上海的交通信号控制与scats系统.ppt
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1、区域交通信号控制 上海的SCATS系统,上海市交警总队高工:韩如文老师,2019/7/7,1,国家精品课程:交通控制与管理,Contents,2019/7/7,2,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS系统,简介,2019/7/7,国家精品课程:交通控制与管理,3,SCATS系统的历史背景,澳大利亚新南威尔士州公路局(RTA)开发; 早在30年代初期, 进行了交通控制的研发; 1969年,首次将计算机应用于交通控制系统 ; 1973年,应用于在澳大利亚主要城市; 通过30多年的不断实践、完善发展形成目前世界最成功最先进的城市智能交通控制系统之一; SCATS目前是唯一的由使用者开发的成熟先进
2、的系统,2019/7/7,4,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS 是先进城市理想的交通管理系统(智能运输系统主干部分),2019/7/7,5,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS是什么?,SYDNEY 悉尼 COORDINATED 协调 ADAPTIVE 自适应 TRAFFIC 交通 SYSTEM 系统,2019/7/7,6,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS是什么?,是自适应交通控制技术 灵活采用控制方案 对每个周期调整周期长度、绿信比及相位差,以适应主体交通情况 是一个交通管理系统 设备管理及故障报告 数据采集及分析 SCATS 适用环境广泛 对不同的道路系统做不同的配置
3、采用PC机,操作与维护方便 超过30年历史及悉尼奥运会的实践检验 是智能交通系统(ITS)平台 可集成公交优先和车辆行驶时间系统 与其他ITS系统集成,2019/7/7,7,国家精品课程:交通控制与管理,美国的第一个智能运输系统示范工程 1st ITS Demonstration Project in USA FAST-TRAC Project (1992) in Oakland County,Michigan (奥克兰,密歇根州) 采用澳大利亚的 SCATS 自适应交通控制系统作为它的主干先进交通管理系统 (ATMS). 使用视频检测器技术 取得辉煌成绩, 增强美国对智能运输系统的兴趣, 确
4、保ITS技术继续开发与应用。,澳大利亚的智能运输系统的地位 得到国际性确认,2019/7/7,8,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS在中国的应用,超过100个路口的城市: 上海(包括浦东): 15个区域控制中心,超过2000个路口; 香港:控制超过1400个路口;(香港岛300个路口取代SCOOTS); 沈阳:5个区域控制中心,超过600个路口,ITS接口; 苏州:控制150个路口,视频检测器应用、ATM通讯传输 广州: 8个区域控制中心,控制1000个路口; 石家庄:控制300个路口,视频检测器应用、 ITS接口 杭州:控制500个路口; 东莞:控制200个路口; 宁波:控制200+个
5、路口; 海口:100 个路口; 其他业绩: 天津: 80个路口; 余姚:50个路口; 合肥: 40个路口; 宜昌:60 个路口; 温州:20个路口; 重庆:30个路口;,2019/7/7,9,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS在中国的应用,综上: SCATS在中国拥有16个城市,控制超过6500个路口,这是在国内应用的其他系统不可比拟的。 每个城市应用后,系统都得到快速的扩展。,2019/7/7,10,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS系统,结构,2019/7/7,国家精品课程:交通控制与管理,11,PSC,PSC,SCATS系统结构示意图,2019/7/7,12,国家精品课程:交
