1、KELI-UTC3.1集中協(xié)調(diào)式交通信號機 信控與仿真研究室 二 一年三月,一、概 述,信號控制系統(tǒng)是現(xiàn)代城市智能交通的核心部分，其功能和質(zhì)量直接影響到現(xiàn)代城市交通管理水平。針對目前普遍存在的城市交通擁堵現(xiàn)象，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的價格低、功能強、實用型的高端智能交通型信號控制 系統(tǒng)是 時代發(fā)展和城市建設(shè) 的迫切需求，應(yīng)用新技術(shù)提 高城市道路交叉口的通行能 力，減少交通擁堵和行車延 誤，減少交通事故,目前國內(nèi)高端智能交通型信號控制系統(tǒng)嚴(yán)重缺乏，80%以上的路口沿襲的只是國外80年代末的技術(shù)，僅能實現(xiàn)簡單地定時功能；在國內(nèi)50多個品牌信號控制系統(tǒng)中能實現(xiàn)線控、面控、自適應(yīng)控制等功能的很少。國內(nèi)高

2、端智能交通型信號控制系統(tǒng)市場大部分被SCAITS、西門子等國外品牌壟斷，這些國外品牌信號控制系統(tǒng)不僅售價高昂；而且不適應(yīng)中國城市道路混合交通流的特點。,集中協(xié)調(diào)式信號機包容行人請求過街、感應(yīng)控制、多時段定時以及區(qū)域控制等多種信號機的功能。集中協(xié)調(diào)式信號機是現(xiàn)代城市智能交通的核心設(shè)備；涉及交通工程、嵌入式系統(tǒng)、軟件工程、電子技術(shù)、計算機仿真、傳感器技術(shù)和機電一體化幾個專業(yè)和學(xué)科。,科力集中協(xié)調(diào)式信號機特點 KELI-UTC3.1智能交通型信號控制系統(tǒng)主要基于windows平臺下以星形網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)通信為基礎(chǔ)，實現(xiàn)中心級、區(qū)域級和路口級三級閉環(huán)控制網(wǎng)絡(luò)；以微觀交通仿真和交通信息采集數(shù)據(jù)為分析研究

3、對象，對路口信號控制方案進(jìn)行優(yōu)化，為交通管理提供科學(xué)的決策依據(jù)。 信號機以32位嵌入式系統(tǒng)為工作內(nèi)核，以最新國家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于集中協(xié)調(diào)式信號機、流量調(diào)查、信號控制規(guī)范等的詳細(xì)說明為依據(jù)；參考美國和德國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，開發(fā)功能完備、應(yīng)用方便、可靠穩(wěn)定、成本低廉的智能交通型集中協(xié)調(diào)式信號機；能實現(xiàn)面控、線控、自適應(yīng)控制、BRT控制和交通在線仿真功能。,KELI-UTC3.1主要設(shè)計原則 在KELI-UTC3.1智能交通型信號控制系統(tǒng)的頂層設(shè)計中應(yīng)用現(xiàn)代計算機技術(shù)、軟件工程和現(xiàn)代交通流控制理論，采用人工智能、多核芯片、高可靠性設(shè)計和故障自診斷設(shè)計；廣泛采用國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國外標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計、制造符合中國

4、特色的智能交通型信號控制系統(tǒng)。主要設(shè)計原則有 ：,1、實用性 在保證一定技術(shù)先進(jìn)性的前提下，以滿足實際應(yīng)用需求為前提。采用成熟而先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，使系統(tǒng)具有良好的開放性、可擴展性和較長的生命周期；按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和模塊化設(shè)計,保證系統(tǒng)擴充方便性。 2、安全性 充分考慮產(chǎn)品運行的安全性，在網(wǎng)絡(luò)安全性上，按照公安網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通訊或點對點光纖通信的引用環(huán)境進(jìn)行設(shè)計，應(yīng)用軟件系統(tǒng)設(shè)置多種安全管理權(quán)限，能夠確保全系統(tǒng)的操作和數(shù)據(jù)的安全。在硬件安全性上，充分考慮雷擊、暴雨、臺風(fēng)等惡劣氣候條件下對路口設(shè)備的穩(wěn)定可靠運行的需求，使用多種防護(hù)設(shè)施以確保硬件設(shè)備的安全。,3、先進(jìn)性 遵循目前信號控制系統(tǒng)通行的中心控制級、

