城市交通COOT和ACTRA信號控制系統(tǒng)分析
| 城市交通信號控制系統(tǒng)是現(xiàn)代城市交通管理系統(tǒng)的中樞，也是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。其管理與控制手段的優(yōu)劣將直接影響城市道路交通擁堵或疏通的效果。雖然城市道路交叉口信號控制有改善交通流秩序與保障安全的優(yōu)點，但是若不能提供優(yōu)化的控制，將會產(chǎn)生交通流停頓與擁堵的負面效果，會成為城市交通擁堵的一個重要原因。運用高科技手段建設(shè)現(xiàn)代化的交通信號控制系統(tǒng)已經(jīng)勢在必行。下面就北京市目前使用的2種主要的信號控制系統(tǒng)作一簡單的分析與比較。 1 SCOOT交通信號控制系統(tǒng) 1.1 SCOOT系統(tǒng)概況 “SCOOT”(Split-Cycle-Offset Optimization Technique)即“綠信比-信號周期-相位差優(yōu)化技術(shù)”，是一種對道路網(wǎng)交通信號實行協(xié)調(diào)控制的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。由英國交通與道路研究所于1973年開始研究開發(fā)，1979年正式投入使用。20世紀90年代該系統(tǒng)進行了多次升級，目前最新版本為4.5版。 1.2 SCOOT系統(tǒng)結(jié)構(gòu) SCOOT系統(tǒng)是一種實時自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其硬件組成包括3個主要部分：中心計算機及外圍設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)裝置（包括交通信號控制機、車輛檢測器或攝像裝置及信號燈）。軟件大體由5個部分組成：1）車輛檢測數(shù)據(jù)的采集和分析；2）交通模型（用于計算延誤時間和排隊長度等等）；3）配時方案參數(shù)優(yōu)化調(diào)整；4）信號控制方案的執(zhí)行；5）系統(tǒng)檢測。以上5個子系統(tǒng)相互配合、協(xié)調(diào)工作，共同完成交通控制任務(wù)。SCOOT系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1所示。 1.3 SCOOT系統(tǒng)特點 SCOOT系統(tǒng)是方案形成式控制方式的典型代表，是一種實時自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)。SCOOT系統(tǒng)通過連續(xù)檢測道路網(wǎng)絡(luò)中交叉口所有進口道交通需求來優(yōu)化每個交叉口的配時方案，使交叉口的延誤和停車次數(shù)最小的動態(tài)、實時、在線信號控制系統(tǒng)。概括來講，SCOOT系統(tǒng)具有5個特點。 1) 實用性強，幾乎不受城市交通出行方式、出行起訖點分布、土地使用情況、季節(jié)性和臨時性交通變化以及天氣和氣候變化的影響。 2) 對配時參數(shù)的優(yōu)化是采用連續(xù)微量調(diào)整的方式，穩(wěn)定性強。 3) 個別交通車輛檢測器錯誤的反饋信息幾乎不影響SCOOT系統(tǒng)對配時方案參數(shù)的優(yōu)化，而且該系統(tǒng)對這類錯誤的信息有自動鑒別和淘汰功能。 4) 對路網(wǎng)上各交叉口信號配時方案的檢驗和調(diào)整，每秒鐘都在進行，所以能對路網(wǎng)上交通狀況的任何一種變化趨勢做出迅速的反應(yīng)。 5) SCOOT系統(tǒng)能提供各種反映路網(wǎng)交通狀況的信息，為制定綜合管理決策創(chuàng)造了有利的條件。但是，SCOOT系統(tǒng)幾乎所有相關(guān)控制策略模型都是通過數(shù)學(xué)模型的仿真中獲得，這就要求抽象的數(shù)學(xué)模型必須準確地反映系統(tǒng)的運行狀態(tài)，誤差范圍小。否則，必然會影響控制效果；另一方面，數(shù)學(xué)模型的精確度越高，結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，因而仿真時間就越長，這將會在實時性與可靠性之間產(chǎn)生矛盾，特別要求進一步提高效果時，這一矛盾就會越突出。 