1、智能运输系统概论智能运输系统概论（第三版）（第三版）普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材2121世纪交通版高等学校教材世纪交通版高等学校教材杨兆升杨兆升 于德新于德新 主编主编史其信史其信 高世廉高世廉 主审主审目目 录录n第第1111章章 先进的公共交通系统先进的公共交通系统n第第1212章章 先进的交通管理系统先进的交通管理系统n第第1313章章 城市交通信号控制系统城市交通信号控制系统n第第1414章章 电子收费系统电子收费系统n第第1515章章 高速公路交通事件管理系统高速公路交通事件管理系统n第第1616章章 应急指挥调度系统应急指挥调度系统n第第17
2、17章章 智能车辆与自动驾驶系统智能车辆与自动驾驶系统n第第1818章章 交通需求管理交通需求管理n第第1919章章 智能运输系统标准化智能运输系统标准化n第第2020章章 ITSITS评价评价第第1313章章 城市交通信号控制系统城市交通信号控制系统 概述概述13.1 TRANSYTTRANSYT系统系统13.2 SCATSSCATS系统系统13.3 SCOOTSCOOT系统系统13.4 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统13.5 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统13.613.1 概述概述用用信号方式信号方式控制控制交通流交通流的思想最早诞生于的思想最早诞生于191
3、9世纪。世纪。根据根据英国英国学者韦伯思（学者韦伯思（EVWebsterEVWebster）和柯布（）和柯布（B.M.CobberB.M.Cobber）的著作记述，）的著作记述，英国英国于于18681868年在年在伦敦威斯脱敏斯特伦敦威斯脱敏斯特（WestminsterWestminster）安装了一种红绿两色）安装了一种红绿两色臂板式燃汽信号灯臂板式燃汽信号灯；19171917年年美国盐湖美国盐湖城出现了城出现了人工操作人工操作的信号灯；的信号灯；19261926年，年，英国英国人首次安装和使用人首次安装和使用自动化自动化的的控制器控制器来控制来控制交通信号灯；交通信号灯；19281928年
4、，年，美国美国研制了世界上第一台研制了世界上第一台感应式感应式信号机，首次信号机，首次实现了根据交通流而实现了根据交通流而自行调整自行调整交通信号时间。交通信号时间。加拿大加拿大多伦多市于多伦多市于19631963年建成了世界上年建成了世界上第一个第一个利用利用计算计算机机进行进行集中协调感应控制集中协调感应控制的交通的交通信号控制系统信号控制系统。13.1 概述概述交通控制交通控制技术和相关技术和相关控制算法控制算法的发展，逐渐改善了控的发展，逐渐改善了控制的制的安全性安全性、有效性有效性及对及对环境的影响环境的影响。交通。交通信号机信号机由由手手动动到到自动自动，交通信号由，交通信号由固定
5、周期固定周期到到可变周期可变周期，系统，系统控制控制方式方式由由点控点控到到线控线控和和面控面控，从，从无车辆检测器无车辆检测器到到有车辆检有车辆检测器测器，交通信号控制经历了近百年发展历史。，交通信号控制经历了近百年发展历史。交通信号控制系统交通信号控制系统作为作为智能运输系统智能运输系统（ITSITS）重要的）重要的子系统子系统，在，在城市交通管理城市交通管理建设中起着越来越重要的作用。建设中起着越来越重要的作用。目前比较目前比较有代表性有代表性的的城市交通控制城市交通控制系统有系统有英国英国的的TRANSYTTRANSYT系统、系统、SCOOTSCOOT系统、系统、澳大利亚澳大利亚的的S
6、CATSSCATS系统、系统、美国美国RHODESRHODES系统和系统和日本日本的的VICSVICS系统等。系统等。第第1313章章 城市交通信号控制系统城市交通信号控制系统 概述概述13.1 TRANSYTTRANSYT系统系统13.2 SCATSSCATS系统系统13.3 SCOOTSCOOT系统系统13.4 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统13.5 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统13.613.2 TRANSYT系统系统TRANSYTTRANSYT（Traffic Network Study ToolsTraffic Network Study Tools）
