智能交通交通信号控制系统建设方案

智能交通交通信号控制系统建设方案本项目总体设计路线是首先依据本项目的目标进行项目的总体规划，选择合适的产品及设备，采用示范应用的方式完善优化技术方案和实际应用。系统结构ETCS系统为集散式、分层、大测量周期、小步长调节的实时柔性交通控制系统，系统前端由GJK-6NT-II信号控制机、环形线圈及检测器、微波雷达、灯具、串口服务器、光纤收发器组成，通过通讯网络与中心系统连接，构成完整的交通信号控制系统。中心配置数据库服务器1台，作为交通管理与控制基础数据与应用主机，在WINDOWS中文操作系统和ORACLE数据库管理环境下，运行最新版本的ETCS软件。1台区域机主要完成该区域内信号控制的实时数据处理、运算、新方案生成。2台操作员终端为普通的INTEL双核个人计算机（最多5台），在WINDOWSXP以上的操作环境下，运行客户端程序，完成所有信号控制系统基本管理功能，通过服务器的串行接口连接连续纸针式打印机，用于系统操作与故障记录的硬拷贝输出。根据实际交通管理需要，可以在道路网中的适当位置设置交通可变标志和可变信息显示板，实施交通诱导。系统功能数据的采集与分析系统的前端信号控制机通过检测器实时采集传感器状态数据，经过实时处理后的数据包含流量、饱和度等信息。在每一信号周期结束时，采集数据通过网络传输至后台数据库中，供其它应用调用、查询、分析、图形展示。通常的数据分析周期为5个信号控制周期，约5-15分钟。信号控制与协调如果不实行自适应控制，系统可根据路口交通状态、时间设置不同的信号控制方案，除供高峰、平峰等分时段调用外，也可以通过埋设的检测器触发系统进行方案选择式调用。此外，可由操作人员实时调用预定或指定控制方案以适应特殊情况。这样，通过预置或人工方式调整周期、绿信比、相位差，及多时段控制或多时段协调控制可以满足多数情况的交通需求。故障监测系统可对现场设备如灯电压、电流以及一些机械异常进行监测，并在中心进行报警提示。绿波控制系统可以通过预设在一条连线上的信号机控制相位差，以在预定时段让连线方向上的绿灯依次点亮和持续，产生一条绿波线路供特殊车队通过。通过在一定时刻依次调用指定方案，也可以得到同样的效果，此时的触发方式可以是其它可以与系统通讯的开关或传感设备。这样的绿波线路设置时需要考虑在车队到来前预放及清空连线方向的存车。系统日志记录系统自动记录操作员所有关键操作及系统重要事件，以便回查。包括:操作员登陆记录操作员系统设置与修改记录基础方案变更记录实时方案调整依据及记录事件记录报警记录这些记录可以保存1个月或以上，可供事后分析、导出备份等。操作员功能系统操作员、客户端操作员可以按系统设定权限，完成该权限下被赋予的所有操作功能。操作员界面系统以多窗口的形式显示操作员界面，操作员界面包括以下功能来协助操作员工作：地图或图符化的实时情况显示。提供实时情况的地图或图解显示，用以系统和交通数据的在线分析监视信号相位实时状态控制状态监视。可以表明当前的控制和应答位，故障，方案配时，阶段运行的简短过程和绿灯间隔时间。检测器流量按设定周期显示。日和周的流量可显示某一特定日期或星期的数据。时－距图可显示某些控制器的指定阶段在一段期间内的绿灯情况。在线帮助菜单用户注册帐号和系统访问系统为不同用户分配帐号、密码及权限级别。这些权限级别可以对应不同的细致到菜单级的操作功能，也可以细分到不同管理区域。通常，系统管理员只会分配2-3名以便实现不同层次的操作和安全管理。系统数据库配置数据库设置可按SQLSEVER\ORACLE的标准步骤设置。数据参数的上/下载所有路口配置均可通过远程读回、修改、写回并选择保存。