城鎮智能交通信號的控制系統設計論文

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、總體結構、運行模式、智能控制機制等。

　　關鍵詞：智能交通；交通信號控制；控制機制

　　1引言

　　交通對城市的發展具有重要作用，交通信號控制系統是解決城市交通問題的關鍵，如何建立基于現代電子信息技術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、減少環境污染和燃油消耗的有效手段之一。要進行一體化的交通綜合管理，交通信號控制系統正是實現城市交通智能化管理與控制的重要組成部分。隨著城市機動車出行率的大幅度提高，形成復雜多變的交通環境，這對交通信號控制的適應性、智能化提出了更高的要求。本文結合臺州玉環交通樞紐工程智能交通管理系統的建設實踐，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、行人二次過街算法等。自適應控制算法能夠根據車輛檢測器收集的信息，比如車流量、時間占有率和車輛速度，實時調整路口信號機信號配時參數，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際的控制參數做小而頻繁的優化，形成適合于實際交通狀況的控制方案，以滿足路口交通控制的需求。系統主要特點表現為：先進性、成熟性、實用性、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化計算。實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，同時向管理軟件發送相關交通狀況信息。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、實時狀態采集、統計查詢任務、信號機事件采集、交通數據預測任務、控制子區系統優化、信號機自動對時。正常情況下，信號系統由中心進行交通優化控制。當控制中心與區域控制之間的通信鏈路發生故障時，相應的區域控制機將取代中心對本轄區內的信號機進行優化控制，避免通信故障引起全系統范圍的優化降級。3)路口控制主要包括信號機、車輛檢測設備（線圈檢測器等）等。路口交通信號機及檢測器采集路口各檢測器提供的實時交通數據并加以初步分析整理，通過通信網絡傳送到上層控制機，用以調整配時方案；接收上層控制機的指令，控制本路口各個信號燈的燈色變換；在實施自適應控制時，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議。控制中心內部的所有機器以局域網形式相連，采用的協議為TCP/IP。中心控制機安裝中心控制服務、數據處理服務、優化和預測服務、遠程通訊服務、平臺接口服務。并可選安裝GPS接口服務、CCTV接口服務、交通誘導接口。實現整個信號系統的通訊、實時數據處理、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行子區劃分的功能，交通應用軟件能控制800個子區，每個子區5～10個路口，每個子區都有數字編碼。子區劃分的原則：相鄰路口之間距離較近（一般在500米以下）；交叉口的小時流量規模相近；路口的飽和度相近；路口的交通狀況類似；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；周期時長s；綠信比數值；相位差；最大綠燈時間；最小綠燈時間；間隔時間；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系表；時段表，每天不同時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，系統能夠通過客戶端修改控制參數，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)系統控制的每個路口的定周期方案為108個，能夠通過調度表和人工選擇調用，實現路口的合理控制。系統控制的每個路口定周期方案的輸入都是獨立的，相互不干擾，這樣有利于用戶為每個路口的設置不同的周期長度、綠信比和相位差。

　　5自適應協調控制機制

　　1)系統為自適應協調控制系統，系統算法包括交通自適應控制算法、感應控制算法、行人二次過街算法等。自適應控制算法能夠根據車輛檢測器收集的信息，比如車流量、時間占有率和車輛速度，實時調整路口信號機信號配時參數，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際的控制參數做小而頻繁的優化，形成適合于實際交通狀況的控制方案，以滿足路口交通控制的需求。2)最大限度提高交通信號網絡的效率，并將配時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明如下：系統軟件的算法是：根據區域實時檢測的交通信息：包括交通流量（PCU）、車輛時間占有率、車輛速度（m/s）等，利用交通信號控制優化模型：周期時長優化模型、綠信比優化模型和相位差優化模型，以減少車輛延誤、停車次數為目標，對交通信號控制三元素：周期時長、綠信比和相位差進行優化，從而得到區域優化控制方案。3)系統的算法是實時自適應控制算法，根據路口的交通信息實時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行匹配，選擇設定的配時方案。4)系統的算法能夠臺州玉環街道網絡地理特點，合理的劃分子區，最大成都的實現整個區域的自適應協調控制，以實現均衡區域交通流，減少停車次數、車輛延誤及環境污，系統子區劃分的原則為：相鄰路口之間距離較近；交叉口的小時流量規模類似；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

　　系統除了能夠實現區域自適應協調控制外，還能實現區域控制、線協調控制和單點控制等等。利用各種新技術，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：聯機模式是完全自適應控制，實現完全實時的交通響應運行；系統也可以獨立模式運行，此時可做車感控制或定時控制；當出現通信中斷等故障時，系統能夠降級為無電纜線協調控制方式或進一步降級為單點優化控制、單點全感應控制方式、單點半感應控制方式、多時段定時控制、黃閃控制和關燈控制。

　　7結束語

　　城鎮交通信號控制統是智能交通領域的一項重要研究內容，它可以與其他智能交通系統有機結合，實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交通的實時變化，提高交通流動的控制效率。

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