7、是用作）是用作信号控制信号控制网网协调配时协调配时设计的一项先进技术，是设计的一项先进技术，是英国道路英国道路研究所研究所花费近花费近1010年的时间研制成功的年的时间研制成功的控制系统控制系统。后经专利转让，各国对后经专利转让，各国对TRANSYTTRANSYT进行了不断改进，进行了不断改进，美美国国已经发展到了已经发展到了TRANSYT-7FTRANSYT-7F，英国英国也已发展到也已发展到TRANSYT-TRANSYT-8 8型。型。TRANSYTTRANSYT的原意是的原意是“交通网研究方法交通网研究方法”，是目前世界，是目前世界各国流传最广，应用得最普遍的一种各国流传最广，应用得最普
8、遍的一种协调配时协调配时方法。方法。TRANSYTTRANSYT是一种是一种脱机脱机操作的操作的定时控制定时控制系统，系统主要系统，系统主要由由仿真模型仿真模型及及优化优化两部分组成，两部分组成，基本原理基本原理如图。如图。TRANSYTTRANSYT基本原基本原理图理图13.2 TRANSYT交通网络结构图示交通网络结构图示TRANSYTTRANSYT把一个把一个复杂复杂的的交通网交通网简化成适合数学计算的简化成适合数学计算的图示图示，这个图示由，这个图示由“节点节点”和和“节点节点”之间的之间的“连线连线”组成。组成。在在网络结构网络结构上，每个上，每个“节点节点”代表一个有代表一个有信号
9、灯控信号灯控制制的的交叉口交叉口；每一条；每一条“连线连线”表示一股驶向下游一个表示一股驶向下游一个“节点节点”的的单向车流单向车流。网络结构图网络结构图上还应标出所有上还应标出所有节点节点和和连线连线的的编号编号，以，以折算折算小客车小客车为单位标出为单位标出平均小时交通量平均小时交通量以及以及转弯交通量转弯交通量的大小。的大小。仿真模型仿真模型13.2 TRANSYT系统系统交通网络结构图示交通网络结构图示1 1）周期流量变化图示）周期流量变化图示纵坐标纵坐标表示表示交通量交通量，横坐标横坐标表示时间的交通量在表示时间的交通量在一一个周期个周期内随内随时间时间变化的变化的柱状图柱状图。2
10、2）车辆在连线上运行状况的模拟）车辆在连线上运行状况的模拟为描述为描述车流车流在一条连线上运行的在一条连线上运行的全过程全过程，TRANSYTTRANSYT使使用如下用如下三种周期流量图示三种周期流量图示：到达到达流量图示流量图示驶出驶出流量图示流量图示饱和饱和驶出图示驶出图示仿真模型仿真模型13.2 TRANSYT系统系统交通网络结构图示交通网络结构图示罗宾逊罗宾逊方法建立了方法建立了下游下游某一段面上的某一段面上的车辆到达率车辆到达率与与上游上游断面上的断面上的车辆驶出率车辆驶出率之间的数学关系，为之间的数学关系，为使用上游使用上游连线的驶出流量图式来推算下游连线的到达流量图示连线的驶出流
11、量图式来推算下游连线的到达流量图示提提供了一个实用计算公式，如式供了一个实用计算公式，如式13-113-1所示：所示：式中：式中：第第 个个时间间隔时间间隔内内下游下游断面的断面的车车辆到达率辆到达率；第第 个个时间间隔时间间隔内内上游上游断面车辆断面车辆驶出率驶出率；仿真模型仿真模型13.2 TRANSYT系统系统交通网络结构图示交通网络结构图示 0.80.8倍车辆从倍车辆从上游上游断面行驶到断面行驶到下游下游断面的平均断面的平均 行驶时间所对应的行驶时间所对应的时间间隔数时间间隔数；车流车流在运动过程中的在运动过程中的车流离散系数车流离散系数，可由公，可由公式式13-213-2给出。给出。
12、可推算，第可推算，第i i个时间间隔内个时间间隔内被阻滞于停车线的车辆数被阻滞于停车线的车辆数 应满足：应满足：式中：式中：仿真模型仿真模型13.2 TRANSYT系统系统交通网络结构图示交通网络结构图示 第第 个时间间隔内被阻滞于停车个时间间隔内被阻滞于停车 线的线的车辆数车辆数；第第 个时间间隔内到达停车线断面的车辆个时间间隔内到达停车线断面的车辆 平均到达率平均到达率，可由，可由到达流量图示到达流量图示求得；求得；第第 个时间间隔内车流通过停车线断面的个时间间隔内车流通过停车线断面的 最大车辆平均驶离率最大车辆平均驶离率；时间间隔时间间隔大小。大小。由由13-313-3式可以推知，在第式
13、可以推知，在第i i个时间间隔内驶出停车线个时间间隔内驶出停车线的车辆数的车辆数 与驶出率与驶出率 为：为：仿真模型仿真模型13.2 TRANSYT系统系统交通网络结构图示交通网络结构图示由此可见，根据由此可见，根据上游上游交叉口相关连线的交叉口相关连线的到达流量图到达流量图示示与与饱和驶出流量饱和驶出流量图示，按照已知的图示，按照已知的各流向流量百分比各流向流量百分比，便可以得到便可以得到下游下游交叉口上游断面的交叉口上游断面的驶出流量图驶出流量图，再利用，再利用罗伯逊罗伯逊方法又可得到下游交叉口的方法又可得到下游交叉口的到达流量到达流量图示。以此图示。以此类推，即可得到任一类推，即可得到任
