā)成功的系統(tǒng)。之后、它的高效性和對道路環(huán)境的廣泛適應(yīng)性、逐漸被其它澳大利亞和新西蘭的城市及大量海外城市所認(rèn)同、到目前為止、世界上已有70多個城市安裝了SCATS交通管理系統(tǒng)、其中包括美國、愛爾蘭、墨西哥、斐濟(jì)、以色列以及大部分東南亞國家、系統(tǒng)本身也逐漸發(fā)展成為一個完整的交通管理系統(tǒng)、并且能夠與其它智能交通系統(tǒng)完美地集成在一起、以發(fā)揮系統(tǒng)的整體效益、為現(xiàn)代交通管理服務(wù)。SCATS系統(tǒng)無論是在控制技術(shù)還是在智能交通應(yīng)用方面、都處于交通科技的最前沿、是世界領(lǐng)先的交通管理系統(tǒng)。自問世以來、SCATS應(yīng)用最新的科技發(fā)展、不斷地改進(jìn)和加強(qiáng)其功能。最新的SCATS6版本、更是體現(xiàn)了以用戶的需求為導(dǎo)向的開發(fā)宗旨、為交通管理者的使用和決策提供更多和更靈活的手段。更重要的是、新技術(shù)的使用、使系統(tǒng)造價(jià)不斷地降低。新的SCATS系統(tǒng)應(yīng)用在PC基礎(chǔ)上、增加了一臺主機(jī)能夠控制的路口數(shù)量。在改進(jìn)管理和監(jiān)測功能的同時、還改進(jìn)了數(shù)據(jù)采集和報(bào)表能力。SCATS6可以根據(jù)用戶的需要和財(cái)政預(yù)算、提供以下三種不同的配置： ?完全交通自適應(yīng)控制 ?固定配時控制 ?撥入式控制SCATS是一個具有廣泛適應(yīng)性的系統(tǒng)、世界各地的工程師根據(jù)道路應(yīng)用環(huán)境的不同、對其做不同的配置、以滿足本地的需求。1.自適應(yīng)控制不斷變化的交通與固定配時系統(tǒng)不同、SCATS不需要事先計(jì)算信號配時方案。系統(tǒng)及控制器的邏輯與算法、通過分析檢測器采集的實(shí)時交通信息、制定信號配時、以滿足主流交通的需求。很多交通控制系統(tǒng)是根據(jù)一系列預(yù)先計(jì)算好的信號配時、在一天中的不同時段調(diào)用。每一個配時方案只適合指定的路口、該路口與其它路口交通流量的關(guān)系、是依靠預(yù)先交通調(diào)查的數(shù)據(jù)確定的。通常、固定配時系統(tǒng)不能處理不可預(yù)測的交通情況。針對這個問題、在SCATS6的固定配時運(yùn)行方案（FTP）中、改進(jìn)了決策算法、提高了離線運(yùn)行時的控制效率。2.無需更新配時方案由于交通條件的變化、固定配時方案會在短期內(nèi)變得過時、需要對控制區(qū)域重新進(jìn)行交通調(diào)查、并計(jì)算相應(yīng)的配時方案。實(shí)踐證明這項(xiàng)工作是昂貴耗時的、且不是隨時可以做的、需要精心準(zhǔn)備。因此方案更新工作往往不能按時進(jìn)行、使舊的方案超時工作?；蛘邔€別路口臨時修改、沒有系統(tǒng)性、降低系統(tǒng)整體效益。在自適應(yīng)模式運(yùn)行時、SCATS無需更新配時方案。3.SCATS提供實(shí)時響應(yīng)實(shí)時交通控制系統(tǒng)、如SCATS、可以在一定程度上適應(yīng)不斷變化交通的需求。SCATS可以提供可變的相位序列、當(dāng)沒有交通需求時、跳過相應(yīng)的相位。SCATS系統(tǒng)拓?fù)鋱DSCATS系統(tǒng)操作界面在亞洲、SCATS系統(tǒng)被廣泛地安裝在菲律賓、印度尼西亞、新加坡、馬來西亞等國家的城市中、顯示了系統(tǒng)對該地區(qū)道路交通環(huán)境的適應(yīng)性。在中國、SCATS應(yīng)用在包括香港、上海、廣州、沈陽、蘇州、杭州、寧波、石家莊、宜昌和天津等12個城市中、所控制的路口超過4500個、其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它所有控制系統(tǒng)裝機(jī)量的總和。這一廣大用戶群體的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、是SCATS系統(tǒng)在中國成功應(yīng)用的寶貴資源。SCATS系統(tǒng)基于負(fù)反饋控制技術(shù)原理、融合近30年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與最新的科技成果、為交通管理者提供有力的管理手段。同時、它的自校準(zhǔn)與自適應(yīng)性、大大降低了系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)難度、使系統(tǒng)可以充分發(fā)揮其作用、也為系統(tǒng)的不斷擴(kuò)充與相應(yīng)的應(yīng)用管理提供了技術(shù)基礎(chǔ)。