基于以太网的城市智能交通信号控制系统的研究

湘潭大学

硕士学位论文

基于以太网的城市智能交通信号控制系统的研究

姓名：宋作明

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：黄辉先

20070510

摘 要　

近２０年来，城市交通拥堵、交通事故等一系列交通问题日益严峻，建立适合我国国内交通需求的智能交通控制系统，更好的提高其实时性和可靠性，不仅对整个交通运输系统、而且对人们的生活模式和质量、对社会的可持续发展，都将产生重要影响。　

本文从现代交通管理中以太网应用的技术角度出发，设计并实现了一种新的基于以太网的智能交通信号机。本信号机能够运行内部的固有方案控制交通信号灯，同时可以通过键盘面板对方案进行修改，其突出特点是具备远程监控功能，即信号机能够实时将路口交通方案信息反馈给监控中心并在主控界面显示出来，监控中心可根据路口实际情况对现行交通方案进行修改，通过以太网下传给路口信号机，改善交通流量控制。系统网络通信采用ＴＣＰ／ＩＰ协议实现，可靠性和实时性好，上位计算机控制界面设计仿真实际路口，灵活、直观，实时显示路口实际灯色状态。若对本作品进行深度开发，形成完善的系统，极大提高其可靠性，通过实地运行试验，做好抗干扰及电磁兼容性设计，其将有望向产品化方向推广，因此本系统具有良好的社会意义和巨大的潜在经济效益。　

　同时本文针对城市道路交叉口的交通流特性，对单路口交通信号控制的模型和算法进行研究，建立离散的单路口交通信号多相位实时配时模型，该模型可反映交叉口交通状况的实际需求，同时采用能随交通需求变化而实时变化的加权系数，将交叉口与信号周期时长相关联的两个性能指标转化为单目标函数进行优化处理。为提高模型的计算速度，本文基于人工免疫系统中的克隆选择原理，结合遗传策略中的高斯变异算子，采用新型免疫算法来对交通流进行优化，得到最优控制方案。在Ｍａｔｌａｂ环境下进行仿真实验，仿真结果表明经过免疫算法优化后，与传统方法相比，系统能有效提高交叉路口通行能力，减少车辆延误，尤其在高峰期间能够较好的满足实际问题的需要。　

关键词：智能交通信号机；以太网；ＴＣＰ／ＩＰ协议；远程监控；多相位实时配时模型　；加权系数；免疫算法；交通信号优化控制

ABSTRACT

In recently 20 years, the urban traffic which including justle and accident become worsen and worsen, so designing the Intelligent Traffic control system which adapt to national traffic requirement and improving it’s capability in reliability and real time, will bring important effect not only to all of the traffic system but also to people’s life and social continual development.

From the application of Ethernet technology in modern traffic management, the intelligent traffic signal machine，basing on Ethernet, is designed out. It can control the signal light with its internal project; also the user can modify the project by the control panel. And the outstanding point is that the intelligent traffic signal machine has the function of long-distance stakeout and control. Namely the intelligent traffic signal machine can transmit the real time traffic data to the upper computer and display the data on computer. The upper computer can modify and transmit the traffic data to the signal machine, improving the efficiency of the traffic control. The system realizes the function of communication by the TCP/IP protocol, and the capability is very good in reliability and real time. The control interphones of the upper computer is verisimilitude with the actual crossing, it is also agile and intuitionist, which show the state of the traffic light in the crossing in real time. If doing the experiment more in the locale, and doing the experiment in electromagnetism compatible and design to improve the stability, the intelligent traffic signal machine will have the foreground of being made the product. Thus, the system has better social significance and better latent economy benefit.

At the same time, aim at the specialty of the traffic flow in the urban road crossing, researching the model and arithmetic to the control of the traffic signal in the single crossing, and establishing discrete multiphase real time model which can reflect the actual requirement of the traffic state in the crossing, and make use of the adding authority coefficient which can change along with the actual traffic requirement, combine with the two factor relating with the signal light time of traffic control and transform to the single aim function to optimize. For improving the count speed of the model, based on the clonal selection principle in artificial immune system, and adopted guassion-like mutation in genetic strategy, this paper proposed an immune algorithm to solve the traffic flow optimization problem, and get the

excellent control project. After making the emulation experiment in the Matlab software, the experiment result indicate that the algorithm can effectively improve the passes capability of the vehicle, and reduce the delay time of the vehicle, especially in the traffic flow fastigium after the immune algorithm optimization comparing with the conventional method.

Key Words：The intelligent traffic signal machine;Ethernet; TCP/IP protocol Long-distance stakeout and control; Multiphase real time model; Adding authority coefficient; Immune algorithm; Traffic signal optimization control

湘潭大学

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日

导师签名：日期：年月日

第一章 绪 论

近年来，随着社会经济的发展、城市化进程的加快和机动车辆的迅猛增加，城市交通问题日益严重。在世界各国的城市中导致了交通拥挤、城市污染、能源浪费，交通事故频发等严重的交通问题，特别是进入2l世纪以来，我国小汽车的持有量迅速增加，机动化的趋势已经不可避免，交通供需矛盾的长期性和城市空间、建设资金的有限性决定了不能单纯通过增加交通基础设施来解决这一问题。因此，采用计算机对整个交通网络进行统一协调管理与控制是大势所趋。

英、法等西方发达国家对城市交通控制的研究开始得比较早， 也比较成熟。如英国运输与道路研究所提出的TRANSYT静态控制系统和SCOOT实时控制系统、澳大利亚SCATS实时控制系统、美国RHODES实时控制系统、美国OPAC控制系统和法国PRODYN控制系统等。我国对城市交通控制的研究起步稍晚，基本上是引进国外的交通控制系统。实践证明，这些系统既不能适应我国城市道路的机非混合交通状况，也无法适应我国城市发展智能交通系统的需要。目前我国建成了具有自主知识产权的南京城市交通控制系统(简称NUTCS)，上海交通大学与上海交警总队合作开发了具有90年代水平的自适应交通信号控制系统——SUATS系统，深圳等地也研制了自己的交通控制系统。

1.1 城市交通控制的现状

在目前的城市交通控制中，从控制原理划分可把交通信号控制分为多时段控制、感应控制和自适应控制。其中，多时段控制为开环控制，感应控制和自适应控制为闭环控制。需要指出的是：自适应控制是比感应控制更高级的一种控制方式[45]。

1.1.1 多时段控制

由于城市居民的出行呈现明显的规律性，因此，可以根据典型交通流特点把一天分为几个时段，为每一个时段选择一个最优配时方案，实施多时段控制。最优配时方案可以根据调查的交通数据借助交通分析软件如TRANSYT离线优化获得，也可以是交通管理部门在长期工作实践中总结出来的方案。该控制方式只有在网络交通条件发生重大变化，信号配时方案不能满足要求时，才重新对整个网络进行一次交通量数据采集、处理，进而更新信号配时方案。多时段控制的对象可以是点控，也可以是线控和面控。很显然，多时段控制系统简单、可靠，但不能及时响应交通流的随机变化，因此当交通量数据过时后，控制效果明显下降。目前比较成熟的信号配时和分析软件除TRANSYT外还有：CORSIM、MAXBAND、

PASSER等。

1.1.2 感应控制

感应控制的基本思路是：某相位在绿灯期间，只要检测到有车辆到达就给出一个单位绿延时，否则转到下一个相位。感应控制从实施的方式来看可以分为两种：一种是半感应控制，半感应控制适用于主干道的交通量明显大于次干道交通量，且次干道交通量波动较大的交通路口，将车辆检测器安装在路口次干道上，根据次干道的交通需求进行信号控制，半感应控制的信号配时比较简单，不需要进行复杂的计算，只是恰当地确定主干道最小绿时、次干道的初始绿时、单位绿延时和最大绿时即可。另一种感应控制方式是全感应控制，即在路口的所有入口车道上均安装车辆检测器，各信号相位的绿灯时间由车辆检测器实时检测到的各入口车道上的交通需求来确定，与半感应控制相似，全感应控制的每一信号相位均要设置初始绿时、单位绿延时和最大绿时等参数。

感应控制比多时段控制要优越：它能实时响应交通流的变化。但感应控制方法仍然存在缺陷：感应控制只能检测是否有车辆到达而不关心有多少辆车到达，因此，它无法真正响应各相位的交通需求，也就不能使车辆的总延误最小，并且感应控制往往是对单路口而言的。

1.1.3 自适应控制

（1）SCOOT系统

SCOOT实际上是一个“在线TRANSYT系统”。它通过车辆检测器实时检测交通量数据，利用交通模型(与TRANSYT系统中的模型相同)来优化信号配时参数，并依靠通信网络、信号控制机等硬件设备来实施控制。SCOOT最大特点是将车辆检测器安装在本路口上游路口的出口处，因此，关于本路口的交通模型是一个短期预测模型，具有较高的准确性，该模型除了用于制定配时方案外，还可提供其它信息如：延误、停车次数和阻塞数据，为交通管理和规划服务；SCOOT对绿信比、相位差和周期的优化均通过模型进行。绿信比的优化目标是使各相交通流的最大饱和度尽可能小，同时还考虑各个方向的阻塞情况。相位差的优化是通过周期流量分布图CFP(Cyclic Flow Profiles)进行的，其目标是使延误和停车次数最少，并尽可能减少阻塞；周期的优化每5 min进行一次，SCOOT系统通常将所要控制的整个区域划分为若干相互独立的子区，同一子区内的交叉路口采用相同的信号周期，周期优化的目标是将子区内负荷最高的“关键”路口的饱和度控制在90％，为了照顾子区内低负荷的路口，SCOOT引入双周期制，即低负荷的路口将共用周期的一半作为其周期长度。为了避免信号参数突变对交通流产生的不利影响，SCOOT在优化调整过程中均采用小增量方式。

