城市交通COOT和ACTRA信號(hào)控制系統(tǒng)分析
| 城市交通信號(hào)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(hào)控制有改善交通流秩序與保障安全的優(yōu)點(diǎn)，但是若不能提供優(yōu)化的控制，將會(huì)產(chǎn)生交通流停頓與擁堵的負(fù)面效果，會(huì)成為城市交通擁堵的一個(gè)重要原因。運(yùn)用高科技手段建設(shè)現(xiàn)代化的交通信號(hào)控制系統(tǒng)已經(jīng)勢(shì)在必行。下面就北京市目前使用的2種主要的信號(hào)控制系統(tǒng)作一簡(jiǎn)單的分析與比較。 1 SCOOT交通信號(hào)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(hào)周期-相位差優(yōu)化技術(shù)”，是一種對(duì)道路網(wǎng)交通信號(hào)實(shí)行協(xié)調(diào)控制的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。由英國(guó)交通與道路研究所于1973年開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)，1979年正式投入使用。20世紀(jì)90年代該系統(tǒng)進(jìn)行了多次升級(jí)，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(shí)時(shí)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其硬件組成包括3個(gè)主要部分：中心計(jì)算機(jī)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(hào)控制機(jī)、車(chē)輛檢測(cè)器或攝像裝置及信號(hào)燈）。軟件大體由5個(gè)部分組成：1）車(chē)輛檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集和分析；2）交通模型（用于計(jì)算延誤時(shí)間和排隊(duì)長(zhǎng)度等等）；3）配時(shí)方案參數(shù)優(yōu)化調(diào)整；4）信號(hào)控制方案的執(zhí)行；5）系統(tǒng)檢測(cè)。以上5個(gè)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(diǎn) SCOOT系統(tǒng)是方案形成式控制方式的典型代表，是一種實(shí)時(shí)自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)。SCOOT系統(tǒng)通過(guò)連續(xù)檢測(cè)道路網(wǎng)絡(luò)中交叉口所有進(jìn)口道交通需求來(lái)優(yōu)化每個(gè)交叉口的配時(shí)方案，使交叉口的延誤和停車(chē)次數(shù)最小的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、在線信號(hào)控制系統(tǒng)。概括來(lái)講，SCOOT系統(tǒng)具有5個(gè)特點(diǎn)。 1) 實(shí)用性強(qiáng)，幾乎不受城市交通出行方式、出行起訖點(diǎn)分布、土地使用情況、季節(jié)性和臨時(shí)性交通變化以及天氣和氣候變化的影響。 2) 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，穩(wěn)定性強(qiáng)。 3) 個(gè)別交通車(chē)輛檢測(cè)器錯(cuò)誤的反饋信息幾乎不影響SCOOT系統(tǒng)對(duì)配時(shí)方案參數(shù)的優(yōu)化，而且該系統(tǒng)對(duì)這類(lèi)錯(cuò)誤的信息有自動(dòng)鑒別和淘汰功能。 4) 對(duì)路網(wǎng)上各交叉口信號(hào)配時(shí)方案的檢驗(yàn)和調(diào)整，每秒鐘都在進(jìn)行，所以能對(duì)路網(wǎng)上交通狀況的任何一種變化趨勢(shì)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(guò)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(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，誤差范圍小。否則，必然會(huì)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(shí)間就越長(zhǎng)，這將會(huì)在實(shí)時(shí)性與可靠性之間產(chǎn)生矛盾，特別要求進(jìn)一步提高效果時(shí)，這一矛盾就會(huì)越突出。 2 ACTRA交通信號(hào)控制系統(tǒng) 2.1 ACTRA系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ACTRA(Advanced Control & Traffic Responsive Algorithm)是由美國(guó)西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)信號(hào)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(hào)控制系統(tǒng)軟件之一。 2.2 ACTRA系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ACTRA交通信號(hào)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(hào)控制模塊。 2.3 ACTRA系統(tǒng)特點(diǎn) ACTRA這種較先進(jìn)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)。 1）技術(shù)先進(jìn)、性能可靠，應(yīng)用較廣泛。ACTRA系統(tǒng)是西門(mén)子美國(guó)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(yùn)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(yàn)將應(yīng)用到北京2008奧運(yùn)城市建設(shè)上。 2）標(biāo)準(zhǔn)的符合性、軟件的開(kāi)放性。ACTRA系統(tǒng)符合美國(guó)ITS框架的NTCIP協(xié)議及其他標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)備的通信協(xié)議采用了當(dāng)前主流的協(xié)議，如TCP/IP等，這些都是系統(tǒng)開(kāi)放性和擴(kuò)展性的基礎(chǔ)。測(cè)試表明，Actra可以實(shí)現(xiàn)對(duì)基于NTCIP協(xié)議的第三方信號(hào)控制器的正常監(jiān)控和管理。 