SCATS-系统介绍

SCATSSYADNEYCOORDINATEDADAPTIVETRAFFICSYSTEM悉尼交通自适应协调系统一、系统概述开发起始时间：七十年代初期；地点：澳大利亚悉尼；目前的规模：悉尼2500多个路口的自适应区域控制；当前推广应用范围：澳大利亚、新西兰、东南亚、中国、美国、爱尔兰等全世界70多个城市与地区，21000余路口；悉尼交通自适应协调系统（SCATS）开发者：澳大利亚新南威尔士州道路交通局（RTA）。ShenyangTianjinShanghai,NingboSuzhouHangzhouGuangzhouHongKongManilaCebuKualaLumpurSerembanSingaporeBruneiSandakanJakartaBandungDetroitDelawareDurhamCobbCoSuvaFijiShijuazhuangTehranMashhadDublinAucklandWellingtonChristchurch+11citiesDarwinPerthAdelaideSydneyMelbourne&manyothercitiesMexicoCityTolucaSCATSWorldwideSystemInstallationsYichangDohaChulaVistaPascoCo.ConcepcionGreshamParkCityMenloParkSunnyvaleWaterfordIsraelYanbuDaccaHanoiPattayaVietianneRzeszowPietermaritzburgSCATS是按照交通需求变化实时调节信号配时来运行的，是以区域、而不是以非协调的单个的路口为基础，对交通进行控制。SCATS是在不断发展与完善的。最新的控制软件为第6版本（V6.X），并且移植到PC机平台上，在控制、数据采集、管理、监视等方面都有改善、提高。二、系统组成SCATS可以根据受控路口多寡及系统需求采用二级或三级控制方式。一个完整的三级控制系统包括路口控制、地区控制和中央控制。采用二级控制时，只包括路口控制和地区控制。路口控制是由信号控制机对某个具体路口进行的控制。它的输入信息来自车辆检测器和行人按钮，输出灯色信号，指挥交通。地区控制是系统关键。路口信号控制机采集的实时信息源源不断地送往位于地区控制室的地区主控计算机，由主控计算机综合计算得出优化最佳控制方案及时送回信号控制机执行。中央监控计算机主要完成与各地区计算机的联系，以及与中央管理计算机的连接。中央控制级的建立，使我们可以很方便地在各级计算机终端上、或者临时插接到信号控制机的现场终端上，对任一路口的运行实况进行监视、数据修改或者发布命令。使数百成千路口的集中监控得以实现。路口控制机检测器信号灯检测器信号灯二级系统组成图地区计算机工作站PC典型的计算机配置中央管理计算机（带CMS）工作站地区计算机LAN连接地区计算机串口通信通信处理器1、路口控制采用微处理器芯片（16位）接收、处理来自检测器的信号，自主进行单点感应控制。接收、预处理来自检测器的信号，向地区主控机传送信息，并接受主控机的各种控制信息，进行控制。按预置要求或故障降级要求进行无电缆协调控制。自动故障检测、报警。24路车辆检测器和8路行人按钮输入。16信号组输出。使用“特征软件”保证信号安全正常运行。路口“特征”数据包括：信号相位数、相序、检测器数、信号组数以及它们之间的相互关系；相位时间段如：最小绿、最大绿、绿闪、黄灯、全红等的时间限定；单点全感应基本参数（空挡时间、浪费时间……）；无电缆控制所需的基本参数（方案、时段、感应要求……）。2、地区控制主机使用PDP11系列(V5.3之前),或PC工控机(V6.0之后)。是实现自适应控制的重要部分：接收信号控制机信息，进行计算、处理，并回传优化的自适应区域控制信息。向路口信号控制机传送强制信息，进行人工控制。