交通信号集中控制系统技术方案

城市交通信号集中控制系统 技术方案 1 目录 1、系统设计依据 .2 2、系统的组成 .3 3、功能与特点： .5 4、系统指标 .7 4.1 中心计算机配置指标: .7 4.2、通讯系统 8 43 、交通信号机的技术指标： 8 4.4、环行线圈车辆检测器的技术指标： .9 5、组成设备介绍 .10 5.1、UTC1000 集中协调式交通信号控制机 .10 52 、 环形线圈车辆检测器： 12 53 、 GIS 地理信息系统（可选）： .14 54 、 通讯计算机系统 .14 55 、中心软件 .15 553、操作台软件基本功能说明: 18 附件 1、信号机基础件： 44 附件 2、信号机外型图： 45 附件 3、信号机实际效果图： 1 2 城市交通集中协调式控制系统（UTCS, Urban Traffic Control System）是现代城市智能交通系统（ITS ）的重要组成之 一，主要用于城市道路交通的控制与智能化管理。 交通信号控制系统主要功能是自动协调和控制区域内交通信号 灯的配时方案，均衡路网内交通流运行，使停车次数、延误时间及 环境污染等减至最小，充分发挥道路系统的交通效益。必要时，可 通过指挥中心人工干预，直接控制路口信号机执行指定相位，强制 疏导交通。 通过安装在道路上的车辆检测器，智能信号控制系统可以优化 交通信号灯网络的交通方案，使其适应交通流变化条件，从而使在 控路网中运行的车辆的延误和停车次数达到最小，交通信号控制系 统全面实施以后，在控制区域内应达到：行车延误减少 15以上、 行车速度提高 10%以上，停车次数减少 15%以上。 1、系统设计依据 依据国家和行业相关标准、相关研究成果等资料进行本设计， 具体如下： 全面推进公安交通管理信息系统建设和应用工作的意见 道路交通信号机标准 （GA47-2002） 道路交通信号控制系统术语 （GA/T509-2004） 公安交通指挥系统工程设计规范 （GA/T515-2004） 城市道路交通信号控制方式适用规范 （GA/T527-2005） 交通信号控制机与上位机间的数据通信协 （GB20999- 2007-T） 倒记时显示器 （GAT508-2004） 计算机信息系统安全保护等级划分准则 （GB17859） 民用闭路监视电视系统工程技术规范 （GB50198） 3 城市道路交通规划设计规范 （GB 50220-1995） 道路交通事故案卷文书 （GA40） 道路交通流量调查 （GA299） 道路交通堵塞度及评价方法 （GA/T 115） 城市道路交通秩序评价方法 （GA/T 175） 公安交通指挥系统建设技术规范 （GA/T445-2003） 城市警用地理信息系统分类与代码 （GA/T491） 城市警用地理信息系统图形符号 （GA/T492） 城市警用地理信息系统建设规范 （GA/T493） 公路车辆智能监测记录系统通用技术条件 （GA/T497-2009） 交通电视监控系统验收规范 (GA/T514-2004) 公安交通指挥系统工程建设程序与要求 （GA/T651-2006） 道路交通违法管理信息代码 （试用版） 交通违法数据交换格式 （试用版） 机动车违法管理信息规范 （试用版） 机动车登记信息代码GA 24-2001 全国道路交通管理信息数据库规范GA329 计算机软件质量保证计划规范GB/T12504-1990 计算机软件配置管理计划规范GB/T12505-1990 2、系统的组成 UTC 系列交通信号控制系统，其设计依据主要是 GA47-2002 标 准、并吸收了著名的日本京三信号控制系统和 SCATS、SCOOTS、SANKO 系统的优点。其实物结构如下图所示. 系统能对用户的名称、密码、访问权限和优先等级等进行设置。 系统配置包含以下分级控制： 中央控制设备 4 通讯子系统 路口机 该系统是在日本警事厅京三株式会社、公安部交通安全产品检测 中心、中国人民公安大学专家的指导下，由博士、硕士承担，历经 两年多时间开发完成，现已在多个城市得到应用。 系统采取多层分布式控制结构，信号机能够通过 RS232/RJ45 与中心连接，形成交通信号控制系统。 系统既可根据预定的方案和从交通程序中手动选择方案来完成 集中交通控制，也可实时在线生成交通控制方案。 中心计算机用于系统的监视、控制、协调系统的运行； 监控台实时显示被控区域内的交通状态和信息，同时作为交 通工程师操作台，下达人机对话命令，控制系统运行； 电视监视接口以电视图像形式实时显示路口交通情况； 数据通信控制机为中心计算机与户外设备提供通信通道； 5 路口信号机负责采集、处理、传送交通流信息。 系统的逻辑图，如下所示： 图 1 基本配置示意图 3、功能与特点： 系统通讯方式多样：可采用光缆、PSTN 共用电话网、无线电 等联网方式，并可根据用户要求，支持符合 TCP/IP 协议的局 域网、移动通讯网等方式。 