SCOOT系统的不足是：交通模型的建立需要大量的路网几何尺寸和交通流数据，因而费时费力；绿信比的优化依赖于对饱和度的估算，并且以小步长变化对其进行调整，因此有可能不足以及时响应每个周期的交通需求。

（2）SCATS系统

SCATS采用先进的计算机网络技术，结构呈计算机分层递阶形式，控制中心备有一台监控计算机和一台管理计算机，它们之间有串行数据通讯线路连通，这样管理计算机可以方便地从下层计算机存储器中提取数据，也可方便地把各种运行参数装入这些存储器，地区级的计算机每天都要自动把各种数据送到管理计算机。监控计算机每秒连续地监视和检查所有路口的信号运行、检测器的工作状况。地区级计算机用于分析路口控制器送来的车流数据，确定控制策略，对本区域各路口进行实时控制，并记录各路口控制器出现的问题；同时，地区级计算机还要把收集到的所有数据送到控制中心作为运行记录并用于脱机分析。路口控制器主要是采集分析检测器提供的交通数据，并传送到地区主控制器；同时接受地区主控制器的指令，控制本路口信号，另外还可根据需要自行进行车辆感应控制。在需要的情况下SCATS 能合并相邻地区联合控制，也可允许各路口自主实行车辆感应控制。经悉尼市的对比实验表明：SCATS与TRANSYT相比，在总旅行时间相同的情况下停车次数明显减少。然而SCATS系统有以下几个明显不足：第一，SCATS实际上是一种方案选择系统，限制了配时参数的优化程度；第二，SCATS 过分依赖于计算机硬件，除了PDP系列数字计算机外，无法在其它计算机系统上方便实施；第三，选择相位差方案时，无车流实时信息反馈，可靠性低。

（3）RHODES系统

归纳起来，RHODES系统的主要技术特征有：

①采用一种三层的递阶结构：最底层跟踪交通流在短时间内(40-50 s)的波动，进行路口交通控制；中间层跟踪交通流在较长时间内(200～300 s)的变化趋势，建立路口间的协调约束；最高层跟踪长时期的交通流变化规律，提供与智能运输系统其它模块的接口。

②车辆检测器安装在路口的入口车道处，检测资料既用于预测，也用于预测的检验和校正。

③预测模型也采用三层的递阶结构，分别进行车流量预测、车队预测和路网现有通行能力、旅行时间，以及阻塞情况的预测。

④提出了一种实时自适应公交优先策略——公交绿波带，在路口信号控制中，既考虑公交优先问题，又兼顾了普通交通流的利益，并且，对公交车辆也依据乘客数量以及日常运行表执行情况赋予不同的优先权。

⑤提出了一种新的基于相序和相位长度的路口实时自适应控制策略——相位可控优化；同时提出了一种新的路口间协调实时自适应控制策略——有效绿波带。

当然，RHODES系统也有它的不足之处：没有解决公交车上、下客对其他交通流及其本身所造成的延误的模型化问题，系统最高层优化有待更进一步的研究。

（4）OPAC系统

OPAC是一个分布式实时交通信号控制系统，OPAC系统的主要技术特征有：

①OPAC引入有效定周期(VFC：Virtual Fixed Cycle)的概念，即允许每一个路口的周期长度在一个规定的时间和空间范围内变化。

②OPAC在硬件上为分布式结构，每个路口机由信号控制机和一台586以上的计算机组成，路口机之间可以对等通信，或通过中心计算机通信。中心计算机由2到3台计算机组成。在控制上分为三个层次：最低层在VFC的约束下，对未来的信号配时进行优化；中间层对相位差进行优化；最上层进行信号同步，找出最优的VFC。

③车辆检测器安装在各个车道上游离停车线8-12s车程的地方，便于准确预测车流量、车队行进等数据。

④采用先进的优化方法和控制技术，如动态规划、自校正、自调整算法等。为了保证实时性，采用滑动时间窗方法。

OPAC系统的应用时间较短，控制算法比较复杂，对调试人员的要求较高；另外，其9600bps的通信速率较低，对等通信只能30s完成一次，这对实时性可能会产生影响。

（5）NUTCS系统

NUTCS系统是我国完全国产化自行设计建成的一个城市交通控制系统，适合我国城市混合交通条件及路网密度低、路口间距悬殊的特点。NUTCS系统采用分布式递阶控制结构，分区域控制级和路口控制级两级，预留了三级结构的可能。NUTCS系统使用PASCAL高级语言在MVAX／VMS操作系统上开发系统优化软件、系统控制软件。该系统设置了实时自适应控制、固定配时和无电缆联动控制三种模式，能在特殊情况下设置70条绿波路线。并配备了交通疏导广播、可变情报板，为车辆提供道路交通信息。系统主要技术特征有：

①控制模式：联机实时控制、固定配时、脱机三种。

②系统目标：行车延误、停车次数及阻塞度最小。

③参数特征：绿信比、相位差、周期通过建立优化数学模型计算。

④寻优方法：小步长渐近寻优法。

⑤检测器位置：路口入口车道处。

但在运行中也表现出不足：第一，机动车与非机动车控制模式尚不完善，车流相互影响仍大量存在，限制了系统运行效果；第二，优化目标综合考虑了行车延误、停车次数、阻塞度，但未把提高道路通行能力作为系统目标加以充分考虑。

1.2 工业以太网技术在交通控制中的应用

交通控制是智能交通(ITS)一个最为根本的研究领域。它是一个集计算机技术、通信技术、图像技术、光纤网络等高新技术于一体的综合系统工程。交通控制系统的建立旨在为道路管理部门提供一套具有现代化管理水平的控制系统，为道路使用者提供良好的交通服务，并努力确保车辆的安全和道路交通的顺畅[46]。

无论是城市交通或者高速公路交通，交通控制系统通常都需要了解交通状态，采集实时交通数据和交通图像。以及一些影响交通的环境信息等，作为管理和组织交通的依据：同时又需要将某些诱导交通的信息及时发布给道路使用者，调节交通变化；有时还需要对某些违章行为进行记录、处罚，以维护交通秩序，形成自觉遵守交通法规的社会氛围。因此交通控制系统主要由信息采集、信息发布、信息传输等环节组成。

通常信息采集主要有交通流数据、交通图像、气象环境条件、紧急电话求助以及违章信息等，信息发布有各种功能规格的可变信息板、告示牌以及公共广播、电视媒体、Internet等；信息传输则是交通控制系统实现上述各种信息传输的通信途径。

1.2.1 信息传输网络结构

对于城市道路或者高速公路的交通控制信息传输网络，通常根据不同的区域和信息汇集层次，而分成不同的传输结构层次。对城市某区域路网或者一条高速公路而言，通常设置干线层、接入层和信息传输层三层结构。干线层完成最上层控制中心之间的信息传输，接入层完成工程范围内各个区域之间(即各个信息汇集点之间)的信息传输，信息传输层则完成各个外场设备向所属的信息汇集点的信息传输。在实际工程中根据工程规模的大小，传输网络结构层次可适当增减。

处于不同网络层次的设备等级，规模以及设备要求也各不相同。对于多层结构若能采用相同的通信制式，则有利于系统各个层次之间的良好兼容，方便系统维护和网络管理。

1.2.2 工业以太网技术

以太网是IEEE802.3所支持的局域网标准，按照国际标准化组织开放系统互连参考模型(ISO/OSI)的7层结构，以太网标准只定义了数据链路层和物理层，作为一个完整的通信系统。它需要高层协议的支持。在A2PARNET制定了TCP/IP 高层通信协议．并把以太网作为其数据链路和物理层的协议之后，以太网便和TCP/IP紧密地捆绑在一起了。以后，由于国际互连网采用了以太网和TCP/IP协议，人们甚至把如超文本连接HTTP等TCP/IP协议组放在一起，俗称为以太网技术。

所谓工业以太网，是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性等方面能满足工业现场的需要。简言之，工业以太网是将以太网应用于工业控制和管理的局域网技术。

1.2.3 网络技术在智能交通系统中的应用

网络技术在智能交通系统中有广泛的应用，如城市的交通指挥中心，以及全国的交通计算机网络。2002年为止已经有161个城市建成了交通指挥中心并实

现了交通信号区域控制或线控，全国公安计算机网络（PSnet）从1984年开始组建，经历了X.25网、DECNET网、发展到现在的TCP/IP网（目前是TCP/IP与DECNET 共存）。

1.3 论文研究内容与结构编排

（1）在校级跨学科博士基金项目的资助下，本人独立设计了一套智能交通信号机系统，硬件电路主要包括：主控板电路、人机接口电路、TCP/IP通信接口电路、感应接口电路、功率驱动电路。软件设计主要包括：系统主程序设计、核心处理程序设计、TCP/IP通信处理程序、各中断子程序和各控制模式子程序设计。该系统具有单点控制的所有控制模式，突出点是具备远程监控功能，即信号机能够实时将路口交通方案信息反馈给监控中心并在主控界面显示出来，监控中心可根据路口实际情况对现行交通方案进行修改，通过以太网下传给路口信号机，改善交通流量控制。实验表明：该系统运行稳定。若对本作品进行深度开发，形成完善的系统，极大提高其可靠性，通过实地运行试验，做好抗干扰及电磁兼容性设计，其将有望向产品化方向推广。

（2）在建立离散的单路口交通信号多相位实时配时模型基础上，采用能随交通需求变化而实时变化的加权系数，将交叉口与交通信号周期时长相关联的性能指标转化为单目标函数优化处理。同时基于人工免疫系统中的克隆选择原理，结合遗传策略中的高斯变异算子,采用新型免疫算法来对交通流进行优化，在Matlab环境下进行仿真实验，仿真结果表明，本文提出的改进型单路口多相位离散交通信号实时配时模型与Webster 公式所得的信号配时相比, 本模型可根据交叉口交通需求的变化实时改变，尤其在高峰期间能够较好地满足实际问题的需要。

