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1、n n11.1区域交通信号限制系统定义与分区域交通信号限制系统定义与分类类n n11.2 定时式脱机操作系统定时式脱机操作系统n n11.3 SCATS自适应限制系统自适应限制系统 n n11.4 SCOOT自适应限制系统自适应限制系统 第十一讲第十一讲 区域交通信号限制系统区域交通信号限制系统 11.1 定义与分类n n区域交通限制系统定义：区域交通限制系统定义：区域交通限制系统定义：区域交通限制系统定义：n n把某一城区的一部分或全部交通信号的限制作为把某一城区的一部分或全部交通信号的限制作为把某一城区的一部分或全部交通信号的限制作为把某一城区的一部分或全部交通信号的限制作为一个统一指挥限
2、制中心管理下的整体的限制系统。一个统一指挥限制中心管理下的整体的限制系统。一个统一指挥限制中心管理下的整体的限制系统。一个统一指挥限制中心管理下的整体的限制系统。n n作用：作用：作用：作用：n n1.1.整体监视和监控，达到局部最优；整体监视和监控，达到局部最优；整体监视和监控，达到局部最优；整体监视和监控，达到局部最优；n n2.2.可因地制宜的选择合适的限制方法；可因地制宜的选择合适的限制方法；可因地制宜的选择合适的限制方法；可因地制宜的选择合适的限制方法；n n3.3.可以提高设备利用率。可以提高设备利用率。可以提高设备利用率。可以提高设备利用率。11.1 定义与分类n n分类分类分类
3、分类n n1.1.1.1.按限制策略分类按限制策略分类按限制策略分类按限制策略分类n n（1 1 1 1）定时式脱机操作系统。也即固定配时协调限制系统。）定时式脱机操作系统。也即固定配时协调限制系统。）定时式脱机操作系统。也即固定配时协调限制系统。）定时式脱机操作系统。也即固定配时协调限制系统。利用历史数据及现行统计数据，进行脱机优化处理，并利用历史数据及现行统计数据，进行脱机优化处理，并利用历史数据及现行统计数据，进行脱机优化处理，并利用历史数据及现行统计数据，进行脱机优化处理，并对整个限制网络实施多时段定时限制。对整个限制网络实施多时段定时限制。对整个限制网络实施多时段定时限制。对整个限制
4、网络实施多时段定时限制。n n（2 2 2 2）适应式联机操作限制系统。也称为自适应限制系统）适应式联机操作限制系统。也称为自适应限制系统）适应式联机操作限制系统。也称为自适应限制系统）适应式联机操作限制系统。也称为自适应限制系统或动态响应限制系统。是指在限制区域中设置车辆检测或动态响应限制系统。是指在限制区域中设置车辆检测或动态响应限制系统。是指在限制区域中设置车辆检测或动态响应限制系统。是指在限制区域中设置车辆检测器，实时采集数据并实施联机最优限制。器，实时采集数据并实施联机最优限制。器，实时采集数据并实施联机最优限制。器，实时采集数据并实施联机最优限制。11.1 定义与分类2.2.2.2
5、.按限制方式分类按限制方式分类按限制方式分类按限制方式分类（1 1 1 1）方案选择式预先做好各种配时方案，依据实际采集）方案选择式预先做好各种配时方案，依据实际采集）方案选择式预先做好各种配时方案，依据实际采集）方案选择式预先做好各种配时方案，依据实际采集数据，选取最佳限制方案，并实施交通限制。数据，选取最佳限制方案，并实施交通限制。数据，选取最佳限制方案，并实施交通限制。数据，选取最佳限制方案，并实施交通限制。（2 2 2 2）方案形成式依据采集的交通数据，实时计算最佳限）方案形成式依据采集的交通数据，实时计算最佳限）方案形成式依据采集的交通数据，实时计算最佳限）方案形成式依据采集的交通数