2 ACTRA交通信號控制系統(tǒng) 2.1 ACTRA系統(tǒng)簡介 ACTRA(Advanced Control & Traffic Responsive Algorithm)是由美國西門子公司開發(fā)的一個信號控制系統(tǒng)軟件，是目前世界上技術(shù)比較領(lǐng)先的交通信號控制系統(tǒng)軟件之一。 2.2 ACTRA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ACTRA交通信號控制系統(tǒng)主要由三大模塊組成（如圖2所示）：中心控制模塊、通信模塊及路口信號控制模塊。 2.3 ACTRA系統(tǒng)特點 ACTRA這種較先進的交通信號控制系統(tǒng)具有以下主要特點。 1）技術(shù)先進、性能可靠，應(yīng)用較廣泛。ACTRA系統(tǒng)是西門子美國公司較成熟的交通控制系統(tǒng)，是該公司的第三代系統(tǒng)，應(yīng)用了許多新的技術(shù)和方法，并為一些奧運城市提供了交通控制服務(wù)，如漢城Seoul(1998)、亞特蘭大Atlanta（1996）、鹽湖城Saltlake（2002）都使用了這種交通控制系統(tǒng)。這些經(jīng)驗將應(yīng)用到北京2008奧運城市建設(shè)上。 2）標準的符合性、軟件的開放性。ACTRA系統(tǒng)符合美國ITS框架的NTCIP協(xié)議及其他標準，其設(shè)備的通信協(xié)議采用了當前主流的協(xié)議，如TCP/IP等，這些都是系統(tǒng)開放性和擴展性的基礎(chǔ)。測試表明，Actra可以實現(xiàn)對基于NTCIP協(xié)議的第三方信號控制器的正常監(jiān)控和管理。 3）ACTRA采用當前先進的瀏覽器界面，友好圖形用戶界面和視頻顯示技術(shù)。采用GIS和介入第三方圖像生成技術(shù)，可進行城市計算機地圖圖形顯示（在工作站或顯示墻上），顯示運行相應(yīng)的配時方案以及不同任務(wù)同時管理的Windows界面。同一界面多路口實時顯示，區(qū)域路口交通堵塞顏色顯示，干線路口動態(tài)燈色通過顯示。并提供路口作圖工具，具有一定地圖制作功能。 4）智能化的ATC2070現(xiàn)場信號機。ATC2070控制機是一種最新的開放式結(jié)構(gòu)的信號機，信號機的軟件和硬件分離，可分別按照2070ATC的硬件和軟件的標準由不同供應(yīng)商競爭獲得，大大降低成本，提高采購自主性。2070ATC信號機軟件具有自適應(yīng)和多種靈活的控制戰(zhàn)略，使得系統(tǒng)的許多自適應(yīng)控制運算在下端完成，提高整個系統(tǒng)的反應(yīng)速度。在系統(tǒng)未建成時或故障情況下，本地信號機仍能實施有效的自適應(yīng)控制。同樣由于信號機的智能化功能使得系統(tǒng)的整體反應(yīng)速度和適應(yīng)各種復(fù)雜交通條件的能力得到有效提高，這是ACTRA系統(tǒng)比其他系統(tǒng)優(yōu)越的特點之一。 5） 自適應(yīng)反應(yīng)迅速，更加實用。交通響應(yīng)模式使得系統(tǒng)根據(jù)交通變化或非典型交通進行系統(tǒng)范圍的優(yōu)化配時方案的執(zhí)行。通過從分配的系統(tǒng)檢測器上獲得的數(shù)據(jù)對子區(qū)的周期長、綠信比和相位差分別自適應(yīng)調(diào)整和控制；同時由于現(xiàn)場信號機具有相當?shù)闹悄芑沟迷S多協(xié)調(diào)運算都可在信號機范圍內(nèi)完成，這種既可通過中心又可通過路口控制器控制的客戶/服務(wù)器系統(tǒng)會更加適合實時多變的中國交通情況。 3 SCOOT和ACTRA系統(tǒng)的優(yōu)勢對比分析 3.1 SCOOT系統(tǒng)的優(yōu)勢 基于SCOOT系統(tǒng)的特點，可以看出它具有實用性和穩(wěn)定性都較強的優(yōu)勢，此系統(tǒng)是在固定配時系統(tǒng)基礎(chǔ)上創(chuàng)立的，它能自動適應(yīng)不斷變化的交通狀況，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的******控制效果。