實(shí)踐證明、一個交通控制系統(tǒng)僅僅具有技術(shù)的先進(jìn)性是不夠的、它還必須同時具有易用性、因?yàn)榻ǔ珊蟮倪\(yùn)營與維護(hù)管理、是系統(tǒng)能否真正發(fā)揮作用的重要因素。在道路條件復(fù)雜的上海、SCATS系統(tǒng)的裝機(jī)量已經(jīng)達(dá)到1000臺、香港達(dá)到800臺、而其它的系統(tǒng)也從幾十臺到幾百臺、在各城市的交通管理中均起著舉足輕重的作用。這一應(yīng)用成果、充分顯示了SCATS系統(tǒng)在中國城市道路交通環(huán)境中應(yīng)用的有效性與適用性。在蘇州、SCATS系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)（GIS）、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)及交通指揮系統(tǒng)集成在一起、是蘇州現(xiàn)代化交通管理與指揮系統(tǒng)的重要組成部分。這也顯示了SCATS在智能交通應(yīng)用方面的技術(shù)能力。浦東交警自2000年開始發(fā)展道路交通SCATS控制系統(tǒng)至今、目前已完成前四期聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、初步實(shí)現(xiàn)了四個功能區(qū)域（陸家嘴、花木、金橋、張江）480余個交叉口SCATS聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)。據(jù)悉、SCATS六期聯(lián)網(wǎng)工程作為迎世博600天項(xiàng)目也已啟動、六期工程覆蓋三林世博功能區(qū)95％以上道路交叉口、覆蓋面積80余平方公里、包括三林鎮(zhèn)、上鋼新村、周家渡街道、北蔡鎮(zhèn)、東明路街道等交叉口、在2009年底全部投入使用。到2010年前、整個新區(qū)范圍內(nèi)主要道路上的信號燈將全部完成系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。據(jù)悉、運(yùn)用SCATS完成交通流量自動采集、存儲、分析、實(shí)時記錄區(qū)域交通流量、流向變化情況、為交警部門掌握全局性交通變化特征、切實(shí)制定管控措施、科學(xué)部署警力配置等方面提供有力的數(shù)據(jù)支撐和分析依據(jù)。“完成這個聯(lián)網(wǎng)后、我們可以根據(jù)具體交通流量、及時告知市民道路的擁堵情況、還可以將具體的繞行路線提供給市民?！逼謻|交警支隊(duì)長王履敏告訴記者。同時、一旦發(fā)生突發(fā)事件、這個智能系統(tǒng)還可以自動報(bào)警、民警接到報(bào)警后即可迅速趕來處理。ITACA系統(tǒng)TelventTráficoyTransporte作為一家長期從事交通控制的知名公司和西班牙Oviedo大學(xué)合作、在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上、于1990年開發(fā)研制了一套自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)ITACA(IntelligentTrafficAdaptiveControlofAreas)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于線圈實(shí)時收集數(shù)據(jù)、在計(jì)算機(jī)模型中仿真實(shí)時優(yōu)化運(yùn)行、并實(shí)時下達(dá)交通控制指令、以達(dá)到最佳交通控制效果的先進(jìn)系統(tǒng)。ITACA系統(tǒng)在世界多個城市成功運(yùn)行、表現(xiàn)優(yōu)秀、在國內(nèi)的北京、武漢等城市有小規(guī)模應(yīng)用、近期還將在其它城市大規(guī)模使用。ITACA系統(tǒng)控制分為三個等級：第一級為控制中心、它通過區(qū)域控制器與路口機(jī)相連接。第二級為區(qū)域控制器CMY。第三級為路口控制器RMY1stLevel1stLevel2ndLevel3thLevel外場設(shè)備控制中心CMYRMYITACA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖ITACA系統(tǒng)有以下主要的特點(diǎn)：·每5秒鐘就對交通數(shù)據(jù)進(jìn)行一次收集和處理?！γ?/p>