6、据，实时计算最佳限制参数，进行限制制参数，进行限制制参数，进行限制制参数，进行限制 。n n3.3.依据限制系统结构分类依据限制系统结构分类n n(1)(1)集中限制式。这种限制系统的优点集中限制式。这种限制系统的优点是限制中心可干脆对路口限制器进行是限制中心可干脆对路口限制器进行操作操作(其信息传输媒介是通信线路其信息传输媒介是通信线路)，便于干脆从限制中心了解各个信号交便于干脆从限制中心了解各个信号交叉口的交通状况；该种限制方式的缺叉口的交通状况；该种限制方式的缺点是限制策略的计算困难，设备线路点是限制策略的计算困难，设备线路繁杂，投资大，维护费用高。繁杂，投资大，维护费用高。11.1 定
7、义与分类n n(2)(2)(2)(2)分层递阶式。这种限制系统的优点是城市交分层递阶式。这种限制系统的优点是城市交分层递阶式。这种限制系统的优点是城市交分层递阶式。这种限制系统的优点是城市交通限制中心不干脆对路口级的信号限制器进行操通限制中心不干脆对路口级的信号限制器进行操通限制中心不干脆对路口级的信号限制器进行操通限制中心不干脆对路口级的信号限制器进行操作，而是通过中间限制层完成，这样做可以削减作，而是通过中间限制层完成，这样做可以削减作，而是通过中间限制层完成，这样做可以削减作，而是通过中间限制层完成，这样做可以削减限制设备提高限制的实时性，使限制策略的选限制设备提高限制的实时性，使限制策
8、略的选限制设备提高限制的实时性，使限制策略的选限制设备提高限制的实时性，使限制策略的选取更加简洁。因此，在实际中，这种系统限制方取更加简洁。因此，在实际中，这种系统限制方取更加简洁。因此，在实际中，这种系统限制方取更加简洁。因此，在实际中，这种系统限制方式被广为接受。式被广为接受。式被广为接受。式被广为接受。集中限制式与分层递阶式比较 项项项项目目目目体制体制体制体制分布式控制分布式控制分布式控制分布式控制集中式控制集中式控制集中式控制集中式控制智能和功能的分布智能和功能的分布智能和功能的分布智能和功能的分布分布到各级分布到各级分布到各级分布到各级集中于中心一级集中于中心一级集中于中心一级集中
9、于中心一级可靠性可靠性可靠性可靠性具有多级保险功能，高一级控制具有多级保险功能，高一级控制具有多级保险功能，高一级控制具有多级保险功能，高一级控制失灵系统功能损失较小失灵系统功能损失较小失灵系统功能损失较小失灵系统功能损失较小为提高系统的可靠性，中心常用为提高系统的可靠性，中心常用为提高系统的可靠性，中心常用为提高系统的可靠性，中心常用双机备分，否则中心主机失双机备分，否则中心主机失双机备分，否则中心主机失双机备分，否则中心主机失灵，系统功能损失严重灵，系统功能损失严重灵，系统功能损失严重灵，系统功能损失严重控制中心控制中心控制中心控制中心需要多个中心站需要多个中心站需要多个中心站需要多个中心
10、站只需一个中心站，主要设备集中只需一个中心站，主要设备集中只需一个中心站，主要设备集中只需一个中心站，主要设备集中于一个中心于一个中心于一个中心于一个中心传输线路传输线路传输线路传输线路传输线路较省，小区中心可以设传输线路较省，小区中心可以设传输线路较省，小区中心可以设传输线路较省，小区中心可以设置在控制区域的中心置在控制区域的中心置在控制区域的中心置在控制区域的中心传输线路均须由各交叉口联到中传输线路均须由各交叉口联到中传输线路均须由各交叉口联到中传输线路均须由各交叉口联到中心，当区域范围大时，线路心，当区域范围大时，线路心，当区域范围大时，线路心，当区域范围大时，线路造价明显上升造价明显上
11、升造价明显上升造价明显上升系统灵活性系统灵活性系统灵活性系统灵活性系统控制战略有很大灵活性，可系统控制战略有很大灵活性，可系统控制战略有很大灵活性，可系统控制战略有很大灵活性，可以分期实施，一次投资不需以分期实施，一次投资不需以分期实施，一次投资不需以分期实施，一次投资不需太大太大太大太大灵活性差，一次投资大灵活性差，一次投资大灵活性差，一次投资大灵活性差，一次投资大软件开发软件开发软件开发软件开发比较复杂，需要开发更复杂的控比较复杂，需要开发更复杂的控比较复杂，需要开发更复杂的控比较复杂，需要开发更复杂的控制程序制程序制程序制程序比较简单比较简单比较简单比较简单维修维修维修维修室外设备较复杂