信号机的设置方式灵活：具备指挥中心设置、手提电脑现场 GIS 地图 监控计算机 交通监视副控制系统接口 中心控制级 中 心 控 制 机 系 统 数据通信控制机 光端机、MODEM、无线微波通讯、以太网络 TCP/IP,GPRS 微波通讯 交通信号机 交通信号机 （127） MEDEM 交通信号机 （4*255） 光端机 车辆检测器 交通信号灯 车辆检测器 交通信号灯 三色倒计时屏 VMS 信息 显示屏 路口控制级 6 设置、现场利用本机的键盘与和 8 位 LED 显示屏进行设置。 采用了 EMC 电磁兼容性设计技术，系统具备抗浪涌冲击、抗 周期跌落、抗群脉冲干扰、抗静电干扰的能力。 信号机内部使用了显示系统，人机交互很方便。 采用了模块化结构和工控的总线方式，具有很强的系统可扩 展性。根据具体情况，可扩展的功能模块有：环境参数检测、 实时的倒计时显示等等。 可设置实时自适应、多时段多方案、半感应、全感应、定周 期、人工手控、无电缆协调、指挥中心步进控制、黄闪、交 通管制等多种工作模式。 （绿波控制：在执行警卫、消防、救护、抢险等任务的时候， 其行车路线上的各交通信号灯按车辆到达路口的时间开启绿灯， 保证车辆畅通无阻。控制方式可由中央控制器实现。 单点控制：各交叉路口的信号灯由交通信号机独立控制。 闪灯控制：信号灯黄灯不停的闪烁，向车辆和行人发出警告 或提示。 步进控制：根据路口交通需求，由指挥中心发出命令模拟交 通信号机的手动控制方式，进行交通疏导。 交通管制：根据路口交通需求，由指挥中心发出命令模拟交 通信号机的手动控制方式，进行交通疏导。 ） 交通数据自动采集与处理： 通过车辆检测器对路口每个车道的车流量进行自动采集、处 理和存储，为改善城市交通控制和城市规划提供决策依据。 支持环形线圈，电涡流、超声波、雷达、视频识别等多种车 辆检测器。通过车辆检测器可实时检测控制区域内的交通流状 况，通过交通模型计算出路口停车线车辆的到达和排队情况， 7 以减少行车延误和停车率为优化目标，对控制方案与控制参数 进行优化调整，构成整体优化的实时自适应控制系统。 具备过载与漏电保护，软/硬件双重监视的绿冲突保护。对系 统硬件、软件的工作状态和故障情况进行全面监视。 路口机具备与可变标志板 VMS、及语音提示器的接口，实现 交通诱导控制。 所有输出口都采用了光电隔离措施。 实现点控制、线控制、面控制功能。 实时显示各受控路口红绿灯状况。 控制命令发送 设备情况查询 降级顺序：指挥中心控制-无电缆协 调控制-感应控制-多时段多方案- 定 周期控制-黄闪。 4、系统指标 4.1 中心计算机配置指标: 产品名称 补天 A4600 P3.2HT 512120VN 处 理 器 含 HT 技术的英特尔奔腾 4 处理器 3.2GHz 内 存 512MB DDR 333 硬 盘 120GB （7200 转/分） 显 示 器 17“(96K)彩色液晶彩显 主 板 865G 芯片组 显 示 卡 NVidia GeforceFX5200 显 存 256MDDR 8 软驱: 1.44MB 光驱：48 速 DVD 网卡 集成 Intel 百兆网卡 I/O 接口 1 串1 并1VGA 2PS/2+8USB2.0（前 2 后 4 顶 2） 1 组 Audio 扩展槽 5 PCI 键盘 PS/2 防水键盘 鼠标 USB 光电鼠标 电源 250W 声 卡 主板集成 机箱 全功能全尺寸易维 护 ATX 立式机箱 操作系统： Windows 2000/Windows XP professional 智能多用户卡，端口数量取决于路 口数量； 智能多用户卡，端口数量取决于路口数量； 4.2、通讯系统 光端机方式：与交通监视系统，共用一套光缆与光端机，采用 WDM 技术、使用用光端机一路数据通讯口。 波特率：9600、19200 BPS 数据格式：RS232 RJ45 增加转换器的情况下，可以采用以太网通讯方式。 43 、交通信号机的技术指标： 断电保护：时钟可保证停电 180 天不丢失。配时方案与设置 9 的运行方案，可保证 10 年不丢失。 交流输入： 220（20%）VAC，502HZ 输入交流功耗 35W （不包括信号灯功耗） 额定电流：20A。 工作温度：-40 +70 相对湿度 4595% 绝缘电阻：电源插头与机壳间的绝缘电阻 100M。 时钟日误差不超过1S。 机箱可提供光端机及其他设备安装位置。 具有很好的电磁兼容性。符合 IEC801-2，-4，- 5，EN50082。 电话线上数据通讯速度：1200BPS（可升级为 2400BPS） 。 光缆上数据通讯速度：9600BPS 4.4、环行线圈车辆检测器的技术指标： 尺寸：2M*1M 电感：15-1500UH 输入线：不小于 500 米 直流电阻：小于 10 欧 环形线圈 Q：大于 5（在 5KHZ） 绝缘电阻：大于 1M 工作模式（LED 显示）：脉冲（75-150MS） 现存（车在灯亮，车走灯灭） 车辆速度：1-120KM/H 电源：12V ，5V 环境：-35/70 度 10 具备通讯协议：RS232，V。24 电磁干扰保护等级：IEC801 5、组成设备介绍 5.1、UTC1000 集中协调式交通信号控制机 UTC1000 集中协调式交通信号控制机由主控板、灯驱动板、电 源板、通讯板、车辆检测器输入接口板等共 5 种功能模块插件板和 底板以及配电板、接线端子排等组成。