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国内外交通信号控制系统综述

摘要：交通信号控制系统是现代城市交通控制和疏导的主要手段。随着信息技术、人工智能技术、计算机及通信技术的发展,交通信号控制系统也在逐渐完善,本文对国内外主要交通控制系统作了介绍。

关键词：交通信号控制计算机通信

正文：

20世纪70年代,由于社会对环境的重视,加上土地资源的限制、石油等状况,人们开始从增建道路满足需求转向以提高道路效率为主。为了实现缓解交通拥堵,畅通交通,提高道路的通行效率,交通控制信号系统是必不可少的手段。因为,城市是否畅通在很大程度上受到这条道路上的每一个交叉口的制约。当交叉口的流量到达一定数值时候,就必须对该路口采取相应的措施。而交通信号控制系统可以把冲突的交通流在时间与空间上适当分离,以保证交叉口范围的交通安全和充分发挥现有道路在交叉口的通行能力。

一．国外交通系统

1．TRANSYT交通信号控制系统

TRANSYT系统是一种脱机配时优化的定时控制系统,全称是(Traffic Network Study Tool)“交通网络研究工具”,这一方法最初是由英国道路交通研究所的D-I罗伯逊先生于1966年提出的。经过十几年的实践,罗伯逊领导的研究小组对TRANSYT方法不断改进,到1980年,TRANSYT8公之于世。TRANSYT是目前世界各国流传最广、普遍应用的一种协调配时方法。除TRANSYT之外,还有其他一些广泛应用的版本如TRANSYT7、TRANSYT-GN 等,这些都是由TRANSYT的某一版本经过修改而派生出来的。它用来确定城市交通运行指标最小的信号网络的最佳绿信比和相位差。各国的工程师、专家们对这系统都有不同研究与发展,其中美国有TRANSYT-7F,法国将TRANSYT改为THESEE和THEBES型。TRANSYT是最成功的静态系统,己被世界上400多个城市所采用,产生了显著的社会经济效益。但其缺点也很明显:计算量大,在大城市中这一问题尤为突出;不对周期进行优化,故很难获得整体最优配时方案;它是离线优化,需要大量的路网几何、交通流数据,需要花费大量的人力、物力、财力。

2．SCOOT系统

SCOOT(Split-Cycle-Offset Optimization Technique)即“绿信比-信号周期-相位差优化技术”,SCOOT是由英国道路研究所在TRANSYT系统的基础上采用自适应控制方法于1980年提出的动态交通控制系统. SCOO T的模型与优化原理与TRANS YT相仿,不同的是SCOO T为方案生成的控制系统,是通过安装在交叉口每条进口车道最上游的车辆检测器所采集的车辆信息,进行联机处理,从而形成控制方案,并能连续实时调整周期、绿信比和相位差来适应不同的交通流。概括来讲,SCOOT系统具有5个特点：

1）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。

2）对配时参数的优化是采用连续微量调整的方式,稳定性强。

3）个别交通车辆检测器错误的反馈信息几乎不影响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效用。

4）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。

5） 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。

目前我国使用SCOOT系统的主要有：北京、大连、成都、青岛、绵阳等地。

SCOOT系统的不足是:相位不能自动增减,任何路口只能有固定的相序;独立的控制子区的划分不能自动完成,只能人工完成;安装调试困难,对用29户的技术要求过高。

3．SCATS系统

SCATS 系统是澳大利亚新南威尔士州道路交通局（RTA）为在悉尼市实施信号控制,于70 年代开发成功的系统。之后,它的高效性和对道路环境的广泛适应性,逐渐被其它澳大利亚和新西兰的城市及大量海外城市所认同,到目前为止,世界上已有70 多个城市安装了SCATS 交通管理系统,其中包括美国、爱尔兰、墨西哥、斐济、以色列以及大部分东南亚国家,系统本身也逐渐发展成为一个完整的交通管理系统,并且能够与其它智能交通系统完美地集成在一起,以发挥系统的整体效益,为现代交通管理服务。SCATS 系统无论是在控制技术还是在智能交通应用方面,都处于交通科技的最前沿,是世界领先的交通管理系统。