12、，需要较高水平室外设备较复杂，需要较高水平室外设备较复杂，需要较高水平室外设备较复杂，需要较高水平的维修队伍的维修队伍的维修队伍的维修队伍室外设备简单，容易维修室外设备简单，容易维修室外设备简单，容易维修室外设备简单，容易维修使用场合使用场合使用场合使用场合大面积或一个城市的控制大面积或一个城市的控制大面积或一个城市的控制大面积或一个城市的控制 小范围的或信号比较集中的城市小范围的或信号比较集中的城市小范围的或信号比较集中的城市小范围的或信号比较集中的城市控制控制控制控制11.2 定时式脱机操作系统n nTRANSYT（Traffic Network Study Tool）“交通网络探讨工具交
13、通网络探讨工具”是由英国交是由英国交通与道路探讨所于通与道路探讨所于1996年所提出的离线优年所提出的离线优化交通网络信号配时的一套软件。化交通网络信号配时的一套软件。20世纪世纪60年头以来，年头以来，TRANSYT得到广泛应用，得到广泛应用，取得明显效果；到取得明显效果；到1980年，年，TRANSYT软件软件已经修改过已经修改过8次。次。TRANSYT软件的构成软件的构成TRANSYTn n仿真模型n n交通网络结构图式n n周期流量变更图示n n车流在连线上运行状况的模拟n n优化n n绿时差的优选n n绿灯时间的优选n n限制子区的划分n n信号周期时间的选择n nTRANSYT组成
14、（两部分）组成（两部分）n n仿真在信号限制网络上的车队模型（宏观模仿真在信号限制网络上的车队模型（宏观模型）型）n n信号配时方案优化设计（计算机程序）信号配时方案优化设计（计算机程序）TRANSYT基本原理图基本原理图 一、信号网络配时优选的目标函数n n探讨车流在路网络上运动状况的主要参数，即平探讨车流在路网络上运动状况的主要参数，即平探讨车流在路网络上运动状况的主要参数，即平探讨车流在路网络上运动状况的主要参数，即平均延误、平均排队长度、停车率或燃油消耗量等。均延误、平均排队长度、停车率或燃油消耗量等。均延误、平均排队长度、停车率或燃油消耗量等。均延误、平均排队长度、停车率或燃油消耗量
15、等。以他们为自变量可以建立如下函数：以他们为自变量可以建立如下函数：以他们为自变量可以建立如下函数：以他们为自变量可以建立如下函数：h延误时间；d停车率；c耗油量 n n若求得一组配时参数，则分别对自变量求偏导：若求得一组配时参数，则分别对自变量求偏导：若求得一组配时参数，则分别对自变量求偏导：若求得一组配时参数，则分别对自变量求偏导：一、信号网络配时优选的目标函数n nTRANSYTTRANSYT系统中综合目标参数包括延误时间与停系统中综合目标参数包括延误时间与停系统中综合目标参数包括延误时间与停系统中综合目标参数包括延误时间与停车次数在内的车次数在内的车次数在内的车次数在内的“运行指标运行
16、指标运行指标运行指标”：二、优化过程1.1.绿时差优化、优选绿时差优化、优选 条件：条件：满足最小绿灯时间满足最小绿灯时间满足路网交通需求满足路网交通需求二、优化过程2.2.绿灯时间优化绿灯时间优化二、优化过程3.3.子区的划分子区的划分二、优化过程4.4.信号周期时间的选择信号周期时间的选择TRANSYTTRANSYT可以为交通网络各子区选取一个可以为交通网络各子区选取一个PI PI 值值最小公共信号周期时长，同时还可以确定哪些交最小公共信号周期时长，同时还可以确定哪些交叉口应当接受双周期。叉口应当接受双周期。选择交通路网中交通量最重（饱和度最高）交选择交通路网中交通量最重（饱和度最高）交叉
