道路交通控制技术SCATS和SCOOT系统课件

道路交通控制技术3030SCATS和SCOOT系统chensirui@陈思睿智慧交通学院主要内容：了解区域交通信号控制系统的分类，定时式脱机操作系统和自适应式联机操作系统的根本原理。重点与难点：TRANSYT、SCATS、SCOOT三种具有代表性的控制系统的控制原理和根本思想。定时式脱机操作系统具有不能适应交通随机变化的缺点。英国、美国、澳大利亚和日本等国家作了大量的研究和实践，用不同的方式建立了各有特色的自适应控制系统。（1）方案选择式——SCATS（2）方案形成式——SCOOTSCATS系统01SCATSSCATS(SydneyCo-ordinatedAdaptiveTrafficSystem)悉尼协调自适应交通系统实时联机的自适应控制系统方案选择式的区域协调控制系统由澳大利亚悉尼开发，20世纪70年代开始研究，80年代初投入使用。SCATSSCATS在实行对假设干子系统的整体协调控制的同时，也允许每个穿插口“各自为政〞地实行车辆感应控制，前者称为“战略控制〞，后者称为“战术控制〞。这样可提高控制效率。SCATS实际上是一种用感应控制对配时方案可作局部调整的方案选择系统。SCATS系统的优化原理（1）控制参数的选择依据：根据车辆检测器测量得到的交通状态。交通要求（交通状态）：用车辆检测器测量得到的交通流量和占有率这两个参数的加权和来表示。式中：M—交通要求；q—交通流量；O—占有率；α,β—加权系数。SCATS系统的优化原理（2）方案参数的选择方法：以交通要求为主要依据，可对信号周期、绿信比、相位差（或其中某个参数）进行控制参数的选择基本原理：（1）为每个子区单元先选择一个信号周期（2）为每个子区单元选择一个绿信比参数（3）为每个子区单元选择一个相对相位参数

SCATS系统的优化原理注：1—轻交通的绿信比图形；2—典型的绿信比图形；4，5—具有轻度优先的绿信比图形；3，6—具有显著优先的绿信比图形；7，8—具有非常显著优化的绿信比图形绿信比图形选择逻辑图

SCATS系统的优化原理注：1—轻交通的绿信比图形；2—典型的绿信比图形；4，5—具有轻度优先的绿信比图形；3，6—具有显著优先的绿信比图形；7，8—具有非常显著优化的绿信比图形绿信比图形选择逻辑图

SCATS系统的优化原理注：1—轻交通的绿信比图形；2，6—均衡相位差图形；3，5—给予入境交通以优先的相位差图形；4，7—给予出境交通以优先的相位差图形；2，3，4—当周期大于CT1，而小于CT2时，应选的相位差图形；5，6，7—当周期大于CT2时应选的相位差图形。相位差图形选择逻辑图

SCAT系统特点无仿真实时交通状况的数学模型，以简单的代数式描述交通特征，用于计算信号周期长。绿信比和相位差依据信号周期调整。SCAT系统组成实时交通数据计算部分：主要包括“类饱和度”与“综合流量”的计算。优化选择部分：主要包括公共信号周期的计算、绿信比方案的选择、相位差方案的选择与控制子区的合并问题。

SCATS系统的控制结构SCATS的控制结构为分层式三级控制，三级控制为中央监控中心→地区控制中心→信号控制机。中央监控中心地区控制中心信号控制机SCATS系统的控制结构SCATS系统的控制结构层次示意图中央监控中心子控制区区域控制中心交通管理数据库区域控制中心区域控制中心子控制区子控制区子控制区子控制区子控制区（1—10个信号控制器）（1—10个信号控制器）SCATS优选配时方案的各主要环节1.子系统的划分与合并

