KELIUC集中协调式交通信号机

KELI-UTC3.1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-UTC3.1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-UTC3.1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、、产产品品符符合合GA47-2002《《道路路交交通通信信号号控控制制机机》国家家公公共共安安全全行行业业标标准准，，能能够够兼兼容容德德国国、、美美国国相相关关标标准准，，在在城城市市信信号号控控制制与与管管理理中中实实现现异异种种信信号号机机的的联联通通与与控控制制，，兼兼容容国国际际SCAITS控制制系系统统四、、通通过过TCP/IP,GPRS和ZIGBEE协议议，，能能够够与与道道路路交交通通视视频频、、超超声声波波、、电电磁磁、、微微波波和和FCD浮动动车车辆辆等等多多种种交交通通信信息息采采集集方方式式联联接接，，具具备备交交通通流流在在线线仿仿真真和和信信号号控控制制系系统统实实时时优优化化功功能能五、、系系统统与与城城市市智智能能交交通通中中道道路路交交通通流流量量采采集集与与发发布布系系统统、、交交通通警警用用装装备备闯闯红红灯灯系系统统直直接接关关联联，，有有效效提提高高城城市市智智能能交交通通整整体体管管理理水水平平和和效效能能KELI-UTC3.1设计标标准和和依据据中国国国家标标准《城市道道路交交通信信号控控制方方式适适用规规范》GA/T527-2005中国国国家标标准《道路交交通流流量调调查》GA299-2001中国国国家标标准《城市交交通信信号控控制系系统术术语》GA/T509-2004中国国国家标标准《道路交交通信信号灯灯》GB14887-2003中国国国家标标准《道路交交通信信号控控制机机》GA47-2002美国行行业标标准《国家运运输ITS通信协协议NTCIP》《交通信信号机机与上上位机机之间间的数数据通通信协协议》GB20999-2007KELI-UTC3.1信号机机硬件件配置置KELI-UTC3.1智能交通型型信号号控制制系统统的配置体体系主主要包包括驱驱动卡、交交通信信息采采集主主机、、按键显显示板板、故故障检检测机、电电源、、防雷雷和防防浪涌装置置、接接地系系统、、通讯机控控制主主机等等主要要部件件。信号机机相关关术语相位（（PHASE，简称称P）：在一个个信号号周期期内，，同时时获得得通通行权权的一一股或或多股股交通通流的的信号号显示示状态态。相序：在一一个信信号周周期内内，不不同相相位的的依次次组合合顺序序。周期：信号号灯色色按设设定相相位顺顺序显显示一一周所所需的的时间间。控制方方案：相位位设置置、相相序设设置、、信号号配时时的有有序集集合绿冲突突：规定定不允允许同同时放放行的的信号号灯组组的绿绿色信信号灯灯同同时时被点点亮。。全红状状态：所有有信号号灯组组红灯灯全被被点亮亮的信信号状状态。。最小绿绿灯时时间：绿灯灯允许许开启启的最最短时时间。。最大绿绿灯时时间：绿灯灯允许许开启启的最最长时时间。。相位差差：在协协调控控制中中，某某个路路口与与基准准路口口渐进进式依依次开开启协协调相相位的的时间间差.二信信号号机参参数设设置日方案案设置置一个日日方案案里最最大可可分18个时段段日方方案号号（1———7）对应应的是是一周周的7天方案案设置置。特特殊日日（8———18）号日日方案案，信信号机机一般般按周周循环环工作作，特特殊日日方案案主要要来自自网络络设置置。例：相序设设置相序是是配置置相序序方案案（大于5为无效效），对对应相相位总总数，，对应应相位位所含含的灯灯组号号，每每相位位最大大输入入10个灯组组相同方方案号号的相相序方方案与与基本本方案案的相相位总总数应应该保保持一一致，，否则则可能能信号号机会会出现现读取取方案案错误误基本方方案设设置基本方方案配配置对对应相相序方方案相相位的的基本本控制制方案案。包包括黄黄灯时时间、、红灯灯时间间、最最小绿绿灯时时间、、最大大绿灯灯时间间基本方方案是是标准准协议议里必必备的的一种种方案案，既既可以以满足足感应应控制制的需需求，，也是是一种种保守守的安安全策策略，，当读读控制制方案案出错错的时时候，，有了了基本本方案案，信信号机机仍然然可以以通过过最小小和最最大绿绿灯时时长的的算术术平均均值安安排绿绿灯时时间。。当信信号机机方案案切换换时也也依赖赖于基基本方方案中中的参参数进进行过过渡计计算，，所以以设置置好基基本方方案非非常重重要，，当信信号机机方案案读取取故障障时，，也依依靠基基本方方案进进行适适当的的调整整。基本方方案的的相位位总数数PN与对应应的相相序方方案中中的PN要保持持一致致，否否则配配时时时将出出错。。相序序方案案中的的配时时与基基本控控制方方案中中的相相位顺顺序是是一致致的，，因此此相序序方案案设置置完毕毕后应应立即即进入入基本本控制制方案案设置置。控制方方案的的设置置1、操作作控制制方案案键，，显示示：““控制方方案号号”；可可以通通过键键盘输输入数数字按按确认认键。。输入入的总总数大大于18为无效效。2、配置置“控制方方式”，输输入该该方案案下的的控制制方式式，通通过键键盘输输入数数字，，并按按确认认键三信信号号机功功能介介绍控制方式代号说明检测器多时段多方案

