1、 KELI-UTC3.1集中协调式交通信号机集中协调式交通信号机信控与仿真研究室二 一年三月 一、概一、概 述述 信号控制系统是现代城市智能交通的核心部分，其功能和质量直接影响到现代城市交通管理水平。针对目前普遍存在的城市交通拥堵现象，开发具有自主知识产权的价格低、功能强、实用型的高端智能交通型信号控制 系统是 时代发展和城市建设 的迫切需求，应用新技术提 高城市道路交叉口的通行能 力，减少交通拥堵和行车延 误，减少交通事故 目前国内高端智能交通型信号控制系统严重缺乏，80%以上的路口沿袭的只是国外80年代末的技术，仅能实现简单地定时功能；在国内50多个品牌信号控制系统中能实现线控、面控、自适
2、应控制等功能的很少。国内高端智能交通型信号控制系统市场大部分被SCAITS、西门子等国外品牌垄断，这些国外品牌信号控制系统不仅售价高昂；而且不适应中国城市道路混合交通流的特点。集中协调式信号机包容行人请求过街、感应控制、多时段定时以及区域控制等多种信号机的功能。集中协调式信号机是现代城市智能交通的核心设备；涉及交通工程、嵌入式系统、软件工程、电子技术、计算机仿真、传感器技术和机电一体化几个专业和学科。科力集中协调式信号机特点科力集中协调式信号机特点 KELI-UTC3.1智能交通型信号控制系统主要基于windows平台下以星形网络和工业以太网通信为基础，实现中心级、区域级和路口级三级闭环控制网
3、络；以微观交通仿真和交通信息采集数据为分析研究对象，对路口信号控制方案进行优化，为交通管理提供科学的决策依据。信号机以32位嵌入式系统为工作内核，以最新国家标准中关于集中协调式信号机、流量调查、信号控制规范等的详细说明为依据；参考美国和德国有关标准和规范，开发功能完备、应用方便、可靠稳定、成本低廉的智能交通型集中协调式信号机；能实现面控、线控、自适应控制、BRT控制和交通在线仿真功能。KELI-UTC3.1KELI-UTC3.1主要设计原则主要设计原则 在KELI-UTC3.1智能交通型信号控制系统的顶层设计中应用现代计算机技术、软件工程和现代交通流控制理论，采用人工智能、多核芯片、高可靠性设
4、计和故障自诊断设计；广泛采用国家标准、行业标准和国外标准，设计、制造符合中国特色的智能交通型信号控制系统。主要设计原则有：1、实用性 在保证一定技术先进性的前提下，以满足实际应用需求为前提。采用成熟而先进的技术和设备，使系统具有良好的开放性、可扩展性和较长的生命周期；按照现有标准和模块化设计,保证系统扩充方便性。2、安全性 充分考虑产品运行的安全性，在网络安全性上，按照公安网的网络通讯或点对点光纤通信的引用环境进行设计，应用软件系统设置多种安全管理权限，能够确保全系统的操作和数据的安全。在硬件安全性上，充分考虑雷击、暴雨、台风等恶劣气候条件下对路口设备的稳定可靠运行的需求，使用多种防护设施以确
5、保硬件设备的安全。3、先进性 遵循目前信号控制系统通行的中心控制级、区域控制级和路口控制级三级系统结构，系统的控制原理、技术路线符合现代信号控制理论的发展方向。4、可扩展性 产品软件和硬件将采用便于扩展的模块化设计，以便满足在相当长一段时间内城市发展规模对系统容量的扩展需求。另外，系统的数据可以很方便、有效地集成到城市道路交通综合管控平台上，使得系统的主要参数和数据可以为各级领导决策提供服务。5、开放性 产品对外公开信号机通信协议以及控制系统软件的数据库结构以便用户进行二次开发，实现系统的集成与资源共享。在应用层上，为用户提供系统的控制获取以及数据获取的接口模块，实现系统的开放性。6、可维护性
