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智能交通信号控制
2019-11-13 热度:1939

1.1. 系统概述

智能交通信号控制系统是我公司根据我国的交通特点,结合国内外现有信号控制系统,自主开发的具有交通流的组织与控制、交通数据采集、信号机的远程配置与监控、区域协调优化控制等一系列功能的交通信号控制系统。系统采用平行交通控制与管理思想,将实际控制与人工模拟相结合,为城市交通控制与疏导提供更好的方法论和践行实施方案。为解决我国城市交通问题提供了一整套综合解决方案。

智能交通系统由一系列相互独立又有机结合的软硬件组成,该系统控制路口的最大规模可以达到3000个路口,能满足不同用户的不同需求。利用智能交通信号控制系统,可以协调优化整个城市的交通信号,最大限度提高绿灯通行能力;可以为交通出行者提供安全快捷的绿色通道;可以降低城市交通污染,为建设绿色环保城市保驾护航。

智能交通信号控制系统采用“集中控制、分级管理、协调联动”的设计原则,整个系统分为中心组织层、区域协调层和现场执行层。实现信息的共享和功能的集成,实现各子系统之间的协调联动。这样,全市的交通信息资源得到有效整合,提高交通运输系统整体运行效率。系统结构如图1.1所示。

图1.1交通信号控制系统整体结构图

 

中心组织层为交通主控制中心,包含一个综合管理平台,收集和管理现场执行设备采集的交通检测数据,并对其进行分析,利用在线仿真、预估和计算,进行信号控制参数的优化,并下发到路口的信号机,实现其智能化的实时动态控制。中心组织层综合管理平台可实现以下主要功能:

± 系统组态;

± 监控区域协调层各分控制中心以及各个路口信号机的运行状态;

± 交通流数据的统计和分析;

± 交通流的在线仿真和预估;

± 交通诱导。

  区域协调层为特定区域的分控制中心,用以分析评估路网内子区域内交通状况,产生协调控制参量,优化区域内的交通状况。各分控制中心也包含自身的管理平台,实现以下主要功能:

± 监控区域内各路口信号机的运行状态;

± 连接现场执行设备与主控制中心的通信;

± 接收区域内各路口的交通流检测数据并上传;

± 优化路口信号机的配时方案;

± 实现区域内各路口信号机的协调联动。

  现场执行层包含各种交通设备,主要有信号机、检测器、可变信息板(VMS)、CCTV等。该层实现以下主要功能:

± 采集相关交通信息,根据采集到的交通流数据,结合协调层的协调控制参量,实时调整和优化路口的信号配时方案;

± 发布交通信息;

± 实现特殊情况下(消防、警卫、救护等)的交通控制,主要有绿波控制、黄闪控制、指定相位控制等。

1.2. 系统功能介绍

 

系统的功能模块划分如图1.2所示:

图1.2功能模块划分

 

每个功能模块下的详细功能如下:

图1.3 模块详细功能

 

1.3. 系统组态

完成对城市地图、城市路口、控制设备(信号机、VMS、CCTV)和检测设备的详细而灵活配置,这是本系统成为通用城市交通控制管理平台的前提和基础。通过系统组态,用户可实现对任何城市交通的控制管理。具体来说完成以下功能:

± 组态城市地图,配置监控设备;

± 组态路口地图,配置路口相位;

± 绘制路口几何形状地图;

± 可靠的远程动态数据交换。

用户可以根据自己的需求在城市地图上进行城市监控系统组态,绘制各种路口几何形状和图标,有很强的灵活性和可扩充性。本组态软件提供完备的地图编辑和简捷的画图功能。在地图组态图中,红色的箭头表示东西方向和南北方向的信号机,粉色图标表示设置在路口或路段上的摄像机(CCTV),蓝色图标表示的是可变信息牌(VMS),红色的线段表示铺有检测器的路段。这样,用户在控制中心就可以纵观全市的交通设备的配置情况。

 

城市路网地图组态的基础上,控制中心可以对路口和路段的详细信息进行配置,分别如图1.5到 图1.6所示。

图1.4城市地图组态图

 

图1.5 路口类型信息配置

 

图1.6 路口关联信息配置

 

图1.7 路段信息配置

 