17、口，保证其叉口，保证其Y Y值较大。值较大。自动选用公用信号周期；自动选用公用信号周期；确定限制范围内交叉口双周期的设置；确定限制范围内交叉口双周期的设置；借助于限制子区划分避开周期过长。借助于限制子区划分避开周期过长。TRANSYT方法的经济效益方法的经济效益 序号序号项项目目低限低限低限低限%高限高限高限高限%1 1路网上行路网上行驶驶的的车辆车辆平均延平均延误时间误时间减少减少151540402 2路网通行能力增加路网通行能力增加5 515153 3车辆车辆燃油消耗量下降燃油消耗量下降5 520204 4较较少交通事故少交通事故0 015155 5设设置公共汽置公共汽车专车专用用车车道，
18、并使用道，并使用“BUS BUS TRANSYTTRANSYT”作配作配时设计时设计，则则可以减少公共汽可以减少公共汽车车延延误误101030306 6设设置置“紧紧急急绿绿波波”时时，可使消防，可使消防车车延延误时间误时间减少减少333350507 7尾气尾气污污染减少染减少5 51515脱机限制系统的不足uu依靠于历史交通流数据，交通数据更新对配依靠于历史交通流数据，交通数据更新对配时方案要求高；时方案要求高；uu限制对策敏捷性较差（紧急事务处理）；限制对策敏捷性较差（紧急事务处理）；uu无实时的交通信息反馈，被动式交通限制。无实时的交通信息反馈，被动式交通限制。11.3 SCATS自适应
19、限制系统 n nSCATS实时自适应限制系统实时自适应限制系统 n n（Sydney Co-ordinated Adaptive Traffic System）接受方案选择式配时方案与单点感应限制接受方案选择式配时方案与单点感应限制相结合的限制方式。相结合的限制方式。SCATS实时自适应限制系统实时自适应限制系统 n n子系统的划分与合并n n周期时长的选择n n配时参数优化n n绿信比方案的选择n n绿时差方案的选择一、SCATS限制系统结构n n接受方案选择配时方案与单点感应限制相结合的接受方案选择配时方案与单点感应限制相结合的接受方案选择配时方案与单点感应限制相结合的接受方案选择配时方案
20、与单点感应限制相结合的限制方式。限制方式。限制方式。限制方式。n nSCATSSCATS分为三级：中心监控中心分为三级：中心监控中心分为三级：中心监控中心分为三级：中心监控中心 地区监控中地区监控中地区监控中地区监控中心心心心 子限制区子限制区子限制区子限制区 信号限制机信号限制机信号限制机信号限制机二、SCATS系统优化n nSCATSSCATS以以以以信信信信号号号号周周周周期期期期、绿绿绿绿信信信信比比比比及及及及绿绿绿绿时时时时差差差差作作作作为为为为各各各各自自自自独独独独立立立立的的的的参参参参数数数数进进进进行行行行优优优优化化化化，优优优优化化化化过过过过程程程程以以以以“饱饱
21、饱饱和和和和度度度度”和和和和“综合流量综合流量综合流量综合流量”为主要参数。为主要参数。为主要参数。为主要参数。n n（1 1）饱和度）饱和度）饱和度）饱和度 （DSDS）n n定义：车流有效利用的绿灯时间与显示绿灯时间定义：车流有效利用的绿灯时间与显示绿灯时间定义：车流有效利用的绿灯时间与显示绿灯时间定义：车流有效利用的绿灯时间与显示绿灯时间之比。之比。之比。之比。其中其中:绿绿灯期灯期间间，无，无车车通通过过的的时间时间；t通通过过停停车车断面前后断面前后车辆车辆的空的空档档时间时间；h空档个数。空档个数。二、SCATS系统优化n n（2）综合流量）综合流量 通过停车线的混合车流大通过停
22、车线的混合车流大小。小。综合流量；综合流量；DS饱和度；饱和度；g绿灯时间；绿灯时间；S最大流率或单位小时最大流量（辆最大流率或单位小时最大流量（辆h）三、信号周期长度的选择n n为保持连续性，周期做小步调整，其长度为保持连续性，周期做小步调整，其长度变更在变更在6s以内，调整量：以内，调整量：新周期长度为新周期长度为 四、绿信比n n（1 1）推算比较方案的各向饱和度）推算比较方案的各向饱和度）推算比较方案的各向饱和度）推算比较方案的各向饱和度DSDS值值值值n n（2 2）对各个进口道饱和度）对各个进口道饱和度）对各个进口道饱和度）对各个进口道饱和度DSDS值中，对应每一绿值中，对应每一绿