6、通控制与管理,2019/7/7,国家精品课程:交通控制与管理,13,SCATS系统结构示意图,SCATS中央管理控制级 SCATS区域管理控制级 SCATS系统工作站 SCATS系统的路口控制器Eclipse SCATS系统的通讯,2019/7/7,国家精品课程:交通控制与管理,14,SCATS系统结构纲要,SCATS组成结构中央管理控制级,SCATS中央管理控制级: 采用IBM兼容工业型计算机或服务器 要求极低: 最低要求:CPU 350MHZ 内存 256MB 硬盘 20G 每个中央管理级计算机可以管理64个 区域管理控制计算机 中央管理级安装在与系统中任何一个 区域管理控制计算机上,20
7、19/7/7,15,国家精品课程:交通控制与管理,中央控制器的作用,SCATS是以模块化结构设计的,可以应用于小、中、大规模的城市。 通常在多个区域计算机组成的系统中,需要一个管理计算机,负责数据的输入、采集、监测、数据分析、系统记录与备份等管理性工作,以简化大系统的运营管理。 SCATS可以将网络中的任何一台区域计算机定义为管理计算机,从而无需单独设置独立的管理计算机。,2019/7/7,16,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS组成结构区域管理控制级,SCATS区域管理控制级: 采用IBM兼容工业型计算机或服务器 要求极低: 最低要求:CPU 1GHZ 内存 256MB 硬盘 20G
8、每个区域管理控制计算机可以管理控 制250个路口信号控制器 SCATS使用个人计算机(PC)作为区域计算机,每台PC机可以控制128个路口。当系统超过这个数量时,增加区域计算机即可。,2019/7/7,17,国家精品课程:交通控制与管理,区域机的作用,SCATS使用运行Windows 的PC机为区域计算机,用异步串口接口和调制解调器(使用电话线)或ATM等网络等为通讯手段,将区域计算机和路口控制器连接在一起。这使得计算机硬件和操作系统软件的维护工作非常容易进行。 在线控制 当区域计算机在线运行时,可以通过终端操作指令和自动时间表,显示和或改变所有实时控制数据。 在改变参数和调整任何数列维度数据
9、时,无需切断区域计算机的在线运行。 可以从任何终端人工干预路口的运行。 管理该区域控制器下的路口控制器。,2019/7/7,18,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS组成结构SCATS工作站,SCATS工作站: 采用IBM兼容计算机 要求极低: 最低要求:CPU 1GHZ 内存 256MB 硬盘 20G 每个SCATS系统连接的管理控制工作站的数量没有限制,用户200个,同时允许30个工作站对系统操作,2019/7/7,19,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS组成结构路口控制器,SCATS路口控制器(ECLIPSE) RTA授权认证产品 针对路口特征的软件定义 多相位控制 特殊控制
10、高可靠性 高可维护性,2019/7/7,20,国家精品课程:交通控制与管理,路口控制器,特征数据,行人按钮,检测 输入口,车辆检测器,行人信号灯组,通讯,SCATS 区域控制器,逻辑模块,车辆信号灯组,832个输出,SCATS组成结构路口控制器,2019/7/7,21,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS组成结构信号机Eclipse,主要特点: RTA最新TSC4认证的SCATS控制器 最大设计:32灯组输出48通道检测器输入+48路干触点输入 冲突监视 特殊用途输入、输出:12路 通讯:FSK、RS232 控制模式: 手动、定时、感应控制; 降级无线缆协调; 黄闪; 紧急呼叫优先; 公交
11、优先,2019/7/7,22,国家精品课程:交通控制与管理,控制器构造 全铝合金设计 控制模块化组合 主要部件 机箱 地址板 黄闪单元 输出端子 通讯隔离 电源过滤 电源开关及空开输出 现场插座 控制模块机箱 CPM中央处理板 LCM灯组控制板(8SG) PSM电源板 LDM车辆检测板,2019/7/7,23,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS组成结构信号机Eclipse,2019/7/7,24,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS组成结构信号机Eclipse,2019/7/7,25,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS组成结构信号机Eclipse,2019/7/7,26,国家精
