城市交通SCOOT和ACTRA信号控制系统分析

1、城市交通SCOOT和ACTRA信号控制系统分析点击量：502$2008-12-19【大中小】【打印】【关闭】城市交通信号控制系统是现代城市交通管理系统的中枢，也是智能交通系统的重要组成部分。其管理与控制手段的优劣将直接影响城市道路交通拥堵或疏通的效果。虽然城市道路交叉口信号控制有改善交通流秩序与保障安全的优点，但是若不能提供优化的控制，将会产生交通流停顿与拥堵的负面效果，会成为城市交通拥堵的一个重要原因。运用高科技手段建设现代化的交通信号控制系统已经势在必行。下面就北京市目前使用的2种主要的信号控制系统作一简单的分析与比较。1SCOOT交通信号控制系统SCOOT系统概况SCOOTSCycie-

2、OffsetOptimizationTechnique）即绿信比-信号周期-相位差优化技术”，是一种对道路网交通信号实行协调控制的自适应控制系统。由英国交通与道路研究所于1973年开始研究开发，1979年正式投入使用。20世纪90年代该系统进行了多次升级，目前最新版本为4.5版。SCOOT系统结构SCOOT系统是一种实时自适应控制系统，其硬件组成包括3个主要部分：中心计算机及外围设备，数据传输网络和外设装置（包括交通信号控制机、车辆检测器或摄像装置及信号灯）。软件大体由5个部分组成：1）车辆检测数据的采集和分析；2）交通模型（用于计算延误时间和排队长度等等）；3）配时方案参数优化调整；4）信号

3、控制方案的执行；5）系统检测。以上5个子系统相互配合、协调工作，共同完成交通控制任务。SCOOT系统的结构图1所示。1.3SCOOT系统特点SCOOT系统是方案形成式控制方式的典型代表，是一种实时自适应交通信号控制系统。SCOOT系统通过连续检测道路网络中交叉口所有进口道交通需求来优化每个交叉口的配时方案，使交叉口的延误和停车次数最小的动态、实时、在线信号控制系统。概括来讲，SCOOT系统具有5个特点。实用性强，几乎不受城市交通出行方式、出行起讫点分布、土地使用情况、季节性和临时性交通变化以及天气和气候变化的影响。对配时参数的优化是采用连续微量调整的方式，稳定性强。个别交通车辆检测器错误的反馈

4、信息几乎不影响SCOOT系统对配时方案参数的优化，而且该系统对这类错误的信息有自动鉴别和淘汰功能。对路网上各交叉口信号配时方案的检验和调整，每秒钟都在进行，所以能对路网上交通状况的任何一种变化趋势做出迅速的反应。SCOOT系统能提供各种反映路网交通状况的信息，为制定综合管理决策创造了有利的条件。但是，SCOOT系统几乎所有相关控制策略模型都是通过数学模型的仿真中获得，这就要求抽象的数学模型必须准确地反映系统的运行状态，误差范围小。否则，必然会影响控制效果；另一方面，数学模型的精确度越高，结构就越复杂，因而仿真时间就越长，这将会在实时性与可靠性之间产生矛盾，特别要求进一步提高效果时，这一矛盾就会

5、越突出。2ACTRA交通信号控制系统2.1ACTRA系统简介ACTRA(AdvaneedControl&TrafficResponsiveAlgorithm)是由美国西门子公司开发的一个信号控制系统软件，是目前世界上技术比较领先的交通信号控制系统软件之一。ACTRA系统结构ACTRA交通信号控制系统主要由三大模块组成(如图2所示)：中心控制模块、通信模块及路口信号控制模块。ACTRA系统特点ACTRA这种较先进的交通信号控制系统具有以下主要特点。技术先进、性能可靠，应用较广泛。ACTRA系统是西门子美国公司较成熟的交通控制系统，是该公司的第三代系统，应用了许多新的技术和方法，并为一些奥运城市提

6、供了交通控制服务，如汉城Seoul(1998)、亚特兰大Atlanta(1996)、盐湖城Saltlake(2002)都使用了这种交通控制系统。这些经验将应用到北京2008奥运城市建设上。标准的符合性、软件的开放性。ACTRA系统符合美国ITS框架的NTCIP协议及其他标准，其设备的通信协议采用了当前主流的协议，如TCP/IP等，这些都是系统开放性和扩展性的基础。测试表明，Actra可以实现对基于NTCIP协议的第三方信号控制器的正常监控和管理。ACTRA采用当前先进的浏览器界面，友好图形用户界面和视频显示技术。采用GIS和介入第三方图像生成技术，可进行城市计算机地图图形显示(在工作站或显示墙