修改记录可查询，历史方案可以被调出并重置到路口设备中。远程监视可通过网络远程监控信号路口的实际运行状态。这些状态包括这个时刻的灯色、目前的道路流量和饱和度、通讯状态等。可以连接至中心的其他设备也可以在外场、远程访问登录系统，在被授予的操作权限内工作。系统其它功能在与其它系统接口确定的情况下，可以完成以下功能：潮汐控制情报板系统控制特殊控制功能紧急车辆优先预置与其它系统和设备接口在安全性能保障的情况下，系统数据库支持开放接口，如可供另外系统调用数据，这些系统包括集成指挥系统、物联网系统、云系统、WEB出行服务系统等专用或公用系统。对于外网的连接，必须通过安全级别足够的防火墙。实时自适应协调控制功能系统中包含了以下2个结构独立但功能相关的控制模块：AAC自适应控制ACC子区协调控制（动态绿波控制模块）这2个模块依据所控制对象性质不同选用不同信号控制策略。在获得实时交通数据的情况下，通过对饱和度的负反馈式控制，以及给予交通连线上主要交通流最大绿波带宽的控制方式，对信号控制的周期、绿信比、相位差进行动态优化调整，以期达到在子区协调的时候兼顾单个路口通行效率最大化，从而在总体上提高交通服务水平。实时自适应信号控制AAC是一种在基础方案上根据实时交通状态数据进行周期、绿信比动态优化的控制软件。这样的自适应系统在最初配置基础信号控制方案和一些特定参数设置后，可以在以下2个方面进行自适应匹配：不同路口的检测参数自动匹配，包括正常的车间距（绿灯间隔）、起步延时、饱和度；根据各个方向的交通需求强度自动分配合理绿信，得到优化的绿信比、周期；根据出口拥堵情况，用事件的方式确定绿信是否增减或采用加长清空时间的方式；根据检测器冗余埋设得到排队长度用以加速响应交通流的快速变化，并进行事件触发管理。检测器的埋设系统所需的地感线圈埋设在距停车线1-5米处，在需要区分左、直、右行车方向时每车道一只。若在出口处、协调方向的路段上埋设线圈则有助于出口拥堵、排队长度、带速检测，可以更好的调整绿信比、周期。通过检测器得到的数据在中心会进行过滤处理，或与其它传感器融合，以剔除畸点，但在提高可靠性的同时会牺牲时间或其它成本。饱和度的定义饱和度=单位时间内越过停车线车流量/对应车道饱和通行能力系统周期、绿信的调整过程“交通连续”。最佳效果最佳效果时间系统中设置最小周期、最大周期、最小绿、最大绿，这样可以保证一个安全调整范围。系统设置的最小绿、最大绿不能小于或大于信号控制机中的预设对应值。和其它系统类似，这样的自适应系统并不意味信号控制基础方案不需要精心考虑，不只是在脱机时需要运行精心配制的方案，AAC软件是在选择出的方案基础上处理实时交通流变化，让各向交通需求均衡，减少空放。系统降级在系统脱机后，路口将在一定时间内恢复到多时段控制模式。子区协调控制ACC软件是对系统中信号控制子区进行协调控制的模块，对应一个绿波带宽最大、停车次数最少的模型，同时兼顾单个路口通行能力的控制系统。子区定义一个面积较大的路网，在实行区域信号协调控制时，往往若干个相对独立的路口群交通特性密切相关，需要自己独特的信号控制对策，这样的独立控制部分称为控制子区。