5、區(qū)域控制級和路口控制級三級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的控制原理、技術(shù)路線符合現(xiàn)代信號控制理論的發(fā)展方向。 4、可擴展性 產(chǎn)品軟件和硬件將采用便于擴展的模塊化設(shè)計，以便滿足在相當(dāng)長一段時間內(nèi)城市發(fā)展規(guī)模對系統(tǒng)容量的擴展需求。另外，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以很方便、有效地集成到城市道路交通綜合管控平臺上，使得系統(tǒng)的主要參數(shù)和數(shù)據(jù)可以為各級領(lǐng)導(dǎo)決策提供服務(wù)。,5、開放性 產(chǎn)品對外公開信號機通信協(xié)議以及控制系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)以便用戶進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成與資源共享。在應(yīng)用層上，為用戶提供系統(tǒng)的控制獲取以及數(shù)據(jù)獲取的接口模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性。 6、可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性 軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)都力求做到簡單統(tǒng)一的操作，從而降低

6、系統(tǒng)管理上的工作量，提高工作效率，以有利于今后對整個系統(tǒng)的維護(hù)。,KELI-UTC3.1解決的關(guān)鍵技術(shù)問題 一、采用多核芯片技術(shù)有效提高了信號機及控制系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性，提升了信號控制的智能化水平，實現(xiàn)了綠波控制、感應(yīng)控制、自適應(yīng)控制、BRT控制、警衛(wèi)路線等功能應(yīng)用。故障自診斷技術(shù)可以實現(xiàn)城市大范圍內(nèi)信號機智能化管理 二、系統(tǒng)支持分布式組網(wǎng)，真正實現(xiàn)城市信號機區(qū)域?qū)崟r線控、區(qū)域優(yōu)化控制和中央控制,三、產(chǎn)品符合GA47-2002道路交通信號控制機國家公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能夠兼容德國、美國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在城市信號控制與管理中實現(xiàn)異種信號機的聯(lián)通與控制，兼容國際SCAITS控制系統(tǒng) 四、通過TCP/IP,

7、GPRS和ZIGBEE協(xié)議，能夠與道路交通視頻、超聲波、電磁、微波和FCD浮動車輛等多種交通信息采集方式聯(lián)接，具備交通流在線仿真和信號控制系統(tǒng)實時優(yōu)化功能 五、系統(tǒng)與城市智能交通中道路交通流量采集與發(fā)布系統(tǒng)、交通警用裝備闖紅燈系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)，有效提高城市智能交通整體管理水平和效能,KELI-UTC3.1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù) 中國國家標(biāo)準(zhǔn)城市道路交通信號控制方式適用規(guī)范 GA/T527-2005 中國國家標(biāo)準(zhǔn)道路交通流量調(diào)查GA299-2001 中國國家標(biāo)準(zhǔn)城市交通信號控制系統(tǒng)術(shù)語GA/T509-2004 中國國家標(biāo)準(zhǔn)道路交通信號燈GB14887-2003 中國國家標(biāo)準(zhǔn)道路交通信號控制機GA47-200

8、2 美國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)國家運輸ITS通信協(xié)議NTCIP 交通信號機與上位機之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議GB20999-2007,KELI-UTC3.1信號機硬件配置 KELI-UTC3.1智能 交通型信號控制系統(tǒng)的 配置體系主要包括驅(qū)動 卡、交通信息采集主機、 按鍵顯示板、故障檢測 機、電源、防雷和防浪 涌裝置、接地系統(tǒng)、通 訊機控制主機等主要部件。,信號機相關(guān)術(shù)語 相位（PHASE，簡稱P）：在一個信號周期內(nèi)，同時獲 得通行權(quán)的一股或多股交通流的信號顯示狀態(tài)。 相序：在一個信號周期內(nèi)，不同相位的依次組合順序。 周期：信號燈色按設(shè)定相位順序顯示一周所需的時間。 控制方案：相位設(shè)置、相序設(shè)置、信號配時的有序集合

9、 綠沖突：規(guī)定不允許同時放行的信號燈組的綠色信號燈 同時被點亮。 全紅狀態(tài)：所有信號燈組紅燈全被點亮的信號狀態(tài)。 最小綠燈時間：綠燈允許開啟的最短時間。 最大綠燈時間：綠燈允許開啟的最長時間。 相位差：在協(xié)調(diào)控制中，某個路口與基準(zhǔn)路口漸進(jìn)式依次開啟協(xié)調(diào)相位的時間差.,二 信號機參數(shù)設(shè)置,日方案設(shè)置 一個日方案里最大可分18個時段日方案號（17）對應(yīng)的是一周的7天方案設(shè)置。特殊日（818）號日方案，信號機一般按周循環(huán)工作，特殊日方案主要來自網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。 例：,相序設(shè)置 相序是配置相序方案（大于5為無效），對應(yīng)相位總數(shù)，對應(yīng)相位所含的燈組號，每相位最大輸入10個燈組 相同方案號的相序方案與基本方案的