14、一下游连线下游连线上的上的流量周期变化流量周期变化图示。图示。仿真模型仿真模型13.2 TRANSYT系统系统车辆延误时间计算车辆延误时间计算TRANSYTTRANSYT计算的计算的车辆延误车辆延误时间是时间是均匀到达延误均匀到达延误、随机随机到达延误到达延误与与超饱和延误之和超饱和延误之和。在在低饱和低饱和交通状态下时，交通状态下时，车辆的延误车辆的延误可看作由可看作由均衡均衡相位平均延误相位平均延误和和随机平均延误随机平均延误时间组成，见式（时间组成，见式（13-613-6）：）：式中：式中：均衡相位平均延误均衡相位平均延误，即，即 ；周期长度；周期长度；仿真模型仿真模型13.2 TRAN
15、SYT系统系统车辆延误时间计算车辆延误时间计算 绿信比；绿信比；流量比；流量比；随机平均延误时间，即随机平均延误时间，即 ；饱和度；饱和度；流量。流量。在在过饱和交通状态过饱和交通状态下时，车辆的下时，车辆的平均延误平均延误为：为：仿真模型仿真模型车辆延误时间计算车辆延误时间计算式中：式中：红灯时长；红灯时长；为平均过饱和滞留车队长度；为平均过饱和滞留车队长度；进口道通行能力。进口道通行能力。仿真模型仿真模型13.2 TRANSYT系统系统停车次数的计算停车次数的计算TRANSYTTRANSYT计算的计算的停车次数停车次数，也是分成，也是分成均匀到达停车次均匀到达停车次数数、随机到达停车次数随
16、机到达停车次数与与超饱和停车次数超饱和停车次数三部分。三部分。在在低饱和交通状态低饱和交通状态下时，下时，车辆的停车次数车辆的停车次数可看作由可看作由均衡相位平均停车次数均衡相位平均停车次数和和随机平均停车次数随机平均停车次数组成：组成：13.2 TRANSYT系统系统停车次数的计算停车次数的计算式中：式中：均衡相位均衡相位停车次数；停车次数；随机平均随机平均停车次数。停车次数。其余各项参数同公式其余各项参数同公式13-613-6在在过饱和交通状态过饱和交通状态下时，车辆的下时，车辆的平均停车次数平均停车次数为：为：仿真模型仿真模型13.2 TRANSYT系统系统TRANSYTTRANSYT将
17、仿真所得的将仿真所得的性能指标性能指标（PIPI）送入）送入优化程序优化程序，作为优化的作为优化的目标函数目标函数；以以网络网络内的内的总行车油耗总行车油耗或或总延误时间总延误时间及及停车次数停车次数的的加权和加权和作作性能指标性能指标；用用“爬山爬山”优化，产生较之初始配时更为优化，产生较之初始配时更为优越优越的新的新的信号配时；的信号配时；把把新信号配时新信号配时再送入再送入仿真仿真部分，反复部分，反复迭代迭代，最后取，最后取得得PIPI值最小值最小的系统最佳配时。的系统最佳配时。TRANSYTTRANSYT是一种用于是一种用于固定配时固定配时控制系统的设计方法。控制系统的设计方法。优化优
18、化13.2 TRANSYT系统系统对于任何对于任何已知已知的的信号控制信号控制的道路网，的道路网，TRANSYTTRANSYT利用本利用本身的身的交通模型交通模型和和优选方法优选方法，都可建立上述配时方案。，都可建立上述配时方案。基于基于TRANSYTTRANSYT开发出的系统现已被世界开发出的系统现已被世界400400多个城市多个城市所采用，是最成功的所采用，是最成功的静态控制静态控制系统。主要系统。主要技术特征技术特征有：有：控制模式为控制模式为静态静态模式；模式；目标目标为为平均延误时间平均延误时间、停车次数停车次数、排队长度排队长度最小；最小；参数特征为参数特征为绿信比绿信比、相位差相
19、位差是通过建立是通过建立优化数学优化数学模模型进行优化确定；但不对周期进行优化；型进行优化确定；但不对周期进行优化；利用利用爬山法爬山法对对配时参数配时参数进行进行寻优寻优确定。确定。优化优化13.2 TRANSYT系统系统TRANSYTTRANSYT系统系统也存在许多也存在许多不足之处不足之处：第一，第一，计算量计算量大，在大城市中这一问题尤其突出；大，在大城市中这一问题尤其突出；第二，第二，周期长度周期长度不能进行优化，事实上很难获得整不能进行优化，事实上很难获得整体最优的配时方案；体最优的配时方案；第三，因其第三，因其离线优化离线优化，需大量的，需大量的路网几何尺寸路网几何尺寸和和交交通
