道路交通控制技術3030SCATS和SCOOT系統(tǒng)chensirui@陳思睿智慧交通學院主要內(nèi)容：了解區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)的分類，定時式脫機操作系統(tǒng)和自適應式聯(lián)機操作系統(tǒng)的根本原理。重點與難點：TRANSYT、SCATS、SCOOT三種具有代表性的控制系統(tǒng)的控制原理和根本思想。定時式脫機操作系統(tǒng)具有不能適應交通隨機變化的缺點。英國、美國、澳大利亞和日本等國家作了大量的研究和實踐，用不同的方式建立了各有特色的自適應控制系統(tǒng)。（1）方案選擇式——SCATS（2）方案形成式——SCOOTSCATS系統(tǒng)01SCATSSCATS(SydneyCo-ordinatedAdaptiveTrafficSystem)悉尼協(xié)調(diào)自適應交通系統(tǒng)實時聯(lián)機的自適應控制系統(tǒng)方案選擇式的區(qū)域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由澳大利亞悉尼開發(fā)，20世紀70年代開始研究，80年代初投入使用。SCATSSCATS在實行對假設干子系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)控制的同時，也允許每個穿插口“各自為政〞地實行車輛感應控制，前者稱為“戰(zhàn)略控制〞，后者稱為“戰(zhàn)術控制〞。這樣可提高控制效率。SCATS實際上是一種用感應控制對配時方案可作局部調(diào)整的方案選擇系統(tǒng)。SCATS系統(tǒng)的優(yōu)化原理（1）控制參數(shù)的選擇依據(jù)：根據(jù)車輛檢測器測量得到的交通狀態(tài)。交通要求（交通狀態(tài)）：用車輛檢測器測量得到的交通流量和占有率這兩個參數(shù)的加權(quán)和來表示。式中：M—交通要求；q—交通流量；O—占有率；α,β—加權(quán)系數(shù)。SCATS系統(tǒng)的優(yōu)化原理（2）方案參數(shù)的選擇方法：以交通要求為主要依據(jù)，可對信號周期、綠信比、相位差（或其中某個參數(shù)）進行控制參數(shù)的選擇基本原理：（1）為每個子區(qū)單元先選擇一個信號周期（2）為每個子區(qū)單元選擇一個綠信比參數(shù)（3）為每個子區(qū)單元選擇一個相對相位參數(shù)

SCATS系統(tǒng)的優(yōu)化原理注：1—輕交通的綠信比圖形；2—典型的綠信比圖形；4，5—具有輕度優(yōu)先的綠信比圖形；3，6—具有顯著優(yōu)先的綠信比圖形；7，8—具有非常顯著優(yōu)化的綠信比圖形綠信比圖形選擇邏輯圖

SCATS系統(tǒng)的優(yōu)化原理注：1—輕交通的綠信比圖形；2—典型的綠信比圖形；4，5—具有輕度優(yōu)先的綠信比圖形；3，6—具有顯著優(yōu)先的綠信比圖形；7，8—具有非常顯著優(yōu)化的綠信比圖形綠信比圖形選擇邏輯圖

SCATS系統(tǒng)的優(yōu)化原理注：1—輕交通的綠信比圖形；2，6—均衡相位差圖形；3，5—給予入境交通以優(yōu)先的相位差圖形；4，7—給予出境交通以優(yōu)先的相位差圖形；2，3，4—當周期大于CT1，而小于CT2時，應選的相位差圖形；5，6，7—當周期大于CT2時應選的相位差圖形。相位差圖形選擇邏輯圖

SCAT系統(tǒng)特點無仿真實時交通狀況的數(shù)學模型，以簡單的代數(shù)式描述交通特征，用于計算信號周期長。綠信比和相位差依據(jù)信號周期調(diào)整。SCAT系統(tǒng)組成實時交通數(shù)據(jù)計算部分：主要包括“類飽和度”與“綜合流量”的計算。優(yōu)化選擇部分：主要包括公共信號周期的計算、綠信比方案的選擇、相位差方案的選擇與控制子區(qū)的合并問題。