10、相位總數(shù)應(yīng)該保持一致，否則可能信號機會出現(xiàn)讀取方案錯誤,基本方案設(shè)置 基本方案配置對應(yīng)相序方案相位的基本控制方案。包括黃燈時間、紅燈時間、最小綠燈時間、最大綠燈時間 基本方案是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議里必備的一種方案，既可以滿足感應(yīng)控制的需求，也是一種保守的安全策略，當(dāng)讀控制方案出錯的時候，有了基本方案，信號機仍然可以通過最小和最大綠燈時長的算術(shù)平均值安排綠燈時間。當(dāng)信號機方案切換時也依賴于基本方案中的參數(shù)進(jìn)行過渡計算，所以設(shè)置好基本方案非常重要，當(dāng)信號機方案讀取故障時，也依靠基本方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。,基本方案的相位總數(shù)PN與對應(yīng)的相序方案中的PN要保持一致，否則配時時將出錯。相序方案中的配時與基本控制方案中

11、的相位順序是一致的，因此相序方案設(shè)置完畢后應(yīng)立即進(jìn)入基本控制方案設(shè)置。,控制方案的設(shè)置 1、操作控制方案鍵，顯示：“控制方案號”；可以通過鍵盤輸入數(shù)字按確認(rèn)鍵。輸入的總數(shù)大于18為無效。 2、配置“控制方式”，輸入該方案下的控制方式，通過鍵盤輸入數(shù)字，并按確認(rèn)鍵,三 信號機功能介紹,手控鎖相位 手動/自動開關(guān)撥到手動位置，手動按鈕每按下一次，本相位的綠燈狀態(tài)就結(jié)束，自動進(jìn)入綠燈轉(zhuǎn)換時間，（注意，在此期間，不需要再按手動按鈕，）然后就自動開始轉(zhuǎn)到下一個相位的綠燈。如此循環(huán)，若不按手動按扭，則在當(dāng)前相位循環(huán)，表現(xiàn)為鎖定狀態(tài)，把手動/自動開關(guān)撥到自動位置，則恢復(fù)自動運行。,感應(yīng)控制 半感應(yīng)控制：若主

12、次相位相差明顯，則只在次干道上埋設(shè)地感線圈，這就是半感應(yīng)模式，算法與全感應(yīng)一致，通稱感應(yīng)控制。 全感應(yīng)控制：主要用于交通飽和度小于80%的路口。其特點是，主次相位交叉，相差并不是很明顯，這樣一來，需要在每個車道上，安裝流量檢測器，用于檢測車輛通行情況。流量檢測器線圈，一般安裝于離路口停車線的上游距離為1560米處，若要安裝請求檢測器線圈，則埋設(shè)在路口停車線內(nèi)側(cè)14米。感應(yīng)控制的邏輯是保證主相位（最大綠燈時長設(shè)置大于50秒）以最小綠燈時間起步 。,在最后綠燈放行時間車頭時距范圍內(nèi)，主相位有請求則接著放行，直到放到最大綠燈時間結(jié)束，若主相位無請求而其他相位有請求，則提前結(jié)束該相位。次相位（最大綠燈

13、時長小于等于30秒），有請求放行，放行邏輯與主相位一致，但是當(dāng)相位循環(huán)工作到次要相位時無請求發(fā)生，那么將跳過該相位，這與主相位存在很大不同。這樣做可極大地保證感應(yīng)控制的安全性。,兩種控制方式的比較,干預(yù)控制功能 主要由上位機干預(yù)，分干預(yù)交通管制、干預(yù)黃閃、干預(yù)全紅、干預(yù)熄燈，干預(yù)控制時有起時時間和終止時間，其中干預(yù)交通管制精確到秒，常被用做聯(lián)網(wǎng)警衛(wèi)路線，其他精確到分鐘。,干線協(xié)調(diào)控制（綠波控制） 為了確保在指定路線上的某個車流，能在進(jìn)入被控制區(qū)域時，只要它們按一定的車速行駛，那么就使它們具有優(yōu)先通過的權(quán)力，這時，可以采用干線協(xié)調(diào)控制模式。 納入?yún)f(xié)調(diào)控制的信號機，要求它們采用相同的周期，并以一個

14、基準(zhǔn)的時段方案配合，同時設(shè)基準(zhǔn)時間點，每個路口以基準(zhǔn)時間點設(shè)置相位差。在實現(xiàn)綠波控制前，要查詢干線每個路口的空間距離，并按設(shè)計時速換算成時間距離，最好開車在干線上按設(shè)計時速調(diào)研幾次，然后確定路口之間的相位差。 本信號可設(shè)置多時段綠波帶，也可以與多時段定時交叉使用，而且從過渡平滑，采用了特殊的融合算法使得多時段定時控制方式向協(xié)調(diào)控制切換時不會出現(xiàn)特殊的過渡燈色。,手動控制功能 手動控制分為無線遙控手動控制與現(xiàn)場按鍵手動控制兩種。信號機可選配430M無線數(shù)據(jù)傳輸接收頭，由遙控器進(jìn)行現(xiàn)場手動交通管制、手動黃閃、手動步進(jìn)、手動專放行人（機動車全紅，行人燈全綠）；可通過信號機面板上的按鍵進(jìn)行手動管制、手