1.4. 状态监控

对交通设备、交通状况进行实时监控。操作人员在电子地图上可以方便的远程监视和控制交通信号机、摄像机、可变信息牌和车辆检测器,也可以实现各种信号控制策略,如单路口控制、绿波带控制、区域协调控制等。监控软件从地图组态软件处获取城市地图和设备设置信息。监控软件从通信软件获取实时交通数据,同时通过通信软件发送控制命令。数据管理软件为监控软件提供各种后台数据服务。为交通业务管理提供决策依据,疏导车流等提供必要的监控手段,是指挥中心的重要组成部分。

监控软件的主要特点如下:

l 友好的用户界面,简单方便的操作;

l 直观、实时的动态交通状况的展示;

l 灵活的控制配置下载;

l 丰富的控制方案;

l 安全的用户操作;

l 兼容符合标准的其他厂家的设备。

 

图1.8是状态监控的主界面,在地图上点击某个路口,可以对路口的信号状态和各进入方向路段的拥堵状况进行实时显示,使管理人员随时掌握交通流量情况和拥堵程度信息,为控制和决策提供有力支持。

图1.8 监控界面

 

图1.9 路口信号状态实时显示界面

 

在信号机监控界面(图1.9),可以显示信号机当前的控制参数,放行状态,相位信息等,也可查询此信号机的故障信息,保证其正常的工作状态。此功能做到了即使管理人员不在现场,也能像在信号机面前一样监视和控制信号机,极大的方便了信号机的使用和管理,并且支持多信号机的集群管理,加大了管理效率,节省了人力资源。

 

信号机同时还配备有视频检测板,能够管理设置在此路口的监控摄像机,其视频图像可以实时传送到控制中心,同时还能应用模式识别技术实现路口和路段车流量、排队长度,车行速度等的检测,显示界面如图1.10所示。

图1.10 视频监控显示界面

 

1.5. 数据统计和分析

信号机检测板检测到的数据可以通过网络实时传回控制中心,中心服务器完成对交通流数据的加工、存储、备份、清除等任务,并进行数据分析、输出报表、图表展示等工作。通过基于数据挖掘和专家系统的方法对历史数据进行分析和二次开发,得出结论从而可以改善现有控制方案或某些参数的设置。从而不断优化控制方案,不断提高控制效率和城市交通通行水平。

比如,通过对路口交通流量的分析,可以定周期的优化信号机的时段划分和相位配时;通过对已有绿波带的分析,对绿波带的效果的进行分析,并优化参数;通过对交通流的分析,得出交通阻塞点;通过分析,得出每一条路段的拥塞时段以及拥塞时段占一天时间的比例,最终给出每条路段的服务水平指数;通过对路口交通流相似性的分析,进行区域的重新划分;通过对交通流的分析,得出对信号控制系统的效果评价。

数据统计和分析软件的特点包括:

l 界面友好,操作简单,图形化展示数据变化信息,直观,明晰。

l 实时查看最新数据,分析历史数据,能够掌握最新交通流变化。

l 方便快捷的数据管理

 

交通流检测数据由数据库进行管理,包含数据浏览、数据分析、数据库管理、数据打印等一系列功能。数据浏览又分为静态数据浏览、动态数据浏览和路口数据浏览。静态数据浏览可以比较方便的浏览、操作、打印静态表格中的数据,比如道路信息、交叉口信息、VMS信息等。动态数据浏览可以比较方便的浏览动态表格中的数据,比如路口机动态信息表。路口数据浏览可以显示指定路口密度、速度、流量、占有率等信息。数据分析可以对指定时间段内指定路段流量进行分析,提供一些文字的分析结果和建议。数据库管理实现对数据的备份、恢复、删除等功能。数据打印可以打印静态数据报表和动态数据报表。图1.11为路口排队长度、车辆等待时间等数据的静态显示界面,图1.12为路口各进入车道排队长度的动态显示界面,图1.13为路段流量分析界面。

图1.11 静态数据显示界面

 

图1.12 动态数据显示界面

 

进行数据分析时,可以对时间、区域和路段进行选择,选择完之后,点击分析按钮系统会给出分析结果,包括图形显示和文字描述,图1.13为路段流量的分析界面,图1.14为相应的分析结果和建议。