12、品课程:交通控制与管理,SCATS组成结构信号机Eclipse,2019/7/7,27,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS组成结构信号机Eclipse,SCATS组成结构通讯,SCATS的通讯,中央管理级、区域管理控制、用户端、与集成平台等之间的通信是通过TCP/IP协议通讯; 区域控制计算机与路口控制器之间的通讯可以根据条件通过多种方式实现: 1、FSK调制电话线通讯(沈阳、上海) 2、点对点光纤RS232通讯(杭州、宁波、广州、合肥) 3、TCP/IP网络通讯(重庆、苏州、上海(部分).) 4、无线(GSM)网络通讯(广州(部分) 5、以上多种形式并存,2019/7/7,28,国家精
13、品课程:交通控制与管理,SCATS系统,控制基本原理,2019/7/7,国家精品课程:交通控制与管理,29,系统控制的核心理念,2019/7/7,30,国家精品课程:交通控制与管理,通过系统的合理配时“均衡”路网交通流量,达到对车辆、路网的“平衡”控制,提高整体效率! 在系统控制时综合考虑路网交通,如“绿波”设置也是有条件的,如考虑到绿波的下游是否有“消化”能力。 饱和流量时的协调控制更偏重疏导路口排队堵塞等。,系统主要控制原理,利用收集的交通情况实时全自动地优化以下交通控制参数,2019/7/7,31,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS系统基本原理,系统控制原理 SCATS的基本原理是
14、采用有效的负反馈。 这种设计能非常有效的适应交通路口的变化,能对路口的情况的变化自身作出调整。 无须管理人员经常性对系统干预。 因此,非常适合交通发展迅速的中国城市。,有效的反馈参数-DS,2019/7/7,32,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS系统基本原理,高效的“集装箱运输”原理: 1、交通信号最佳工作条件是把交通车流分配为一个个车队(集装箱式)的通行 2、“红灯”可以起到“整理车流”的作用 3、“车间距”控制原理,与车型无关 4、协调功能,2019/7/7,33,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS基本原理,“饱和度”控制原理: 1、绿灯时间的使用效率 充分对路口绿灯时间的利
15、用,来提高路口交通通过效率 2、停车线检测器的使用,2019/7/7,34,国家精品课程:交通控制与管理,DS = green-(unused green)/green,Green :可用绿灯时间 Unused green : 大于或小于每条车道 标准车间距的时间 H标准车间距 W浪费时间=unused green=T-H T实际车头时距,H,W,基本概念 饱和度DS,T,2019/7/7,36,国家精品课程:交通控制与管理,基本概念 饱和度DS,SCATS所使用的“饱和度”(DS),是指被车流有效利用的绿灯时间与绿灯显示时间之比。 式中: DS饱和度; g 可供车辆通行的显示绿灯时间总和(s
16、); 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(即出现空当)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当时间(s); h必不可少的空当个数。 参数g、T及h可以直接由系统、路口信号机、检测器提供,一定程度上摆脱了车辆尺寸折算为标准车的繁琐过程。,最大流量时的标准间隔时间 是每天自校准的 在交叉口过饱和的情况下,DS 可以 100%,DS = green-(unused green)/green,2019/7/7,37,国家精品课程:交通控制与管理,基本概念 饱和度DS,SCATS系统基本原理,时距控制原理 用时间表示车间距,与车型无关; 间
17、隙计时器是用来侦查车队通过; 车头时距和浪费时间计时可用来看车队的通行效率; 判断连续车队的指标: Headway:2.5s GAP:3.5s Wast:7s (累计),2019/7/7,38,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS系统基本控制策略,SCATS交通整体协调控制是根据区域交通数据实时响应交通需求和系统容量的变化,调整整个区域的信号时间以提供最佳的交通流,并确定每个交叉路口的最合适的绿灯定时以使相邻的交叉路口绿灯能连续,使车辆通过交叉路口时的延迟最小。称之为“战略控制”。 系统进行整体协调控制,同时系统允许每个路口“各自为政”,实行车辆感应控制,称之为“战术控制”。 “战略控制”