23、值中，对应每一绿值中，对应每一绿信比方案，找出一个最高的信比方案，找出一个最高的信比方案，找出一个最高的信比方案，找出一个最高的DSDS值。值。值。值。n n（3 3）对四种绿信比方案中对应的最高饱和度）对四种绿信比方案中对应的最高饱和度）对四种绿信比方案中对应的最高饱和度）对四种绿信比方案中对应的最高饱和度DSDS值进行比较，值进行比较，值进行比较，值进行比较，DSDS值低的中选值低的中选值低的中选值低的中选。五、绿灯时差n n其其其其中中中中 修修修修正正正正后后后后时时时时差差差差；规规规规定定定定方方方方案案案案规规规规定定定定的的的的绿绿绿绿灯灯灯灯起起起起步步步步时时时时距距距距；
24、修修修修正正正正系系系系数数数数；绿绿绿绿灯灯灯灯起起起起步步步步时时时时距距距距与与与与信信信信号号号号周周周周期期期期的函数关系。的函数关系。的函数关系。的函数关系。11.4 SCOOT自适应限制系统 n nSCOOTSCOOT（SplitSplitCycleOffset Optimization CycleOffset Optimization TechniqueTechnique）即）即）即）即 “绿信比绿信比绿信比绿信比周期周期周期周期绿时优化技术绿时优化技术绿时优化技术绿时优化技术”特点：方案形成式的限制系统，系统结构是集特点：方案形成式的限制系统，系统结构是集中限制结构中限制结构
25、一、SCOOT系统结构SCOOTn n检测检测n n检测器的布设检测器的布设n n监测数据的采集监测数据的采集n n子区子区 n n 划定子区划定子区n n模型模型n n车队预料车队预料n n排队预料排队预料n n拥挤预料拥挤预料n n效能预料效能预料n n优化优化n n策略策略n n次序次序n n参数优选参数优选一、SCOOT系统 五大部分关系路网上的实时交通状况况车辆检测及数据处理对路网执行控制配时参数组存储单元现行配时方案最新优化配时参数对配时参数调整交通模型配时参数优选下游停车线断面流量图式现行方案的PI值调整配时后PI值系统监测故障监视各交叉口车辆排队现行配时参数继续调整调整完毕二、
26、配时优选目标函数与与TRANSYT类似，类似，SCOOT系统也接受多元目标系统也接受多元目标函数作为路网信号配时方案实施优选的依据。函数作为路网信号配时方案实施优选的依据。目标函数：目标函数：三、优化 1）优化策略：）优化策略：SCOOT系统优化策略是通过对交通量检系统优化策略是通过对交通量检测并不断调整配时参数（周期时间、绿信比、绿时差）。测并不断调整配时参数（周期时间、绿信比、绿时差）。2）绿信比的优选）绿信比的优选 依据上游车辆到达图式，推断是否须依据上游车辆到达图式，推断是否须要变更绿灯放行时间。优选原则：使交叉口总饱和度最要变更绿灯放行时间。优选原则：使交叉口总饱和度最小，与此同时，
27、考虑车辆排队长度、拥挤程度及最短绿小，与此同时，考虑车辆排队长度、拥挤程度及最短绿灯时长的限制等。灯时长的限制等。3）绿灯起步时距的优选）绿灯起步时距的优选 依据：与交叉口干脆关联的路依据：与交叉口干脆关联的路段上车辆延误时间及停车次数。寻子区段上车辆延误时间及停车次数。寻子区PI最小值。最小值。4）绿灯周期长度优选）绿灯周期长度优选 对各子区周期长度进行常见的，对各子区周期长度进行常见的，小步距的优化调整，考虑系统运行的稳定性，两次调整小步距的优化调整，考虑系统运行的稳定性，两次调整的间隔不短于的间隔不短于2.5min。原则：保证在一个子区内负荷度最高的原则：保证在一个子区内负荷度最高的“关键关键”交叉口交叉口其饱和度达到上线值。其饱和度达到上线值。区域交通限制系统对比表区域交通限制系统对比表