20、流数据通流数据，在城市发展较快时，为保证可信度不得不花，在城市发展较快时，为保证可信度不得不花费大量时间、人力、财力重新采集数据再优化，制定新费大量时间、人力、财力重新采集数据再优化，制定新方案。方案。优化优化第第1313章章 城市交通信号控制系统城市交通信号控制系统 概述概述13.1 TRANSYTTRANSYT系统系统13.2 SCATSSCATS系统系统13.3 SCOOTSCOOT系统系统13.4 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统13.5 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统13.613.3 SCATS系统系统SCATSSCATS（Sydney Coordina
21、ted Area Traffic SystemSydney Coordinated Area Traffic System）系统是一种系统是一种自适应控制自适应控制系统，该系统因最初应用于系统，该系统因最初应用于澳大利澳大利亚悉尼市亚悉尼市而得名，实际上也是一种而得名，实际上也是一种实时配时实时配时（参数）（参数）方案方案选择选择系统。系统。有一套以有一套以实时交通数据实时交通数据为基础的为基础的“算法算法”，属于，属于响应式响应式联机操作联机操作系统，系统，7070年代开始研究，年代开始研究，8080年代投入使用。年代投入使用。把把信号周期信号周期、绿信比绿信比和和相位差相位差作为作为各自独
22、立各自独立参数分别进参数分别进行行优选优选，优选过程以，优选过程以饱和度饱和度和和综合流量综合流量为主要依据。算法为主要依据。算法中使用的中使用的“饱和度饱和度”是指被是指被车流有效利用的绿灯时间与绿车流有效利用的绿灯时间与绿灯显示时间之比灯显示时间之比。SCATSSCATS系统的控制结构层次示意图系统的控制结构层次示意图SCATSSCATS系统的系统的功能功能主要有以下几个方面：主要有以下几个方面：交通信息（数据）的交通信息（数据）的实时采集实时采集和和统计分析统计分析。实现对交通流的实现对交通流的自适应最佳控制自适应最佳控制。提供提供“绿波带绿波带”及及紧急车辆优先通行权紧急车辆优先通行权
23、。提供提供公交车辆优先通行权公交车辆优先通行权。提供交通信号灯提供交通信号灯人工操作人工操作功能。功能。提供提供户外户外工作终端。工作终端。进行系统进行系统技术监察技术监察、故障诊断故障诊断和和记录记录。远程维护远程维护。13.3 SCATS系统系统在在优选配时参数优选配时参数的过程中，的过程中，SCATSSCATS用用“合并指数合并指数”来判来判断断相邻子系统相邻子系统是否需要是否需要合并合并。在每一。在每一信号周期信号周期内，都要进内，都要进行一次行一次“合并指数合并指数”计算。相邻两子系统各自要求的信号计算。相邻两子系统各自要求的信号周期时长相差不超过周期时长相差不超过9s9s时，时，“
24、合并指数合并指数”累计值为（累计值为（+1+1），），反之为（反之为（-1-1）。若）。若“合并指数合并指数”的累计值达到的累计值达到“4 4”，则认，则认为这两个子系统已经达到为这两个子系统已经达到合并合并的标准。合并后的子系统，的标准。合并后的子系统，在必要时还可以自动重新分开为原先的两个子系统，直到在必要时还可以自动重新分开为原先的两个子系统，直到“合并指数合并指数”累计值下降至累计值下降至零零。1 1）子系统的合并与划分）子系统的合并与划分13.3 SCATS系统系统13.3 SCATS系统系统SCATSSCATS把把信号周期信号周期、绿信比绿信比及及绿时差绿时差作为各自独立的参作为各
25、自独立的参数分别进行优选，数分别进行优选，优选过程优选过程所使用的所使用的“算法算法”以所谓的以所谓的“综合流量综合流量”及及“饱和度饱和度”为主要依据。为主要依据。饱和度饱和度SCATSSCATS所使用的所使用的“饱和度饱和度”是指是指被车流有效利用的绿灯被车流有效利用的绿灯时间与绿灯显示时间之比时间与绿灯显示时间之比：2 2）配时参数优选）配时参数优选“算法算法”13.3 SCATS系统系统式中：式中：饱和度饱和度；可供可供车辆通行车辆通行的的显示绿灯时间之和显示绿灯时间之和（s s）；）；被车辆被车辆有效利用有效利用的绿灯时间（的绿灯时间（s s）；）；绿灯期间，绿灯期间，停止线上无车辆