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

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

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

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

5遇到特殊任务时，只指定某些灯组绿灯常亮自适应控制

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

7根据本机或上位机命令实现全部熄灯全红控制

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

9所有机动车黄灯全部闪烁的控制状态手控锁锁相位位手动/自动开开关拨拨到手手动位位置，，手动动按钮钮每按按下一一次，，本相相位的的绿灯灯状态态就结结束，，自动动进入入绿灯灯转换换时间间，（（注意意，在在此期期间，，不需需要再再按手手动按按钮，，）然然后就就自动动开始始转到到下一一个相相位的的绿灯灯。如如此循循环，，若不不按手手动按按扭，，则在在当前前相位位循环环，表表现为为锁定定状态态，把把手动动/自动开关拨到到自动位置，，则恢复自动动运行。感应控制半感应控制：：若主次相位相相差明显，则则只在次干道道上埋设地感感线圈，这就就是半感应模模式，算法与与全感应一致致，通称感应应控制。全感应控制：：主要用于交通通饱和度小于于80%的路口。其特特点是，主次次相位交叉，，相差并不是是很明显，这这样一来，需需要在每个车车道上，安装装流量检测器器，用于检测测车辆通行情情况。流量检检测器线圈，，一般安装于于离路口停车车线的上游距距离为15——60米处，若要安安装请求检测测器线圈，则则埋设在路口口停车线内侧侧1—4米。感应控制制的逻辑是保保证主相位（（最大绿灯时时长设置大于于50秒）以最小绿绿灯时间起步步。在最后绿灯放放行时间车头头时距范围内内，主相位有有请求则接着着放行，直到到放到最大绿绿灯时间结束束，若主相位位无请求而其其他相位有请请求，则提前前结束该相位位。次相位（（最大绿灯时时长小于等于于30秒），有请求求放行，放行行逻辑与主相相位一致，但但是当相位循循环工作到次次要相位时无无请求发生，，那么将跳过过该相位，这这与主相位存存在很大不同同。这样做可可极大地保证证感应控制的的安全性。两种控制方式式的比较历史或流量调查数据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）干预控制功能能主要由上位机机干预，分干干预交通管制制、干预黄闪闪、干预全红红、干预熄灯灯，干预控制制时有起时时时间和终止时时间，其中干干预交通管制制精确到秒，，常被用做联联网警卫路线线，其他精确确到分钟。干线协调控制制（绿波控制制）为了确保在指指定路线上的的某个车流，，能在进入被被控制区域时时，只要它们们按一定的车车速行驶，那那么就使它们们具有优先通通过的权力，，这时，可以以采用干线协协调控制模式式。纳入协调控制制的信号机，，要求它们采采用相同的周周期，并以一一个基准的时时段方案配合合，同时设基基准时间点，，每个路口以以基准时间点点设置相位差差。在实现绿绿波控制前，，要查询干线线每个路口的的空间距离，，并按设计时时速换算成时时间距离，最最好开车在干干线上按设计计时速调研几几次，然后确确定路口之间间的相位差。。本信号可设置置多时段绿波波带，也可以以与多时段定定时交叉使用用，而且从过过渡平滑，采采用了特殊的的融合算法使使得多时段定定时控制方式式向协调控制制切换时不会会出现特殊的的过渡灯色。。手动控制功能能手动控制分为为无线遥控手手动控制与现现场按键手动动控制两种。。信号机可选选配430M无线数据传输输接收头，由由遥控器进行行现场手动交交通管制、手手动黄闪、手手动步进、手手动专放行人人（机动车全全红，行人灯灯全绿）；可可通过信号机机面板上的按按键进行手动动管制、手动动黄闪、手动动全红、手动动步进。