论文各章节的内容如下：第二章介绍了城市交通控制基本理论，第三章介绍了智能交通信号机系统的设计，第四章介绍了基于免疫算法的单交叉路口交通信号优化控制研究，第五章论文总结与展望。

第二章 城市交通控制基本理论

作为交通工程学理论基础的交通流理论是运用物理学和数学的方法来描述交通特性的一门边缘科学，它研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，使我们能更好的理解交通现象及其本质，并使城市道路与公路的规划设计和营运管理发挥最大功效[10]。

解决交通路口的交通流冲突可以从两个方面进行考虑，一是：从空间上将相互冲突的车流分开，这就需要修建立交桥、专用车道、行人过街天桥；二是：从时间上将相互冲突的车流量分开，就是要设置交通信号灯及控制机，通过对信号灯的配时与配色给不同时刻、不同交通需求给予不同的通行权，将相互冲突的车流分离开。由于城市道路平面交叉的特点，信号控制要妥善解决各方向车流的优化控制，特别是街道网络交通控制的复杂性，再加上行人和自行车交通的混合，使我国城市交通控制问题显得更加复杂。

2.1 交通流基本理论

交通流运行状态的定性、定量特征称为交通流特性，用以描述交通流特性的一些物理量称为交通流参数，参数的变化规律即反映了交通流的基本性质。交通流的基本参数有三个[10]：交通流量、速度和密度，也称为交通流三要素。交通流的基本理论有交通流的统计分布特性、跟驰理论、排队论和流体动力学模拟理论等。

2.1.1 交通流的基本参数及相互之间的基本关系

（1）表征交通特性的三个基本参数分别是：交通量(,)q x t 、车流密度),(t x ρ、和空间平均车速(,)v x t 。现对这三个参数作如下定义：

定义2.1 交通量),(t x q ：是指在单位时间t 内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数，单位为辆/小时（/veh h ）。

通常取某一时间段内平均值作为该时间段内的交通量，如式(2.1)所示。

∑==n i i q n t x q 1

1),( (2.1) 式中：

i q ── 规定时间段内的交通量

n ── 时间段数

定义2.2 车流密度),(t x ρ：是指在x 点处，在t 时刻，每车道单位长度道路

上拥有的车辆数，单位是辆/千米（/veh km ）。如式(2.2)所示。

L

N t x =

),(ρ (2.2) 式中： ),(t x ρ── 车流密度（/veh km ）

N ── 路段内的车辆数（veh）

L ── 路段长度(km)

定义2.3 空间平均车速),(t x v ：指在t 时刻，在x 点附近车辆速度的平均值称为空间平均速度，单位为h km /。即是指在某一特定瞬间，行驶于道路某一特定长度内全部车辆的车速分布平均值。当观测长度一定时，其数值为车速观测值的调和平均值，如式(2.3)所示。

∑∑====n i i

n i i t nL v n t x v 11111

),( (2.3) 式中：

L ── 路段长度

i t ── 第i 辆车的行驶时间

n ── 行驶于长度为L 路段上车辆数

i v ── 第i 辆车的行驶速度

),(t x v ── 区间平均速度

（2）三参数的基本关系

根据上述定义及实际测量结果，人们发现：当车流均匀、车种单一时，三个量之间符合下面关系[4]：

),(),(),(t x v t x t x q ρ= (2.4)

①速度与密度的关系

当道路上的车辆增多、密度增大时，驾驶员被迫降低车速；而当车流密度变小时，驾驶员又可选择较大的车速行驶。经过长期研究，人们发现，速度随密度的增加呈现单调下降趋势。经过实验研究，格林希尔兹（Greenshields）于1933年提出了ρ?v 线性关系模型，如式(2.5)所示：

)1(jam f v v ρρ

?= (2.5)

其v ρ?曲线如图2.1。当0ρ=时，车辆间距可看为∞，驾驶员可选择按自由速度f v 行驶，不存在车辆间的相互影响，当密度增加到极限值，即车流被完全堵塞时，jam ρρ=，车速显然为0。

当交通密度很大时，可以采用格林柏（Greenberg）1959年提出的对数模型：

ln()m jam v v ρρ= (2.6)

当交通密度很小时，可以采用安特伍徳（Underwood）1961年提出的指数模型[8][9]：

exp()f m v v ρρ=? (2.7) ②流量与密度的关系

根据ρ?v 特性及式(2-4)，可以得到ρ?q 关系模型，如式(2.8)所示：

)(2

jam

f v q ρρρ?= (2.8) 令0=ρ

d dq ，求得最大流量为 f jam v q ρ4

1max =

(2.9) 及 2/jam cr ρρ= (2.10)

图(2.2)中为q ρ?关系曲线。显然，可以看出：一定存在一个临界密度cr ρ与流量最大值max q 相对应。在区间[0,cr

ρ]内，当ρ增大时，v 有所下降，结果q 增大，这是正常运行状态；在区间[jam cr ρρ,]内，当ρ增大时，v 显著降低，结果q 减少，最终出现交通堵塞。

③流量与速度的关系

流量与速度的关系，如式（2.11）所示：

(2f

f v v v k q ?= （2.11） 流量与速度的关系曲线如图2.3所示。从图中可以看出，通常速度随流量增加而降低，直至达到最大通行能力的流量m q 为止。曲线在拥挤部分，流量和速度都降低。点A、B、C、D 和E，相当于流量─密度和速度─密度曲线上同样的

f v ρ o 图2.1 速度与密度曲线图

点。从原点E 到曲线上点的斜率表示那一点密度的倒数k

1。流量─速度曲线点C 上面的部分表示不拥挤的情况；而曲线C 点下面的部分表示拥挤的情况。

图2.3 流量─速度关系图

2.1.2 交通流的统计分布特性

交通流的到达在某种程度上具有随机性，描述这种随机性的统计规律有两种方法。一种是以概率论中的离散型分布为工具，考察在一段固定长度的时间内到达某场所的交通数量的波动性；另一种是以概率论中的连续型分布为工具，研究上述事件发生的间隔时间的统计特性，如车头距的概率分布。在交通工程中，离散型分布有时亦称计数分布；连续型分布根据使用场合的不同而有不同的名称，如间隔分布、车头时距和可穿越空挡分布等等。通过大量的交通观测，交通流在一定的观测周期中到达的车辆数服从泊松分布、二项分布、负二项分布等离散型分布；连续分布则有负指数分布、移位指数分布和韦布尔分布等[10]。本文只重

q m ax q 图2.2 p q ?曲线图 cr f v m (Veh/h)

m v E

点介绍泊松分布和二项分布。

（1）泊松分布

适用于完全随机现象，如车流密度不大、车流间互相影响小、其它外界干扰因素也不多的情况。此时车流中的车辆不是连续不断地到达某断面，而是数量不等地随机到达，驾驶员调节车速的余地大。泊松分布表示如式(2.12)所示：

()!k e t k e M p t

k

M k k ????=λλ＝！ (2.12) 式中：

k P －在计数间隔(观测周期)时间内到达某观测断面处有k 辆车的概率； λ— 车辆平均到达率(pcu s )；

t — 观测周期，即每个计数间隔持续的时间(s )；

e — 自然对数底；

t M ?=λ— 泊松分布参数。

泊松分布的均值和方差都等于t λ。用泊松分布拟合观测数据时，参数m 按下式计算：

11g j j j k g j j f k p f

====∑∑观测的总车辆数总计间隔数

(2.13) 式中：

g —— 观测数据的分组数；

j f ——计数间隔t 内到达j k 辆车这一事件发生的次（频）数； j k ——计数间隔t 内到达数或各组的中值。

（2）二项分布 适用于车辆比较拥挤，自由行驶机会不多的车流，表示如式(2-14)所示：

()(1);0,1,2,n n k k k t

t

P C k n n n λλ?=?= (2.14)

式中：

k P — 在计数间隔，时间内到达某观测断面处有k 辆车的概率；

λ— 车辆平均到达率(pcu s )；

t — 观测周期，即每个计数间隔持续的时间(s )；

n — 正整数。

若/p t n λ=，则于二项分布如下式所示：

(1);0,1,2,k k n k k n P C p k n p ?=?= (2.15)

式中01p <<，n ,p 常称为分布参数。由概率论可知，对于二项分布，其均值为np ，方差为(1)np p ?。

2.1.3 排队论

排队论是研究“服务”系统因“需求”而产生等待行列（即排队）的现象，以及合理协调“需求”与“服务”关系的一种数学理论，是运筹学中以概率论为基础的一门重要分支，亦称“随机服务系统理论”[12]。

排队系统由三部分组成：输入过程、排队规则和服务方式。输入过程是指车辆到达的规律，包括定长输入、泊松分布和爱尔朗分布。

（1）单通道排队服务系统（M/M/1）

M/M/1系统表示输入过程服从泊松分布，服务时间服从负指数分布的单通道服务系统模型，按照先到先服务的形式。

设平均到达率为λ，服务台的平均服务率为μ，则到达的平均时距为1/λ，平均接受服务的时间为1/μ。比率/ρλμ=称为交通强度或叫利用系数。由此可确定不同“顾客”数的各种服务状态的性质。如果1ρ<，并且时间充分，就不会产生排队或排队会逐渐消失；如果1ρ≥，排队会保持原长或越来越长。所以要保持单通道排队能逐渐消失的必要条件是λμ<。单通道的计算公式有： 在系统中顾客的平均排队长度：

22

()1g μρμμλρ

==?? (2.16) 排队系统中的平均消散时间：

1d μλ

=? (2.17) 排队的平均等待时间：

1()W d λμμλμ

==?? (2.18) 2.1.4 跟驰理论

跟驰理论最早是由Pappis 于1953年提出的，它是运用动力学方法处理单车道上无超车现象时车队行驶前后车辆跟随的一种数学模型[12]。车辆跟驰行驶是车队行驶过程中一种很重要的现象，对其研究有助于理解交通流的特性。