该产品已经通过公安部交通 安全产品检测中心的全项检测(编号 2004-024,2010-230)。 该产品已经在国内 90 多个城市得到推广应用，并出口到 7 个国家。 功能与特点： 系统通讯方式多样：可采用光缆，PSTN 公用电话网、无线电 专网等联网方式。 信号机的设置方式灵活：具备指挥中心设置、手提电脑现场 设置，利用本机的键盘与 LED 显示屏现场设置。 采用了 EMC 电磁兼容性设计技术，系统具备抗浪涌冲击，抗 周期跌落，抗群脉冲干扰，抗静电干扰的能力，具有很好的 电磁兼容性。 采用了模块化结构，利用工业现场总线技术，具有一定的系 统可扩展性.根据工程要求，可扩展：环境参数监测，三色倒 计时的实时显示，VMS 交通信息发布，路口语言提示等。 具备多种控制模式： 多时段多方案设有 16 种时段控制方案（节假日、平时、 周末） ，18 个时段。16 个配时方案。包括黄闪与熄灯模 式 11 交通管制 黄闪控制 定周期控制 指挥中心步进控制 干线协调控制 路口遥控（路口紧急呼叫） 路段遥控（路段紧急呼叫） 支持环形线圈，超声波、微波 （雷达） 、视频识别等多种车辆 检测器。外接车辆检测器时，可实现半感应、全感应和模糊 感应控制控制。 16 相位（含人行） 。 具备过载与漏电保护，软/硬件双重监视的绿冲突保护。对系统硬 件、软件的工作状态和故障情况进行全面监视。 支持远程监视 ，路口灯组可在指挥中心实时显示。 最大 60 路（20 组）机动车三色灯驱动与检测，每路驱动能力为 600W（AC220V） ，并全部采用了光电转换隔离技术。 最大 16 路（8 组）人行二色灯驱动与检测，每路驱动能力大于 600W（AC220V） ，并全部采用了光电转换隔离技术。 所有灯组的工作状态，都能及时反映到指挥中心。 12 自动降级顺序：指挥中心控制-无电缆协调控制-多时段多方案- 定周期控制-黄闪。 52、 环形线圈车辆检测器： 车辆检测器设置在上游距离停车线 10-30 米处，当车辆通过时， 检测器的电气特性发生变化，从而可测定车流交通信息。 LD400/402-O 是南非 PROCON 产 4 通道系列线圈车辆检测器， 它使用了微处理器和表面封装技术将很多功能集成在一个很小的盒 子内。LD400/402 在市场上很有竞争力并且非常容易设置和安装。 线圈电缆为 AC/DC 低阻抗 12#或 14#AWG 线，导线由 1.5MM2，7*0.5MM 软铜导线构成。 5.2.1、车辆检测器的主要特性： 复位键 按下复位键使得车辆检测器在使用和测试时人工 复位，并使感应线圈准备探测车辆。 13 脉冲继电选择 脉冲继电可设置为压到线圈或离开线圈。 灵敏度可选 探测灵敏度在输出一个探测结果时灵敏度系数很小改变。 （ L/L）在微动开关中有 8 级灵敏度可调，在设置和应用时非常灵 活。 1 高 0.01% 5 0.20% 2 0.02% 6 0.50% 3 0.05% 7 1.00% 4 0.10% 8 低 2.00% 时间延长可选 可使输出的信号延长 2 秒。 线圈出错指示 当线圈开路或短路时，LED 会有指示。 输出继电器常开/常闭可选 内部跳线可以选择输出继电器常开或常闭。 方向逻辑功能 当车辆从 1 号线圈驶向 2 号线圈时,1 号继电器有输出. 当车辆从 2 号线圈驶向 1 号线圈时,2 号继电器有输出。 5.2.3、技术参数 所需电源： LD400 220VAC（+/- 15% ）50Hz LD402 12/24VAC/DC(+/_15%). 存在或脉冲继电器输出方式: 0.5A/220VAC。 LED 指示 : LED 显示线圈探测的状态。 感应范围: 151500uH。 保护: 线圈隔离变压器,输入端的稳压二极管和气体放电管保护。 14 接线端子: 背面有 11 脚的接线端子。 外形尺寸: 80mmX40mm79mm。 工作温度: -400C 至 +800C。 储藏温度： -400C 至 +850C。 湿 度 ： 大 于 95 ， 无 冷 凝 。 符 合 EMC 89/336/EEC 和 低 压 电 器 73/23/EEC 标 准 。 53、 GIS 地理信息系统（可选）： 采用大屏幕投影结构。 采用电子地图； 在受控路口实时显示放行灯色和信号机工作状态； 在受控路段上分 8 级显示车辆排队长度； 在屏面嵌入一块点阵显示屏，用于显示交通流量、占有率、时间、 标语等信息；通过局域网与控制计算机通信。 54、 通讯计算机系统 通讯方式包括：RS232、RS422、TCP/IP、GPRS、PSTN 等等。 54.1 光端机方式： 与交通监视系统，共用一套光缆与光端机，占用光端机一路 RS232/RS485 数据通讯口。 波特率：9600BPS， 数据格式：RS232（RS422） 54.2 无线通讯方式： 城市无线监控系统就是利用先进的无线电技术、数字采集技术 及计算机网络技术，把各个道口的工作情况用无线数传的形式传到 监控中心，由监控中心统一处理。 系统主要由各道口的交通信号控制机、无线数传电台和计算机 15 系统组成。 