當(dāng)交叉口行人過街存在高峰期，SCATS系統(tǒng)無法感應(yīng)人流量的變化而自動(dòng)調(diào)整方案時(shí)，如何保證行人過街時(shí)間并保持SCATS系統(tǒng)車流自適應(yīng)控制？黑板報(bào)君今天來介紹使用SCATS解決人流高峰期路口問題的方法，供大家參考。

路口概況

Z江大道是某市南北向主干道，與東西向教育路相交。該路口大貨車居多，且早晚高峰車流量非常大。

路口周邊有兩所學(xué)校，上下學(xué)時(shí)段為人流高峰期，與車流高峰期部分時(shí)段重合。

圖1 Z江大道-教育路口位置示意圖

圖2 Z江大道-教育路口基礎(chǔ)信息圖

存在問題

Z江大道-教育路路口車流量主要以南北向的直行車流為主，機(jī)動(dòng)車流量較大且存在潮汐現(xiàn)象。西向?yàn)榫用裆顓^(qū)，東向通往兩間學(xué)校。上下學(xué)時(shí)段該路口北進(jìn)口人流量大，行人過街時(shí)間不足。

現(xiàn)行放行方式如下：

圖3 Z江大道-教育路口放行方式

早晚高峰車流量示意圖如下：

圖4 早晚高峰車流量示意圖

另外平峰期北進(jìn)口人行道平均人流量160人/小時(shí)，高峰期平均人流量為980人/小時(shí)，人流量高峰期持續(xù)時(shí)間較長且車流量時(shí)刻變化。在SCATS系統(tǒng)下無法檢測人流量，平峰行人過街時(shí)間無法滿足高峰期行人通行。

在這種情況下利用人工鎖定臨時(shí)方案，雖能保證行人過街時(shí)間充足，但路口運(yùn)行固定方案，系統(tǒng)不會(huì)根據(jù)車流變化調(diào)整方案，容易出現(xiàn)擁堵情況。優(yōu)化前行人過街情況及車輛排隊(duì)情況如下：

圖5?優(yōu)化前北進(jìn)口行人過街情況

圖6 優(yōu)化前北進(jìn)口機(jī)動(dòng)車排隊(duì)情況

優(yōu)化方案

根據(jù)信號(hào)優(yōu)化工程師對(duì)Z江大道-教育路口進(jìn)行的調(diào)研情況，以及交警大隊(duì)提供的附近學(xué)校的交通數(shù)據(jù)，得知該路口的人流高峰基礎(chǔ)信息如下：

表1 優(yōu)化前Z江大道教育路口行人流量流向表

由上表可知，人流高峰期持續(xù)時(shí)間較長，在這段時(shí)間里保證較多行人過街時(shí)間的前提下，發(fā)揮SCATS系統(tǒng)的自適應(yīng)控制功能，需要調(diào)用Scats系統(tǒng)的時(shí)間表功能。

在時(shí)間表編寫語句，保證行人過街時(shí)間D相位足夠的情況下，重新設(shè)立SCATS系統(tǒng)內(nèi)的四套綠信方案，供SCATS系統(tǒng)在人流量高峰時(shí)段進(jìn)行自適應(yīng)控制；在人流量平峰時(shí)段時(shí)，行人需求降低減少行人時(shí)間，再使用時(shí)間表功能，把機(jī)動(dòng)車平峰時(shí)段的方案替換回來，工作指令組如下圖所示：

圖7 人流量平峰時(shí)間表工作指令組圖

圖8 人流量高峰時(shí)間表工作指令組圖

這四套高峰期的綠信比方案，全行人D相位從平峰的18s增加到28s,在保證行人過街時(shí)間足夠的前提下：方案一優(yōu)先北往南方向，次優(yōu)先南往北方向；方案二優(yōu)先南往北方向，次優(yōu)先北往南方向；方案三優(yōu)先東往西方向，次優(yōu)先北往南方向；方案四南往北方向與北往南方向同時(shí)兼顧。四套不同方案要差別要足夠大，SCATS系統(tǒng)才能根據(jù)車流變化選擇合適方案。

優(yōu)化效果

在保證行人過街時(shí)間充足的情況下，SCATS系統(tǒng)自適應(yīng)控制選擇不同配時(shí)方案，路口的各個(gè)進(jìn)口車輛不會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)過長的現(xiàn)象，且優(yōu)化后的人流集中時(shí)段里五分鐘通過的人流量得到明顯提升。

表2 優(yōu)化后Z江大道-教育路口行人流量流向表

圖9 優(yōu)化后行人過街情況

圖10 優(yōu)化后北進(jìn)口車輛排隊(duì)情況

圖11 優(yōu)化后南進(jìn)口車輛排隊(duì)情況

案例小結(jié)

