城鎮智能交通信號的控制系統設計論文

　　摘要：智能交通信號控制系統可以提高城市交通狀況和整體管理水平，該文研究了城鎮交通智能交通信號控制系統建設，以臺州玉環(huán)智能交通信號控制系統建設為例，闡述了該系統的主要特點(diǎn)、總體結構、運行模式、智能控制機制等。

　　關(guān)鍵詞：智能交通；交通信號控制；控制機制

　　1引言

　　交通對城市的發(fā)展具有重要作用，交通信號控制系統是解決城市交通問(wèn)題的關(guān)鍵，如何建立基于現代電子信息技術(shù)面向交通運輸的智能化管理系統，是縮短城市道路交通延誤、降低交通事故、減少環(huán)境污染和燃油消耗的有效手段之一。要進(jìn)行一體化的交通綜合管理，交通信號控制系統正是實(shí)現城市交通智能化管理與控制的重要組成部分。隨著(zhù)城市機動(dòng)車(chē)出行率的大幅度提高，形成復雜多變的交通環(huán)境，這對交通信號控制的適應性、智能化提出了更高的要求。本文結合臺州玉環(huán)交通樞紐工程智能交通管理系統的建設實(shí)踐，系統探討了智能交通信號控制系統的設計方案。

　　2系統概述

　　不同于其他智能交通系統常用的預先設定固定時(shí)間交通控制方案，本文提出的交通信號控制系統采用有效自適應協(xié)調控制系統，系統算法包括交通自適應控制算法、感應控制算法、行人二次過(guò)街算法等。自適應控制算法能夠根據車(chē)輛檢測器收集的信息，比如車(chē)流量、時(shí)間占有率和車(chē)輛速度，實(shí)時(shí)調整路口信號機信號配時(shí)參數，即周期、相位差和綠信比。即交通自適應控制算法是基于路口信號機的實(shí)際的控制參數做小而頻繁的優(yōu)化，形成適合于實(shí)際交通狀況的控制方案，以滿(mǎn)足路口交通控制的需求。系統主要特點(diǎn)表現為：先進(jìn)性、成熟性、實(shí)用性、可靠性、兼容性。

　　3系統結構

　　交通信號控制系統共分為三級：中心控制、區域控制、路口控制。結構圖如圖1所示。1)中心控制要完成交通信號控制中心系統內的通信，完成對交通數據的采集和優(yōu)化計算。實(shí)現中心控制與綜合管理軟件的通信，接收及執行管理軟件的管理和控制指令，同時(shí)向管理軟件發(fā)送相關(guān)交通狀況信息。交通控制系統的操作人員與本系統的交互接口。存儲交通控制系統的所有數據，保證數據的安全可靠。2)區域控制負責控制子區范圍內各路口交通流量采集、實(shí)時(shí)狀態(tài)采集、統計查詢(xún)任務(wù)、信號機事件采集、交通數據預測任務(wù)、控制子區系統優(yōu)化、信號機自動(dòng)對時(shí)。正常情況下，信號系統由中心進(jìn)行交通優(yōu)化控制。當控制中心與區域控制之間的通信鏈路發(fā)生故障時(shí)，相應的區域控制機將取代中心對本轄區內的信號機進(jìn)行優(yōu)化控制，避免通信故障引起全系統范圍的優(yōu)化降級。3)路口控制主要包括信號機、車(chē)輛檢測設備（線(xiàn)圈檢測器等）等。路口交通信號機及檢測器采集路口各檢測器提供的實(shí)時(shí)交通數據并加以初步分析整理，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )傳送到上層控制機，用以調整配時(shí)方案；接收上層控制機的指令，控制本路口各個(gè)信號燈的燈色變換；在實(shí)施自適應控制時(shí)，根據本路口的交通需求，自主地控制各入口信號燈的燈色變換。信號機與信號控制系統采用國標通信協(xié)議�？刂浦行膬炔康乃�有機器以局域網(wǎng)形式相連，采用的協(xié)議為T(mén)CP/IP。中心控制機安裝中心控制服務(wù)、數據處理服務(wù)、優(yōu)化和預測服務(wù)、遠程通訊服務(wù)、平臺接口服務(wù)。并可選安裝GPS接口服務(wù)、CCTV接口服務(wù)、交通誘導接口。實(shí)現整個(gè)信號系統的通訊、實(shí)時(shí)數據處理、監視、控制和數據存儲。