自问世以来,SCATS 应用最新的科技发展,不断地改进和加强其效用。最新的SCATS6 版本,更是体现了以用户的需求为导向的开发宗旨,为交通管理者的使用和决策提供更多和更灵活的手段。更重要的是,新技术的使用,使系统造价不断地降低。

SCATS 是一个具有广泛适应性的系统,世界各地的工程师根据道路应用环境的不同,对其做不同的配置,以满足本地的需求。

在亚洲,SCATS 系统被广泛地安装在菲律宾、印度尼西亚、新加坡、马来西亚等国家的城市中,显示了系统对该地区道路交通环境的适应性。

在中国,SCATS 应用在包括香港、上海、广州、沈阳、苏州、杭州、宁波、石家庄、宜昌和天津等12 个城市中,所控制的路口超过4500 个,其数量远远超过其它所有控制系统装机量的总和。这一广大用户群体的应用经验,是SCATS 系统在中国成功应用的宝贵资源。

4．UTOPIA/ SPOT系统

UTOPIA/ SPOT系统由两部分组成, SPOT (小型的分布式交通控制系统) 和UTOPIA (面控软件);系统考虑了公交优先的效用;采用了“强相互作用”的概念来保证区域控制的最优性和鲁棒性.此外,日本Kyosan电器制作有限公司的交通控制系统、德国的Siemens系统等也在我国得到了一定地应用。

5． ACTRA系统

ACTRA(ADVANCED CONTROL & Traffic Responsive Algorithm)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交通信号控制系统主要由三大模块组成：中心控制模块、通信模块及路口信号控制模块。ACTRA这种较先进的交通信号控制系统具有以下主要特点。

1）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。

2）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。

3）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,具有一定地图制作效用。

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化效用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。

ACTRA系统2005年开始在北京使用。经过新建信号系统一期（2005年）,新建信号系统二期（2006年）,信号系统奥运工程的建设,目前已建设750处,基本实现朝阳、海淀、丰台三个区的四环路内地区的信号系统覆盖。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450台交通信号控制器纳入一期ACTRA系统控制,以发挥系统控制的效益。

6．ITACA系统

Telvent Tráfico y Transporte作为一家长期从事交通控制的知名公司和西班牙Oviedo大学合作,在总结前人经验的基础上,于1990年开发研制了一套自适应交通信号控制系统ITACA (Intelligent Traffic Adaptive Control of Areas)系统。该系统是基于线圈实时收集数据,在计算机模型中仿真实时优化运行,并实时下达交通控制指令,以达到最佳交通控制效果的先进系统。ITACA系统在世界多个城市成功运行,表现优秀,在国内的北京、武汉等城市有小规模应用,近期还将在其它城市大规模使用。ITACA系统控制分为三个等级：第一级为控制中心,它通过区域控制器与路口机相连接。第二级为区域控制器CMY。第三级为路口控制器RMY。ITACA系统有以下主要的特点：

1）每5秒钟就对交通数据进行一次收集和处理。

2）对每个路口都生成相应的参数以区别对待。（系统中有每个路口在整个网络中准确位置,因此系统从每个路口的所有邻近路口都收集信息）3）每过几个周期就根据系统的计算结果对每个子区域的周期长度进行一次调整。

4）每个周期都根据系统的计算结果对每个路口不同灯组的绿灯时间进行分配调整,即绿信比调整。

5）每个周期都根据系统的计算结果对每个路口的周期开始时间进行调整,即相位差调整。

6）可以根据交通专家的经验,对系统进行优化。

ITACA系统的主要应用城市有：西班牙马德里,巴西圣保罗,马来西亚吉隆坡,最我国主要城市有：长春市信号机系统,广西南宁市信号机系统,河南郑州市信号机系统,辽宁抚顺市信号机系统,河南新乡市信号机系统,新疆乌鲁木齐信号机系统,内蒙古鄂尔多斯信号机系统,云南曲靖信号机系统。