（1）跟驰特性分析

图2.4 单车道排队服务系统（M/M/1）

当道路上行驶的一队高密度车流，车间距离不大，后车速度受到前车速度的制约，驾驶员必须按前车动态采用相应的车速，车流处于非自由行驶状态。非自由行驶的车队有如下特性：

①制约性

在同一车道上的车队中，后车跟前车行驶时一般不愿意落后很多距离，而是紧跟前车，这就叫“紧随要求”。这时，为保证安全，跟车必须满足后车速度不得较长时间大于前车速度和车间必须保持安全间距二个条件。即前车车速制约着后车车速和车间距。

②延迟性

由车队具有制约性知，前车的速度快慢影响到后车的行驶状态。但前车加减速或刹车时不可能要求后车同时加减速或刹车，而是前车改变运动状态后，后车延缓一瞬间才能相应改变运动状态，这就称为延迟性，它包括四个阶段：

感觉阶段：发现前车有状态改变；

认识阶段：知道前车是何种改变；

判断阶段：本车应采取何种措施的判定；

执行阶段：产生有效的改变本身运动状态的动作。

上述四个阶段需要的总时间称为“反应时间”。假定反应时间为T ,前车在t 时刻动作，后车就要到()T t +时刻才能做出相应的动作，后车延缓了T 时间。

③传递性

由于存在制约和延迟性，整个车队的相邻车辆都具有这种特性，且逐个向后影响，产生传递效应。这种传递性不是平滑连续的，而是脉冲式间断连续的。

（2）跟驰模型

跟驰模型[18]是一种刺激－反应的的关系式，一个驾驶员所接受的刺激是指其前方导引车的加速和减速以及随之而发生的这两辆车之间的速度和车间距离的变化。驾驶员对刺激的反应是指根据前车所做的加速或减速运动而对后车进行

d

()t n 车停

1n + n 图2.5 线性跟驰模型示意图

的相应操纵及其效果。假设()t T +为反应时刻，则()t T +时刻的反应＝灵敏度×t 时刻的刺激。()t T +时刻在后车做出的动作变化时刻。灵敏度是与车间距有关的参数，t 时刻的刺激是一种运动状态的特征值。假设驾驶员保持本车与前车的距离为()S t ，驾驶员的反应时间为T ，在反应时间内车速不变，这前后两辆车在t 时刻的如图2.5上半部分所示，图中n 为前导车，1n +为跟随车。两车在刹车操作后的相对位置如图2.5下半部分所示。

图中的符号：

)(t X n ──在t 时刻前车n 的位置；

)(1t X n +──在t 时刻后随车)1(+n 的位置；

)(t S ──在t 时刻前车n 与后随车)1(+n 的车头距，

)()()(1t X t X t S n n +?=

（2.19） 1d ──后随车)1(+n 在反应时间T 内行驶的距离，

)()(111t V T t X T d n n ++?

?=?=

（2.20） 2d ──后随车)1(+n 在减速时间内行驶的距离，

)

(2)]([12

12T t V T t V d n n ++=+?

+

（2.21） 3d ──前车的刹车距离，

)

(2)]([2

3t V t V d n n ?=

（2.22） 若前后两车的减速制动距离相等)(32d d =,则

L d t X t X t S n n +=?=+11)()()(

（2.23） 即：

L T t X T t S n ++?=+?

)()(1

（2.24） 上式对t 微分，得：

)()()(11T t X T t X t X n n n +?=?+?

?+?

（2.25） 或： )]()([1

)(11t X t X T T t X n n n +?

?+?

??=+

（2.26）

式中：

L ── 完全停车后，前后两车的车头距；

)(1T t X n ++?

── 后随车在)(T t +时刻加速度，称为后随车反应；

T 1

── 敏感度或称为灵敏度；

)()(1t X t X n n +?

??── t 时刻的刺激，又叫前后两车在t 时刻的速度差。 跟车模型可描述如下： 反应＝灵敏度×刺激

因为式（2.26）是由一系列假设条件而得出的公式，实际上情况很复杂，因而将该式修改为：

)]()([)(11t X t X T t X n n n +??+???=+α （2.27） 这时T 1由α代替，而T

1与α物理意义不完全相同，α称为反应强度。 2.2 交通信号控制的基本概念

交通信号控制是指以交通信号控制模型为基础，通过合理控制路口信号灯灯色变化，达到减少交通拥挤与堵塞、保证城市道路通畅和避免发生交通事故的目的。交通信号控制模型是用数学函数表达式来描述交通性能指标(例如延误时间、停车次数等)随交通信号控制参数(信号周期、绿信比和相位差)变化的表达式。交通信号控制模型是交通信号控制理论的研究对象，也是交通工程学科赖以生存和发展的基础。下面简要介绍交通信号控制将涉及到的一些基本概念：

2.2.1交通信号控制的基本参数

一般来说，在交通控制中至少有周期C 、绿信比λ和相位差os t 这三个基本的参数可以由信号机来直接控制，除此之外和交通信号控制有关的参数还包括步长L 、饱和流量S 、饱和度X 和通行能力c q 。

（1）相位

在交通控制中，为了避免平面交叉路口上各个方向交通流之间的冲突，通常采用分时通行的方法，即在一个周期的某一个时间段，交叉口上某一支或几支交通流具有通行权（即该方向上的信号灯为绿色）。在一个周期内，平面交叉口上某一支或几支交通流所获得的通行权称为信号相位，简称相(位)；一个周期内有几个信号相位，则称该系统为几相位系统。

可以用有向线段表示相位，有向线段的箭头方向与车辆运动方向一致。若一个灯控路口为4相位系统，第1相位东西向交通流直行，第2相位东西向交通流左转，第3 相位南北向交通流直行，第4相位南北向交通流左转，而所有右转向交通流均不予控制，其交通运行图如图2.6所示。

（2）相位差

相位差是对两个路口同一信号相位而言的。例如一条东西走向的大街上有两个相邻的交叉路口，交通信号周期相等，它们同一相位（例如东西直行绿灯）起始时间之差就是该两路口东西直行信号的相位差。

相位差是交通干线协调控制系统中的一个重要概念，相位差分为绝对相位差

智能交通信号灯控制系统设计

智能交通信号灯控制系 统设计 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

智能交通信号灯控制系统设计 摘要：本文对交通灯控制系统进行了研究，通过分析交通规则和交通灯的工作原理，给出了交通灯控制系统的设计方案。本系统是以89C51单片机为核心器件，采用双机容错技术，硬件实现了红绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左、右转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。 关键词：交通灯；单片机；双机容错 0 引言 近年来随着机动车辆发展迅速，给城市交通带来巨大压力，城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，特别是街道各十字路口，更是成为交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”。为保证交通安全，防止交通阻塞，使城市交通井然有序，交通信号灯在大多数城市得到了广泛应用。而且随着计算机技术、自动控制技术和人工智能技术的不断发展，城市交通的智能控制也有了良好的技术基础，使各种交通方案实现的可能性大大提高。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本文设计的交通灯管理系统在实现了现代交通灯系统的基本功能的基础上，增加了容错处理技术（双机容错）、左右转提示和紧急情况（重要车队通过、急救车通过等）发生时手动控制等功能，增强了系统的安全性和可控性。 1 系统硬件电路的设计 该智能交通灯控制系统采用模块化设计兼用双机容错技术，以单片机89C51为控制核心，采用双机容错机制，结合通行灯输出控制显示模块、时间显示模块、手动模块以及电源、复位等功能模块。现就主要的硬件模块电路进行说明。 主控制系统 在介绍主控制系统之前，先对交通规则进行分析。设计中暂不考虑人行道和主干道差别，对一个双向六车道的十字路口进行分析，共确定了9种交通灯状态，其中状态0为系统上电初始化后的所有交通灯初试状态，为全部亮红灯，进入正常工作阶段后有8个状态，大致分为南北直行，南北左右转，东西直行，与东西左右转四个主要状态，及黄灯过渡的辅助状态。主控制器采用89C51单片机。单片机的P0口和P2口分别用于控制南北和东西的通行灯。 本文的创新之处在于采用了双机容错技术，很大程度上增强了系统的可靠性。容错技术以冗余为实质，针对错误频次较高的功能模块进行备份或者决策机制处理。但当无法查知运行系统最易出错的功能，或者系统对整体运行的可靠性要求很高时，双机容错技术则是不二选择。 双机容错从本质上讲，可以认为备置了两台结构与功能相同的控制机，一台正常工作，一台备用待命。传统的双机容错的示意图如图1所示，中U1和U2单元的软硬件结构完全相同。如有必要，在设计各单元时，通过采用自诊断技术、软件陷阱或Watch dog等系统自行恢复措施可使单元可靠性达到最大限度的提高。其关键部位为检测转换（切换）电路。 图 1 传统双机容硬件错示意图

交通信号控制系统方案

交通信号 控制系统（ATC）设计方案 x x x x有限责任公司

目录 1.概述 (1) 1.1系统简介 (1) 1.2设计原则 (2) 1.3系统设计依据及执行标准 (4) 2．总体设计方案 (6) 2.1控制系统总体功能 (6) 2.2通信系统总体结构 (6) 2.3通信系统主要优势 (8) 3.详细设计方案 (9) 3.1监测点设备 (9) 3.1.1设备功能描述 (9) 3.1.2监测点设备组成、结构及特点 (9) 3.2防雷保护及安全设计 (14) 3.3详细设备说明 (15) 3.3.1高清晰摄像机 (15) 3.3.2标清视频检测 (15) 3.3.3补光设备 (15) 3.3.4嵌入式存储 (15) 3.3.5 GOE210千兆工业以太网交换机 (15) 3.3.6 POE工业以太网光纤收发器 (17) 3.4系统典型配置清单 (18)