主要技术指标（无线数传部分） 空中传输速率：1200bps/2400bps 传输距离：40km（开阔无遮挡） 发射功率：25W 射频频率：230MHz 工作电压：13.8V 55、中心软件 集中协调式交通信号控制系统中心端软件 UTC2010，其整个系 统结构图如下图所示,它包括中心计算机系统,通讯系统,路口系统等等. 中心控制软件主要有四个部分所组成：1）设置、2）状态监测、3） 绿波控制、4）交通流量分析和控制方案生成（可增加） 。通过相位设 置、时段设置、和配时方案、绿波带设置、控制模式的设置来完成最 基本的交通信号控制管理工作;可根据路口交通流量的大小 ,自动生成 交通信号控制方案. 配合车流量检测系统后，本中心端集成系统可获得车流量相关 数据，从而完成交通路口的感应协调控制和相应预案生成。 中心软件实时监测路口机工作状态参数，可完成对相位方案， 16 时段方案和配时方案进行数据的回调分析。 551、UTC2010 集中协调式交通信号控制系统特点： 中心系统软件包含设置、监测、方案生成等模块。 系统统通讯方式多样，可采用光缆，PSTN 公用电话网、无线电 专网等联网方式。并可根据工程要求，支持符合 TCP/IP 协议的 局域网，移动通讯网方式。 在指挥中心的控制下，可实现点控制、线控制、面控制功能。具 备多种控制模式：多时段多方案设有 18 个时段，16 种时段控 制方案（节假日、平时、周末） 。设有 16 个配时方案。包括黄闪 与熄灯模式 半感应控制 全感应控制 交通管制：在一段时间内，任意指点某组交通流的通行权。 黄闪控制 定周期控制 指挥中心步进控制：由中心人工确定相位放行时间。 干线协调控制（绿波带）：可实现 200 条绿波带的管理 系统可以根据实际交通情况，由指挥中心发出命令、采取对应的 交通控制模式。 552、交通控制的基本理论： 改善城市交通，是一个很重要的课题，主要有三种办法： 1）立体交叉、2）路口路段渠化、3）交通信号控制与诱导。因 此，在建立交通智能控制的同时，应按“畅通工程”的基本要求， 对城市交通进行调查，并作出相应的交通规划。 交通量调查主要是了解现状城市道路网的交通分布状况， 17 包括对道路网、路段、交叉口、交通枢纽等的交通流量、流向以 及公共交通的线路、客流量、集散量的调查。调查包括：机动车 流量、非机动车流量和行人流量及其流向的调查，速度的调查， 交通事故及交通设施状况的调查。调查一般选择控制路段和交叉 口对全市道路网同时进行观测。 在交通调查的基础上，将交通源合并成若干小区交通区。 划分交通区的区域除包括规划区域外，还应包括与规划区域有较 大交通联系的其他区域。交通区的划分应使在工作量最小的情况 下全面反映交通的源流。交通区的划分，应遵循以下原则：1） 、 同质性分区内土地使用、经济、社会等特性尽量使其一致； 2） 、尽量以铁路、河川等天然屏障作为分区界限 3） 、尽量不打破 行政区的划分，以便能利用行政区政府现成的统计资料。4） 、考 虑路网的构成、区内重心可取为路网中的结点 5） 、分区数量适当， 中等城市50 个，大城市不超过 100150 个。6） 、分区人口适当， 约 1000020000 人。 建立了交通区域后，就可分别按点控、线控、区域控制这三 种模式来实现整个城市交通量的控制与调节。而且这些控制，是 需要城市规划与信号控制两者并重才能起到综合的效果。 对于点控路口，它的基本方法有：1）信号控制及配时设计 与优化。2）立体交叉、环行交叉、无控制交叉等。3）进口渠化， 进口拓宽。4）交叉口转向限制。 对于线控路段，它的基本方法有：1）设立单行线，公共交 通专用线 ，货车禁止线，自行车禁止线。 2）由交通信号控制 系统实现绿波交通。 对于区域交通管理，可采用 1）区域信号控制系统 2）区域 线路引导系统 3）卫星车辆导航系统 4） 智能交通运输系统 18 （ITS） 交通控制的基本术语规定： 相位差：具有相同周期长的相关路口，在同方向上的两个 相关相位的启动时间差。 周期：是指信号灯色发生变化，显示一个循环所需的时间， 也称周期长，即红、黄、绿灯时间之和。 相位：即信号相位，是指在周期时间内按需求人为设定 的，同时取得通行权的一个或几个交通流的序列组。 绿信比：是指在周期长内的各相位绿灯时间与周期长之 比。 饱和流量：是衡量路口交通流施放能力的重要参数，通常 是指一个绿灯时间内的连续通过路口的最大车流量。 流量系数：是实际流量与饱和流量的比值。既是计算信号 配时的重要参数，又是衡量路口阻塞程度的一个尺度。 绿灯间隔时间：是指从失去通行权的相位的绿灯结束，到 下一个得到通行权的相位绿灯开始所用的时间。 有效绿灯时间：是指被有效利用的实际车辆通行时间。它 等于绿灯时间与黄灯时间之和减去头车启动的损失时间。 延误：是指交通冲突或信号控制设施的限制给车辆带来的 时间损失。它是计算信号配时和衡量路口通行效果的一个 重要参数，也常作为确定信号控制系统性能的重要参量。 553、操作台软件基本功能说明: 5.5.3.1、路口信号控制设备的设置： 具备实现指挥中心采集显示路口的交通参数，上传下载信号机 控制方案，下达控制指令，实现交通中心协调控制、多时段控制、 19 感应控制、黄闪、交通管制等多种交通控制功能。