本案例主要用的是SCATS時(shí)間表功能，把原來的方案替換成人流量高峰時(shí)段的方案，這樣既可以保證行人過街時(shí)間足夠且SCATS的自適應(yīng)功能也能使用。

由于市面上大部分信號(hào)控制系統(tǒng)都沒有專門的行人流量檢測設(shè)備，無法做到根據(jù)行人流量變化自適應(yīng)調(diào)整方案，所以針對(duì)行人流量變化大的路口，仍需要交通工程師對(duì)路口機(jī)動(dòng)車、行人流量進(jìn)行充分調(diào)研，細(xì)分全天行人高峰時(shí)段，設(shè)置專門的行人優(yōu)先控制方案，以保證路口信號(hào)控制運(yùn)行的科學(xué)合理。

主流交通控制系統(tǒng)對(duì)比總覽

表1 三種控制系統(tǒng)總覽表

交通控制系統(tǒng)簡介

一、SCOOT系統(tǒng)

1、簡介

SCOOT是由英國運(yùn)輸研究所在TRANSYT基礎(chǔ)上研制的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)于1975年研制成功，經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展，全世界共有超過170個(gè)城市正運(yùn)行著該系統(tǒng)。

2、基本原理

SCOOT系統(tǒng)根據(jù)檢測器得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算交通量、占用時(shí)間、占有率及擁擠程度。同時(shí)，它結(jié)合檢測數(shù)據(jù)和預(yù)先存儲(chǔ)的交通參數(shù)對(duì)各路口進(jìn)行車隊(duì)預(yù)測，由此利用交通環(huán)境對(duì)子區(qū)和路網(wǎng)的信號(hào)配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

SCOOT系統(tǒng)是一種兩級(jí)結(jié)構(gòu)，上一級(jí)為中央計(jì)算機(jī)，下一級(jí)為路口信號(hào)機(jī)。配時(shí)方案在中央計(jì)算機(jī)上完成；信號(hào)控制、數(shù)據(jù)采集、處理及通信在信號(hào)機(jī)上完成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 SCOOT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4、特點(diǎn)

（1）通過車輛檢測器獲得交通量數(shù)據(jù)（每秒4次采樣），建立交通模型，綠信比、相位差和周期的優(yōu)化均通過模型進(jìn)行。

（2）為了避免信號(hào)參數(shù)突變對(duì)交通流產(chǎn)生的不利影響，對(duì)配時(shí)參數(shù)的優(yōu)化是采用連續(xù)微量調(diào)整的方式，但有可能不足以及時(shí)響應(yīng)每個(gè)周期的交通需求；

（3）具有公交車輛和緊急車輛優(yōu)先功能。通過帶有車型識(shí)別能力的檢測器或自動(dòng)車輛定位（AVL）系統(tǒng)檢測公交車輛和緊急車輛，給出優(yōu)選通行權(quán)。

（4）新增交通信息數(shù)據(jù)庫ASTRID模塊和綜合事故檢測INGRID模塊，能夠?qū)煌〝?shù)據(jù)進(jìn)行濾波、分析，并將處理好的數(shù)據(jù)用于參數(shù)的優(yōu)化；還能夠?qū)崟r(shí)檢測事故，為交通管理部門提供服務(wù)。

二、SCATS系統(tǒng)

1、簡介

悉尼自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)，簡稱SCATS系統(tǒng)，由澳大利亞新南威爾士州道路交通局（RTA）研究開發(fā)，是目前世界上少有的幾個(gè)先進(jìn)的城市信號(hào)交通控制系統(tǒng)之一。SCATS系統(tǒng)在某些方面優(yōu)于英國SCOOT系統(tǒng)，系統(tǒng)所提供的功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的復(fù)雜控制，滿足人們對(duì)交通的各種控制方案的要求。

2、基本原理

SCATS采用地區(qū)級(jí)聯(lián)機(jī)控制、中央級(jí)聯(lián)機(jī)與脫機(jī)同時(shí)進(jìn)行的控制模式，以類飽和度綜合流量最大為系統(tǒng)目標(biāo)，無實(shí)時(shí)交通模型，控制參數(shù)為綠信比、相位差和周期。

SCATS采用了分層遞階的控制結(jié)構(gòu)，其控制中心備有一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)和一臺(tái)管理計(jì)算機(jī)，二者通過串行數(shù)據(jù)通訊線路相連。地區(qū)級(jí)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)把各種數(shù)據(jù)送到管理計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)連續(xù)地監(jiān)視所有路口的信號(hào)運(yùn)行和檢測器的工作狀況。