26、的时间停止线上无车辆的时间（s s）；）；车流车流正常驶过停止线断面正常驶过停止线断面时，前后车辆间不可少时，前后车辆间不可少的一个的一个空档时间空档时间（s s）；）；必不可少的必不可少的空挡个数空挡个数。综合流量综合流量2 2）配时参数优选）配时参数优选“算法算法”13.3 SCATS系统系统综合流量综合流量指指一次一次绿灯期间通过停止线的绿灯期间通过停止线的车辆折算当量车辆折算当量，它由直接测定的它由直接测定的饱和度饱和度及绿灯期间实际出现过的及绿灯期间实际出现过的最大流率最大流率s s来确定。来确定。信号周期时长的选择信号周期时长的选择以以子系统子系统为基础，即在一个子系统内，根据其中
27、为基础，即在一个子系统内，根据其中饱和度饱和度最高最高的交叉口来确定整个子系统应当采用的的交叉口来确定整个子系统应当采用的周期时长周期时长。SCATSSCATS在在每个交叉口每个交叉口的每条进口道上都设有的每条进口道上都设有车辆检测器车辆检测器，由，由前一周期内，前一周期内，各检测器各检测器直接测定出的直接测定出的DSDS值值中取出最大的一中取出最大的一个，并据此定出下一周期内应该采用的个，并据此定出下一周期内应该采用的周期长度周期长度。2 2）配时参数优选）配时参数优选“算法算法”13.3 SCATS系统系统绿信比方案的选择绿信比方案的选择在每一在每一信号周期信号周期内都要进行内都要进行一次
28、一次，其大致过程如下：在，其大致过程如下：在每一信号周期内，对每一信号周期内，对四种绿信比四种绿信比方案进行对比，对它们的方案进行对比，对它们的“入选入选”进行进行“投票投票”。若连续。若连续三三个周期内，某个方案个周期内，某个方案两两次次“中选中选”，则该方案即被选择作为，则该方案即被选择作为下一周下一周的执行方案。的执行方案。绿时差方案的选择绿时差方案的选择在在SCATSSCATS系统中，系统中，内部内部、外部外部两类时差方案都要两类时差方案都要事先确事先确定定，并存储于，并存储于中央控制机内中央控制机内。SCATSSCATS系统的系统的结构层次结构层次大体上可分为：大体上可分为：中央监控
29、中心中央监控中心、区域控制中心区域控制中心和和信号控制器信号控制器。2 2）配时参数优选）配时参数优选“算法算法”SCATSSCATS系统有其自己的优势：系统有其自己的优势：检测器检测器安装在安装在停车线停车线上，不需要建立上，不需要建立交通模型交通模型，因此，因此其其控制方案控制方案不是基于交通模型的；不是基于交通模型的；周期周期、绿信比绿信比和和相位差相位差的优化是的优化是预先确定预先确定的多个方案的多个方案中，根据实测的中，根据实测的类饱和度值类饱和度值进行选择；进行选择；系统可根据系统可根据交通需求交通需求改变相序或跳过下一个相位，因改变相序或跳过下一个相位，因而能而能及时响应及时响应
30、每一个周期的交通需求；每一个周期的交通需求；可以可以自动划分自动划分控制子区，具有控制子区，具有局部车辆感应控制局部车辆感应控制功能。功能。13.3 SCATS系统系统SCATSSCATS系统缺点：系统缺点：第一，作为一种第一，作为一种方案选择方案选择系统，没有使用系统，没有使用交通流模型交通流模型，限制了配时方案的限制了配时方案的优化程度优化程度；第二，第二，检测器检测器安装在安装在停车线停车线处，难以监测车队的行进，处，难以监测车队的行进，没有车流没有车流实时信息反馈实时信息反馈，这使得，这使得相位差优选相位差优选可靠性较差；可靠性较差；第三，系统只能实施在第三，系统只能实施在PDPPDP
31、系列数字计算机上，限制了系列数字计算机上，限制了推广应用。推广应用。13.3 SCATS系统系统第第1313章章 城市交通信号控制系统城市交通信号控制系统 概述概述13.1 TRANSYTTRANSYT系统系统13.2 SCATSSCATS系统系统13.3 SCOOTSCOOT系统系统13.4 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统13.5 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统13.6SCOOTSCOOT（Split Cycle Offset Optimization Split Cycle Offset Optimization TechniqueTechnique）即）即
32、“绿信比绿信比、信号周期信号周期及及绿灯起步时距绿灯起步时距优化技优化技术术”，是一种实行，是一种实行实时协调控制实时协调控制的的自适应控制自适应控制系统。系统。是在是在TRANSYTTRANSYT的基础上发展起来的，因此的基础上发展起来的，因此模型模型及及优化原优化原理理与与TRANSYTTRANSYT相似。所不同的仅仅是前者为相似。所不同的仅仅是前者为在线运行在线运行，后者，后者为为脱机运行脱机运行。因此。因此SCOOTSCOOT系统无须事先准备备选配时方案系统无须事先准备备选配时方案。SCOOTSCOOT包含一个用于包含一个用于联机计算联机计算的的实时实时交通交通预测预测模型，可模型，可