SCATS对子系统的划分：由交通工程师根据交通流量的历史及现状数据与交通网的环境、几何条件予以判定，所定的子系统就作为控制系统的基本单位。SCATS对子系统的合并：在优选配时参数的过程中，SCATS用“合并指数”来判断相邻子系统是否需要合并。SCATS优选配时方案的各主要环节1.子系统的划分与合并假设“合并指数〞累积值到达4，认为到达合并的标准。采用“信号周期时长〞中较长的那个为合并后的周期长。在必要的时候合并的子系统也可以分开。SCATS优选配时方案的各主要环节SCATS配时参数优选“算法〞1）根据埋设在每条车道停车线后面的检测装置提供的实时交通数据和停车线断面在绿灯期间的实际通过量，算法系统选择子系统的各项配时参数。类饱和度（DS）：被车流有效利用的绿灯时间与绿灯显示时间之比。SCATS优选配时方案的各主要环节类饱和度（DS）：被车流有效利用的绿灯时间与绿灯显示时间之比。式中：DS——类饱和度；g——可供车辆通行的显示绿灯时间总和，s；g’——被车辆有效利用的绿灯时间，s；T——绿灯期间，停止线上无车通过(即出现空档)的时间，s；t——车流正常驶过停止线断面时，前后两辆车之间不可少的一个空档时间，s；h——必不可少的空档个数。SCATS优选配时方案的各主要环节SCATS配时参数优选“算法〞1）根据埋设在每条车道停车线后面的检测装置提供的实时交通数据和停车线断面在绿灯期间的实际通过量，算法系统选择子系统的各项配时参数。综合流量（q’

）：综合流量q’是指一次绿灯期间通过停止线的车辆折算当量。

SCATS优选配时方案的各主要环节SCATS配时参数优选“算法〞1）根据埋设在每条车道停车线后面的检测装置提供的实时交通数据和停车线断面在绿灯期间的实际通过量，算法系统选择子系统的各项配时参数。信号周期时长的选择：考虑占优势的交通要求、现状周期长、周期长优化的极限值。以子系统为基础，以类饱和度最高的交叉口计算子系统的新周期长。SCATS优选配时方案的各主要环节SCATS配时参数优选“算法〞2）作为实时方案选择系统，SCATS要求事先利用脱机计算的方式，为每个交叉口拟订4个可供选用的绿信比方案、5个内部绿时差方案、5个外部绿时差方案。绿信比方案的选择采用投票法，每个周期都要进展一次。选择过程：对四种方案进展比照，假设连续三周期内某一方案两次中选，那么该方案即被选择作为下一周期的执行方案。SCATS优选配时方案的各主要环节SCATS配时参数优选“算法〞2）作为实时方案选择系统，SCATS要求事先利用脱机计算的方式，为每个交叉口拟订4个可供选用的绿信比方案、5个内部绿时差方案、5个外部绿时差方案。每个周期都要对绿时差进展实时选择。选择过程：对每一进口道，都要分别计算出执行方案时能够放行的车流量和饱和度，比照能提供给每一条进口道的通过带宽度。SCATS优选配时方案的各主要环节SCATS配时参数优选“算法〞3）信号周期和绿信比的实时选择是以子系统的整体需要为出发点，即根据子系统内关键交叉口的需要确定周期长。4）交叉口的相应绿灯时间，按照各相位饱和度相等或接近的原则，确定每一相位绿灯占信号周期的百分比。SCOOT系统02SCOOT(Split-Cycle-OffsetOptimizationTechnique)即“绿信比-信号周期-绿时差优化技术〞SCOOT是一种对交通信号网实行实时协调控制的自适应控制系统。由英国TRRL于1973年开场研究开发，1977年在哥拉斯格现场实验1979年正式投入使用，1979年英国推广。方案生成式控制系统SCOOT相同点：SCOOT是在TRANSYT的根底上开展起来的，其模型及优化原理均与TRANSYT相仿。SCOOT与TRANSYT的异同不同点：SCOOT是方案形成式的控制系统，通过安装在穿插口各进口道最上游的车辆检测器所采集的车辆到达信息，联机处理，形成控制方案。连续地实时调整绿信比，周期时长及绿时差这三个参数，使之同变化的交通流相适应。SCOOT优化采用小步长逐渐寻优的方法，无需过大的计算量。SCOOT与TRANSYT的异同不同点：此外，对交通拥挤和阻塞有专门的监视和应对措施，对故障发出自动警报，可随时向操作人员提供实时的交通信息。现有SCOOT采用的是集中式控制构造，难免具有构造上的缺点。在比较大的控制范围内，可以改用分层控制构造为宜。SCOOT与TRANSYT的异同SCOOT系统的基本原理图路网上的实时交通状况车流检测及数据处理下游停车线断面流量图示现行控制方案的PI值现行配时参数各交叉口车辆排队故障监视系统检测交通模型现行配时参数方案调整配时后的PI值配时参数数组存储单元对路网执行监控最新优化配时参数对配时参数作调整配时参数优选继续调整调整完毕SCOOT系统是一种两级结构，上一级为中央计算机，下一级为路口信号机。通过车辆检测器获得交通量数据（每秒4次采样），以此为依据建立交通流模型。绿信比、相位差和周期的优化均通过模型进行。为了避免信号参数突变对交通流产生不利的影响，SCOOT在优化调整过程中均采用小增量方式。具有公交车辆和紧急车辆优先功能。SCOOT系统的特点（1）检测