实时对路口机的 工作状态进行设置；黄闪起止时间；熄灭起止时间；当前执行时段 设置；模式设置；配时方案设置. 5.5.3.1.1、相位设置： 相位就是同一时间内，将某 几个灯组指定为绿灯。其余为红灯。 我们可以把同时显示绿灯的灯组， 设置在同一个相位里。在本信号机 内，同一相位可以设置 10 个灯组 同时为绿灯。 这里，要知道灯组序号所对应的车流。 灯组 方向 东 南 西 北 直行灯组序号 4 3 2 1 左转灯组序号 8 7 6 5 右转灯组序号 16 15 14 13 人行灯组序号 24 23 22 21 注意：如果在同一相位里设置了“有冲突”的灯组号，那么，系 统将执行“黄闪” 。所谓“有冲突” ，就是某几个相关绿灯不能同时 亮。例如：灯组 2 和灯组 4 就不可以与灯组 1、3、5、7、22、24 同 时亮绿灯，否则的话，将发生机动车辆行驶权冲突，俗称“绿冲突” 。 在路口设置中，合理分配相位是设置的关键所在，在设置本方案时，必须结合路 口车辆运行状态进行综合考虑，以确定是 2 个周期（2 相位）还是多个周期放行完路 口的所有车辆和人行。 下面我们用一个范例来描述相位设置，参考设置图如下所示： 20 如上图所示：我们设置 4 个相位来放行交通路口的所有车辆和人行。 灯组 相位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 一 5 7 13 14 15 16 二 1 9 3 11 13 14 15 16 22 24 三 6 8 13 14 15 16 四 2 10 4 12 13 14 15 16 21 23 上表中， “相位一”中设置的 5、7 代表南北方向的左转绿灯亮，并且在“相位一”中， 13、14、15、16 放行所有方向的右转车辆；“相位二”中设置 1、9、3、11 代表绿灯 亮放行南北方向的直行车辆，13，14，15，16 仍然放行所有方向的右转车辆， 22、24（只需设两组灯，施工时，22 和 26 并联，24 和 28 并联）放行南北方 向的人行。至此，南北方向的所有人行 和车辆已放行完毕。同理可推，东西方 向的放行过程。 考虑到行人过马路的安全,在机动车辆 绿灯结束前几秒,人行绿灯开始绿闪,并 提前转为红灯. 5.5.3.1.2、配时方案设置： 配时方案主要用于设置各相位的绿灯时间长度。也能修改绿闪次数和黄灯时 间长度。本信号机最大可以设 置 16 套配时方案。本系统支持 18 种配时方案。 21 比如：结合上例，我们可以设置一号配时方案第一个相位时，每个绿灯长亮 10 秒， 绿灯切换至黄灯状态闪烁 2 秒，每个黄灯闪 3 秒；第二个相位时每个绿灯长亮 20 秒， 绿灯闪 2 秒，黄闪 3 秒。第三个相位时，每个绿灯长亮 10 秒，绿灯切换至黄灯状态闪 烁 2 秒，每个黄灯闪 3 秒；第四个相位时每个绿灯长亮 20 秒，绿灯闪 2 秒，黄闪 3 秒。 根据每天不同时间车流量的不同和每周每天车流量状况不同的需要，可以设置多 个配时方案号，如配时方案二，配时方案三等等，以适应各天各时段对配时方案的不 同需求。 5.5.3.1.3、时段方案设置： 时段是用于一天内，根据车流量的 变化， 在各时间段里，选定不同的配 时方案.时段 方案号一至七分别对应礼拜一至周末的配 时设置。 各时段方案中的开始时间和结束时间对应 每天各不同时间段内的配时方案。 此外，本系统还针对特殊节假日可以设置 预案，以扩展用户需求。例如，国庆节设 置配时方案号八。 5.5.3.1.4、路口图的绘制： 随着城市路口数量的增加和每个路口红绿灯的配置不同，有的 路口安装“三头”灯组，有的路口安装“五头”灯组，要求用户必 须能够独立针对新路口进行路口图的添加或修改操作，以适应城市 路口监控的需要，故本软件支持用户路口图绘制。 通过路口图的绘制可以确定路口名称和每个路口的灯组数量。 编辑修改各路口的时段划分和交通方案，并可将方案下载到路口控 22 制机，或将路口信号机的控制方案、控制参数上传。 建立路口数据，管理路 口名称、路口信号灯总数、 路口信号灯类型、路口交叉 型式（+字、正 T 字、倒 T 字、 Y 字） 、路口信号控制方案 （相位、阶段、周期、周期 时段） 、路口示意图。 5.5.3.1.5、交通控制模式的确定: 本系统具备多种控制模式： 多时段多方案设有 16 套时段控制方案（节假日、平 时、周末） ，18 个时段,16 套配时方案,夜晚黄闪与熄灯方 案 交通管制(特别绿色通道) 手动控制 定周期控制 半感应控制 全感应控制 指挥中心步进控制 干线协调控制（绿波 带） 区域自适应协调控制 5.5.3.2、设备及信号状态的实时监视与报警功能： 可以不同的方式监视设备及信号的实时状态，实时显示路口机的工作状态；各 个灯组的显示状态与实际路口一致；相位数与时段；当前灯色的剩余时间。单独监视 指定路口状态、监视指定子区路口状态、监视所有信号机状态。可与 GIS 系统结合在 23 地图中显示路口控制机的地理位置，并以不同图标表示信号机的设备状态。用户可在 地图中添加信号状态监视标志，实时显示路口信号状态。