1.概述 城市发展交通智能信号灯，减少道路拥堵，最终达到智能化区域交通信号控制系统。智能交通信号灯迎合实现绿色经济的时代潮流，为了解决这个问题，提出智能交通信号灯及网络技术，会根据路口车辆多少，自动调节时间，可减少等候时间在75%以上，从而大大节省了人们的出行时间，减少了路口的无效等候，使出行更快捷。 在智能交通系统中，以往的常规摄像机是对所有通过该地点的机动车辆的车牌进行拍摄、记录与处理。由于受到图像采集设备分辨率的制约，图片仅能反映出车型、车身颜色、车牌号码等简单信息。公安执法部门对部分治安案件、交通肇事案件的取证要求上，希望能掌握更详细更清楚的资料，如驾驶员的面貌特征、车内驾驶室的情况、清晰的车辆信息、货车的装载情况。采用高清晰摄像机做前端采集，可以实现所抓拍的图像中用肉眼清楚地分辨：车辆的颜色、特征、车牌的号码、车牌颜色、司乘人员的面部特征。 如此一来智能化同时也带来了网络数据流量的剧增，对网络通信的可靠传输提出了更高的要求。工业以太网交换机在区域交通信号控制系统网络中稳定性、高可靠性、高安全性成为关键中的关键。 1.1系统简介 区域交通信号控制系统(ATC) 智能化区域交通信号控制系统采用百万像素的数字化网络摄像机（1600×1200 CCD传感器），一台摄像机覆盖两条车道，准确抓拍正常行驶、压线行驶、并行通过的车辆，并自动识别车牌号码，抓拍的车辆图片可清晰地显示车辆特征及前排司乘人员的面部特征。摄像机工作于外触发方式，通过视频分析、环形线圈或者窄波雷达检测通过车辆，在抓拍车辆的同时可获取车辆的行驶速度。两条车道共用一台高清数字摄像机的方式在保障系统性能的前提下，大大降低了系统成本。

交通信号控制系统解决实施方案

交通信号控制系统解决方案 1概述 交通信号控制系统，是智能交通系统（ITS）在交通管理工作中的基本应用，也是城市智能交通管控系统中最直接、最基础的应用系统。通过建设信号控制系统，实现信号路口联网远程控制、交通流量的采集、路口自适应控制、绿波协调控制以及区域的自适应控制，有效减少车辆的停车次数，节省旅行时间；后台实时调整信号配时，采取多时段控制方式，必要时，可通过智能交通管理中心人工干预，直接控制路口交通信号机执行指定相位，有效的疏导交通，减少行车延误，提高通行能力，缓解日益严峻的城区道路交通拥堵压力，提高城区交通综合管理能力，减少汽车尾气排放，美化环境，提升城区形象。 2系统结构设计 系统结构划分为3级：分别为中心控制级设备、区域控制级设备以及路口控制级设备。交通信号控制系统设备主要包括中心设备、前段设备和通信设备。

（1）中心控制级设备 中心控制级设备作用主要是： ?监控整个系统的运行。 ?协调区域控制级的运行。 ?具备区域控制级的所有功能。（2）区域控制级设备 区域控制级设备作用主要是： ?监控受控区域的运行。

?对路口交通信号进行协调控制。 ?对路口交通信号机的工作状态和故障情况进行监视。 ?通过人机回话对路口交通信号机进行人工干预。 ?监视和控制区域级外部设备的运行。 ?进行交通流量统计处理。 （3）路口控制级设备 路口控制级设备即信号机，其作用主要是： ?控制路口交通信号灯。 ?接收处理来自车辆检测器的交通流信息，并定时向区域计算机发送。 ?接收处理来自区域计算机的命令，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息。 ?具有单点优化能力。 3系统功能设计 3.1基础功能 （1）区域自适应控制 系统以控制子区作为基本控制单元，综合考虑子区内的交通运行状态（如交通阻塞、交通拥挤、交通顺畅）、交叉口的关联性大小、交叉口的实际交通量，确定公共信号周期与相位差的决策模型，并运用智能优化算法实时优化子区协调控制配时参数，实现控制子区交叉口的协调控制功能。 系统的区域交叉口协调控制能够确保控制区域内的交通流时刻处于最佳运行状态，相邻交叉口之间协调方向的行驶车流可以获得尽可能不停顿的通行权，大大降低车辆在交叉口频繁加减速所产生的交通污染，减少区域交通总的车辆燃油

智能交通信号灯控制系统设计

编号: 毕业论文(设计) 题目智能交通信号灯控制系统设计 指导教师xxx 学生姓名杨红宇 学号201321501077 专业交通运输 教学单位德州学院汽车工程系（盖章） 二O一五年五月十日

德州学院毕业论文（设计）中期检查表

目 录 1 绪论............................................................................................................................ 1 1.1交通信号灯简介...................................................................................................... 1 1.1.1 交通信号灯概述.................................................................................................. 1 1.1. 2 交通信号灯的发展现状...................................................................................... 1 1.2 本课题研究的背景、目的和意义 ......................................................................... 1 1. 3 国内外的研究现状 ................................................................................................. 1 2 智能交通信号灯系统总设计.................................................................................... 2 2.1 单片机智能交通信号灯通行方案设计 ................................................................. 2 2.2 功能要求 ............................................................................... 错误！未定义书签。 3 系统硬件组成............................................................................................................ 4 4 系统软件程序设计.................................................................................................... 5 5 结论和展望................................................................................................................ 6 参考文献...................................................................................... 错误！未定义书签。 杨红宇 要： 但是传统的交通信号灯不已经不能满足于现代日益增长的交通压力，这些缺点体现在：红绿 以及车流量检测装置来实现交通信号灯的自控制，随着车流量来改变红绿灯1 绪论 1.1 1.1.1 为现代生活中必不可少的一部分。

我国城市交通信号控制现状与发展

我国城市交通信号控制的现状与发展 二零一二年四月

本论文的背景和意义 背景：我国近年城市交通信号控制的情况 意义：1、减少交通事故，增加交通安全。 2、缓和交通拥挤、堵塞，提高运行效率。 3、节约能耗，降低车辆对环境的污染。 本论文的主要内容 分析我国城市交通信号控制的现状、存在问题以及发展趋势。 本论文的结构安排 本论文主要分为两大部分： 第一部：分分析我国交通信号控制的现状以及存在问题； 1、我国城市交通状况 2、城市交通信号控制系统应用现状 3、国内交通信号控制系统问题分析 第二部分：分析我过交通信号控制的发展趋势。 1、交通系统的发展历程 2、我国一些城市的发展计划和目标

正文 第一部分：分析我国交通信号控制的现状以及存在问题 1、我国城市交通状况 我国城市交通面临的总体形势：城市化势头迅猛、机动车拥有量增长迅速、道路交通基础设施落后、交通结构和路网结构不尽合理、市民的交通法规意识和交通安全常识缺乏，交通管理措施不完善、管理效率低下、城市交通拥挤严重、社会消耗巨大、交通事故多发、汽车废气对城市环境污染严重。因此，在对我国城市交通目前的状况进行全面把握和详细解剖的基础上，探索解决我国城市交通问题行之有效的办法，展望城市道路交通的发展趋势和特点，探讨适合我国城市道路交通特点的道路交通管理发展战略，具有重要意义。而交通控制实际上属于交通管理的范畴，交通控制是交通管理的某一表现方式。 将城市道路互相连起来构成道路交通网的城市道路平面交叉口，是造成车流中断、事故增多、延误严重的问题所在，是城市交通运输的瓶颈。交叉口的通行能力又是决定道路通行能力的关键所在，对城市交通网络的交叉口信号控制系统进行协调优化控制，对提高道路通行能力和服务水平具有重要意义。 2、城市交通信号控制系统应用现状 交通控制的发展经历了点控、线控和面控3个阶段。把控制对象区域内全部交通信号的控制作为一个交通控制中心管理下的整体控制系统，是单点信号、干线信号和网络信号系统的综合控制系统。 随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断完善，交通运输组织与优化理论的不断提高，世界上出现了多种城市交通信号控制系统——澳大利亚的SCATS系统、加拿大的RTOP系统、英国的TRANSYT系统和SCOOT系统、美国的UTCS-3GC系统以及ASCOT系统，其中TRANSYT系统、SCOOT系统和SCATS系统正在实践中取得了较好的应用效果，并在世界上很多城市得到广泛应用。 3、国内交通信号控制系统问题分析 上个世纪八十年代至今，北京、上海、天津、沈阳、南宁等中大城市先后引进SCOOT、SCATS、TELVENT等先进的城市交通控制系统，迄今国内已经有30多个城市引进类似系统。本土企业如青岛海信、上海宝康等自1990年后也先后进行了交通信号系统的研发，但总体的技术指标和应用范围与国外系统仍有一定差距。 交通信号系统建设工程是一项投资大、周期长和社会公益性强的系统工程，但目前无论是建设中国本土系统还是引进国外先进系统，许多城市建成后投入应用的城市交通信号系统普遍存在效能发挥不佳、使用不方便、经济效益差等问题，究其原因，排除系统产品本身的质量和功能因素外主要涉及一下几个方面： 1、轻视前期调查。交通调查和基于交通调查数据的交通工程设计是交通信号系 统是否个性化、适应性和效能发挥的关键性工作。遗憾的是，相对信号配时设计，中国内陆城市交通管理者和系统设计施工者对设计前期的交通现场调查、交通流组织、交通流量等分析工作普遍认识不足、重视不够。对交通调查的方法、内容、时间和数据分析缺乏针对性和系统性，导致受控区域的交

新型智能交通信号控制系统(终)