二．国内交通信号控制系统：

1．HiCon自适应交通信号控制系统

海信HiCon系统,是世界上正在应用的三大智能交通系统之一。是青岛海信网络科技股份有限公司斥巨资开发的ITS行业交通控制领域高端产品,该产品应用国际领先技术,结合复杂交通特点研发,主要为城市交通提供实时控制的软件及与软件兼容的信号机。

海信自主开发的"HiCon自适应交通信号控制系统",其先进性程度得到智能交通领域专家认可,彻底打破国外大公司在信号控制系统上垄断局面。2005年12月,海信交通信号控制系统以第一名的成绩中标2008奥运城市北京市智能化交通项目, 2006年初,海信交通信号控制系统再次中标北京市快速路交通信号控制项目,对全面改善北京交通状况起到良好促进作用。它的系统特点：系统采用的是NTCIP通信协议,NTCIP作为美国乃至整个北美地区的智能交通系统的标准通信协议,体系完整,通用性与兼容性好。高效、可靠、开放的通讯子系统,保证了内部实时通讯的可靠性、效率、可扩展性；同时,真正实现了系统的开放性；系统接口透明,提供二次开发能力,便于多系统的集成。系统具备良好的故障诊断效用：实时显示路口设备故障状况,并能通过网络实现信号机的远程维护效用。系统采用方案选择与方案生成相结合的实时优化算法。利用先进的预测及降级技术,使得系统对检测器的依赖性大大降低。交通信号机的CPU采用的32位的芯片,控制效用强大。交通信号机能够实现实时倒计时效用。

目前海信城市交通已经成功应用于北京、福州、厦门、青岛、烟台、威海、淄博、龙口等地市。而且完全是我国自主研发的系统。但是由于产生年代不是很长,所以这方面的技术资料并不是很多。

2．深圳smooth交通信号控制系统

深圳的SMOOTH交通信号控制系统是深圳市自主研发的控制系统。SMOOTH系统的技术特点：

1）满足可靠性、灵活性的分布式控制模式

SMOOTH系统采用了成熟的分布式控制模式,系统的控制策略、控制效用由“中央控制管理系统-信号控制机-车辆检测器”分布实施、协同处理完成。分布式控制模式的实现,避免了系统中的局部故障导致全局效用的严重降级,保障了系统的可靠性和安全性。即使中央系统或通信链路发生故障,也仅仅损失了相位差协调的能力,路口级参数的动态优化仍可保持。

2）满足可扩展性、开放性、安全性的三层体系结构

SMOOTH系统采用了先进的三层体系结构,由“数据库主机群-应用服务器群-客户机”组成。三层体系结构的实现,使系统的任务层次明晰,各层内部的扩展不会造成系统结构的不适应甚至崩溃,使系统具备了较强的开放性、互动性和可扩展性。

3）检测器综合分布方案

4）适应我国交通特征的控制策略

综上所述就是国内外交通信号控制系统。交通信号控制系统是智能交通系统(ITS)的一个重要分支.智能交通系统是为了改善交通系统的运行情况,综合运用先进的信息通信、网络、自动控制、交通工程等技术,建立起来的综合交通体系.新理论、新技术的不断涌现,使得人们处理复杂问题的能力得到了极大的提高,也使得交通信号控制系统不断向前发展.未来的交通系统会更安全、更便捷。而我们国家也需要积极研究交通信号控制系统,像海信,smooth这样的系统应该加以扶持与支持。争取早日普及采用自主研发的系统,避免国外垄断现象,并且采用自己的系统也适合中国自己的交通模式。优化渠化交通。实现缓解交通拥堵,道路畅通,提高道路使用效率的目的。

参考文献：

交通信号控制系统的现状与发展对策毕海滨刘玉德、林建龙北京工商大学

中国测控网：深圳智能交通控制系统

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