6、和经济性 软件系统和硬件系统都力求做到简单统一的操作，从而降低系统管理上的工作量，提高工作效率，以有利于今后对整个系统的维护。KELI-UTC3.1KELI-UTC3.1解决的关键技术问题解决的关键技术问题一、采用多核芯片技术有效提高了信号机及控制系统可靠性、稳定性，提升了信号控制的智能化水平，实现了绿波控制、感应控制、自适应控制、BRT控制、警卫路线等功能应用。故障自诊断技术可以实现城市大范围内信号机智能化管理二、系统支持分布式组网，真正实现城市信号机区域实时线控、区域优化控制和中央控制 三、产品符合GA47-2002道路交通信号控制机国家公共安全行业标准，能够兼容德国、美国相关标准，在城市
7、信号控制与管理中实现异种信号机的联通与控制，兼容国际SCAITS控制系统四、通过TCP/IP,GPRS和ZIGBEE协议，能够与道路交通视频、超声波、电磁、微波和FCD浮动车辆等多种交通信息采集方式联接，具备交通流在线仿真和信号控制系统实时优化功能五、系统与城市智能交通中道路交通流量采集与发布系统、交通警用装备闯红灯系统直接关联，有效提高城市智能交通整体管理水平和效能KELI-UTC3.1KELI-UTC3.1设计标准和依据设计标准和依据中国国家标准城市道路交通信号控制方式适用规范 GA/T527-2005 中国国家标准道路交通流量调查GA299-2001中国国家标准城市交通信号控制系统术语G
8、A/T509-2004中国国家标准道路交通信号灯GB14887-2003 中国国家标准道路交通信号控制机GA47-2002 美国行业标准国家运输ITS通信协议NTCIP 交通信号机与上位机之间的数据通信协议GB20999-2007 KELI-UTC3.1KELI-UTC3.1信号机硬件配置信号机硬件配置 KELI-UTC3.1智能交通型信号控制系统的配置体系主要包括驱动卡、交通信息采集主机、按键显示板、故障检测机、电源、防雷和防浪涌装置、接地系统、通讯机控制主机等主要部件。信号机相关信号机相关术语术语相位（相位（PHASE，简称，简称P）：）：在一个信号周期内，同时获 得通行权的一股或多股交通
9、流的信号显示状态。相序相序：在一个信号周期内，不同相位的依次组合顺序。周期周期：信号灯色按设定相位顺序显示一周所需的时间。控制方案控制方案：相位设置、相序设置、信号配时的有序集合绿冲突绿冲突：规定不允许同时放行的信号灯组的绿色信号灯 同时被点亮。全红状态全红状态：所有信号灯组红灯全被点亮的信号状态。最小绿灯时间最小绿灯时间：绿灯允许开启的最短时间。最大绿灯时间最大绿灯时间：绿灯允许开启的最长时间。相位差相位差：在协调控制中，某个路口与基准路口渐进式依次开启协调相位的时间差.二二 信号机参数设置信号机参数设置日方案设置日方案设置 一个日方案里最大可分18个时段日方案号（17）对应的是一周的7天方
10、案设置。特殊日（818）号日方案，信号机一般按周循环工作，特殊日方案主要来自网络设置。例：相序设置相序设置 相序是配置相序方案（大于5为无效），对应相位总数，对应相位所含的灯组号，每相位最大输入10个灯组 相同方案号的相序方案与基本方案的相位总数应该保持一致，否则可能信号机会出现读取方案错误 基本方案设置 基本方案配置对应相序方案相位的基本控制方案。包括黄灯时间、红灯时间、最小绿灯时间、最大绿灯时间 基本方案是标准协议里必备的一种方案，既可以满足感应控制的需求，也是一种保守的安全策略，当读控制方案出错的时候，有了基本方案，信号机仍然可以通过最小和最大绿灯时长的算术平均值安排绿灯时间。当信号机方
11、案切换时也依赖于基本方案中的参数进行过渡计算，所以设置好基本方案非常重要，当信号机方案读取故障时，也依靠基本方案进行适当的调整。基本方案的相位总数PN与对应的相序方案中的PN要保持一致，否则配时时将出错。相序方案中的配时与基本控制方案中的相位顺序是一致的，因此相序方案设置完毕后应立即进入基本控制方案设置。控制方案的设置控制方案的设置 1、操作控制方案键，显示：“控制方案号”；可以通过键盘输入数字按确认键。输入的总数大于18为无效。2、配置“控制方式”，输入该方案下的控制方式，通过键盘输入数字，并按确认键三三 信号机功能介绍信号机功能介绍 控制方式控制方式 代号代号 说明说明检测器检测器多时段多