新型智能交通信号控制系统 报名号：BS2011-B241设计者：GARDING指导教师：匿名 摘要：本作品针对当前日益严重的交通拥堵问题，以EXP-89S51单片机为核心，设计出了一种新型智能交通信号控制系统，实现了对交通信号灯的实时智能控制。该新型控制系统在控制方案上采用了我们自主设计的新型两级模糊控制方案，该方案是一种同时具有自适应控制、分级模糊控制、相位繁忙优先和准确显时等优势的控制方案，更适用于实际的交通情况，且已获国家实用新型专利和相关论文已在科技核心期刊《现代电子技术》上发表。在软件设计上，采用了MATLAB和VB进行动态模拟，并与当前正在采用的几种控制方案进行了对比验证，验证了新方案的优越性。在硬件设计上，我们采用了EXP-89S51单片机、SP-MDCE25A 交通灯模组、E-TRY通用板和倒计时LED数码管模块等，并搭建了较好的逼真的外围平台来对其实现更具真实性的实时控制。该作品不论是在创新性、实用性、技术先进性，还是在可靠性、经济性上都具有很强的优势。 关键词：智能交通信号新型两级模糊控制 VB动态模拟 EXP-89S51单片机 1、系统总体方案介绍 1.1自主提出的新型智能交通信号控制的总控制系统原理 我们自主提出的新型智能交通信号控制的总控制系统原理如图1所示： 图1自主提出的新型智能交通信号控制的总控制系统原理图在该系统中，交叉口的交通参数经检测装置检测，将被测参数转换成统一的标准电信号，再经A/D转换器进行模数转换，转换后的数字量通过I/O接口电路送入新型两级模糊控制器再到控制台。 在新型两级模糊控制器和控制台内部，用软件对采集的数据进行处理和计算，然后经数字量输出通道输出。输出的数字量通过D/A转换器转换成模拟量，再经驱动模块对交通情况进行控制，从而实现对交叉口的实时智能交通控制。 1.2 基于EXP-89S51单片机的新型智能交通信号控制系统的总控制系统设计 本系统运用我们的新型两级模糊控制方案，采用了EXP-89S51来控制智能交通系统。系统的整体结构框图如图2所示：

智能交通信号控制系统发展史

智能交通信号控制系统发展史 交通信号是汽车工业发展所带来的产物，凡在道路上用以传达具有法定意义、指挥交通行、止、左、右的手势、声响、灯光等都是交通信号。但目前使用的最为普遍、效果最好的是灯光交通信号。 色灯交通信号控制技术的发展是随着现代科学与汽车技术的发展，汽车数量增长，路口冲突矛盾激化，人们为了安全、迅速通过，不得不将最新的科技成果用以解决路口的交通阻塞问题，从而推动了自动控制技术在交通领域的迅速发展。 1886年伦敦的威斯敏斯特教堂安装了一台红绿两色煤气照明灯，用以指挥路口马车的通行，不幸发生意外爆炸，遭到人们反对而夭折。 1917年美国盐湖城开始使用联动式信号系统，将六个路口作为一个系统，用人工手动方式加以控制。 1918年初纽约街头出现了新的人工手动红黄绿三色信号灯，同现在的信号机基本相似。 1922年美国休斯顿建立了一个同步控制系统，以一个岗亭为中心控制几个路口。 1926年英国伦敦成立了第一台自动交通信号机在大街上使用，可以说是城市交通自动控制信号机的开始。 1928年人们在上述各种信号机的基础上，制成“灵活步进式”适时系统。由于其构造简单、可靠、价廉，很快得到推广普及，以后经不断改进、更新、完善，发展成现在的交通协调控制系统。 在计算机应用方面的发展也很快，先是模拟式电子计算机，1952年美国丹佛市首先安装，经过改进成为“PR”(program register)，在美国发展很快，至1962年已经安装了100多个“PR”系统。以后数字计算机也进入了交通控制领域，1963年多伦多市第一个完成了以数字计算机为核心的城市交通控制系统（UTC系统）。接着西欧、北美、日本很快也建立了改进式的UTC系统。 在软件开发方面，1967年英国运输与道路研究实验室的专家们研制了“TRANSYT”(TRAFFIC NETWORK STUDY TOOL)。它是一个脱机仿真优化的配时程序，应用很广，效果很好。 TRANSYT主要由两部分组成。一部分为仿真模型，其目的使用数学方法模拟车流在交通网上的运行状态，研究交通网配时参数的改变对车流运行的影响，能够对不同配时方案控制下的车流运行参数作出可靠地估算；另一部分为优化，将仿真所得到的性能指标送入优化

交通信号控制系统

1交通信号控制系统概述交通信号控制系统是智能交通管理系统的重要子系统，其主要功能是自动协 1.1调和控制整个控制区域内交通信号灯的配时方案，均衡路网内交通流运行，使停车次数、延误时间及环境污染减至最小，充分发挥道路系统的交通效益。 必要时，可通过控制中心人工干预，直接控制路口信号机执行指定相位，强制疏导交通。 NATS交通信号控制系统用于城市道路交通的控制与管理，可以提高车速、减少延误、减少交通事故、降低能耗和减轻环境污染。 从上个世纪八十年代中期以来，中国电子科技集团公司第二十八研究所就开始了NATS系统和路口交通信号控制机的研制开发。 该系统通过了国家鉴定验收，获得了国家重大科技攻关成果奖、公安部科技进步一等奖和国家科技进步三等奖。 NATS交通信号控制系统特点： 适合中国城市混合交通的特点，具有自行车控制功能；系统支持多种硬件平台（微机、工作站以及大、中、小型计算机），多种软件平台（WINDOWS 98/NT/2000/XP）；支持多种外部设备（动态地图板、室内信息板、室外信息板、违章记录仪…）；支持多种系统互联（电视监视系统、地理信息系统、车辆定位系统、违章捕捉系统、信息管理系统…）；系统配置灵活、裁剪方便；支持远程控制和维护；支持多种通信方式（光缆、电话线、GPRS/CDMA无线通信、城域网…）；系统人机界面友好，显示内容丰富，操作使用方便；与国外同类系统相比，具有很高的性能价格比。 1.2系统结构 1.2.1系统控制应用层结构NATS交通信号控制系统采用三级分布式递阶基本控制结构： 中心控制级，区域控制级，路口控制级（参见下图）。

中心控制级区域控制级1区域控制级2路口控制级路口控制级路口控制级区域控制级N 1.2.2系统基本结构区域监控台动态地图板室内信息板违章捕捉仪区域控制计算机数据通信控制机(光端机)光纤(光端机)(光端机)路口信号机…(光端机)(光端机)路口信号机室外情报板…室外情报板交通信号灯车辆检测器其中： 区域控制计算机监视、控制、协调整个系统的运行，可同时控制128个外部设备，如果外部设备超过128路，可采用多台区域控制计算机。 区域监控台用作交通工程师工作台，实时显示被控区域内的交通状态和信息，下达人机会话命令；数据通信控制机为区域控制计算机与户外设备提供通信通道；路口信号机负责采集、处理、传送交通信息，控制路口信号灯色；环形线圈检测器和微波检测器安装位置可分布在路口或者路段；动态地图板实时显示被控区域内的交通状态。 1.3系统功能 1.3.1系统三级控制功能1）中心控制级监控整个系统的运行；协调区域控制级的运行；具备区域控制级的所有功能。 2）区域控制级监控受控区域的运行；对路口交通信号进行协调控制； 对路口交通信号机的工作状态和故障情况进行监视；通过人机会话对路口交通信号机进行人工干预；监视和控制区域级外部设备的运行；进行交通流量统计处理。 3）路口控制级控制路口交通信号灯；接收处理来自车辆检测器的交通流信息，并定时向区域计算机发送；接收处理来自区域计算机的命令，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息；具有单点优化能力。 4）终端控制为了方便灵活地控制系统，系统可挂接终端控制计算机（工作站），终端控制计算机提供与区域控制计算机完全同样的显示操作功能，终端控制计算机既可以是本地的（如放在管控中心），也可以是远程的（如在任何地方通过公安网进行控制）。 1.

交通信号控制系统方案

交通信号控制系统 1.1项目概述 对当地的简单介绍及交通状况的分析。 1.1.1系统概述 城市交通的管理与控制是智能交通系统的重要组成部分，城市交叉口的通行能力是决定道路通行的关键。交通信号控制系统对城市交叉口进行系统化协调控制，能缓解拥堵区域的交通压力，使交通流量在整个城市范围内的分配趋于合理，能够降低或消除对道路的瓶颈影响，提高道路的通行能力和服务水平。 交通信号控制系统的发展经历了点控、线控和面控3个阶段： （1）每个交叉口的交通控制信号只按照该交叉口的交通情况独立运行，不与其邻近交叉口的控制信号有任何联系的，称为单个交叉口交通控制，也称为单点信号控制，俗称“点控制”。 （2）把干道上若干连续交叉口的交通信号通过一定的方式联结起来，同时对各交叉口设计一种相互协调的配时方案，各交叉口的信号灯按此协调方案联合运行，使车辆通过这些交叉口时，不致经常遇上红灯，称为干道信号联动控制，也叫“绿波”信号控制，俗称“线控制”。 （3）以某个区域中所有信号控制交叉口作为协调控制的对象，称为区域交通信号控制系统，俗称“面控制”。 1.1.2设计目标 交通信号控制系统目标如下： （1）降低交通延误，降低停车次数，提高车速，降低机动车油耗，减少交通污染，改善城市环境； （2）科学控制交通流，最大限度利用现有道路，提高道路的通行能力； （3）使交通有序运动，从而改善交通秩序，有利于交通安全； （4）节省警力，降低交警的劳动强度。 1.1.3设计原则 根据我公司多年来在城市智能交通领域的建设经验，对公安、交通行业业务需求的深入理解，结合我国交通发展的现状，根据信号控制系统设计理论，在设