自动接收、存储路口信号控制机故障信息、并在操作终端上报警显示。下达指令，获取路口流量信息、系统运行信息，并可存储、分析。PDP11系列：可控制多达128个路口（11/93），PC工控机可控制多达250个路口。3、中央监控当路口控制的数量超过一定限量之后，就需要设立中央监控计算机。使用PDP11系列及VAX11管理计算机(V5.3之前),或PC工控机(V6.0之后)。中央监控计算机不直接进行自适应控制，通过它可以监视运行、修改数据、人工干预等等……通信功能,使得所有的地区及其下属路口连通，方便信息传送。三、系统通信地区控制计算机至路口信号控制机。星形连接方式：租用或专用电缆、光缆直接连接。网络连接。地区控制计算机至中央监控计算机。星形连接方式：直接电缆或光缆连接，电话拨号连接。计算机网络连接。四、系统控制原理SCATS控制策略交通条件反应对策繁忙交通要求使通行量最大正常交通要求使延误最小轻微交通要求使停车次数最少子系统与系统道路网络的不规则性，导致交通环境差异；交通分布的不均匀性，产生对信号配时的不同要求。为求整体最佳效益，交通在某些条件下需要小范围协调，在另一些条件下可以大范围协调。战略与战术控制仅有战略检测和算法，难以求得局部的精细；只有战术检测和算法，不能把握全局。为求整体最佳效益，需要既有战略又有战术的检测和算法，在两个层面上产生作用。子系统是自适应控制最小协调单元。由一个或若干路口组成。子系统划分原则：地理条件、交通状况以及相互关连性。子系统----关键路口----主要检测器----周期、绿信比；子系统----代表性方向检测器----协调方向----相位差。子系统可以相互结合，形成规模不同的系统。交通状况变化后，周期或流量特性渐趋一致时，子系统的结合有利较大范围的协调。低峰向高峰过渡时，往往出现这种情况。结合起来的若干子系统称为“系统”。一个地区控制范围内可以有一个或若干个大小不一的“系统”组成。形成系统的子系统可以分离，形成新的系统或原来的子系统。“系统”内子系统交通状况、预测周期或流量特性产生一定差异时，继续以“系统”运行会降低整体效益，就产生子系统分离。经分离后的“系统”形成较小的，适合当时交通状况的“系统”或子系统运行。高峰向低峰逐渐过渡时，容易出现这种情况。1、子系统与系统SS1SS2SS5SS4SS3SS6SS7子系统与系统示意图例：静安68（Int），22（SS）。高峰最大结合链13（SS），42（Int）。战略控制层面是较高级别的控制。收集来自战略检测器的流量或饱和度等数据，经地区主控机战略算法计算优化各子系统的周期、绿信比、相位差等参数。计算、判断子系统之间的关系，决定子系统是结合还是分离，从区域整体上衡量最佳效果。按周期进行运算、调整，战略响应速度比较快。2、战略与战术控制战略控制的基本参数优化准则周期时间是以秒为单位动态地变化的，当交通增长较快时，能以较大的步长变化（如6秒、9秒、21秒），以保持系统有最合适的饱和度（比如0.9）。绿信比要求对每个进口的绿灯时间能反映相应的交通要求。SCATS通过对不同相位或有代表性的进口用等饱和度的方法来决定绿信比。当然在交通要求接近饱和时控制可以偏向于设计者所需要的主要交通流向。相位差须能随交通要求变化而使系统中的车辆，尤其是占优的交通流的停车次数和延误减至最少。战术控制层面是较低级别的控制。允许路口信号控制机在不违背系统“战略”的前提下，有一定的灵活性以满足实际运行中的局部需求。运行着的相位时间可以在一定条件下按交通需求缩短或者延长、没有交通要求的相位甚至可以跳过不运行。运算是在目前运行着的周期或相位中当场发生，反应迅速，进一步提高了控制的实际效果（特别适合那些不规则到达的交通流）。战略控制与战术控制的关系在战略控制下进行的战术控制的程度是由地区主控机所约束的。在战术控制时，路口信号控制机使用了与单点全感应控制时相同的技术。