自动记录并提示通讯状态异 常、绿冲突、车辆检测器故障、及信号灯故障。 5.5.3.3、绿波带(干线协调控制模式 ): 5.5.3.3.1、 “绿波带”的适用范围： 所谓：绿波带” ，就是在指定的交通线路上，当规定好路段的车 速后，要求信号控制机根据路段距离，把该车流的绿灯起始时间， 做相应的调正，这样一来，以确保该车流到达每个路口时，正好遇 到“绿灯” 。 “绿波带”的控制模式，比较适合于以下交通信号控制场合： 联结两个中心区之间的主要干道，如通往郊区飞机场的道路， 通往卫星城镇的道路，通往经济开发区的道路，小城市的主 要干道。 实现“绿波带”的各路口，其交通流量大致接近，这样一来， 比较适合采用同一周期。 24 实现“绿波带”的路段，其交通秩序比较好。比如说，很少 有行人横穿马路，机动车辆、三轮车和其它非机动车辆都能 各行其道。 VIP 车队行驶路线的交通管理。 5.5.3.3.2、 “绿波带”的实现方法： 目前，在同一时间内，只考虑实现单向绿波带。 所有参与绿波带的路口信号控制机，要按以下办法统一设置： 把要实现绿波的车流，放在第一相位。 基准时间要一致。 周期要一致或者它们的周期是整数倍的关系；时段方案要确立 一套为绿波带专用，各路口要设置为一致，所采用的配时方案 也要一致。相位一的绿灯时间要一致。 根据路段长度及平均车速，确定绝对相位差。 此外，要把控制模式设定为线控或无电缆协调控制，即“绿波带” 。 路口信号机在执行线控或无电缆协调控制模式时，到了绝对相位 差所指点的时间前 6 秒开始黄闪，前 2 秒开始全红，然后开始从相 位一起步，再按专用时段方案执行该控制模式。这样一来，沿着绿 波控制的路段和方向，驾驶人员就会有一路绿灯的感受。 5.5.3.3.3、 “绿波带”的管理： 考虑到实际因素的影响， “绿波带”设置完成后，也要进行有效的管 理。 路口信号机的时钟校准：时钟的校准，可以在指挥中心用同 一台电脑对各路口机进行时间设置。考虑到“绿波带”最主 要的参数是相对相位差，只要个路口是用同一个时钟源进行 校对就可以了，因此，电脑的时钟不一定要求具备很高的精 度，但是要具备比较高的稳定性。 25 配时方案的及时调整。路段配时方案的修改，在“绿波带” 控制系统中，考虑的是整个区域所有路口的交通流量变化， 因此，要综合考虑。单一修改某一个路口的配时，会导致 “绿波带”无法继续保持。 新增路口的管理。对于新增加的路口，要及时纳入绿波控制 系统，以免该路口干扰路段的车速。 考虑到各路段可能路面宽度并不一致，因此，各路段的行驶 车速也就不一致。为了实现“绿波带” ，最好在道路上设立 LED 诱导屏，提示司机，此路段推荐的行驶速度。这样一来， 驾驶人员可以按此速度行驶，这样才能很好的做到“绿波” 控制。 5.5.3.3.4、双向“绿波带”的分析： 所谓双向“绿波带” ，就是在同一时间里，相向行驶的两股车流， 同时能做到“绿波”行驶。下面，我们来分析一下。 26 路口模型： 实线表示从 A 到 G 的车流，其起始时间分别为 X1、X2X6。 虚线表示从 G 到 A 的车流, 其起始时间分别为 Y1、Y2Y6。Ti 表 示路段的经过时间。 那么，X1=X0+T1，X2=X0+T1+T2，X3=X0+T1+T2+T3， X4=X0+T1+T2+T3+T4，X5=X0+T1+T2+T3+T4+T5， X6=X0+T1+T2+T3+T4+T5+T6。 此外： Y1=Y0+T6，Y2=Y0+T6+T5，Y3=Y0+T6+T5+T4， Y4=Y0+T6+T5+T4+T3，Y5=Y0+T6+T5+T4+T3+T2， Y6=Y0+T1+T2+T3+T4+T5+T6。 现在假设所有路口的周期相同，都为时间 Z。要实现双向“绿 波带” ，那么相向行驶的车辆，终归要在路段中某个路口相遇。这时， 这个路口的此相位应该都是处于绿灯状态。 我们假设两个车流要在路口 D 相遇，那么来看路口 D 的不同车 流所要求实现“绿波带”的起始时间： X3=X0+T1+T2+T3，Y3=Y0+T6+T5+T4。 27 情况一：假设两车同时相向，由于 Y0=X0，那么： X3=X0+T1+T2+T3，Y3=X0+T6+T5+T4。 要想实现 D 路口两个车流同时是“绿波带” ，那就必须要求 X3=Y3。也就是要求 T1+T2+T3=T6+T5+T4(1) 分析上面公式，明显可以看出，当各路段长度不一致时，公式无 解。也就是说，两个车流，在各路段长度不一致时，不可能同时实 现“绿波带” 。 情况二：假设两车相向，但是不同时，由于 Y0=X0+Q，Q 为两 车起步时间差，那么： X3=X0+T1+T2+T3，Y3=X0+Q+T6+T5+T4。 要想实现 D 路口两个车流同时是“绿波带” ，那就必须要求 X3=Y3。也就是要求 T1+T2+T3=T6+T5+T4+Q(2) 分析上面公式（2） ，也明显可以看出，公式无解。也就是说，两 个车流，当每个路段的距离不相等时，在车速一定的情况下，不可 能同时实现“绿波带” 。 由此可见，双向同时“绿波带” 的实现，其必要条件是： 在车速一定的情况下各路段的长度都是相等的或者是大致相等。 