SCOOT使用环形线圈式电感检测器实时地检测交通数据。路边不允许停车的情况下，可埋在车道中间。所有车道都要埋设传感器，一个传感器检测一条或两条车道，两条车道合用一个传感器时，传感器可跨在分道线中间。系统优化配时的主要环节（2）子区

SCOOT系统划分子区也由交通工程师预先判定，系统运行就以划定的子区为依据，运行中不能合并，也不能分拆，但SCOOT可以在子区中存在双周期交叉口。系统优化配时的主要环节（3）模型——周期流量图示车队预测排队预测拥挤预测效能预测系统优化配时的主要环节车辆排队预测（4）优化优化策略：对优化配时参数随交通到达量的改变而作频繁和适量调整。调整量虽小，但由于调整次数频繁，就可由这些频繁调整的连续累计来适应一个时段内的交通变化趋势。这样的优化策略是SCOOT成功的主要原因之一。优化次序：SCOOT在每次改变信号配时方案前，频繁按此轮流优化周期时间、绿信比与绿时差。系统优化配时的主要环节主要优点：灵活、准时，结果更加有效、可靠。主要不足：相位不能自动增减，相序不能自动改变；独立的控制子区的划分不能自行解决，需人工确定；现场安装调试时相当繁琐。SCOOT系统的优缺点ACTRA控制系统03——

集方案生成和方案选择于一体的区域协调控制系统——美国西门子公司开发，是目前世界上技术比较先进的交通信号控制系统软件之一ACTRA的控制结构由三大模块组成：中心控制模块、通信模块及路口信号控制模块。ACTRA的控制结构ACTRA的控制结构ACTRA系统的控制模式ACTRA系统有多种控制模式，大体分为14种。重点介绍有别于其他系统的4种控制模式。1）系统时间表控制：时间表控制为一组路口设定1天或1周的配时方案，该模式属于方案选择式控制模式，适用于交通流特性稳定的路口。2）干线协调控制：协调控制可进行时间表和感应式线协调控制。感应式协调在保证干线协调控制时，根据非协调相位或冲突方向的请求，自行调整绿信比和相位差。

ACTRA系统的控制模式ACTRA系统有多种控制模式，大体分为14种。重点介绍有别于其他系统的4种控制模式。

3）交通响应控制：交通响应控制时ACTRA系统根据路口检测的流量和占有率，动态调整系统的周期、绿信比和相位差等参数，然后再选择方案库里最为匹配的方案进行实施。4）区域协调自适应（ACS-Lite）：ACTRA采用的是区域协调自适应算法ACS-L（adaptivecontrolsystemlite）。该算法根据系统检测器的交通信息，对交通参