　　4區域控制機制

　　1)系統軟件具備對燈控路口進(jìn)行子區劃分的功能，交通應用軟件能控制800個(gè)子區，每個(gè)子區5～10個(gè)路口，每個(gè)子區都有數字編碼。子區劃分的原則：相鄰路口之間距離較近（一般在500米以下）；交叉口的小時(shí)流量規模相近；路口的飽和度相近；路口的交通狀況類(lèi)似；路段中間分支較少且不存在交通源。2)系統能夠按照定周期方案運行，定周期方案包括下列內容：子區數；路口編號；定周期方案數；周期時(shí)長(cháng)s；綠信比數值；相位差；最大綠燈時(shí)間；最小綠燈時(shí)間；間隔時(shí)間；除了上述內容外，系統的定周期方案還包括：相位參數；相位相序；通道表，即相位與信號燈組的對應關(guān)系表；時(shí)段表，每天不同時(shí)段執行不同的控制方案；方案調度表，一年中每天執行不同的時(shí)段方案。3)信號機與控制中心通信正常的情況下，系統能夠通過(guò)客戶(hù)端修改控制參數，并更新數據庫中定周期方案，包括正在運行的方案的周期長(cháng)度，綠信比和相位差。這種方案的更新和修改不影響路口信號機的運行。4)系統控制的每個(gè)路口的定周期方案為108個(gè)，能夠通過(guò)調度表和人工選擇調用，實(shí)現路口的合理控制。系統控制的每個(gè)路口定周期方案的輸入都是獨立的，相互不干擾，這樣有利于用戶(hù)為每個(gè)路口的設置不同的周期長(cháng)度、綠信比和相位差。

　　5自適應協(xié)調控制機制

　　1)系統為自適應協(xié)調控制系統，系統算法包括交通自適應控制算法、感應控制算法、行人二次過(guò)街算法等。自適應控制算法能夠根據車(chē)輛檢測器收集的信息，比如車(chē)流量、時(shí)間占有率和車(chē)輛速度，實(shí)時(shí)調整路口信號機信號配時(shí)參數，即周期、相位差和綠信比。即交通自適應控制算法是基于路口信號機的實(shí)際的控制參數做小而頻繁的優(yōu)化，形成適合于實(shí)際交通狀況的控制方案，以滿(mǎn)足路口交通控制的需求。2)最大限度提高交通信號網(wǎng)絡(luò )的效率，并將配時(shí)方案的維護工作減少到最少。系統采用的是自適應交通信號控制系統，系統的自適應控制算法說(shuō)明如下：系統軟件的算法是：根據區域實(shí)時(shí)檢測的交通信息：包括交通流量（PCU）、車(chē)輛時(shí)間占有率、車(chē)輛速度（m/s）等，利用交通信號控制優(yōu)化模型：周期時(shí)長(cháng)優(yōu)化模型、綠信比優(yōu)化模型和相位差優(yōu)化模型，以減少車(chē)輛延誤、停車(chē)次數為目標，對交通信號控制三元素：周期時(shí)長(cháng)、綠信比和相位差進(jìn)行優(yōu)化，從而得到區域優(yōu)化控制方案。3)系統的算法是實(shí)時(shí)自適應控制算法，根據路口的交通信息實(shí)時(shí)調整控制區域內信號機的控制方案。系統不是一種方案選擇式的控制系統，方案選擇系統是根據當前檢測的交通信息與預先設定的方案進(jìn)行匹配，選擇設定的配時(shí)方案。4)系統的算法能夠臺州玉環(huán)街道網(wǎng)絡(luò )地理特點(diǎn)，合理的劃分子區，最大成都的實(shí)現整個(gè)區域的自適應協(xié)調控制，以實(shí)現均衡區域交通流，減少停車(chē)次數、車(chē)輛延誤及環(huán)境污，系統子區劃分的原則為：相鄰路口之間距離較近；交叉口的小時(shí)流量規模類(lèi)似；路口的交通狀況相似；路口的飽和度接近；路段中間分支較少。

　　6交通信號控制的運行模式

　　系統除了能夠實(shí)現區域自適應協(xié)調控制外，還能實(shí)現區域控制、線(xiàn)協(xié)調控制和單點(diǎn)控制等等。利用各種新技術(shù)，為交通管理者的使用和決策提供更多、更靈活的手段。系統可以在以下的模式下運行：聯(lián)機模式是完全自適應控制，實(shí)現完全實(shí)時(shí)的交通響應運行；系統也可以獨立模式運行，此時(shí)可做車(chē)感控制或定時(shí)控制；當出現通信中斷等故障時(shí)，系統能夠降級為無(wú)電纜線(xiàn)協(xié)調控制方式或進(jìn)一步降級為單點(diǎn)優(yōu)化控制、單點(diǎn)全感應控制方式、單點(diǎn)半感應控制方式、多時(shí)段定時(shí)控制、黃閃控制和關(guān)燈控制。

　　7結束語(yǔ)

　　城鎮交通信號控制統是智能交通領(lǐng)域的一項重要研究?jì)热�，它可以與其他智能交通系統有機結合，實(shí)現城市交通的數字化、信息化、智能化管理。本文提出基于自適應控制算法的交通信號控制系統，可以有效應對臺州玉環(huán)交通的實(shí)時(shí)變化，提高交通流動(dòng)的控制效率。

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