城镇智能交通信号的控制系统设计论文

　　摘要：智能交通信号控制系统可以提高城市交通状况和整体管理水平，该文研究了城镇交通智能交通信号控制系统建设，以台州玉环智能交通信号控制系统建设为例，阐述了该系统的主要特点、总体结构、运行模式、智能控制机制等。

　　关键词：智能交通；交通信号控制；控制机制

　　1引言

　　交通对城市的发展具有重要作用，交通信号控制系统是解决城市交通问题的关键，如何建立基于现代电子信息技术面向交通运输的智能化管理系统，是缩短城市道路交通延误、降低交通事故、减少环境污染和燃油消耗的有效手段之一。要进行一体化的交通综合管理，交通信号控制系统正是实现城市交通智能化管理与控制的重要组成部分。随着城市机动车出行率的大幅度提高，形成复杂多变的交通环境，这对交通信号控制的适应性、智能化提出了更高的要求。本文结合台州玉环交通枢纽工程智能交通管理系统的建设实践，系统探讨了智能交通信号控制系统的设计方案。

　　2系统概述

　　不同于其他智能交通系统常用的预先设定固定时间交通控制方案，本文提出的交通信号控制系统采用有效自适应协调控制系统，系统算法包括交通自适应控制算法、感应控制算法、行人二次过街算法等。自适应控制算法能够根据车辆检测器收集的信息，比如车流量、时间占有率和车辆速度，实时调整路口信号机信号配时参数，即周期、相位差和绿信比。即交通自适应控制算法是基于路口信号机的实际的控制参数做小而频繁的优化，形成适合于实际交通状况的控制方案，以满足路口交通控制的需求。系统主要特点表现为：先进性、成熟性、实用性、可靠性、兼容性。

　　3系统结构

　　交通信号控制系统共分为三级：中心控制、区域控制、路口控制。结构图如图1所示。1)中心控制要完成交通信号控制中心系统内的通信，完成对交通数据的采集和优化计算。实现中心控制与综合管理软件的通信，接收及执行管理软件的管理和控制指令，同时向管理软件发送相关交通状况信息。交通控制系统的操作人员与本系统的交互接口。存储交通控制系统的所有数据，保证数据的安全可靠。2)区域控制负责控制子区范围内各路口交通流量采集、实时状态采集、统计查询任务、信号机事件采集、交通数据预测任务、控制子区系统优化、信号机自动对时。正常情况下，信号系统由中心进行交通优化控制。当控制中心与区域控制之间的通信链路发生故障时，相应的区域控制机将取代中心对本辖区内的信号机进行优化控制，避免通信故障引起全系统范围的优化降级。3)路口控制主要包括信号机、车辆检测设备（线圈检测器等）等。路口交通信号机及检测器采集路口各检测器提供的实时交通数据并加以初步分析整理，通过通信网络传送到上层控制机，用以调整配时方案；接收上层控制机的指令，控制本路口各个信号灯的灯色变换；在实施自适应控制时，根据本路口的交通需求，自主地控制各入口信号灯的.灯色变换。信号机与信号控制系统采用国标通信协议。控制中心内部的所有机器以局域网形式相连，采用的协议为TCP/IP。中心控制机安装中心控制服务、数据处理服务、优化和预测服务、远程通讯服务、平台接口服务。并可选安装GPS接口服务、CCTV接口服务、交通诱导接口。实现整个信号系统的通讯、实时数据处理、监视、控制和数据存储。

　　4区域控制机制

　　1)系统软件具备对灯控路口进行子区划分的功能，交通应用软件能控制800个子区，每个子区5～10个路口，每个子区都有数字编码。子区划分的原则：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。2)系统能够按照定周期方案运行，定周期方案包括下列内容：子区数；路口编号；定周期方案数；周期时长s；绿信比数值；相位差；最大绿灯时间；最小绿灯时间；间隔时间；除了上述内容外，系统的定周期方案还包括：相位参数；相位相序；通道表，即相位与信号灯组的对应关系表；时段表，每天不同时段执行不同的控制方案；方案调度表，一年中每天执行不同的时段方案。3)信号机与控制中心通信正常的情况下，系统能够通过客户端修改控制参数，并更新数据库中定周期方案，包括正在运行的方案的周期长度，绿信比和相位差。这种方案的更新和修改不影响路口信号机的运行。4)系统控制的每个路口的定周期方案为108个，能够通过调度表和人工选择调用，实现路口的合理控制。系统控制的每个路口定周期方案的输入都是独立的，相互不干扰，这样有利于用户为每个路口的设置不同的周期长度、绿信比和相位差。

　　5自适应协调控制机制

　　1)系统为自适应协调控制系统，系统算法包括交通自适应控制算法、感应控制算法、行人二次过街算法等。自适应控制算法能够根据车辆检测器收集的信息，比如车流量、时间占有率和车辆速度，实时调整路口信号机信号配时参数，即周期、相位差和绿信比。即交通自适应控制算法是基于路口信号机的实际的控制参数做小而频繁的优化，形成适合于实际交通状况的控制方案，以满足路口交通控制的需求。2)最大限度提高交通信号网络的效率，并将配时方案的维护工作减少到最少。系统采用的是自适应交通信号控制系统，系统的自适应控制算法说明如下：系统软件的算法是：根据区域实时检测的交通信息：包括交通流量（PCU）、车辆时间占有率、车辆速度（m/s）等，利用交通信号控制优化模型：周期时长优化模型、绿信比优化模型和相位差优化模型，以减少车辆延误、停车次数为目标，对交通信号控制三元素：周期时长、绿信比和相位差进行优化，从而得到区域优化控制方案。3)系统的算法是实时自适应控制算法，根据路口的交通信息实时调整控制区域内信号机的控制方案。系统不是一种方案选择式的控制系统，方案选择系统是根据当前检测的交通信息与预先设定的方案进行匹配，选择设定的配时方案。4)系统的算法能够台州玉环街道网络地理特点，合理的划分子区，最大成都的实现整个区域的自适应协调控制，以实现均衡区域交通流，减少停车次数、车辆延误及环境污，系统子区划分的原则为：相邻路口之间距离较近；交叉口的小时流量规模类似；路口的交通状况相似；路口的饱和度接近；路段中间分支较少。

　　6交通信号控制的运行模式

　　系统除了能够实现区域自适应协调控制外，还能实现区域控制、线协调控制和单点控制等等。利用各种新技术，为交通管理者的使用和决策提供更多、更灵活的手段。系统可以在以下的模式下运行：联机模式是完全自适应控制，实现完全实时的交通响应运行；系统也可以独立模式运行，此时可做车感控制或定时控制；当出现通信中断等故障时，系统能够降级为无电缆线协调控制方式或进一步降级为单点优化控制、单点全感应控制方式、单点半感应控制方式、多时段定时控制、黄闪控制和关灯控制。

　　7结束语

　　城镇交通信号控制统是智能交通领域的一项重要研究内容，它可以与其他智能交通系统有机结合，实现城市交通的数字化、信息化、智能化管理。本文提出基于自适应控制算法的交通信号控制系统，可以有效应对台州玉环交通的实时变化，提高交通流动的控制效率。

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