子区划分原则：相邻路口之间距离较近（一般在500米以下）；交叉口的小时流量规模相近；路口的连线上饱和度相近；路口的交通状况类似；路段中间分支较少且不存在交通源。下列情况的连线不宜纳入一个子区协调：过长的连线；交通流量很小的连线；连线上有交通源或终止点；跨连线有十分频繁的人流活动；一天中绝大部分时间都处于过饱和状态的连线；驶入某连线的车流中，由其它上游转弯过来的车流占很大比重。特别说明：子区的定义不只是包含干线子区，同时可能包括有解的环状、井字形子区。多个子区的连接形成区域控制。系统的协调功能周期的选择与调整子区中路口按唯一关键路口实际运行周期做为子区运行周期，关键路口周期均为准确、可变的。必要时，一些相对关键路口交通流不饱和的路口可以采取双周期运行模式。为保证“交通连续”，子区参数的调整周期在5-15分钟范围，以避免较大扰动。绿信的调整关键路口的绿信是准确的，但其它路口的理想周期可能比实际运行周期小，这样非协调方向上的多余绿信将被转移至其它相位或主相位上。这种单个路口效率可能被降低但子区总延误减小的宏观绿信、周期优化过程在ETCS中被称为二次优化。协调方式ACC系统按人工智能“绿波带宽最大”方式协调运行，考虑协调方向上预放排队车辆以减少协调方向停车次数。此外，协调权重可以根据交通流向（如潮汐现象）进行调整。子区的连接与断开若子区内各路口连线上主要车流方向流量差距超出一定阀值时，子区将不再协调运行。断开的子区中路口将降级到单点自适应或其它低级运行模式。一个关键路口可能处于1个以上的子区中，即处于连线的交叉点，这样的递推会形成更大区域的控制模式。子区之间的连接子区之间若交通流量足够大且需求接近时可以连接成更大的区域进行协调控制。在系统的调整过程中，除周期、绿信外，不同带速也会影响相位差值，为保证交通流的连续性，相位差的调整需避免阶跃情况产生，并在一定时间内限制变化幅度。实际应用中，相位差调整幅度小于5秒且受信号机设置限制，必要的超出部分也会被信号机通过多个周期自动调整到位。子区或区域控制时，协调效果会受制于路网、交通特性，再好的控制模型不是所有情况都有“数学解”即获得好的协调效果。系统软件系统软件组成交通控制系统软件包括以下软件部分：中文计算机操作系统WINDOWS2003\WINDOWSXP数据库软件服务器管理软件客户端管理软件AAC自适应控制软件ACC子区协调控制软件（动态绿波控制模块）EW事件报警模块信号机配置软件系统软件结构系统采用C/S结构，具有图形界面丰富、有表现力、数据通讯流量小等优点。服务器端包含通讯模块、数据库模块、应用模块，呈分布式柔性系统，当因通讯、硬件速度影响系统正常运行时，可通过硬件系统升级扩展容量，此时只需要做简单软件配置即可。此外，与系统相连接采用B/S架构的集成平台系统也具有交通信号控制系统的监视、查看、配置等基SHAPE本管理功能，但不包含实时控制。交通控制系统容量ETCS系统可以通过硬件的扩展增加系统容量。目前能达到的最小系统容量为：交通信号控制器1024个，检测线圈1024*32个区域16个，子区128个所配置的数据库服务器2台，应用服务器2台，通讯服务器2台，区域机8台，客户端5台。设备性能对系统容量、可靠性有较大影响；此外，需要实时控制的路口数量多少也对系统容量有一定影响。系统设备中心管理与控制计算机系统系统数据库主机采用IBMX3650或同等级别服务器，1台这样的主机可以管理256个以上路口基础数据，根据系统的规模和控制地域分布的需求，通过以太网可以连接数台该类服务器。应用服务在本次系统中也放置在此服务器中，在更大的系统中可配置额外的应用服务器。在以太网中，每台应用服务器可连接5个PC级操作员客户端。系统以太网络中的各个节点设备通过集线器和RJ45接口用标准5类线连接。通过公安内部网，或装有足够安全的防火墙、网闸时连接外网，远程客户可以通过INTERNET访问系统，但这样的客户端需要授权。服务器参数：产品型号 IBMSystemx3650m3(7945O81)机架式