各路段按照不同的速度行驶，使得车辆通过各路段的时间是相等 的。 5.5.3.4、交通流量数据处理与交通信号控制方案生成： 5.5.3.4.1、交通流量的描述： 衡量交通流量,通常有以下几个参数: 5 分钟流量:以 5 分钟为单位，统计出的通过道路某一截面 28 的车辆或行人数量。这里主要指车流量。 饱和流量及其计算:车辆在取得通行权的情况下，以相对 恒定的速度连续不断地通过道路停车线所对应的流量。 由于车辆大小不一，为了表述一致，通常采用小客车为计 算车流量的对象，即小客车当量的 pcu 值。 饱和流量受路段的坡度，车道的宽度，雨雪天气等诸多因 素影响。一般来讲，对于 3 米的车道宽度，其饱和流量在 1800pcu/h 左右。 时间占有率: 在一段时间内，车辆通过某一截面所需的时间之和与统计 过程总时间之比。该参数可以反映路段的交通流量。如果占有 率大，表示路段比较拥挤。只有在绿灯状态测得的时间占有率 才能反应拥挤程度. 空间占有率:在某个时间，某个路段内车辆的长度之和与 路段总长度之比。该参数可以反映路段的拥挤度。但 是该参数目前用电子仪器的办法不容易检测。 区间平均车速：道路的区间距离除以通过该路段的时间。 一般在距离路口 200-500 米以上的地方所测量的车辆速度 来表示。如果车速高，表示交通拥挤度低。 5.5.3.4.2、交通流量的采集： 车辆检测器: 目前在用的车辆检测器,主要有地埋环形线圈、 多普 勒效应雷达、超声波和视频式车辆检测器等等.但是从使用 的数量来看,主要还是地埋环形线圈和视频式车辆检测器.由 于受环境影响,各种车辆检测器都有其自身的局限性,因此, 应该针对不同的环境,使用相应的车辆检测器.比如说,在路 29 段检测车流速度及车流量,最好使用多普勒效应雷达.在沙石 和沥青路面,在距离路口停车线 50 米以内,最好选用视频式 车辆检测器.对于水泥路面,考虑到车辆检测器的前期投入费 用,可以使用地埋环形线圈式车辆检测器.有关各种车辆检测 器的特点比较,由于其文献较多,这里就不再赘述. 采集位置: 从车辆检测器的作用来看,其主要目的应该是提供实时 的交通流量及交通状态,以便信号机的感应控制,或用于控制 配时方案的生成.其交通流量数据，也为评估道路通行能力 及今后改造道路提供了最有力的依据。 考虑到信号灯绿灯结束后绿闪过渡时间一般为 2-5 秒, 因此,按车速 20-40KM/H 计算,车辆检测器的安装位置,应该 是在停车线上游 10-30 米比较合适.对于拥挤的路段,其数据 取较小值为宜.用于这种用途的车辆检测器, 有时俗称为” 战 术传感器”. 速度 km/h 速度 m/s 10 米距离 所需时间 （s） 20 米距离 所需时间 （s） 30 米距离 所需时间 （ s） 10 2.78 3.6 7.2 10.4 15 4.16 2.4 4.8 7.2 20 5.55 1.9 3.8 5.4 25 6.94 1.5 2.9 4.3 30 8.33 1.2 2.4 3.6 35 9,72 1.0 2.05 3 40 11.11 0.9 1.8 2.7 当然,考虑到路段平均速度的测量,车辆检测器应该在距离路口 200 米以上的测量车速,这样一来其数据才更具有可信性.这类用途的 30 车辆检测器,有时俗称为”战略传感器”. 无论是”战略传感器 ”或 ” 战术传感器”, 其交通流量的检测数据 应该相等的.只是战术传感器兼顾到路口的单点感应控制,而战略传感 器主要侧重于路段平均车速及时间占有率的测量. 交通流量的原始数据: 考虑到现场施工的实际情况，交通信号控制系统中的车辆检测器，一般安装于 停车线附近，离信号机距离越近越有利于施工和维护。这样一来，我们可以测出两个 数据： a)在本相位的绿灯结束时，得到该相位所含的各车道所通过的车辆数量。B)在 本相位红灯结束时，得到该相位所含的各车道通过车辆检测点到停车线之间的车辆数。 有了这两组数据，相加之和即为一个周期内该相位所含各车道所通过的车辆数。 交通流量数据包的发送格式: 路口信号机向上发上一相位所含各车道在绿灯时的车辆检测器计 数值 B1-B16， 以及在红灯时，介于停车线与车辆检测器之间的计 数值 B17-B32，和上一周期的时间，共 33 个字节。此数据可用于计 算某车道的交通流量: 车道 1 的交通流量=3600（B1+B17）/B34 单位：辆/小时 B1-B16；数值为 0-255。绿灯时车辆检测器 1-16 的计数 值 B17-B32；数值为 0-255。介于停车线与车辆检测器之间 的车辆检测器 1-16 计数值. B33：上一周期时长（单位：秒） 由于实际路口的机动车辆大小不一，车辆检测器无法自动识别 车型及车身的长度，因此，路口时间占有率的数据没有交通流量数 据更能反映路口的拥挤程度，所以，在做数据处理时，我们主要参 考的应该是交通流量数据,时间占有率数据只做参考.当信号机执行 31 某种控制模式时,如果测得的时间占有率逐步变小,那么这个控制模 式应该是有效的。 