33、以对交叉口以对交叉口停车线停车线断面上的断面上的车流图式车流图式、车辆受阻排队车辆受阻排队情况情况以及以及拥挤程度拥挤程度作出定量的预测，并进一步计算出对应于各作出定量的预测，并进一步计算出对应于各种配时参数组合的路网种配时参数组合的路网运行指标运行指标PIPI值值。13.4 SCOOT系统系统SCOOTSCOOT将其所控制的路口或路段将其所控制的路口或路段人行横道人行横道视为道路网中视为道路网中的的节点节点，在每个信号周期内，根据本周期，在每个信号周期内，根据本周期各方向各方向（即节点（即节点上的各连线）到达节点上的各连线）到达节点交通需求交通需求的变化，从的变化，从交通均衡交通均衡、交交通
34、相关通相关和和交通连续交通连续的角度，对每次的角度，对每次绿灯时间绿灯时间的变化进行的变化进行优优化调整化调整，同时，系统的，同时，系统的使用者使用者还可以根据具体实际情况和还可以根据具体实际情况和控制战略要求，施加带有控制战略要求，施加带有倾向性倾向性的的干预干预，从而，从而减少延误减少延误，缩短旅行时间缩短旅行时间，提高通行能力提高通行能力。SCOOTSCOOT通过通过车辆检测器车辆检测器实时的实时的测量测量并并跟踪跟踪交通运动，利交通运动，利用一个用一个联机联机的的交通模型交通模型和相应的和相应的控制参数优化程序控制参数优化程序来优化来优化信号控制器信号控制器的配时。的配时。13.4 S
35、COOT系统系统 基本流程基本流程SCOOTSCOOT检测器检测器的的环形线圈环形线圈埋设在埋设在上游上游交叉路口的交叉路口的出口出口，检测的数据上传至检测的数据上传至“UTCUTC”计算机中，经过处理便生成了计算机中，经过处理便生成了SCOOTSCOOT的的模型核心模型核心周期流分布图周期流分布图CFPCFP。为了跟踪。为了跟踪CFPCFP的的瞬瞬时变化时变化，优化程序优化程序采用采用小增量寻优小增量寻优方法，即方法，即信号配时参数信号配时参数可随可随CFPCFP的变化作相应的的变化作相应的微小变化微小变化。基本流程图基本流程图13.4 SCOOT系统系统 特点特点广泛的广泛的适用性适用性。
36、SCOOTSCOOT系统对配时参数的优化是采用系统对配时参数的优化是采用连续微量调整连续微量调整的方的方式，即每个信号周期内，只对式，即每个信号周期内，只对绿信比绿信比和和绿灯起步时距绿灯起步时距作作（1-4s1-4s）的调整。）的调整。在在SCOOTSCOOT系统中，系统中，无须预测无须预测未来若干分钟内路上未来若干分钟内路上交通状交通状况况的变化。的变化。个别个别车辆检测器车辆检测器错误地错误地反馈信息反馈信息几乎不影响几乎不影响SCOOTSCOOT系统系统对信号配时参数的优化，而且该系统对这类错误的信息有对信号配时参数的优化，而且该系统对这类错误的信息有自动鉴别自动鉴别和和淘汰淘汰的功能
37、。的功能。对实时交通状况的变化对实时交通状况的变化反映灵敏反映灵敏。13.4 SCOOT系统系统SCOOTSCOOT系统优点：系统优点：SCOOTSCOOT系统有一个系统有一个灵活灵活、准确准确的的实时交通模型实时交通模型，不仅用，不仅用于于制定配时方案制定配时方案，还可以提供各种，还可以提供各种交通信息交通信息；采用对采用对下一个周期下一个周期的交通进行的交通进行预测预测的方法，提高了结的方法，提高了结果的果的可靠性可靠性和和有效性有效性；调整参数时采用调整参数时采用频繁小增量变化频繁小增量变化，避免了，避免了信号参数突信号参数突变变带来的损失，又可通过带来的损失，又可通过频繁累加频繁累加来
38、适应交通条件的变化；来适应交通条件的变化；车辆检测器车辆检测器埋设在埋设在上游上游路口的路口的出口出口处，为处，为下游下游交叉口交叉口信号配时信号配时预留预留充足的时间，且有充足的时间作出充足的时间，且有充足的时间作出反应反应以预以预防车队阻塞到防车队阻塞到上游上游交叉口。交叉口。检测故障检测故障时，能作出时，能作出相应调整相应调整。13.4 SCOOT系统系统SCOOTSCOOT系统缺点：系统缺点：第一，第一，相位相位不能不能自动增减自动增减，相序相序不能不能自动改变自动改变；第二，第二，独立独立的的控制子区控制子区的划分不能的划分不能自行解决自行解决，需，需人工人工确定确定；第三，第三，饱