计过程中秉承以下原则： 1.1.3.1标准化原则 交通信号控制系统严格按照公安部颁布的标准GA47-2002《道路交通信号控制机》和GB/T20999-2007《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》规定的技术要求进行设计，所有数据格式与接口均符合国家标准，并在此基础上加以完善，以适应各地的交通状况。 1.1.3.2先进性原则 采用科学的、主流的、符合发展方向的技术、设备和理念，系统集成化、高清化、网络化、模块化，使系统具有“国内领先，国际先进”的总体水平，能够适应交通控制未来发展的要求。 1.1.3.3实用性原则 系统提供清晰、简洁、友好的中文操作界面，操控简便灵活，易学易用，便于管理和维护，系统具有自动恢复功能，整个系统的操作简单、快捷、环节少，以保证不同的操作者都能熟练操作系统，具有高度友好的界面和使用性。 系统设计、选材、选型符合国家及行业的有关标准，与用户及其上级管理部门的有关规定要求相适应，与用户在经济能力方面实际情况相吻合。 1.1.3.4可靠性原则 交通信号控制系统选用集成度和稳定性高的设备，具有系统自诊断和维护管理功能、远程设备监控、数据备份等功能。室外设备具有耐高温、耐高湿、耐低温，防雷、防尘等特性，保证系统的正常可靠运行。 1.1.3.5安全性原则 交通信号控制系统具有防误操作特性，通过合理的硬件结构设计、有效的外场保护措施以及完善的内部管理机制有效避免系统遭到恶意攻击和数据被非法提取的现象出现，保障系统的信息安全。同时通过数据加密、备份、补录、恢复等措施，提高系统在传输链路故障时的数据完整性及安全性。 1.1.3.6经济性原则 交通信号控制系统的可靠性得到提升，因此系统的维护成本显著下降。采用技术先进的设备，通过最优化的系统集成，设备使用寿命长，系统经济性显著提高。

城市轨道交通信号控制系统的分类与应用

毕业设计中文摘要

目录 1 前言 (1) 2 城市轨道交通信号系统 (1) 2.1 信号定义与实现意义 (1) 2.2 信号的基本分类 (2) 2.3 信号机与行车标志种类 (2) 2.3.1 信号机的基本种类 (3) 2.3.2 行车标志 (3) 2.3.3 信号标志 (4) 2.4 视觉信号的意义 (5) 2.5 手信号的显示方式和意义 (6) 2.6 听觉信号 (9) 3 信号系统的基础 (11) 3.1 联锁的定义 (11) 3.2 进路与道岔 (11) 3.3地铁信号系统 (13) 3.4 车场线信号 (13) 4 信号控制系统在城市轨道交通中的应用 (13) 4.1 城市轨道交通中使用的信号系统 (13) 4.2 城市轨道交通移动闭塞信号系统的通信实现方式 (15) 4.3 信号控制方式及列车运行模式信号控制方式 (16) 4.3.1 ATP列车自动保护系统 (16) 4.3.2 ATO列车自动驾驶系统 (16) 4.3.4 SICAS微机联锁系统 (17) 结论 (19) 致 (20) 参考文献 (21)

1 前言 近年来，在改革开放政策的指导下，我国国民经济发展十分迅速，为了城市轨道运输能力与国民经济发展相适应。就要求足够数量、质量良好的车辆投入到生产运输当中去，才能满足和适应国民经济发展的需要。所以信号控制系统作为最重要的一部分，关乎到效益的今天，不得不重视信号控制系统的作用。稳定而安全是最重要的，信号系统在快速发展的同时，安全这一块也不能忽视，总体来说信号系统还是可以确保列车的安全可靠，但再紧密的机器也会有失误。本文从信号系统的安全可靠性分析，从细小的组成到整体的应用，探讨了信号控制系统。首先介绍了信号系统的组成，信号机、联锁、进路、信号标志等。从而介绍信号控制系统在轨道交通中的应用，三种闭塞的分类，固定闭塞，准移动闭塞，移动闭塞，更加详细介绍了当今通用的无线通信移动闭塞系统。 2 城市轨道交通信号系统 2.1 信号定义与实现意义 定义：所谓信号是指示列车运行与调车工作开展的命令，它传达指挥者的意图，指示列车运行条件，表示有关行车设备的位置和状态等，是行车指挥的一种形式。信号装置就是实现信号含义的专用装置。 基本作用：“信号”的发展同交通运输事业的发展紧密联系，它同运输事业密不可分。 实现意义：由于信号的基本作用的重要性是客观存在的，所以他已经深入和渗透到所有交通运输的行业中，没有信号作为相关的指示和命令，任何交通工具都无法在现代社会现实中实现其功能。 从我们日常生活中经常遇到的，如地面道路交通、地铁、航海运输、航空运输都必须要有统一规的行业公认的信号来确保运转安全和保证它运输能力的发挥。甚至在其他领域都必须用标准的规和命令来实现功能，如先进的信息高速公路同样要有相关的命令和标准规的制约才能实现信息的快速传输。所以，信号是实现和保障交通运输运行的最重要工具与手段。 在整个的运输过程中，有关行车人员必须严格按信号指示的要求执行，任何单位、个人均不得违反，而任何违反都将造成十分严重的后果及无法挽回的损失对信号的基本要求： 各种信号机的灯光排列、颜色、外形尺寸应符合规定的标准。 信号机的显示方式和表达的含义必须统一并且符合规定的要求。 信号机的设置须保持能够进行实时检测、故障警告，为列车运行提供安全保障、正确信息。 在一般情况下，信号机设置在运行线路的右侧，与列车司机的驾驶位置相同，便

智能交通信号灯控制系统设计

智能交通信号灯控制系统设计

智能交通信号灯控制系统设计 摘要：本文对交通灯控制系统进行了研究，通过分析交通规则和交通灯的工作原理，给出了交通灯控制系统的设计方案。本系统是以89C51单片机为核心器件，采用双机容错技术，硬件实现了红绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左、右转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。 关键词：交通灯；单片机；双机容错 0 引言 近年来随着机动车辆发展迅速，给城市交通带来巨大压力，城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，特别是街道各十字路口，更是成为交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”。为保证交通安全，防止交通阻塞，使城市交通井然有序，交通信号灯在大多数城市得到了广泛应用。而且随着计算机技术、自动控制技术和人工智能技术的不断发展，城市交通的智能控制也有了良好的技术基础，使各种交通方案实现的可能性大大提高。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导

的计算机综合管理系统，是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本文设计的交通灯管理系统在实现了现代交通灯系统的基本功能的基础上，增加了容错处理技术（双机容错）、左右转提示和紧急情况（重要车队通过、急救车通过等）发生时手动控制等功能，增强了系统的安全性和可控性。 1 系统硬件电路的设计 该智能交通灯控制系统采用模块化设计兼用双机容错技术，以单片机89C51为控制核心，采用双机容错机制，结合通行灯输出控制显示模块、时间显示模块、手动模块以及电源、复位等功能模块。现就主要的硬件模块电路进行说明。 1.1 主控制系统 在介绍主控制系统之前，先对交通规则进行分析。设计中暂不考虑人行道和主干道差别，对一个双向六车道的十字路口进行分析，共确定了9种交通灯状态，其中状态0为系统上电初始化后的所有交通灯初试状态，为全部亮红灯，进入正常工作阶段后有8个状态，大致分为南北直行，

智能交通信号灯控制系统设计

智能交通信号灯控制系统设计 摘要：本文对交通灯控制系统进行了研究，通过分析交通规则和交通灯的工作原理，给出了交通灯控制系统的设计方案。本系统是以89C51单片机为核心器件，采用双机容错技术，硬件实现了红绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左、右转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。 关键词：交通灯；单片机；双机容错 0 引言 近年来随着机动车辆发展迅速，给城市交通带来巨大压力，城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，特别是街道各十字路口，更是成为交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”。为保证交通安全，防止交通阻塞，使城市交通井然有序，交通信号灯在大多数城市得到了广泛应用。而且随着计算机技术、自动控制技术和人工智能技术的不断发展，城市交通的智能控制也有了良好的技术基础，使各种交通方案实现的可能性大大提高。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本文设计的交通灯管理系统在实现了现代交通灯系统的基本功能的基础上，增加了容错处理技术（双机容错）、左右转提示和紧急情况（重要车队通过、急救车通过等）发生时手动控制等功能，增强了系统的安全性和可控性。 1 系统硬件电路的设计 该智能交通灯控制系统采用模块化设计兼用双机容错技术，以单片机89C51为控制核心，采用双机容错机制，结合通行灯输出控制显示模块、时间显示模块、手动模块以及电源、复位等功能模块。现就主要的硬件模块电路进行说明。 1.1 主控制系统 在介绍主控制系统之前，先对交通规则进行分析。设计中暂不考虑人行道和主干道差别，对一个双向六车道的十字路口进行分析，共确定了9种交通灯状态，其中状态0为系统上电初始化后的所有交通灯初试状态，为全部亮红灯，进入正常工作阶段后有8个状态，大致分为南北直行，南北左右转，东西直行，与东西左右转四个主要状态，及黄灯过渡的辅助状态。主控制器采用89C51单片机。单片机的P0口和P2口分别用于控制南北和东西的通行灯。 本文的创新之处在于采用了双机容错技术，很大程度上增强了系统的可靠性。容错技术以冗余为实质，针对错误频次较高的功能模块进行备份或者决策机制处理。但当无法查知运行系统最易出错的功能，或者系统对整体运行的可靠性要求很高时，双机容错技术则是不二选择。 双机容错从本质上讲，可以认为备置了两台结构与功能相同的控制机，一台正常工作，一台备用待命。传统的双机容错的示意图如图1所示，中U1和U2单元的软硬件结构完全相同。如有必要，在设计各单元时，通过采用自诊断技术、软件陷阱或Watch dog等系统自行恢复措施可使单元可靠性达到最大限度的提高。其关键部位为检测转换（切换）电路。