产品结构2U三级缓存 12M标配CPU数目 1个最大CPU数目 2个内存类型 DDR3，8G硬盘接口类型 SATA/SAS/SSD硬盘容量：4T最大硬盘容量 16TB硬盘阵列Raid0,Raid1

硬盘热插拔支持

光驱 DVD-ROM光驱

网卡 集成双端口千兆网卡电源 集成双端口千兆网卡最大功率 675W系统控制中心的数据通信设备交通控制系统需要的光端+局域网通讯单元安置于通信单元机柜内，包括：1台已安装于总队后台的HP服务器做为通讯服务器，通过以太网与服务器系统相连，配有100MBase以太网卡（每128个路口可单独设置一台通讯服务器）；通讯服务器参数推荐指标：1个以上100/1000M16口自适应交换机（根据设备数量决定）；与通讯前端点数对应的光端机数据通讯模块或3G路由器。系统区域机系统区域机采用工业级PC，1台这样的工作站可以控制128个以上路口实时数据处理与自适应协调方案生成。路口通信单元本系统的路口通信单元由信号机中的串口服务器+光端机或3GMODEM组成。信号机通过连接串口服务器与系统连接，通过不同的IP地址端口以便不同的服务器分类访问。交通信号控制机交通信号控制机符合中华人民共和国公共安全行业标准，通过了公安部检测中心的型式检测。交通信号控制机采用工业级嵌入式ARM(领先的精简指令CPU)处理器。软件基于嵌入式实时操作系统。硬件由各种插卡式模块组成，标配16路独立信号组输出，可通过增加输出板方式扩展到32路；可连接32路交通检测器；支持人行按钮控制；支持灯具输出电压、电流检测；支持LAN//RS232//RS485等有线、无线通讯方式；实时交通状态数据采集；故障自动记录功能；故障自动降级功能；抗雷击性能好；宽工作电源；环境适应性好；低功耗；工作稳定可靠，安装维护便捷。交通信号控制机遵从《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》国家标准，用户可用中心控制机、笔记本将新配时方案下发，也可用手持终端控制。信号机具有升级的功能，提供最大程度的兼容性，保护用户投资的长期效益。交通信号控制机在设计过程中充分考虑了我国的交通现状和发展趋势，可适用于任何路口的各种交通状况，使用户能够根据路口的交通状况采用最佳的控制方案,达到了国内外同类产品的各种性能指标。机箱采用优质钢板成型制作，耐腐蚀、抗形变。CPU主板输出板检测器CPU主板输出板检测器检测路由集成于主板电源板灯电源输出220V信号灯倒计时连接指挥中心继电回路避雷器手动按钮信号机信号机交通信号控制方式信号机可运行以下交通信号控制方式：车辆感应协调控制；固定配时；通过联网的单点自适应控制计算机联网集中自适应协调控制；无电缆方案协调控制；主时钟－通过实时时钟调用和删除所选功能或方案；紧急调用；手动功能；公交、轻轨、特种、紧急车辆优先（需增配优先检测装置）；部分时间方式（信号开、关或黄闪）；指定相位控制功能（指定相位黄闪、关灯）。信号显示形式信号机可驱动以下不同类型的交通信号相位：普通交通相位；行人相位（包括等候指示）；路段人行横道车辆相位；路段人行横道行人相位（包括等候显示和讯响信号）；红叉绿箭头；每种相位的信号显示序列可由用户自行定义。信号机硬件中央处理器板(CPU板)：信号机控制器通过中央处理器板控制运行。中央处理器板以ARM32位微处理器为核心，配有写入配置数据、冲突检测和FLASH、连接相位驱动板、手动面板的接口，连接检测器，特殊控制信号等通用输入/输出的接口等。相位驱动板：采用大规模FPGA做为运算检测核心单元。相位驱动板主要由可控硅开关电路组成，通过电网电压驱动交通信号。