39、和流率饱和流率的校核未的校核未自动化自动化，使现场安装调试相，使现场安装调试相当繁琐。当繁琐。13.4 SCOOT系统系统第第1313章章 城市交通信号控制系统城市交通信号控制系统 概述概述13.1 TRANSYTTRANSYT系统系统13.2 SCATSSCATS系统系统13.3 SCOOTSCOOT系统系统13.4 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统13.5 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统13.613.5 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统“新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统（Novel Intelligent Novel Intel
40、ligent Traffic Control SystemTraffic Control System，简称，简称NITCSNITCS）基于）基于实时动态交通实时动态交通信息信息及及交通状态判别技术交通状态判别技术，采用，采用分级分区分级分区的的大系统动态分大系统动态分层递阶控制框架层递阶控制框架，将大范围作为，将大范围作为中心协调层中心协调层，将区域作为，将区域作为优化控制层优化控制层，将交叉口信号控制器作为，将交叉口信号控制器作为联动执行层联动执行层，从，从大大范围范围（交叉口数量大于（交叉口数量大于20002000）协调协调、区域区域（交叉口数量大（交叉口数量大于于500500）优化优化
41、、交叉口联动交叉口联动三个层次对路网交通流进行协调三个层次对路网交通流进行协调控制，从控制，从时间时间和和空间空间两个角度，优化路网交通流，均衡路两个角度，优化路网交通流，均衡路网交通负荷，有效提高了非饱和交通流情况下的安全性，网交通负荷，有效提高了非饱和交通流情况下的安全性，解决了饱和、过饱和交通流条件下的交通拥挤、拥堵问题。解决了饱和、过饱和交通流条件下的交通拥挤、拥堵问题。NITCSNITCS系统相关关键技术：系统相关关键技术：大范围中心协调控制大范围中心协调控制区域优化控制区域优化控制路口联动执行路口联动执行控制控制分区递阶控制模式。分区递阶控制模式。交通状态时空判别技术交通状态时空判
42、别技术大范围战略交通协调控制技术大范围战略交通协调控制技术区域交通自适应控制技术区域交通自适应控制技术 交通控制与交通诱导协同技术交通控制与交通诱导协同技术智能化交通信号控制器智能化交通信号控制器13.5 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统13.5 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统层次结构图新一代智能化交通控制系统层次结构图13.5 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统物理结构图新一代智能化交通控制系统物理结构图大范围战略控制级大范围战略控制级是是NITCSNITCS系统创新中的亮点，主要面系统创新中的亮
43、点，主要面向大城市的交通管理与控制，提出了向大城市的交通管理与控制，提出了“大范围战略交通控大范围战略交通控制系统制系统”的概念，特点：的概念，特点：能够生成大范围交通控制策略能够生成大范围交通控制策略分层递阶协调控制区域间的交通流分层递阶协调控制区域间的交通流信号控制与交通诱导相协调信号控制与交通诱导相协调智能化交通控制策略选择智能化交通控制策略选择混合交通流控制混合交通流控制区域控制级区域控制级是是NITCSNITCS系统的系统的核心核心；路口控制级路口控制级是是NITCSNITCS系统执行的系统执行的重点重点。13.5 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统第第1313章章 城
44、市交通信号控制系统城市交通信号控制系统 概述概述13.1 TRANSYTTRANSYT系统系统13.2 SCATSSCATS系统系统13.3 SCOOTSCOOT系统系统13.4 新一代智能化交通控制系统新一代智能化交通控制系统13.5 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统13.613.6 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统OPACOPAC（Optimization Policies for Adaptive Optimization Policies for Adaptive ControlControl）是一个）是一个分布式实时交通信号控制系统分布式实时交通信号控制系统，
