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交通控制发展历史1868年，英国伦敦Westrninster地区安装了世界上第一台交通信号灯。1926年，英国人首次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，标志着城市交通自动控制的开始。1964年，在加拿大的多伦多市完成世界上第一个具有电子计算机城市交通控制系统的城市。定周期信号机感应式信号机多时段信号机无缆线协调有缆线协调自适应线协调自适应区域协调1967年英国运输与道路研究实验室（TRRL）成功地研究出交通网络研究工具TRANSYT，用于脱机优化配时方案。1975年TRRL在“TRANSYT”的基础上开发了SCOOTS系统，澳大利亚开发了SCATS自适应控制系统，成为世界上两个著名的城市交通信号控制系统。1交通控制系统应用现状国内十几个大城市应用了国外的交通控制系统城市系统名称北京SCOOT、QuickNet4、南斯拉夫系统上海SCATS沈阳SCATS广州SCATS大连SCOOT长春西班牙Sanco武汉西班牙Sanco深圳日本KyoSan太原意大利系统青岛SCOOT成都SCOOT苏州SCATS洛阳美国QuickNet4但效果不理想！2交通控制概念道路交通信号控制机能够改变道路交通信号顺序、调节配时并能控制道路交通信号灯运行的装置。自适应控制根据交通流的状况，在线实时地自动调整信号控制参数以适应交通流变化的控制方式。交叉口两条或多条道路相交而形成的路口。在交叉口，不同道路上行驶的机动车、自行车、行人之间会引起交通上的冲突。3交通控制概念相位在一个信号周期内，同时获得通行权的一个或多个交通流的信号显示状态。4交通控制概念周期长Cycle信号灯灯色变化一个循环所经历的时间。绿信比split在一个信号周期内，相位有效绿灯时间与周期时间之比。相位差Offset相位差也叫偏移，分绝对相位差和相对相位差两种定义方式。在一个协调控制信号系统中，以某一个信号为基准信号，其它信号的协调相位绿灯起始时间滞后于基准信号的绿灯起始时间的最小时间差，称为绝对相位差。在一个协调控制信号系统中，沿车辆行驶方向任意两相邻信号的协调相位绿灯起始时间的最小差值，称为相对相位差。相位B相位A时间绿灯间隔时间黄灯全红红黄周期长5阶段交通控制概念相位A相位B相位C相位D阶段2阶段16交通控制概念饱和流量某一信号相位某一车道的车流所能获得的最大通行流率。饱和度某相位某车道的实际到达流量q与允许通过能力Q的比值称为该相位该车道的饱和度（x）。流量比某相位某车道实际到达流量q与该相位该车道饱和流量S的比值称为流量比率（Y）。7交通控制概念排队长度某一相位某车道获得放行时停车线后面排队的车辆数。交叉口通行能力一个交叉口对于各个方向（或相位）全部车流单位时间内所能提供的最大允许通过量。时间占有率在观察时间内，车辆占有（行驶或停止）检测位置的时间与总观察时间的比例。空间占有率某一瞬间，一定长度的路段上车辆占有的长度与考察路段长度的比例。8交通控制概念交叉口延误车辆到达交叉路口因红灯第一次停车与车辆经过停车线的时间差。弹性相位某相位的车流到达不稳定，在绿信比设置上有一弹性变化范围，称其为“弹性相位”。待定相位指并非在每一个周期内都要出现的相位。当车流到达一定数量才出现此相位，否则自动跳过。关键车道交叉口某相位流量比最大的进口道。关键相位交叉口相位设置中流量比最大的一个或几个相位。9交通控制概念子区将区域控制下的路口按照交通负荷、邻近距离、交通流量流向之间的关系，把相邻的几个路口划分为一个集合进行控制，这些路口周期长相等或成倍数关系，一个子区要设置一个关键路口。关键路口在控制子区中交通负荷最大的路口，一般将其信号周期作为子区协调控制的公共周期。信号灯组信号灯组分逻辑信号灯组和物理信号灯组两个概念。逻辑信号灯组是指构成同一控制相位的各式信号灯，而物理灯组是指单个具体的物理灯组。