5.5.3.4.4、数据的处理： 车道 5 分钟机动车辆交通流量表及分布曲线图: X1=300（B1+B17）/B33 单位：辆/5 分钟 X16=300（B16+B32）/B33 单位：辆/5 分钟 以 5 分钟为单位做水平轴，以 x 垂直轴，即可得到某段时 间内车道 5 分钟机动车辆交通流量表及分布曲线图 车道小时流量表及分布曲线图: 有了车道 5 分钟机动车辆交通流量数据 X1-X16,由 Y1=X1,那么就可以得到车道小时流量表及分布曲线图 某方向的小时流量表及分布曲线图: 把该方向所有车道的交通流量累加. 整个路口的小时流量表及分布曲线图： 32 把整个路口所有车道的交通流量累加,就自然得到路口小时流 量表及分布曲线图. 5.5.3.4. 5 、交通统计分析与信息发布： 受检车道机动车辆驶入量、驶出量，周期流量图，道路的占有 率，平均车速。计算出路口（车道）饱和度，路口（车道）平均延误， 平均排队长度。以四种不同颜色,标记路段的交通流量.红色表示路段 拥挤不堪.橙色表示路段比较拥挤,蓝色表示路段车流比较正常.绿色 表示路段车流比较少. 根据上述数据,中心计算机自动生成路段的交通拥挤程度报告,并 可通过 VMS 可变交通信息诱导系统或交通广播电台,及时向外发布. 5.5.3. 5、交通流量与控制方案的生成: 5.5.3. 5.1、 交通流量的变化范围与控制模式的对应关系。 这里分析的前提是，路口安装了一定数量的车辆检测器， 而且该路口使用的是具备感应控制功能的 UTC3000 交通信号 控制机。 根据计算出来的交通流量，结合时间表，我们可以按以下 方法来选择控制模式： 序号 交通流量 的饱和度 一般对应的 时间段 交通状态 适合选择的交通信号 控制模式 1 0-20% 深夜 23:00-凌晨 6:00 车辆很少 1.感应控制。 2.短周期的多时段多 方案控制。 3.黄闪。 2 20-80% 正常工作时间 9：00- 车流比较 平稳。 1.感应控制。 2.多时段多方案控制 3 80-100% 上下班高峰 早高峰： 车辆拥挤 或者是过 1.长周期的多时段多 方案控制. 33 7：30-9 ：00 中高峰： 11：30-12 ：30 13：00-14 ：30 晚高峰： 16：30-18 ：00 饱和状态 2.定周期控制。 5.5.3. 6、 配时方案中，绿灯时间与流量的关系: 在多时段多方案控制模式中,可以根据交通流量的变化情况,自 动生成配时方案.通常,我们可以采用以下两种办法: 平滑平均法: 由感应控制所实际采用的时间长度为依据,以 5 分钟为计 算长度,把在 5 分钟内每个相位的实际绿灯时间平均长度记录 在案,形成最初的数据 L1,L2,L3Li.,然后 ,把两个数据相减, 可得到相差的值 L1,L2, L3Li. 这样一来,根据 Li 的大小,我们可把 Li 波动比较小的 设为一个时段, 把 Li 比较大的而且随后的 Li 连续比较平稳 的或随后的 Li 又波动比较小的设为另一个时段.如此类推, 即可得到一天当中的时段数.有了时段划分后,我们就可以把每 个时段内的绿灯时长取平均,这样就得到了绿灯时间长度,进而 得到该时段的配时方案. 公式法: 先设置原始数据:每相位所含车道的饱和交通总流量: W1,W2,.Wi, 那么,现在某相位所含车道的交通总流量 Qi,则每相位的绿 灯时长 Ti: Ti=Timax*Qi/Wi, 其中 Timax 为该相位的最大绿灯时间 . 34 上述的两种方法都是”自学习法”, 以历史的交通流量所得出 的绿灯时长,推算出下面执行的配时方案绿灯时长.这种办法,如 果以一周为记录长度,那么通过”自学习” 得到的一周内每天的 时段与配时方案,还是比较切合实际的. 5.5.3.7、 感应控制的基本策略: 半感应控制： 半感应控制主要应用于主次分明的两相位交叉路口，其主相 位的车流很繁忙，它们行驶于主干道上，特点是主相位车流量比 次相位的车流量多 4 至五倍。这种现象往往出现在去机场或卫星 城镇的路上. 在这种情况下，只要在次相位的车道上安装车辆检测器即可。 一般来说，此车辆检测器安装在次要相位的车道上，离路口停车 线的上游距离为 10-20 米。 控制时，主相位的绿灯时间 x1 与次相位的最小绿灯时间 y0 最大绿灯时间 y1 以及延时步长y，可以设定。 情况一：在运行主相位的绿灯时间 x1，当绿灯只有剩余 4 秒 时，读次相位的被阻车辆数，如果次相位上没有车辆，那么，主 相位的绿灯时间就会自动再运行 20 秒，如此循环、直至主相位的 绿灯时间累计连续运行已达到 x0+80 秒时，才会不管次相位有没 有车辆，也要给次相位一个最小的绿灯起步时间，即 y0 秒。 情况二：在运行主相位的绿灯时，1、在执行起步时间 x1 秒 阶段，当绿灯剩余 4 秒时，读次相位的被阻车辆数，如果次相位 上有车辆，那么，主相位在运行完本次绿灯 x1 后，就转到次相 位，给次相位一个最小的绿灯起步时间，即 y0 秒。2、主相位已 经执行了起步 x1 秒，当执行增加的 20 秒时，读次相位的被阻车 辆数，如果次相位上有车辆，那么，主相位就马上结束，转到次 35 相位，给次相位一个最小的绿灯起步时间，即 y0 秒。 在次相位的绿灯剩余时间小于 4 秒时，看车辆检测器是否检 测到还有车辆进入，如果没有，那么，在运