SCATS系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)SCATS的控制結(jié)構(gòu)為分層式三級控制，三級控制為中央監(jiān)控中心→地區(qū)控制中心→信號控制機。中央監(jiān)控中心地區(qū)控制中心信號控制機SCATS系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)SCATS系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)層次示意圖中央監(jiān)控中心子控制區(qū)區(qū)域控制中心交通管理數(shù)據(jù)庫區(qū)域控制中心區(qū)域控制中心子控制區(qū)子控制區(qū)子控制區(qū)子控制區(qū)子控制區(qū)（1—10個信號控制器）（1—10個信號控制器）SCATS優(yōu)選配時方案的各主要環(huán)節(jié)1.子系統(tǒng)的劃分與合并

SCATS對子系統(tǒng)的劃分：由交通工程師根據(jù)交通流量的歷史及現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與交通網(wǎng)的環(huán)境、幾何條件予以判定，所定的子系統(tǒng)就作為控制系統(tǒng)的基本單位。SCATS對子系統(tǒng)的合并：在優(yōu)選配時參數(shù)的過程中，SCATS用“合并指數(shù)”來判斷相鄰子系統(tǒng)是否需要合并。SCATS優(yōu)選配時方案的各主要環(huán)節(jié)1.子系統(tǒng)的劃分與合并假設“合并指數(shù)〞累積值到達4，認為到達合并的標準。采用“信號周期時長〞中較長的那個為合并后的周期長。在必要的時候合并的子系統(tǒng)也可以分開。SCATS優(yōu)選配時方案的各主要環(huán)節(jié)SCATS配時參數(shù)優(yōu)選“算法〞1）根據(jù)埋設在每條車道停車線后面的檢測裝置提供的實時交通數(shù)據(jù)和停車線斷面在綠燈期間的實際通過量，算法系統(tǒng)選擇子系統(tǒng)的各項配時參數(shù)。類飽和度（DS）：被車流有效利用的綠燈時間與綠燈顯示時間之比。SCATS優(yōu)選配時方案的各主要環(huán)節(jié)類飽和度（DS）：被車流有效利用的綠燈時間與綠燈顯示時間之比。式中：DS——類飽和度；g——可供車輛通行的顯示綠燈時間總和，s；g’——被車輛有效利用的綠燈時間，s；T——綠燈期間，停止線上無車通過(即出現(xiàn)空檔)的時間，s；t——車流正常駛過停止線斷面時，前后兩輛車之間不可少的一個空檔時間，s；h——必不可少的空檔個數(shù)。SCATS優(yōu)選配時方案的各主要環(huán)節(jié)SCATS配時參數(shù)優(yōu)選“算法〞1）根據(jù)埋設在每條車道停車線后面的檢測裝置提供的實時交通數(shù)據(jù)和停車線斷面在綠燈期間的實際通過量，算法系統(tǒng)選擇子系統(tǒng)的各項配時參數(shù)。綜合流量（q’