地區(qū)主控制器用于分析路口控制器送來的車流數(shù)據(jù)，確定控制策略，并對(duì)本區(qū)域各路口進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，同時(shí)把收集到的所有數(shù)據(jù)送到控制中心作為運(yùn)行記錄并用于脫機(jī)分析。

路口控制器主要是采集分析檢測器提供的交通數(shù)據(jù)，并傳送到地區(qū)主控制器，同時(shí)接受地區(qū)主控制器的指令，控制本路口信號(hào)。

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

SCATS系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)是三級(jí)協(xié)調(diào)分布式控制結(jié)構(gòu)：即指揮中心為中央控制級(jí)、確定協(xié)調(diào)控制級(jí)（多個(gè)區(qū)域）和路口控制機(jī)級(jí)。

圖2 SCATS系統(tǒng)架構(gòu)

4、特點(diǎn)

（1）配時(shí)參數(shù)優(yōu)化方法是一種實(shí)時(shí)方案選擇控制系統(tǒng)，信號(hào)周期和綠信比的實(shí)時(shí)選擇是以子系統(tǒng)的整體需要為出發(fā)點(diǎn)，即根據(jù)子系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵交叉口的需要確定共用周期時(shí)長。交叉口的相應(yīng)綠燈時(shí)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(hào)周期的百分比，隨著信號(hào)周期的調(diào)整，各相位綠燈時(shí)間也隨之變化。

（2）檢測器安裝在停車線上，不需要建立交通模型，因此其控制方案不是基于交通模型的，因此系統(tǒng)根據(jù)類飽和度和綜合流量從既定方案中選擇信號(hào)控制參數(shù)，本質(zhì)上是一種實(shí)時(shí)方案選擇系統(tǒng)；

（3）周期、綠信比和相位差的優(yōu)化是預(yù)先確定的多個(gè)方案中，根據(jù)實(shí)測的類飽和度值進(jìn)行選擇

（4）系統(tǒng)可根據(jù)交通需求改變相序或跳過下一個(gè)相位，因而能及時(shí)響應(yīng)每一個(gè)周期的交通需求

三、SMOOTH系統(tǒng)

1、簡介

SMOOTH系統(tǒng)，是在國外著名的交通信號(hào)控制系統(tǒng)（日本KATNET系統(tǒng)、英國SCOOT系統(tǒng)、澳大利亞SCATS系統(tǒng)等）和國內(nèi)大中城市交通需求的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢基礎(chǔ)上，并結(jié)合本地道路交通狀況實(shí)際而開發(fā)出來的，目前日趨成熟和完善。

2、基本原理

SMOOTH系統(tǒng)采用了成熟的分布式控制模式，系統(tǒng)的控制策略、控制功能 由“中央控制管理系統(tǒng)-信號(hào)控制機(jī)-車輛檢測器”分布實(shí)施、協(xié)同處理完成。

SMOOTH系統(tǒng)的單路口的控制模式在全感應(yīng)、半感應(yīng)、行人感應(yīng)及多段定時(shí)控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基于交通狀態(tài)識(shí)別下的多目標(biāo)決策控制策略的動(dòng)態(tài)優(yōu)化功能；中央系統(tǒng)建立相位差協(xié)調(diào)控制的子區(qū)，和子區(qū)間的連接，以子區(qū)內(nèi)及子區(qū)間連線上雙向綠波或側(cè)重單向綠波通過帶寬度最大為目標(biāo)。

3、系統(tǒng)架構(gòu)

SMOOTH系統(tǒng)采用了先進(jìn)的三層體系結(jié)構(gòu)，由“數(shù)據(jù)庫主機(jī)群—應(yīng)用服務(wù)器群—客戶機(jī)”組成。

數(shù)據(jù)庫主機(jī)群實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備注冊(cè)與運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)、交通流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)與備份；應(yīng)用服務(wù)器群實(shí)現(xiàn)任務(wù)與安全管理、控制單元管理、協(xié)調(diào)控制參數(shù)決策、通信鏈路管理、通信協(xié)議解析、客戶端訪問支持等系統(tǒng)基本任務(wù)，以及與其它子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享、事件互動(dòng)等ITS規(guī)劃下的其它任務(wù)；客戶機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、參數(shù)輸出及交通工程師對(duì)系統(tǒng)的管理和干預(yù)功能。

模式簡介

SCATS信號(hào)控制系統(tǒng)主要存在以下4種控制模式：

1、聯(lián)機(jī)主控：最常用模式，由區(qū)域機(jī)提供自適應(yīng)控制；

2、無電纜控制（靈控）：當(dāng)區(qū)域機(jī)或通信發(fā)生故障時(shí)，路口降級(jí)為無電纜控制，它使用預(yù)先設(shè)定的時(shí)間表，來選擇預(yù)設(shè)的多時(shí)段定周期控制模式；