不同之处是，主干道上的协调相位不能随意跳过或提前结束，以免破坏协调效果。以整体交通为目标的战略控制可以使变化的交通受到平滑的控制；周期性处理快速、微小变化的战术控制则使系统控制更加精确。当道路与交通条件较好时，系统往往以战略控制为主；反之，由于交通流的随机性而使得战术控制的补充作用显得十分重要。五、基本算法思想1、相位时间段（PHASEINTERVALS）——概念与作用简单表述MINIMUNGREENFLASHGREENYELLOWALLREDEXTENTIONGREENCLEARANCEVEHWALKGREENINTERGREEN行人结束时间一般在对应车辆信号的绿间隔之前；行人较多也可延长至绿间隔中。APHASE完整的SCATS表述VEHMINGRNFLASHGREENYELLOWALLREDEXTLSTVIGRESTECOGRNWALKWALKCLEARANCE1DELAYCLEARANCE2INITIALPERIODREST/EXTENTIONPERIODINTERGREENPERIODRUNNINGCLEARINGLATESTART（迟启动）由于A、B相距一段距离，当信号SG1结束后，SG2先转为绿灯，SG3滞后一些转绿灯，以免与B处车辆发生冲突。SG1（V1）SG3（V3）ABSG1SG2SG3相位时段YELLOWALLREDLATESTARTMINIMUMGREENSG2（V2）MINIMUNGREEN（最小绿）是相位绿灯一旦出现后，到相位结束之间所需保持的最小绿灯信号时间。它保证绿灯信号至少显示一个最小安全时间。VIG——VARIABLEINITIALGREEN（可变初始绿）（仅用于前置式检测器）包含两项内容：INCREMENT（增量）MAXIMUMINITIALGREEN（最大初始绿）对红灯时通过线圈的每辆车会加上一个“增量值”（增量时间设置）到初始绿计时器上，一直至最大初始绿的时间设置；在绿灯开始时刻，这一累计值就加到最小绿计数器上，形成了新的最小绿时间。目的是为保证处于停车线与前置式检测器之间的车辆在绿灯亮后能有时间走完，进入到下一个相位时间段。RESTGREEN（保持绿）单点全感应状态时，如果在结束最小绿之后，任一相位均无车辆（要求），就停留在这个时间段。它没有时间设置，是处于保持等待状态的。若一有车辆出现（要求），就立刻进入EXTENTIONGREEN（延长绿）。EXTENTIONGREEN（延长绿）延长绿也即延长时间段。保持绿与延长绿亦被称为保持/延长阶段。进入延长绿之后，信号机便要寻求一个恰当的相位结束时间，以为其它的交通“要求”服务。如果车流中出现了一个合适的“空挡”（GAP），或者“浪费”（WASTE）计时器累加到足够的时间，便强迫相位结束；如果“空挡”、“浪费”计时器均不能终止相位，则绿灯继续至“最大绿”计时器计满为止。EARLYCUTOFFGREEN（早切断绿）早切断绿使得一个相位中的不同信号组可以分步结束，由早切断给予信号组的黄灯分时结束。V2V1EARLYCUTOFFGREENV2V1GREENGREENGREENYELLOWREDYELLOWREDYELLOWALLREDENDOFPHASE信号组V1比V2早结束，使得两个路口之间的车辆清除。ECO的时间由路口距离和车辆行驶速度决定。YELLOW（黄灯）用来定义一个相位信号组（车辆）通行权的终止。它主要与车辆速度、车辆能接受的减速度，以及其与停车线之间的距离有关。能找到一个临界距离，使其后正常通行的车辆在见到黄灯点亮时（制动）可以在停车线前停下，而其前面的车辆能在黄灯结束之前合法通过停车线。澳大利亚黄灯计算的参考方法：设计车速4550607080黄灯时间3.03.54.04.55.0秒公式:黄灯时间=1.0+设计车速/20这里设计车速为:公里/小时ALLRED（全红）用以清除路口车辆。避免两个不同相位中冲突交通流在冲突点的事故。A相位B相位B相位的全红计算