18、和“战术控制”有机结合,大大提高系统的控制效率。,2019/7/7,39,国家精品课程:交通控制与管理,协调控制SCATS控制策略: “战略控制”结合“战术控制”,“子系统”控制策略 1、由路网、流量条件划分 2、通过周期、流量、时间、手动、强制等连接、或分开,SS 1,SS 6,SS 2,SS 3,SS 4,SS 15,Possible Marriage,C,C,C,C,C,C,C,Critical Junction,2019/7/7,40,国家精品课程:交通控制与管理,SCATS系统基本控制策略,C,C,C,C,C,SS1,SS2,SS3,SS4,SS5,信号控制子系统(SS),2019/
19、7/7,41,国家精品课程:交通控制与管理,子系统Sub System,子系统是SCATS战略控制的基本单位,每个子系统包含一个或多个路口,但只有一个关键路口。 关键路口需要可变但准确的绿信比,以适应交通流的变化。 同一子系统中的路口总是协调一致的,使用同一周期及相同的绿信比方案号。 为适应关键路口的绿信比变化,非关键路口的绿信比值可以与关键路口有所差异。,2019/7/7,42,国家精品课程:交通控制与管理,C,C,C,C,C,关键路口与子系统,C = 关键,2019/7/7,43,国家精品课程:交通控制与管理,每个子系统只可有一个对选择子系统交通控制方法有效的关键路口。 子系统的非关键路口
20、数量是无限制。 选好的交通控制方案号是用于整个子系统不单用于一个路口。 所以所有子系统的路口都要有适当的交通控制方案。,关键路口,2019/7/7,44,国家精品课程:交通控制与管理,周期, 绿信比和时差计算方案的选择需考虑整个子系统。 子系统内所有路口都使用同一: 绿信比计算方案号 周期时间 相位差计算方案号,2019/7/7,45,国家精品课程:交通控制与管理,子系统交通协调,子系统的自动连接,为了实现更多路口的协调,相邻子系统可以连接在一起,构成更大的协调系统,且共用一个周期时间。 该连接决定各子系统之间的相位差,连接可以是永久的,也以可以是临时的。 当子系统之间需要协调运行时,子系统就
21、可以连接在一起,构成大范围系统协调。 当一个或多个子系统以低周期各自运行才有效率时,其连接就会断开。,2019/7/7,46,国家精品课程:交通控制与管理,C,C,C,C,C,SS1,SS2,SS3,SS4,SS5,可连锁(结婚) (Marry),子系统交通协调,有必要时,动态式连锁,2019/7/7,47,国家精品课程:交通控制与管理,子系统间可以连锁(交通协调)成为更大的 “系统”. 连锁子系统内所有路口都需要运行同一周期才可以保持交通协调。,子系统交通协调,2019/7/7,48,国家精品课程:交通控制与管理,C,C,C,C,C,SS1,SS2,SS3,SS4,SS5,无需连锁(离婚)
22、(Divorce),交通状况差别大时,就可离婚,2019/7/7,49,国家精品课程:交通控制与管理,子系统交通协调,SCATS系统,控制基本参数,2019/7/7,国家精品课程:交通控制与管理,50,周期(CL) 绿信比(Split) 相位差(Offset) 相位(Phase),系统的基本控制参数,2019/7/7,51,国家精品课程:交通控制与管理,基本概念周期,在单独信号控制路口 :,周期,延迟,Co - 最佳周期,延迟会快速提升. 引起车辆排长队,2019/7/7,52,国家精品课程:交通控制与管理,周期是运行所有相位所需的时间 有效范围 20 - 240 秒,一般范围 50 - 18
23、0 秒,2019/7/7,53,国家精品课程:交通控制与管理,基本概念周期,SCATS系统周期与饱和度DS的关系,Max.(160),Stretch(150),Alt.2(100),Alt.1(80),Min.(50),Max.DS(96),Stretch DS(86),Stretch DS-10(76),SA中最小周期控制参数,2019/7/7,54,国家精品课程:交通控制与管理,饱和度,周期时长,最小周期:在交通量极小及跳过某些相位的情况下采用 两个跳跃周期:决定于流量,使周期更快适应流量及协调控制 跳跃周期设置:一般每个周期的SA流量在612辆 Stretch cycle time:主周
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