3、單點(diǎn)感應(yīng)控制：若路口機(jī)的時(shí)鐘發(fā)生故障時(shí)，會(huì)再降級(jí)至單點(diǎn)感應(yīng)控制，由檢測線圈和相位最大綠燈時(shí)間來決定相位的長度；

4、黃閃控制：路口信號(hào)機(jī)再有故障時(shí)，如主板設(shè)備故障，信號(hào)機(jī)不能這次運(yùn)行，會(huì)降至黃閃控制。

圖1 SCATS系統(tǒng)控制模式選擇界面

詳細(xì)介紹

1、聯(lián)機(jī)主控

（1）信號(hào)機(jī)已聯(lián)網(wǎng)、檢測器正常情況下；

（2）通過檢測器，收集到車流的排隊(duì)、跟車等情況；

（3）系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前周期下的車流情況，選擇預(yù)設(shè)的綠信比方案、周期范圍、協(xié)調(diào)相位范圍等，獲得下一周期的方案；

（4）系統(tǒng)運(yùn)行方案的同時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)車流情況，對(duì)相位時(shí)間進(jìn)行微調(diào)，如檢測到車輛放空，提前結(jié)束綠燈。

2、無電纜控制（靈控）

（1）無電纜控制也叫“靈控模式”，可以理解為“多時(shí)段定周期控制模式”。

（2）在信號(hào)機(jī)未聯(lián)網(wǎng)或者斷通訊情況下，系統(tǒng)自動(dòng)降級(jí)為靈控模式

（3）在通訊正常的路口，若檢測器故障情況下，也會(huì)選擇設(shè)置為靈控，實(shí)行“多時(shí)段定周期方案”。

（4）靈控情況下，同樣可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，設(shè)置路口間周期一致、時(shí)鐘一致，設(shè)定時(shí)鐘差Y-參數(shù)。

（5）靈控方案預(yù)留了Z-、Z+脈沖點(diǎn)及16個(gè)XSF脈沖點(diǎn)，可以靈活控制燈組、外部設(shè)備等輸出。

3、單點(diǎn)感應(yīng)控制

單點(diǎn)感應(yīng)控制即在預(yù)設(shè)的相位方案下，通過設(shè)定檢測器參數(shù)、相位各個(gè)階段的參數(shù)，由檢測器檢測到車流情況，確定相位時(shí)間長短。

結(jié)束相位的時(shí)間受以下3個(gè)條件限制：

（1）浪費(fèi)時(shí)間（Waste）總和大于設(shè)定的時(shí)間，一般設(shè)定6s，超過預(yù)設(shè)的車頭時(shí)距的時(shí)間為浪費(fèi)時(shí)間，如車流稀疏，跟車距離長；

（2）車間距（gap)大于設(shè)定的時(shí)間,一般設(shè)定3秒，可以理解為前車與后車通過停止線的時(shí)間差。

（3）到達(dá)設(shè)定相位最大綠燈時(shí)間。

圖2 信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換步驟

以上是信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換步驟，相位操作時(shí)間根據(jù)檢測到的車流情況自適應(yīng)變化，進(jìn)入安全過渡時(shí)間后，相位時(shí)間單點(diǎn)感應(yīng)控制結(jié)束：

（1）相位操作時(shí)間：可變動(dòng)的綠燈階段；

（2）安全過渡時(shí)間：相位進(jìn)入結(jié)束掉后的綠燈倒計(jì)時(shí)、綠閃、黃燈、全紅階段；

（3）最小綠燈時(shí)間與最大綠燈時(shí)間決定綠燈時(shí)間范圍；

（4）休息時(shí)段：接收不到其他方向的車流請(qǐng)求時(shí)，該綠燈處于休息等待命令階段；

（5）綠燈延長時(shí)段：檢測到持續(xù)有車輛到達(dá)，相位請(qǐng)求延長綠燈時(shí)間。

4、黃閃控制

信號(hào)機(jī)設(shè)備無法正常運(yùn)作時(shí)，如信號(hào)機(jī)主板故障、燈組版故障，出于保護(hù)機(jī)制，在供電正常情況下，信號(hào)燈優(yōu)先切換到黃閃控制，由獨(dú)立的黃閃控制器控制。

小結(jié)

SCATS系統(tǒng)具備幾種控制模式，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)設(shè)備情況，進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，達(dá)到保護(hù)作用，前提是需要提前根據(jù)每一個(gè)路口的情況，設(shè)置合適的配時(shí)方案、檢測器參數(shù)、相位時(shí)間參數(shù)等。

在實(shí)際使用中，也會(huì)根據(jù)路口的實(shí)際情況，如信號(hào)機(jī)通行情況、檢測器情況、車流情況等，按需選擇控制模式。