图1.13 路段流量分析界面

 

图1.14路段流量分析结果

 

图1.15 文字分析结果和建议

 

1.6. 交通流仿真

1.6.1. 仿真功能介绍

交通流仿真采用计算机动画技术对交通流状况进行实际仿真。它与信号机、数据库分析模块以及控制中心进行实时通信,向信号机上传实时交通流信息,接收来自信号机和控制中心的监控命令,将数据保存到数据库,以图表的形式实时分析出当前控制算法的控制效果,它还可以利用数据库中保存的历史数据再现历史交通流状态,也可以利用人为给定的数据进行仿真,为各类控制算法的研发过程和不同控制策略的评估提供方便快捷的测试平台,帮助管理人员更加有效的管理交通。该交通流仿真软件可以实现各种交通流环境下,如普通流、自由流、拥挤流和事故模拟的交通状况仿真,具有如下特点:

l 简单方便的操作;

l 直观、实时的动态交通状况的展示;

l 多样的交通流选择方案;

l 安全的用户操作。

该微观仿真软件由仿真组态、仿真内核和仿真界面三个模块组成。仿真组态主要对交通仿真的主题――道路网络、交叉路口、车辆的各种物理参数、几何参数、统计规律进行定义,以及作为仿真内核运行所必须的外部参数。我们采用可视化界面,把道路和路口分别用线对象和点对象来表示,用户只需象堆积木似的把路网搭建起来即可。仿真内核包括:随机数产生模块(也可依据实际路网的交通流规律)、车辆初始化模块、路段上车辆直行处理模块、切换车道模块、超车处理模块、车辆通过路口处理模块、公共汽车处理模块、自行车处理模块、行人处理模块、网内吸纳点和发生点处理模块。链的调整模块、车辆位置调整模块、控制新型号产生模块。检测器检测模块、仿真数据统计模块等。

 

在应用中,需要先进行仿真设置,设置完成后运行仿真软件,最终可供选择的输出数据有流量、排队长度和延误时间等。图1.16为一仿真界面图。

图1.16 仿真界面

 

1.6.2. 仿真界面二维显示

 

仿真界面可以形象、直观地以二维和三维动画形式展示交通运行状况。其中,二维动画显示可以根据不同的放大比例,分别显示整个路网的宏观运行状况和车辆的微观运动状况,如图1.17和图1.18所示。在图1.17中,填充颜色的长方形表示场所,不同颜色的长方形表示不同类型的场所;各路段的不同颜色表示各路段的不同拥堵状态,绿色表示道路畅通,黄色表示道路车行缓慢,红色表示道路很拥挤。

图1.17 路网交通状况宏观显示图

 

图1.18路网中某一交叉口的二维微观显示图

 

1.6.3. 仿真结果三维显示

仿真界面三维显示是我们系统的一大特色。三维显示更符合用户的观测习惯,并且能根据用户观测角度的改变实时调整显示内容,是用户有身临其境的感觉,具有强大的视觉感染力合冲击力,更容易被用户接受。

本系统的的三维显示模块基于Delta3D游戏引擎实现。Delta3D是一款由美国海军研究学院(Naval Postgraduate School)开发的全功能游戏与仿真引擎,得到美国军方巨大的支持与丰厚的投资。该引擎在培训、教育、娱乐行业和科学计算可视化领域等方面应用极为广泛。Delta3D采用标准化设计技术,把一些知名开源软件和引擎如 Open Scene Graph(OSG), OpenDynamicsEngine (ODE), Character Animation Library (CAL3D), 还有 OpenAL融为一体。

 

图1.19是基于Delta3D的三维仿真界面设计工具界面图,图1.20是路口三维仿真结果展示界面。利用三维仿真界面强大的实时显示功能,我们从不同的角度对道路交通状况进行观测与分析。图1.21是路口交通状况的俯视图,从图中可以看出,俯视界面能使我们同时掌握路口各个方向上的交通状况,从而全面地评价控制策略的优化效果。

图1.19 三维仿真界面设计工具

 

图1.20路网中某一交叉口的三维显示图

 

图1.21 三维仿真显示界面俯视图