3）ACTRA采用當(dāng)前先進(jìn)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(jìn)行城市計(jì)算機(jī)地圖圖形顯示（在工作站或顯示墻上），顯示運(yùn)行相應(yīng)的配時(shí)方案以及不同任務(wù)同時(shí)管理的Windows界面。同一界面多路口實(shí)時(shí)顯示，區(qū)域路口交通堵塞顏色顯示，干線路口動(dòng)態(tài)燈色通過(guò)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(chǎng)信號(hào)機(jī)。ATC2070控制機(jī)是一種最新的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的信號(hào)機(jī)，信號(hào)機(jī)的軟件和硬件分離，可分別按照2070ATC的硬件和軟件的標(biāo)準(zhǔn)由不同供應(yīng)商競(jìng)爭(zhēng)獲得，大大降低成本，提高采購(gòu)自主性。2070ATC信號(hào)機(jī)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(yùn)算在下端完成，提高整個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)速度。在系統(tǒng)未建成時(shí)或故障情況下，本地信號(hào)機(jī)仍能實(shí)施有效的自適應(yīng)控制。同樣由于信號(hào)機(jī)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(diǎn)之一。 5） 自適應(yīng)反應(yīng)迅速，更加實(shí)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(jìn)行系統(tǒng)范圍的優(yōu)化配時(shí)方案的執(zhí)行。通過(guò)從分配的系統(tǒng)檢測(cè)器上獲得的數(shù)據(jù)對(duì)子區(qū)的周期長(zhǎng)、綠信比和相位差分別自適應(yīng)調(diào)整和控制；同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)機(jī)具有相當(dāng)?shù)闹悄芑?，使得許多協(xié)調(diào)運(yùn)算都可在信號(hào)機(jī)范圍內(nèi)完成，這種既可通過(guò)中心又可通過(guò)路口控制器控制的客戶/服務(wù)器系統(tǒng)會(huì)更加適合實(shí)時(shí)多變的中國(guó)交通情況。 3 SCOOT和ACTRA系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)對(duì)比分析 3.1 SCOOT系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 基于SCOOT系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以看出它具有實(shí)用性和穩(wěn)定性都較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，此系統(tǒng)是在固定配時(shí)系統(tǒng)基礎(chǔ)上創(chuàng)立的，它能自動(dòng)適應(yīng)不斷變化的交通狀況，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的******控制效果。作為一種實(shí)時(shí)自適應(yīng)交通信號(hào)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(guó)家所采用。 3.2 ACTRA系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) ACTRA系統(tǒng)是新引入我國(guó)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)區(qū)別于SCOOT的******優(yōu)點(diǎn)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(hào)機(jī)控制功能來(lái)實(shí)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(shí)，通過(guò)檢測(cè)器實(shí)時(shí)感應(yīng)來(lái)自各個(gè)方向的交通請(qǐng)求，合理分配協(xié)調(diào)相位以及非協(xié)調(diào)相位時(shí)間長(zhǎng)度。 同時(shí)，西門(mén)子美國(guó)2070ATC信號(hào)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(diǎn)監(jiān)控模式（Yield Mode）：該戰(zhàn)略在運(yùn)行完協(xié)調(diào)相位時(shí)間段后，為每個(gè)非協(xié)調(diào)相位提供同時(shí)開(kāi)始的監(jiān)控時(shí)段（yield period)。在監(jiān)控時(shí)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(shí)段擴(kuò)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(yùn)行完協(xié)調(diào)相位時(shí)間段后，依次順序地在每個(gè)非協(xié)調(diào)相位發(fā)生的位置提供監(jiān)控時(shí)段（permissive period）。在監(jiān)控時(shí)段如有需求，將終止協(xié)調(diào)相位開(kāi)始按順序執(zhí)行后續(xù)相位，否則協(xié)調(diào)相位時(shí)段擴(kuò)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(lèi)似Permissive Mode 。當(dāng)協(xié)調(diào)相位完成后，產(chǎn)生對(duì)干線協(xié)調(diào)相位提供PYP監(jiān)控時(shí)段，在該時(shí)段內(nèi)，協(xié)調(diào)相位不斷得到掃描，如果有車(chē)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(dāng)完成協(xié)調(diào)相位時(shí)段進(jìn)入監(jiān)視時(shí)段時(shí)，如果非協(xié)調(diào)相位有請(qǐng)求將中斷協(xié)調(diào)相位的延續(xù)而執(zhí)行該請(qǐng)求相位。如果沒(méi)有其他相位請(qǐng)求控制器會(huì)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(lèi)似permissive mode模式，但有以下區(qū)別：當(dāng)運(yùn)行完干線協(xié)調(diào)時(shí)段后，對(duì)非協(xié)調(diào)相位的請(qǐng)求掃描和執(zhí)行是從前一個(gè)相位結(jié)束開(kāi)始的，使得非協(xié)調(diào)相位請(qǐng)求回應(yīng)提前。 完全感應(yīng)控制模式 (Full Actuated Mode)：該 |
