城市交通枢纽智能交通信号控制系统设计

曾娜1 李军2 韩春龙2 许昆2

（1.天津大学，天津 300072；2.天津市中环系统工程有限公司，天津 300060）

摘要：一个城市智能交通的发展程度，在很大的程度上反映了这座城市的发展程度，引入智能交通信号控制系统可以提高城市交通状况和整体管理水平。本文致力于城市交通枢纽智能交通信号控制系统建设研究，以天津站交通枢纽智能交通信号控制系统建设为例，阐述了该系统的主要特征、总体结构、运行模式、控制战略及一些特殊功能等。

关键词：交通枢纽；智能；交通信号控制系统

中图分类号：TP302.1 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2011）05-0067-02

1. 引言

21世纪是公路交通智能化的世纪，人们更为关注如何建立基于现代电子信息技术面向交通运输的智能化管理系统，进行一体化的交通综合管理，交通信号控制系统正是实现城市交通智能化管理与控制的重要组成部分。随着城市机动车保有量和出行率的大幅度提高，形成了更为复杂多变的交通需求，这对交通信号控制的适应性、智能化提出了更高的要求[1]。在计算机技术和自动控制技术的发展推动下，国内外出现了一些较高效的城市道路交通控制系统，比较典型的交通信号控制系统有TRANSYT、SCOOT和SCATS等等[2]。本文结合天津站交通枢纽工程智能交通管理系统的建设实践，系统探讨了智能交通信号控制系统的设计方案。

2. 系统概述

不同于其他智能交通管理系统（如道路监控、事件监测、数字交通执法等）通常采用的预先设定的固定时间交通控制方案，本文提出的交通信号控制系统采用有效的负反馈原理和自适应控制算法，根据埋设在路口的交通流检测器所采集的交通流信息，适时自动调整，以提供最佳的交通流，实现中心自适应区域交通信号控制。其主要特点体现为：

先进性：充分利用国内外现有最新技术，同时思考未来发展要求。

成熟性：基于成熟的、国际主流的技术与方法，采用经过实践检验的技术和设备。

实用性：具有良好的实用性，所使用的技术、设备、应用软件符合天津站交通的特点，满足信号控制需求，建设、使用、维护方便。例如，人机交互和操作界面为中文图形界面，直观、友好、易操作，可以实现在线帮助。

可靠性：该系统具有自动检测、报警、容错和恢复功能。开放性：该系统体现广泛的互联互通设计，服务于未来的功能扩展。

兼容性：可连接相同标准下各个厂商、型号的交通信号控制器。

图1 交通信号控制系统拓扑结构图

讯是基于TCP/IP的网络连接；与其他系统通讯是采用串口通讯、基于TCP/IP协议。

4. 交通枢纽区域交通信号控制的运行模式

交通枢纽中心自适应协调区域交通信号控制，利用各种新技术，为交通管理者的使用和决策提供更多、更灵活的手段。系统可以在以下四种模式下运行：

①联机模式。联机模式是完全自适应控制，实现完全实时的交通响应运行。

②降级协调模式。如果交通枢纽区域计算机出现故障或通讯中断，本地控制器则实施以时间为基础的协调运行，该模式称为降级协调模式。在该模式中，相邻的路口信号依时钟（时钟是由电源频率或晶振实现的）协调运行，控制方案按时段选择[4]。同时，本地车感控制功能参与运行。

③独立模式。系统也可以独立模式运行，此时可做车感控制或定时控制。

④黄闪模式。即所有信号灯均为黄闪，或不同方向采用黄闪或红闪控制。

只要通讯正常，降级协调模式、独立模式和黄闪模式均可由中心监视运行，操作员可在交通枢纽控制中心控制终端，将系统中的控制路口设置为四种模式中任意一种运行模式。

3. 系统结构

交通信号控制系统是一个计算机化的控制系统，该系统由中心设备和外场设备组成。中心设备包括区域协调控制主机、应用软件以及配套管理设备；外场设备包括路口信号机、检测线圈、电力和通信的局部切改等。其中，信号灯的灯具利用路口既有灯具。每一台中心自适应协调区域交通信号控制区域计算机（PC兼容）可以控制250个路口，区域计算机可以多至64个，总的可控路口数量为16000个。具体结构见图1：

天津站交通信号控制系统全面负责天津站区域的交通信号协调控制，它是一个分级控制系统，对通讯的要求较低，使系统在网络通讯方面具有很高的可靠性，主要包括以下内容：路口控制器与天津站区域交通信号控制区域控制机通讯采用串口通讯的方式；交通枢纽区域交通信号控制区域控制机、中央管理计算机以及操作工作站之间的通

5. 交通枢纽区域交通信号控制的控制战略

中心自适应协调区域交通信号控制在两个层次上对系统进行控制，以适应交通枢纽区域交通流量的需求，特别是控制影响路口协调的三个重要参数，即周期、绿信比和相位差。

5.1战略控制

战略控制是决定信号网络协调控制的最高层次[4]，由中心自适应协调区域交通信号控制区域计算机控制。利用检测器线圈采集的交通流量及占有率信息，战略控制算法以交通枢纽区域为基础，计算周