交通信号控制系统技术方案.doc

交通信号控制系统技术方案 智能交通信号控制系统技术方案目录一、交通信号控制系统综述-3-1.1系统设计原则-3-1.2系统建设依据-5-1.3交通信号控制系统组成-5-二、交通信号控制系统功能指标-8-2.1交通信号控制器-8-2.1.1交通信号控制器功能-8-2.1.2交通信号控制器指标-10-2.2交通信号控制系统-12-2.2.1交通信号控制系统组成-12-2.2.2系统功能-14-2.2.3区域自适应控制-15-三、交通信号远程控制系统-17-3.1详细配置信号机运行数据-17-3.2信号机实时控制-23-3.3信号机运行状态-24-3.4系统故障状态-25-3.5警卫线路-25-3.6实时流量-25-3.7流量查询-26-四、区域自适应优化控制-28-4.1系统控制策略-28-4.1.1单点感应控制-30-4.1.2单点自适应控制-30-4.1.3干道绿波控制-30-4.1.4感应式协调控制-38-4.1.5区域自适应控制-39-4.1.6拥堵控制-42-4.1.7潮汐车道控制-43-4.1.8优先控制-43-4.2路网组态模块-44-4.3参数配置模块-45-五、道路交通信息采集系统-54-5.1系统总体设计-54-5.2信息采集分系统设计-55-5.3交通数据综合处理-57-六、交通信号控制器-59-6.1故障检测-60-6.2防雷措施-61-6.3信号机机箱防护-62-6.4手持式交通信号控制器-62-6.5信号机结构介绍-64-6.7安装说明图-64-6.8信号机实际效果-73-一、交通信号控制系统综述根据城市发展的一般规律，在城市发展与演变过程中，交通工具的增长速度通常远高于城市道路和其他交通设施的增长，在经济快速发展的年代，城市交通往往面临着巨大的压力与挑战。

智能交通控制解决方案

智能交通控制解决方案

智能交通信号控制系统 解 决 方 案

目录 1系统概述 (6) 2系统功能 (7) 3智能交通信号控制系统..... 错误!未定义书签。 3.1系统说明 错误!未定义书签。 3.2路口需求 10 3.3系统特点 10 3.4系统设计 错误!未定义书签。 3.4.1系统硬件拓扑结构 10 3.4.2PL-20-CM系统软件构成 11 3.4.3路口感应控制模式 12 3.4.4行人过街控制 16 3.4.5公车优先感应控制 错误!未定义书签。

3.4.6绿波控制模式 16 3.4.7区域协调控制模式 20 3.4.8特勤控制 22 3.5智能交通信号控制管理软件系统 错误!未定义书签。 3.5.1系统软件的主要功能 22 3.6PL-5D 智能交通信号控制主机 错误!未定义书签。 3.6.1概述 错误!未定义书签。 3.6.2控制主机视图 错误!未定义书签。 3.6.3技术特点 错误!未定义书签。 3.6.4技术指标 错误!未定义书签。 3.6. 4.1主机箱外形尺寸 ......................... 错误!未定义书签。

3.6. 4.2性能及功能说明......................... 错误!未定义书签。 3.6. 4.3一般要求......................... 错误!未定义书签。 3.6. 4.4启动时序......................... 错误!未定义书签。 3.6. 4.5信号转换......................... 错误!未定义书签。 3.6. 4.6控制方式转换......................... 错误!未定义书签。 3.6. 4.7性能参数......................... 错误!未定义书签。

城市道路智能交通信号控制系统

城市道路智能交通信号控制系统 智能交通信号控制系统是城市道路交通管理系统中对交叉路口、行人过街，以及环路出入口采用信号控制的子系统，是运用了交通工程学、心理学、应用数学、自动控制与信息网络技术以及系统工程学等多门学科理论的应用系统。 主要包括交通工程设计、车辆信息采集、数据传输与处理、控制模型算法与仿真分析、优化控制信号调整交通流等。国内外各大中城市已有的交通信号控制系统就是根据不同环境条件，基于各自城市道路的规划和发展水平建立起来的。 国家重点基础研究规划（973）项目“信息技术与高性能软件”中设立的二级课题“城市交通监控系统”，结合我国城市交通发展的特点，确定了建立实时自适应的城市道路智能交通信号控制系统的智能化管理的发展方向。 智能交通信号控制系统的基本组成 智能交通信号控制系统的基本组成是主控中心、路口交通信号控制机以及数据传输设备。其中主控中心包括操作平台、交互式数据仓、效益指标优化模型、数据（图象）分析处理等。具体结构框架见下图。

城市道路智能交通信号控制系统框架 智能交通信号控制系统的核心 智能交通信号控制系统的核心是控制模型算法软件，是贯穿规划设计在内的信号控制策略的管理平台，体现着交通管理者的控制思想，它包括信号控制系统将起到的作用和地位。 目前，国内外已应用的信号控制系统大多是以优化定周期方案、优化路口绿信号配比以及协调相关路口通行能力为基础的，是根据历史数据和自动检测到的车流量信息，通过设置的控制模型算法选取适当的信号配比控制方案，是被动的控制策略。 应用较多的核心软件即效益指标优化模型的是英国运输和道路研究所（TRRL）

研制的SCOOT系统（Split Cycle Offset Optimization Technique）和澳大利亚悉尼为应用背景开发的SCATS系统 (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System),他们是动态的实时自适应控制系统的早期代表，也是未来一个时期交通信号控制系统智能化发展的开发基础。 随着网络技术的发展，交互式控制策略使信号控制由感控到诱导实现了真正的智能，交通信号控制系统不仅可以检测到车流量等交通信息参数，调控路口绿信号配比，变化交通限行、禁行等指路标志，还可以根据系统联接的数据仓完成与交通参与者之间的信息交换，向交通参与者显示道路交通信息、停车场信息，提供给交通参与者合理的行驶线路，以达到均衡道路交通负荷的主动的控制策略。 尤其重要的是计算机网络技术和数字化使数据传输和信息利用得到了可靠保证。可以说，城市道路智能交通信号控制系统是城市道路交通管理随着信息产业技术迅猛发展的综合产物。 交通信号控制系统的主要术语和参数 周期：是指信号灯色发生变化，显示一个循环所需的时间，也称周期长，即红、黄、绿灯时间之和。 相位：即信号相位，是指在周期时间内按需求人为设定的，同时取得通行权的一个或几个交通流的序列组。 相位差：具有相同周期长的相关路口，在同方向上的两个相关相位的启动时间差，称为相位差。 绿信比：是指在周期长内的各相位绿灯时间与周期长之比。 饱和流量：是衡量路口交通流施放能力的重要参数，通常是指一个绿灯时间内的连续通过路口的最大车流量。 流量系数：是实际流量与饱和流量的比值。既是计算信号配时的重要参数，又是衡量路口阻塞程度的一个尺度。 绿灯间隔时间：是指从失去通行权的相位的绿灯结束，到下一个得到通行权的相位绿灯开始所用的时间。 有效绿灯时间：是指被有效利用的实际车辆通行时间。它等于绿灯时间与黄灯

智能交通信号控制系统

HiCon智能交通信号控制系统 青岛海信网络科技股份有限公司 2008年1月

目录 1海信交通信号控制系统介绍 (1) 1.1系统概述 (1) 1.2系统特点 (2) 1.3H I C ON交通信号控制系统软件功能 (2) 1.4HSC-100交通信号机 (4) 1.4.1概述 (4) 1.4.2 3.4.2信号机的生产和检测 (5) 1.4.3信号机功能 (7) 1.4.4信号机性能指标 (7)

1海信交通信号控制系统介绍 1.1系统概述 “HiCon交通信号控制系统”是我公司开发的交通控制领域高端产品，该产品与国内著名高校强强联合，应用国际领先技术，结合国内复杂交通特征及国外城市交通特点研发，为同内外城市提供完备的交通管理与控制方案、自适应控制系统软件及系统兼容的信号机，我公司对该产品具备自主知识产权。 “HiCon交通信号控制系统”是包括HiCon交通信号控制系统中心软件、HSC系列交通信号机和CMT交通信号机配置与维护工具软件。 图1 海信交通信号控制系统结构图 系统的结构图如上图所示，分为管理控制平台、中心控制级、通信级和路口控制级。路口级交通信号机通过串行通信或以太网连接到控制中心，通信协议采用的是NTCIP。 路口信号机实时从路口采集交通流量、时间占有率、速度等信息，并实时上

传到中心机级，存入实时和历史数据库，为路口的统计分析提供数据，提供辅助决策支持和交通信号设备维护与管理。 控制中心根据实时的检测信息对当前的交通状态进行合理决策，对所控制的路口信号配时参数进行实时优化，并将优化结果下达给信号机执行，目的在于减少车辆及行人等待时间，缓解城市交通拥堵，降低环境污染，实现对城市交通的最佳控制。 1.2系统特点 （1）系统的应用范围广，可以用于城市的一般交叉口控制、也可以用于快速路、高速路的匝道、车道灯的控制，同时还能用于公交优先的控制。 （2）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。 （3）系统具有高效可靠开放的通信子系统，保证了内部实时通讯的可靠性、效率、可扩展性，同时实现了系统的开放性. （4）系统的接口透明，提供二次开发能力，便于多系统的集成。 （5）系统具备良好的故障诊断功能，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功能。 （6）系统采用方案选择与方案生成相结合的实时优化算法。 （7）系统采用的是先进的交通数据预测及故障降级技术，使得系统对检测器的依赖性大大降低。 （8）交通信号机的CPU采用的32位的芯片，控制功能强大。 1.3HiCon交通信号控制系统软件功能 HiCon交通信号控制系统软件能够从信号机获得实时交通信息及设备状态信息，并采用先进的预测技术对交通流量、时间占有率进行预测，利用优化模型对交通信号配时参数进行实时优化，实现各种协调控制。 系统软件还能够提供用户进行各种远程控制功能，包括警卫路线控制、动态绿波控制、干预线控等。系统软件能够为用户提供GIS平台上的各种方便快捷的操作，如在地图上漫游、缩小、放大等，用户可查看路口的信号配时、设备状