作為一種實時自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)，經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，已獲得了明顯優(yōu)于靜態(tài)系統(tǒng)的效果，因而目前正在被很多國家所采用。 3.2 ACTRA系統(tǒng)的優(yōu)勢 ACTRA系統(tǒng)是新引入我國的交通信號控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)區(qū)別于SCOOT的******優(yōu)點是它所具有的感應(yīng)式線協(xié)調(diào)控制功能。 ACTRA使用系統(tǒng)TOD命令和本地信號機控制功能來實現(xiàn)感應(yīng)式線協(xié)調(diào)控制。感應(yīng)式線協(xié)調(diào)控制是在線協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上，在保持周期恒定的同時，通過檢測器實時感應(yīng)來自各個方向的交通請求，合理分配協(xié)調(diào)相位以及非協(xié)調(diào)相位時間長度。 同時，西門子美國2070ATC信號控制器提供6種感應(yīng)式線協(xié)調(diào)模式。這些模式基于協(xié)調(diào)相位和非協(xié)調(diào)相位的劃分。以圖4為例。 非協(xié)調(diào)相位相同始點監(jiān)控模式（Yield Mode）：該戰(zhàn)略在運行完協(xié)調(diào)相位時間段后，為每個非協(xié)調(diào)相位提供同時開始的監(jiān)控時段（yield period)。在監(jiān)控時段中的任何相位如有需求，將終止協(xié)調(diào)相位，按順序執(zhí)行后續(xù)相位，否則協(xié)調(diào)相位時段擴展到后續(xù)的非協(xié)調(diào)相位。由于可盡快服務(wù)非協(xié)調(diào)相位，就可以盡快返回協(xié)調(diào)相位。 非協(xié)調(diào)相位順序監(jiān)控模式（Permissive Mode）：該戰(zhàn)略在運行完協(xié)調(diào)相位時間段后，依次順序地在每個非協(xié)調(diào)相位發(fā)生的位置提供監(jiān)控時段（permissive period）。在監(jiān)控時段如有需求，將終止協(xié)調(diào)相位開始按順序執(zhí)行后續(xù)相位，否則協(xié)調(diào)相位時段擴展到后續(xù)的非協(xié)調(diào)相位。該戰(zhàn)略可避免yield mode的盡快返回。 協(xié)調(diào)相位優(yōu)先順序監(jiān)控模式(Permissive Yield Mode)：需協(xié)調(diào)相位設(shè)置為感應(yīng)相位，并類似Permissive Mode 。當協(xié)調(diào)相位完成后，產(chǎn)生對干線協(xié)調(diào)相位提供PYP監(jiān)控時段，在該時段內(nèi)，協(xié)調(diào)相位不斷得到掃描，如果有車輛將延伸協(xié)調(diào)相位至******。 協(xié)調(diào)相位不再返回模式（Permissive Omit Mode）：該戰(zhàn)略具有和permissive yield mode控制模式相似的操作，但存在以下不同：當完成協(xié)調(diào)相位時段進入監(jiān)視時段時，如果非協(xié)調(diào)相位有請求將中斷協(xié)調(diào)相位的延續(xù)而執(zhí)行該請求相位。如果沒有其他相位請求控制器會駐留在該相位而非返回協(xié)調(diào)相位。 非協(xié)調(diào)相位連續(xù)順序監(jiān)控模式(Sequential Omit Mode)：該控制模式類似permissive mode模式，但有以下區(qū)別：當運行完干線協(xié)調(diào)時段后，對非協(xié)調(diào)相位的請求掃描和執(zhí)行是從前一個相位結(jié)束開始的，使得非協(xié)調(diào)相位請求回應(yīng)提前。 完全感應(yīng)控制模式 (Full Actuated Mode)：該 |