45、由，由美美国国PBF arradynePBF arradyne公司和公司和Massachusetts LowellMassachusetts Lowell大学共同大学共同开发。开发。引入引入有效定周期有效定周期（VFC-Virtual Fixed CycleVFC-Virtual Fixed Cycle）的概）的概念，即允许每一个路口的念，即允许每一个路口的周期长度周期长度在一个规定的在一个规定的时间时间和和空间空间范围内变化。范围内变化。OPACOPAC系统在系统在硬件硬件上为上为分布式结构分布式结构，每个路口机由，每个路口机由信号信号控制机控制机和一台和一台586586以上的以上的PCPC
46、机机组成，路口机之间可以组成，路口机之间可以对等对等通信，或通过通信，或通过中心计算机中心计算机通信。通信。OPACOPAC系统系统13.6 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统 是一个真正的是一个真正的分布式系统分布式系统，中心计算机中心计算机只完成只完成VFCVFC的的优化；优化；路口机路口机完成车队预测、相位优化以及排队长、完成车队预测、相位优化以及排队长、停车次数和延误等参数或状态的停车次数和延误等参数或状态的估计估计和和检测检测。检测器检测器安装在各个车道安装在各个车道上游上游离停车线离停车线812s812s车程的地方，车程的地方，便于准确预测车流量、车队行进等数据。便于准确
47、预测车流量、车队行进等数据。采用先进的采用先进的优化优化方法和方法和控制控制技术。为了保证技术。为了保证实时性实时性，采用采用滑动时间窗滑动时间窗方法。方法。OPACOPAC系统的系统的应用时间较短应用时间较短，控，控制算法制算法比较复杂比较复杂，对调试人员的要求较高；另外，其，对调试人员的要求较高；另外，其9600bps9600bps的的通信速率较低通信速率较低，对等通信只能，对等通信只能30s30s完成一次。完成一次。OPACOPAC系统系统13.6 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统SPOTSPOT（Signal Progression Opimization Signal P
48、rogression Opimization TechnologyTechnology）/UTOPIA/UTOPIA（Urban Traffic Optimization Urban Traffic Optimization by Integrated Automationby Integrated Automation）系统系统是意大利是意大利Mizar Mizar AutomazioneAutomazione公司开发的公司开发的分布式实时交通控制系统分布式实时交通控制系统。SPOT/UTOPIASPOT/UTOPIA实际上是由实际上是由两个部分两个部分组成，组成，SPOTSPOT独立工独立
49、工作时是一个小型的作时是一个小型的分布式交通控制系统分布式交通控制系统；UTOPIAUTOPIA是一是一个个面控软件面控软件，在，在联网联网的的中心计算机中心计算机上运行。上运行。每每3s3s路口信号机之间的路口信号机之间的数据交换数据交换一次，各一次，各路口信号机路口信号机在在滑动时间窗上滑动时间窗上进行一次进行一次优化优化，时间窗长度为，时间窗长度为2min2min。SPOT/UTOPIA SPOT/UTOPIA 系统系统13.6 其他的交通信号控制系统其他的交通信号控制系统 系统在当初设计和开发时就考虑了系统在当初设计和开发时就考虑了公交优先公交优先的功能，的功能，其其控制目标控制目标是
50、：是：在尽可能保证公交车不遇红灯的情况在尽可能保证公交车不遇红灯的情况下，使私家车总的旅行时间最短下，使私家车总的旅行时间最短。为了保证为了保证子区控制子区控制的的最优性最优性和和鲁棒性鲁棒性，采用的，采用的“强相强相互作用互作用”概念，即本路口的目标函数要考虑概念，即本路口的目标函数要考虑相邻路口相邻路口的状态及的状态及区域控制区域控制级给出的约束条件。级给出的约束条件。UTOPIAUTOPIA要为整个网络进行要为整个网络进行最优控制决策最优控制决策，接收各，接收各SPOTSPOT单元单元发来的发来的路口状态信息路口状态信息，确定，确定子区划分子区划分、子区的、子区的最最佳周期佳周期、最佳权