BRT（公交优先））控制BRT控制，一般设设置专用公交交车道，请求求线圈埋设在在离路口停车车线12—15秒时距的车道道上，当公交交车触发线圈圈时，系统将将根据设置参参数给予安排排优先相位立立即通过路口口。公交优先先分固定周期期优先和可变变周期优先。。可变周期优优先指的是感感应控制路口口，当请求线线圈触发后，，优先处理BRT请求；固定周周期优先，BRT放行时间由路路口其他相位位时间均减几几秒而保证周周期依然固定定，可实现BRT与绿波带同时时实现。设置的参数有有BRT放行时间（与与BRT方向上路口宽宽度有关）、、BRT等待时间（一一般与线圈埋埋设距离有关关）和优先等等级，0级不优先；1级相对优先，，即信号机正正处于优先相相位和优先相相位前一相位位时，支持优优先功能，；；2级代表绝对优优先，无论信信号机处于哪哪个相位，若若此时发生请请求，都将支支持优先功能能。A、有专用车道道上的绝对优优先1、当前处于优优先相位，剩剩余时间若大大于BRT等待时间则自自然过渡，否否则延时；2、当前处于非非优先相位，，也不是优先先相位前一相相位，放行安安全绿灯时间间后优先；3、当前处于优优先相位前一一相位，则判判断剩余时间间，剩余时间间小于BRT等待时间，则则自然过渡，，反之，早断断；4、正处于插入入优先相位时时又发生二次次请求，则继继续延时；B、无专用车道道，处于混合合车道上的相相对优先：1、处于优先相相位，同A1；2、处于非优先先相位又不是是优先相位前前一相位，则则不优先；3、处处于于优优先先相相位位前前一一相相位位，，则则同同A3；4、同同A4。C、近近饱饱和和路路口口不不优优先先BRT控制制路路口口设设备备分分布布图图行人人过过街街请请求求控控制制行人人过过街街请请求求分分一一次次过过街街和和两两次次过过街街，，路路面面宽宽度度小小于于20米的的安安排排一一次次过过街街，，若若大大于于20米，，则则要要在在路路面面中中间间设设计计安安全全岛岛，，然然后后分分二二次次过过街街，，这这种种控控制制要要装装行行人人过过街街请请求求按按钮钮，，人人行行横横道道一一般般位位于于离离路路口口停停车车线线距距离离50米以以外外的的地地方方。。过过街街等等待待时时间间最最大大30秒红红灯灯，，放放行行时时间间最最大大20秒绿绿灯灯，，最最小小放放行行10秒，，中中间间可可调调。。共共四四盏盏独独立立灯灯组组可可用用，，一一次次过过街街可可安安排排四四个个方方向向上上都都有有信信号号灯灯，，二二次次过过街街只只能能安安排排两两个个方方向向。。若若一一个个方方向向二二次次过过街街，，其其他他两两个个方方向向为为一一次次过过街街也也可可以以，，但但要要注注意意灯灯组组设设置置。。区域域优优化化控控制制区域域优优化化控控制制一一般般由由控控制制中中心心根根据据区区域域流流量量变变化化和和分分析析软软件件而而生生成成一一套套优优化化方方案案，，再再通通过过通通信信接接口口设设置置到到现现场场信信号号机机里里，，由由信信号号机机去去执执行行。。信信号号机机具具备备这这种种功功能能，，KEILI-UTC3.1的通通信信协协议议是是在在仿仿美美国国NTCIP协议议的的基基础础上上专专门门设设计计的的,详见见后后台台软软件件使使用用说说明明书书。。故障障降降级级、、报报警警和和纠纠错错功功能能KELI-UTC3.1智能能交交通通型型信信号号控控制制系系统统的的信信号号机机的的优优先先级级顺顺序序为为：：绿绿冲冲突突故故障障—灯组组故故障障—相序序方方案案故故障障—检测测器器故故障障—控制制方方案案故故障障信号号机机主主要要检检测测绿绿冲冲突突故故障障，，灯灯组组故故障障配配44路交交流流互互感感器器型型故故障障检检测测板板，，故故障障检检测测通通过过串串口口告告知知CPU并联联网网上上传传；；地地感感线线圈圈故故障障由由线线圈圈检检测测器器CPU通过过串串口口告告知知信信号号机机；；信信号号机机标标准准配配置置44路灯灯组组输输出出和