）：綜合流量q’是指一次綠燈期間通過停止線的車輛折算當量。

SCATS優(yōu)選配時方案的各主要環(huán)節(jié)SCATS配時參數(shù)優(yōu)選“算法〞1）根據(jù)埋設在每條車道停車線后面的檢測裝置提供的實時交通數(shù)據(jù)和停車線斷面在綠燈期間的實際通過量，算法系統(tǒng)選擇子系統(tǒng)的各項配時參數(shù)。信號周期時長的選擇：考慮占優(yōu)勢的交通要求、現(xiàn)狀周期長、周期長優(yōu)化的極限值。以子系統(tǒng)為基礎，以類飽和度最高的交叉口計算子系統(tǒng)的新周期長。SCATS優(yōu)選配時方案的各主要環(huán)節(jié)SCATS配時參數(shù)優(yōu)選“算法〞2）作為實時方案選擇系統(tǒng)，SCATS要求事先利用脫機計算的方式，為每個交叉口擬訂4個可供選用的綠信比方案、5個內(nèi)部綠時差方案、5個外部綠時差方案。綠信比方案的選擇采用投票法，每個周期都要進展一次。選擇過程：對四種方案進展比照，假設連續(xù)三周期內(nèi)某一方案兩次中選，那么該方案即被選擇作為下一周期的執(zhí)行方案。SCATS優(yōu)選配時方案的各主要環(huán)節(jié)SCATS配時參數(shù)優(yōu)選“算法〞2）作為實時方案選擇系統(tǒng)，SCATS要求事先利用脫機計算的方式，為每個交叉口擬訂4個可供選用的綠信比方案、5個內(nèi)部綠時差方案、5個外部綠時差方案。每個周期都要對綠時差進展實時選擇。選擇過程：對每一進口道，都要分別計算出執(zhí)行方案時能夠放行的車流量和飽和度，比照能提供給每一條進口道的通過帶寬度。SCATS優(yōu)選配時方案的各主要環(huán)節(jié)SCATS配時參數(shù)優(yōu)選“算法〞3）信號周期和綠信比的實時選擇是以子系統(tǒng)的整體需要為出發(fā)點，即根據(jù)子系統(tǒng)內(nèi)關鍵交叉口的需要確定周期長。4）交叉口的相應綠燈時間，按照各相位飽和度相等或接近的原則，確定每一相位綠燈占信號周期的百分比。SCOOT系統(tǒng)02SCOOT(Split-Cycle-OffsetOptimizationTechnique)即“綠信比-信號周期-綠時差優(yōu)化技術〞SCOOT是一種對交通信號網(wǎng)實行實時協(xié)調(diào)控制的自適應控制系統(tǒng)。由英國TRRL于1973年開場研究開發(fā)，1977年在哥拉斯格現(xiàn)場實驗1979年正式投入使用，1979年英國推廣。方案生成式控制系統(tǒng)SCOOT相同點：SCOOT是在TRANSYT的根底上開展起來的，其模型及優(yōu)化原理均與TRANSYT相仿。SCOOT與TRANSYT的異同不同點：SCOOT是方案形成式的控制系統(tǒng)，通過安裝在穿插口各進口道最上游的車輛檢測器所采集的車輛到達信息，聯(lián)機處理，形成控制方案。連續(xù)地實時調(diào)整綠信比，周期時長及綠時差這三個參數(shù)，使之同變化的交通流相適應。SCOOT優(yōu)化采用小步長逐漸尋優(yōu)的方法，無需過大的計算量。SCOOT與TRANSYT的異同不同點：此外，對交通擁擠和阻塞有專門的監(jiān)視和應對措施，對故障發(fā)出自動警報，可隨時向操作人員提供實時的交通信息?，F(xiàn)有SCOOT采用的是集中式控制構(gòu)造，難免具有構(gòu)造上的缺點。在比較大的控制范圍內(nèi)，可以改用分層控制構(gòu)造為宜。SCOOT與TRANSYT的異同SCOOT系統(tǒng)的基本原理圖路網(wǎng)上的實時交通狀況車流檢測及數(shù)據(jù)處理下游停車線斷面流量圖示現(xiàn)行控制方案的PI值現(xiàn)行配時參數(shù)各交叉口車輛排隊故障監(jiān)視系統(tǒng)檢測交通模型現(xiàn)行配時參數(shù)方案調(diào)整配時后的PI值配時參數(shù)數(shù)組存儲單元對路網(wǎng)執(zhí)行監(jiān)控最新優(yōu)化配時參數(shù)對配時參數(shù)作調(diào)整配時參數(shù)優(yōu)選繼續(xù)調(diào)整調(diào)整完畢SCOOT系統(tǒng)是一種兩級結(jié)構(gòu)，上一級為中央計算機，下一級為路口信號機。通過車輛檢測器獲得交通量數(shù)據(jù)（每秒4次采樣），以此為依據(jù)建立交通流模型。綠信比、相位差和周期的優(yōu)化均通過模型進行。為了避免信號參數(shù)突變對交通流產(chǎn)生不利的影響，SCOOT在優(yōu)化調(diào)整過程中均采用小增量方式。具有公交車輛和緊急車輛優(yōu)先功能。SCOOT系統(tǒng)的特點（1）檢測