该板还包括信号灯供电监视电路、电压过零检测电路和信号灯电流监视电路等，每台信号机最多可装32路相位板。每路输出均有独立的过流、短路保护。电源组件：电源组件向整个信号机逻辑电路提供多种直流供电，并通过CPU板对信号灯在正常与故障情况下的开/关灯及暗灯控制。检测器路由功能（集成于主板上）：该板可对多达64路车辆检测器进行轮扫以便采集流量等交通数据。多个检测器通过RS485总线方式连接、扩展。交通信号控制参数的配置每台信号机都配备相同的固化软件，仅通过交通信号控制参数的配置适应各路口不同的控制需求。交通工程师运用交通工程的基本概念，在Windows环境上运行配置程序，以交互填表方式配置数据，所输出的数据包括：参数与绿灯冲突监视配置、控制器运行规范、控制器安装所需的性能参数及配线等。另外，用户还可以通过彩色LCD界面的手持终端配置信号控制的基本参数，操作简便。相位和阶段硬件相位数： 1－32相位序列： 可编程阶段数： >32无电缆协调功能方案数： >8计时开关设定数：>8组变化设定数：>8时钟源： 50/60赫兹交流电源内部晶体GPS时钟（需配置GPS模块）其它功能手持机高速端口1200，9600和19200波特，端口速率与输入数据速率自动匹配，彩色液晶界面，中文字符工作环境电源信号机电源额定电压：AC176V-264V，50Hz±2Hz，机柜内安装220V电源备用插座；驱动功率信号机每路的最大驱动功率为：800W；整机功耗信号机整机功耗为：50W（不含灯具消耗功率）；绝缘电阻信号机绝缘电阻大于10MΩ；耐压易触及部件之间施加1500V、50Hz电压，不出现击穿现象；电磁抗扰度在静电放电、快速瞬变脉冲群、浪涌、电压短时中断等电磁骚扰环境下不出现电气故障；温度信号机的工作温度：-20～＋70℃；湿度信号机的工作相对湿度：5%～95%（不结露）；防水正常工作时达到IP65防雨淋，信号控制器机柜内部无渗水或积水现象；交通信号灯信号灯分为机动车信号灯、非机动车和行人合用信号灯两种类型。机动车灯采用Φ400或300LED三灯三色信号灯、LED箭头灯，在机非路口非机动车行人等采用Φ300（压铸铝外壳）LED三合一灯和二合一灯具，在一般路口采用二合一。信号灯主要技术指标(1)电气性能:不得使用电容降压电源，以避免强电流冲击缩短使用寿命。使用符合国标的开关电源（效率、功率因数符合国家规定）（2）输入电源：AC220V±25%50Hz±2%（3）温度：-20°C～+70°C（4）湿度：≥95%（5）光源：超高亮进口发光二极管芯，年光强衰减率不超过5%。（6）光源寿命：＞10万小时（7）光强：红色：≥4000mcd；黄色：≥7000mcd；绿色：≥4000mcd。灯光颜色符合GB14887-2003的规定；额定电压：AC220V±25%、50Hz±2%；（8）可视距离：车行信号灯＞200m（9）外观：信号灯灯壳、前盖、遮沿、色片及密封圈表面平滑，无缺陷。（10）绝缘电阻：﹥500MΩ（11）稳流控制：控制器设有LED发光管稳流控制电路，当LED发光二极管的电流超出设定值的时候，稳流控制装置的开始作用，将超出的电流分流掉，保证LED发光二极管工作在设定的工作电流上。可控电流灵敏度<1ma。——1996第9章规定IPX3。图案指示的信号灯满足GB14887-2003第款的规定。交通信号倒计时器倒计时主要技术指标倒计时显示范围０－９９秒，超过倒计时器的显示范围时停留在可显示的最大值９９，直到倒计进入可显示范围。车行倒计时器字体高度≥480mm，人行倒计时器字体高度300mm。采用双色LED点阵显示数字或汉字，符合JT432-2000字符字模标准。显示亮度能保证在日光