12、方案多时段多方案 1根据不同时段选择预定的配置方案自动运行无协调控制协调控制 2一条路上把多个相邻交叉口协调起来的控制方式无（但需时钟同步）感应控制感应控制 3根据车辆检测器测得的交通流数据调节信号显示时间的控制方式有（分半感应和全感应）手动控制手动控制 4利用遥控器或键盘、开关在现场手动控制实际灯色交通管制交通管制 5遇到特殊任务时，只指定某些灯组绿灯常亮自适应控制自适应控制 6根据流量变化，在线实时自动调整信号控制参数以优化适应交通流变化有检测器熄灯控制熄灯控制 7根据本机或上位机命令实现全部熄灯全红控制全红控制 8所有机动车方向信号灯全是红灯，所有行人灯全是绿色，一般用作专放行人黄闪控制
13、黄闪控制 9所有机动车黄灯全部闪烁的控制状态手控锁相位手控锁相位 手动/自动开关拨到手动位置，手动按钮每按下一次，本相位的绿灯状态就结束，自动进入绿灯转换时间，（注意，在此期间，不需要再按手动按钮，）然后就自动开始转到下一个相位的绿灯。如此循环，若不按手动按扭，则在当前相位循环，表现为锁定状态，把手动/自动开关拨到自动位置，则恢复自动运行。感应控制感应控制 半感应控制：若主次相位相差明显，则只在次干道上埋设地感线圈，这就是半感应模式，算法与全感应一致，通称感应控制。全感应控制：主要用于交通饱和度小于80%的路口。其特点是，主次相位交叉，相差并不是很明显，这样一来，需要在每个车道上，安装流量检测
14、器，用于检测车辆通行情况。流量检测器线圈，一般安装于离路口停车线的上游距离为1560米处，若要安装请求检测器线圈，则埋设在路口停车线内侧14米。感应控制的逻辑是保证主相位（最大绿灯时长设置大于50秒）以最小绿灯时间起步。在最后绿灯放行时间车头时距范围内，主相位有请求则接着放行，直到放到最大绿灯时间结束，若主相位无请求而其他相位有请求，则提前结束该相位。次相位（最大绿灯时长小于等于30秒），有请求放行，放行逻辑与主相位一致，但是当相位循环工作到次要相位时无请求发生，那么将跳过该相位，这与主相位存在很大不同。这样做可极大地保证感应控制的安全性。两种控制方式的比较两种控制方式的比较历史或流量调查数据
15、配时方案相位循环多时段定时（开环系统）历史或流量调查数据配时方案相位循环实时交通需求感应控制（闭环系统）干预控制功能干预控制功能 主要由上位机干预，分干预交通管制、干预黄闪、干预全红、干预熄灯，干预控制时有起时时间和终止时间，其中干预交通管制精确到秒，常被用做联网警卫路线，其他精确到分钟。干线协调控制（绿波控制）干线协调控制（绿波控制）为了确保在指定路线上的某个车流，能在进入被控制区域时，只要它们按一定的车速行驶，那么就使它们具有优先通过的权力，这时，可以采用干线协调控制模式。纳入协调控制的信号机，要求它们采用相同的周期，并以一个基准的时段方案配合，同时设基准时间点，每个路口以基准时间点设置相
16、位差。在实现绿波控制前，要查询干线每个路口的空间距离，并按设计时速换算成时间距离，最好开车在干线上按设计时速调研几次，然后确定路口之间的相位差。本信号可设置多时段绿波带，也可以与多时段定时交叉使用，而且从过渡平滑，采用了特殊的融合算法使得多时段定时控制方式向协调控制切换时不会出现特殊的过渡灯色。手动控制功能手动控制功能 手动控制分为无线遥控手动控制与现场按键手动控制两种。信号机可选配430M无线数据传输接收头，由遥控器进行现场手动交通管制、手动黄闪、手动步进、手动专放行人（机动车全红，行人灯全绿）；可通过信号机面板上的按键进行手动管制、手动黄闪、手动全红、手动步进。BRT（公交优先）控制（公交