SCOOT使用環(huán)形線圈式電感檢測器實時地檢測交通數(shù)據(jù)。路邊不允許停車的情況下，可埋在車道中間。所有車道都要埋設傳感器，一個傳感器檢測一條或兩條車道，兩條車道合用一個傳感器時，傳感器可跨在分道線中間。系統(tǒng)優(yōu)化配時的主要環(huán)節(jié)（2）子區(qū)

SCOOT系統(tǒng)劃分子區(qū)也由交通工程師預先判定，系統(tǒng)運行就以劃定的子區(qū)為依據(jù)，運行中不能合并，也不能分拆，但SCOOT可以在子區(qū)中存在雙周期交叉口。系統(tǒng)優(yōu)化配時的主要環(huán)節(jié)（3）模型——周期流量圖示車隊預測排隊預測擁擠預測效能預測系統(tǒng)優(yōu)化配時的主要環(huán)節(jié)車輛排隊預測（4）優(yōu)化優(yōu)化策略：對優(yōu)化配時參數(shù)隨交通到達量的改變而作頻繁和適量調(diào)整。調(diào)整量雖小，但由于調(diào)整次數(shù)頻繁，就可由這些頻繁調(diào)整的連續(xù)累計來適應一個時段內(nèi)的交通變化趨勢。這樣的優(yōu)化策略是SCOOT成功的主要原因之一。優(yōu)化次序：SCOOT在每次改變信號配時方案前，頻繁按此輪流優(yōu)化周期時間、綠信比與綠時差。系統(tǒng)優(yōu)化配時的主要環(huán)節(jié)主要優(yōu)點：靈活、準時，結(jié)果更加有效、可靠。主要不足：相位不能自動增減，相序不能自動改變；獨立的控制子區(qū)的劃分不能自行解決，需人工確定；現(xiàn)場安裝調(diào)試時相當繁瑣。SCOOT系統(tǒng)的優(yōu)缺點ACTRA控制系統(tǒng)03——

集方案生成和方案選擇于一體的區(qū)域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)——美國西門子公司開發(fā)，是目前世界上技術比較先進的交通信號控制系統(tǒng)軟件之一ACTRA的控制結(jié)構(gòu)由三大模塊組成：中心控制模塊、通信模塊及路口信號控制模塊。ACTRA的控制結(jié)構(gòu)ACTRA的控制結(jié)構(gòu)ACTRA系統(tǒng)的控制模式ACTRA系統(tǒng)有多種控制模式，大體分為14種。重點介紹有別于其他系統(tǒng)的4種控制模式。1）系統(tǒng)時間表控制：時間表控制為一組路口設定1天或1周的配時方案，該模式屬于方案選擇式控制模式，適用于交通流特性穩(wěn)定的路口。2）干線協(xié)調(diào)控制：協(xié)調(diào)控制可進行時間表和感應式線協(xié)調(diào)控制。感應式協(xié)調(diào)在保證干線協(xié)調(diào)控制時，根據(jù)非協(xié)調(diào)相位或沖突方向的請求，自行調(diào)整綠信比和相位差。

ACTRA系統(tǒng)的控制模式ACTRA系統(tǒng)有多種控制模式，大體分為14種。重點介紹有別于其他系統(tǒng)的4種控制模式。

3）交通響應控制：交通響應控制時ACTRA系統(tǒng)根據(jù)路口檢測的流量和占有率，動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的周期、綠信比和相位差等參數(shù)，然后再選擇方案庫里最為匹配的方案進行實施。4）區(qū)域協(xié)調(diào)自適應（ACS-Lite）：ACTRA采用的是區(qū)域協(xié)調(diào)自適應算法ACS-L（adaptivecontrolsystemlite）。該算法根據(jù)系統(tǒng)檢測器的交通信息，對交通參