7、上)，显示运行相应的配时方案以及不同任务同时管理的Windows界面。同一界面多路口实时显示，区域路口交通堵塞颜色显示，干线路口动态灯色通过显示。并提供路口作图工具，具有一定地图制作功能。4)智能化的ATC2070现场信号机。ATC2070控制机是一种最新的开放式结构的信号机，信号机的软件和硬件分离，可分别按照2070ATC的硬件和软件的标准由不同供应商竞争获得，大大降低成本，提高采购自主性。2070ATC信号机软件具有自适应和多种灵活的控制战略，使得系统的许多自适应控制运算在下端完成，提高整个系统的反应速度。在系统未建成时或故障情况下，本地信号机仍能实施有效的自适应控制。同样由于信号机的智能

8、化功能使得系统的整体反应速度和适应各种复杂交通条件的能力得到有效提高，这是ACTRA系统比其他系统优越的特点之一。5)自适应反应迅速，更加实用。交通响应模式使得系统根据交通变化或非典型交通进行系统范围的优化配时方案的执行。通过从分配的系统检测器上获得的数据对子区的周期长、绿信比和相位差分别自适应调整和控制；同时由于现场信号机具有相当的智能化，使得许多协调运算都可在信号机范围内完成，这种既可通过中心又可通过路口控制器控制的客户/服务器系统会更加适合实时多变的中国交通情况。3SCOOT和ACTRA系统的优势对比分析3.1SCOOT系统的优势基于SCOOT系统的特点，可以看出它具有实用性和稳定性都较

9、强的优势，此系统是在固定配时系统基础上创立的，它能自动适应不断变化的交通状况，实现区域内的最佳控制效果。作为一种实时自适应交通信号控制系统，经历了20多年的发展，已获得了明显优于静态系统的效果，因而目前正在被很多国家所采用。3.2ACTRA系统的优势ACTRA系统是新引入我国的交通信号控制系统，此系统区别于SCOOT的最大优点是它所具有的感应式线协调控制功能。ACTRA使用系统TOD命令和本地信号机控制功能来实现感应式线协调控制。感应式线协调控制是在线协调控制的基础上，在保持周期恒定的同时，通过检测器实时感应来自各个方向的交通请求，合理分配协调相位以及非协调相位时间长度。同时，西门子美国207

10、0ATC信号控制器提供6种感应式线协调模式。这些模式基于协调相位和非协调相位的划分。以图4为例。非协调相位相同始点监控模式(YieldMode):该战略在运行完协调相位时间段后，为每个非协调相位提供同时开始的监控时(yieldperiod)。在监控时段中的任何相位如有需求，将终止协调相位，按顺序执行后续相位，否则协调相位时段扩展到后续的非协调相位。由于可尽快服务非协调相位，就可以尽快返回协调相位。非协调相位顺序监控模式(PermissiveMode):该战略在运行完协调相位时间段后，依次顺序地在每个非协调相位发生的位置提供监控时段(permissiveperiod)。在监控时段如有需求，将终止

11、协调相位开始按顺序执行后续相位，否则协调相位时段扩展到后续的非协调相位。该战略可避免yieldmode的尽快返回。协调相位优先顺序监控模式(PermissiveYieldMode):需协调相位设置为感应相位，并类似PermissiveMode。当协调相位完成后，产生对干线协调相位提供PYP监控时段，在该时段内，协调相位不断得到扫描，如果有车辆将延伸协调相位至最大。协调相位不再返回模式(PermissiveOmitMode):该战略具有和permissiveyieldmode控制模式相似的操作，但存在以下不同：当完成协调相位时段进入监视时段时，如果非协调相位有请求将中断协调相位的延续而执行该请求

12、相位。如果没有其他相位请求控制器会驻留在该相位而非返回协调相位。非协调相位连续顺序监控模式(SequentialOmitMode):该控制模式类似permissivemode模式，但有以下区别：当运行完干线协调时段后，对非协调相位的请求扫描和执行是从前一个相位结束开始的，使得非协调相位请求回应提前。完全感应控制模式(FullActuatedMode)：该战略类似yieldmode模式，但有以下区别：在协调相位yieldperiod监控时段内，只要该相位监控时段未用完时，便可按照一定的顺序得到再服务。在yield监控时段内，协调相位处于感应状态。4SCOOT和ACTRA系统在北京的应用概况根据资料，北京全市的城市道路交通信号控制路口(含路段行人控制)的数量目前已超过1700处，五环以内城区的信号控制路口(含路段行人控制)为1114处，其中，计算机区域交通信号系统控制的路口规模为650处，规模性建设使用的系统为SCOOT系统和ACTRA系统，其中SCOOT系统控制了以二环以内为主的近350处路口，而ACTRA系统的使用正在大张旗鼓地建设中。在北京市公安局交通管理局交通信号控制系统一期工程中，ACTRA系统已经将300台符合NTCIP规范的西门子2070CBD交通信号控制器纳入系统控制,控制着海淀区300多个路口。在交通信号控制系统二期上端扩容项目中，正在将4