17、优先）控制 BRT控制，一般设置专用公交车道，请求线圈埋设在离路口停车线1215秒时距的车道上，当公交车触发线圈时，系统将根据设置参数给予安排优先相位立即通过路口。公交优先分固定周期优先和可变周期优先。可变周期优先指的是感应控制路口，当请求线圈触发后，优先处理BRT请求；固定周期优先，BRT放行时间由路口其他相位时间均减几秒而保证周期依然固定，可实现BRT与绿波带同时实现。设置的参数有BRT放行时间（与BRT方向上路口宽度有关）、BRT等待时间（一般与线圈埋设距离有关）和优先等级，0级不优先；1级相对优先，即信号机正处于优先相位和优先相位前一相位时，支持优先功能，；2级代表绝对优先，无论信号机
18、处于哪个相位，若此时发生请求，都将支持优先功能。A、有专用车道上的绝对优先1、当前处于优先相位，剩余时间若大于BRT等待时间则自然过渡，否则延时；2、当前处于非优先相位，也不是优先相位前一相位，放行安全绿灯时间后优先；3、当前处于优先相位前一相位，则判断剩余时间，剩余时间小于BRT等待时间，则自然过渡，反之，早断；4、正处于插入优先相位时又发生二次请求，则继续延时；B、无专用车道，处于混合车道上的相对优先：1、处于优先相位，同A1；2、处于非优先相位又不是优先相位前一相位，则不优先；3、处于优先相位前一相位，则同A3；4、同A4。C、近饱和路口不优先BRT控制路口设备分布图行人过街请求控制行人
19、过街请求控制 行人过街请求分一次过街和两次过街，路面宽度小于20米的安排一次过街，若大于20米，则要在路面中间设计安全岛，然后分二次过街，这种控制要装行人过街请求按钮，人行横道一般位于离路口停车线距离50米以外的地方。过街等待时间最大30秒红灯，放行时间最大20秒绿灯，最小放行10秒，中间可调。共四盏独立灯组可用，一次过街可安排四个方向上都有信号灯，二次过街只能安排两个方向。若一个方向二次过街，其他两个方向为一次过街也可以，但要注意灯组设置。区域优化控制区域优化控制 区域优化控制一般由控制中心根据区域流量变化和分析软件而生成一套优化方案，再通过通信接口设置到现场信号机里，由信号机去执行。信号机
20、具备这种功能，KEILI-UTC3.1的通信协议是在仿美国NTCIP协议的基础上专门设计的,详见后台软件使用说明书。故障降级、报警和纠错功能故障降级、报警和纠错功能 KELI-UTC3.1智能交通型信号控制系统的信号机的优先级顺序为：绿冲突故障灯组故障相序方案故障检测器故障控制方案故障 信号机主要检测绿冲突故障，灯组故障配44路交流互感器型故障检测板，故障检测通过串口告知CPU并联网上传；地感线圈故障由线圈检测器CPU通过串口告知信号机；信号机标准配置44路灯组输出和机动车绿冲突检测板，可根据客户要求扩展到64路灯组，因此灯组故障检测和检测器故障检测跟随配件选用情况报警。四四 信号机内部结构介
21、绍信号机内部结构介绍外部强电接线图外部强电接线图 内部内部CPU板接线图板接线图 背板接线图背板接线图 路口灯组定义路口灯组定义五 信号机施工操作流程 信号机现场安装完毕后首先要进行现场调试，检查灯组和接线情况，要注意以下几点：1、注意火线和零线的接法，不能接反，接完后用电笔测一下 2、一个驱动端口最多只能并接两盏信号灯，不能为了省事而把多盏灯接到一个端口上，那会加大单路可控硅的负载，造成事故 3、电线如果为多股细铜丝，需要压制套件，再接到接线端子上，螺丝要拧紧 4、注意信号机机箱与接地极可靠连接。5、开机前用万用表测量一下火线与零线有没有短路，开关电源正12V与GND1、正5V与GND2有没有短路；信号机系统拓扑图信号机系统拓扑图谢 谢！