15、動黃閃、手動全紅、手動步進(jìn)。,BRT（公交優(yōu)先）控制 BRT控制，一般設(shè)置專用公交車道，請求線圈埋設(shè)在離路口停車線1215秒時距的車道上，當(dāng)公交車觸發(fā)線圈時，系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)置參數(shù)給予安排優(yōu)先相位立即通過路口。公交優(yōu)先分固定周期優(yōu)先和可變周期優(yōu)先。可變周期優(yōu)先指的是感應(yīng)控制路口，當(dāng)請求線圈觸發(fā)后，優(yōu)先處理BRT請求；固定周期優(yōu)先，BRT放行時間由路口其他相位時間均減幾秒而保證周期依然固定，可實現(xiàn)BRT與綠波帶同時實現(xiàn)。 設(shè)置的參數(shù)有BRT放行時間（與BRT方向上路口寬度有關(guān)）、BRT等待時間（一般與線圈埋設(shè)距離有關(guān)）和優(yōu)先等級，0級不優(yōu)先；1級相對優(yōu)先，即信號機正處于優(yōu)先相位和優(yōu)先相位前一相位時，

16、支持優(yōu)先功能，；2級代表絕對優(yōu)先，無論信號機處于哪個相位，若此時發(fā)生請求，都將支持優(yōu)先功能。,A、有專用車道上的絕對優(yōu)先 1、當(dāng)前處于優(yōu)先相位，剩余時間若大于BRT等待時間則自然過渡，否則延時； 2、當(dāng)前處于非優(yōu)先相位，也不是優(yōu)先相位前一相位，放行安全綠燈時間后優(yōu)先； 3、當(dāng)前處于優(yōu)先相位前一相位，則判斷剩余時間，剩余時間小于BRT等待時間，則自然過渡，反之，早斷； 4、正處于插入優(yōu)先相位時又發(fā)生二次請求，則繼續(xù)延時； B、無專用車道，處于混合車道上的相對優(yōu)先： 1、處于優(yōu)先相位，同A1； 2 、處于非優(yōu)先相位又不是優(yōu)先相位前一相位，則不優(yōu)先； 3、處于優(yōu)先相位前一相位，則同A3； 4、同A4

17、。 C、近飽和路口不優(yōu)先,BRT控制路口設(shè)備分布圖,行人過街請求控制 行人過街請求分一次過街和兩次過街，路面寬度小于20米的安排一次過街，若大于20米，則要在路面中間設(shè)計安全島，然后分二次過街，這種控制要裝行人過街請求按鈕，人行橫道一般位于離路口停車線距離50米以外的地方。過街等待時間最大30秒紅燈，放行時間最大20秒綠燈，最小放行10秒，中間可調(diào)。共四盞獨立燈組可用，一次過街可安排四個方向上都有信號燈，二次過街只能安排兩個方向。若一個方向二次過街，其他兩個方向為一次過街也可以，但要注意燈組設(shè)置。,區(qū)域優(yōu)化控制 區(qū)域優(yōu)化控制一般由控制中心根據(jù)區(qū)域流量變化和分析軟件而生成一套優(yōu)化方案，再通過通信

18、接口設(shè)置到現(xiàn)場信號機里，由信號機去執(zhí)行。信號機具備這種功能，KEILI-UTC3.1的通信協(xié)議是在仿美國NTCIP協(xié)議的基礎(chǔ)上專門設(shè)計的,詳見后臺軟件使用說明書。,故障降級、報警和糾錯功能 KELI-UTC3.1智能交通型信號控制系統(tǒng)的信號機的優(yōu)先級順序為：綠沖突故障燈組故障相序方案故障檢測器故障控制方案故障 信號機主要檢測綠沖突故障，燈組故障配44路交流互感器型故障檢測板，故障檢測通過串口告知CPU并聯(lián)網(wǎng)上傳；地感線圈故障由線圈檢測器CPU通過串口告知信號機；信號機標(biāo)準(zhǔn)配置44路燈組輸出和機動車綠沖突檢測板，可根據(jù)客戶要求擴展到64路燈組，因此燈組故障檢測和檢測器故障檢測跟隨配件選用情況報警。,四 信號機內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹,外部強電