特征参数特征参数是定义交通信号机的硬件配置和控制参数的一组特征数据。，包括一般参数、相位表、相位冲突表、时段方案表、检测器表等的定义。10交通控制概念黄闪控制各相主灯组黄灯以固定频率闪烁，只起提示作用的一种特殊控制方式，是闪光控制的一种。红黄闪控制进入红黄闪控制方式的信号机控制时，设定为主干道的主灯组将出现黄灯闪烁，而次干道的主灯组将进入红灯闪烁，也是闪光控制的一种。手动控制按一次手动按钮切换到下一个阶段，不按手动按钮则灯色保持不变。单点定周期按照一个控制机内部固定的信号周期进行信号控制。11交通控制概念有缆线控有缆线控属于线控的一种，但它不需要专门的中心协调控制机，而由信号机之间通过符合串口标准的线路相互协调进行干线上的联合控制。根据信号机所控制路口在一条干线上的地位，有一台信号机作为线控发起机，其它的均为被动线控。由线控发起机发出对时信号。无缆线控无线线控通过准确的时钟进行同步，每隔一定时间，进入无线线控的信号机将根据对时信号进行准确对时。区域协调控制路口信号机与系统建立通信连接后，系统根据检测器采集的交通信息，由上位系统和信号机的优化控制模块对所控区域的交通信号控制方式及配时参数进行动态协调控制。交通工程师同时可对系统进行干预控制。上载路口信号机把特定信息按约定的格式发送给上级控制机。下载上级控制机把特定信息按约定格式发送给路口信号机12交通控制概念单点多时段根据预先设定的时段表，按时间的推移自动选择预定的控制方案进行信号控制。单点多时段控制实际上是时段之内的定周期控制。单点感应根据车辆检测器测得进口道实时交通数据，及预先设定的最短绿灯时间、最长绿灯时间、单位延长绿灯时间等参数，实时控制信号灯的显示时间长，并能根据交通量的变化自动跳越相位。线控或称绿波控制。对主干道上的连续几个路口，其周期长设置成相等或倍数关系，路口之间根据设定或优化后的相位差进行协调。13国外交通控制系统简介SCOOT(Split,CycleandOffsetOptimizationTechnique:绿信比、周期和相位差优化技术)是由英国运输研究所(TRL--TransportResearchLaboratory,90年代TRRL改名为TRL)在TRANSYT基础上研制的自适应控制系统，该系统于1975年研制成功，并在英国城市Glasgo进行现场试验，取得了较好的效果。上个世纪90年代SCOOT系统进行了多次升级，其最新版本为4.4版，其版权为TRL拥有。SCOOTPLITYCLEFFSETPTIMIZATIONECHNIQUE以延误和停车次数最小为优化目标进行周期长、绿信比、相位差的小步距调整14SCOOT原理信号机车流流量图示车辆排队绿信比相位差优化交通管理者权重系数信号周期优化近似设置可选方案当前信号配时方案传输设备15SCOOT技术特征SCOOT的主要技术特征有：（l）控制模式：联机（OnLine）实时控制，即动态模武；（2）系统目标：PI最小为优化目标；（3）参数特怔：S、O、C均通过建立优化数学模型计算；（4）寻优方法：小步长渐近寻优法；（5）检测器位置：上游路口出口。16SCOOT原理SCOOT系统有一个灵活、准确的实时交通模型，不仅用于制订配时方案，还可以提供各种交通信息；系统软件包括五大部分：一、车流检测二、交通预测三、配时参数优化四、信号控制方案执行五、系统监控17SCOOT检测器埋设位置18SCOOT交通预测StoplineDemandCyclicFlowattheDetectorJourneyTimeDispersionModel19SCOOT排队长度预测TimenowFlowRateStopLineSaturationflowrateFlowaddstobackofqueueTime‘now’Modelledqueueattime’now’ACTUALQUEUECruisespeedCyclicFlowProfile20SCOOT参数优化绿信比每个信号阶段-4,0,+4(实时变化)相位差每个周期-4,0,+4信号周期每隔2.5-5分钟-1,0,+1(永久变化)-4,0,+4(32到64)-8,0,+8(64到128)-16,0,+16(128到240)优化频率变化范围（秒）21SCOOT系统的优缺点SCOOT系统有一个灵活、准确的实时交通模型优点：，不仅用于制订配时方案，还可以提供各种交通信息；SCOOT采用对下一周期的交通进行预测的方法，提高了结果的可靠性和有效性；SCOOT调整参数时采用频繁的小增量变化，既避免了信号参数突变给路网上车辆带来的损失又可通过频繁的累加变化来适应交通条件的变化；SCOOT的车辆检测器埋设在上游路口的出口处，为下游交叉口信号配时预留了充足的时间，且有足够时间做出反应以预防车队阻塞到上游交叉口。缺点：一是相位不能自动增减，相序不能自动改变；二是独立的控制子区的划分不能自行解决，需人工确定；三是饱和流率的校核未自动化，使现场安装调试时相当繁琐22SCATS系统简介“悉尼自适应交通控制系统”(SydneyCoordinatedAdaptiveTrafficSystem，SCATS系统)是由新南威尔士州道路交通局（RTA）研究开发，是目前世界上少有的几个先进交通控制系统之一。SCAT采用先进的计算机网络技术,呈计算机分层递阶形式,结构成模块形式。如右图所示。23SCATS系统结构示意图DECVAXSCATSManagementComputerSCATSLANDatalinkOperatorWorkstationsSCATSInterfaceServerExternalLANRampMeteringControllersUpto32RegionalComputersMixedConnectionRemoteRegionalComputer(s)LocalRegionalComputersSCATSTrafficControllersUpto128perRegionalComputerPoint-to-PointconnectedTrafficControllersMultidropconnectedTrafficControllersDial-inWorkstation(s)RegionalATMS,ATISServices,ITMS24SCATS系统原理SCAT的主要技术特征有：（1）控制模式：地区级联机优化，中央级联机和脱机优化同时进行；（2）系统目标：饱和度最大及通过带宽度最大；（3）参数特征：在预先确定的多个S、O、C中选择；（4）寻优方法：无实时交通模型，比较选择法；（5）检测器位置：路口入口停车线1米处。25SCATS方案选择原理SCATS系统实际是一种实时配时方案选择系统。以1—10个交叉口组成的子系统作为基本控制单元。其检测器设于每条车道停车线后面，检测实时交通量数据和停车线断面在绿灯期间的实际通过量。SCATS要求事先利用脱机方式为每个交叉口设置4个绿信比方案，5个内部绿时差方案，5个外部绿时差方案。在同一子系统内，所有交叉口在任何时候都执行完全相同的信号周期。SCATS系统不用延误时间和停车次数作为直接的优选目标函数。方案选择主要以SCATS定义的“饱和度”和“综合流量”为依据。26SCATS系统优缺点优点：SCAT系统充分体现了计算机网络技术的突出优点，结构易于更改、改变，控制方案容易修改。在需要的情况下SCAT能自动进行子区的分离与结合，也可允许各路口自主实行车辆感应控制。经悉尼市的对比实验表明：SCAT与TIANSYT相比，在总旅行时间相同的情况下停车次数明显减少。缺点：第一，SCAT实为一种方案选择系统，限制了配时参数的优化程度；第二，SCAT过分依赖于计算机硬件，除了PDPll系列数字计算机外，无法在其它计算机系统上方便实施；第三，选择相位差方案时，无车流实时信息反馈，可靠性低27HiCon交通控制系统结构28HiCon系统优化原理