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      2. 產品展示
        解決方案
        行業法規
        道路交通信號智能控制與優化系統

        方案簡介:  

        道路交通信號智能控制與優化系統,綜合運用云計算、大數據、人工智能、物聯網、4G/5G、北斗/GPS、GIS等先進技術,結合先進的交通信號控制理論,利用先進適用的智能算法,實現道路交通信號控制智能化,提升通行效率,提高管理水平,有效滿足大中小城市道路交通信號控制的需要。

        系統采用面向服務(SOA)整體架構,具有高可用性、高擴展性、易維護性等優點。系統以圖形化的設計理念,基于GIS地圖的表現形式,實現單點優化控制、干線綠波控制、區域協調控制、公交優先控制、行人過街控制、特殊勤務控制、遠程干預控制、應急預案管理、故障告警管理等主要功能。

        系統采用多級分布式控制模式:路口控制級、區域控制級和中心控制級。遵循“一城一策”的設計原則,針對城市道路交通狀況,劃分若干子區域,通過中心控制與區域控制相結合的管理模式,實現城市交通信號各點、干線、區域乃至整個城市的優化協調。


        方案特色:

        n  基于人工智能技術的智能化算法,讓單點優化、干線綠波、區域協調等控制模式更智能,最大限度提高通行效率。

        n  特有的“雨天控制”模式,系統自動檢測到降雨,自動切換到“雨天控制”。

        n  可視化的全景大數據動態展現功能,輔助用戶精準決策。

        n  交通信號控制策略/預案豐富,可滿足多種復雜交通管理的需要。

        n  支持“一鍵設置”,圖形化的配置界面,通過鼠標“拖拉拽”即可完成信號機配時方案。

        n  特勤任務支持車載無線特勤控制器、手持遙控器、手機APP、視頻與地圖組合控制等模式,路線可控、安全可靠。

        n  用戶可通過智能手機APP完成信號機配時、故障查詢、特勤與導航等功能。

        n  故障告警采用有線網絡與4G/5G兩種上報方式,運維更加快速、精準、可靠。

        n  基于GIS電子地圖的可視化資產管理,可提供便捷高效的運維、控制功能。

        n  可與“公安交通集成指揮平臺”及若干廠家平臺對接。


        信號控制設計

        設計原則

        信號控制系統的控制策略選擇應依據項目建設需求、道路基礎信息、交通運行狀況、交通管控現狀,結合三大原則“與市場信控建設需求相適應原則”“關注關鍵點位及擁堵頻發區域原則”“信控布局細則”進行選點布設,最終形成與項目區域相適應的控制策略布局方案。

        1)與市場信控建設需求相適應原則

        不同級別的城市道路交通網絡的場景特點和問題表征具有相似性,對信號控制系統的建設需求也有側重點。城市級別越高,交通場景越復雜,所需的控制策略強調全局化、實時化、精細化、特殊化。簡單以城市級別分為4類:一/二線城市(復雜交通網絡場景)、二/三線城市(常規交通網絡場景)、四線城市及以下(基本交通網絡場景)、鄉鎮區域(基礎信號控制場景),信控功能由高到低逐步簡化。

        2)關注擁堵頻發區域及關鍵點位原則

        擁堵頻發區域,通常處于學校、醫院、交通樞紐、商業辦公場所聚集的地塊和區域,道路建設開發強度較大,道路網密度較高,路口關聯度較大,易出現個別點位擁堵引發周邊道路,乃至整個區域發生擁堵。區域擁堵的本質是交通供給大于交通需求,區域控制即從全局角度出發布局區域間需求控制與區域內部協調控制,使得交通流在道路網中均衡分配,最終落點為每條路段、每個點位的控制策略。

        針對區域中的重點/易擁堵的路口:在控制子區內優先考慮單點優化(單點感應/自適應控制),必要時從路口所在路段考慮干線協調、需求控制。對于復雜畸形路口,考慮“特殊控制策略與交通組織設計改善”。

        城市重點路口:根據《道路交通信號燈設置與安裝規范》GB14886-2016、《城市道路交叉口規劃規范》GB 50647-2011,對于城市平A1、平A2類交叉口應進行信號控制。其中,重點路口通常包括城市主干道-主干路(次干路)、次干路-次干路相交路口,是交通網絡中的關鍵節點。

        城市易擁堵路口:包括學校醫院附近、大型場館、交通樞紐(火車站、汽車站等)、城市商業中心區路口等,根據交通運行指標(延誤、停車次數)、實時地圖路況判定。國內交通工程學對交叉口服務水平標準的限定供參考。

                                                      

        交叉口服務水平標準參考值

        針對重點/易擁堵的路段:在控制子區內,考慮干線協調(靜態綠波、動態綠波、紅波帶),必要時考慮周邊關鍵點位控制。

        重點/易擁堵路段:城市組團間的主要連接道路、居住區與辦公區的主要通勤干道、大型場館周邊主要疏散通道、城市快速路上下匝道路段、橋面道路或交叉口間距較短(小于200m)的城市道路等,以上路段均具有上下游通行能力不匹配的特點,高峰或平峰期易發生交通擁堵,同時還需根據實時地圖路況(某時段內交通擁堵指數),或路段排隊溢出情況判斷)。

        3)信控布局細則

        控制策略布局細則需要多種輸入參數,從全局出發劃分子區及時段,進而在區域內部進行合理的點、線等策略組合,最終形成完整的信控策略布局方案。

        1.單點定時控制

        單點定時控制可分為兩種形式:

        1)單點固定定時控制:針對單個交叉路口的,采用的是單一的固定配時方式,一天只運行一個信號配時方案。

        2)單點多時段定時控制:把一天按交通流大小分成若干時段,在高峰時段執行高峰配時方案,低、平峰時又分別執行低峰、平峰信號配時方案,這樣有效地提高了交通信號的控制效率。

        定義與控制原理:根據單個交叉口通行條件及交通運行特征,預先設定好交叉口信號控制相位相序、信號配時等,形成固定的信號控制方案,由系統在特定時段調用并運行。

        適用場景:

        1)在指定時間段交叉口各進口道交通流向及其流量相對穩定;

        2) 交叉口在路網中與周邊交叉口空間相隔距離較遠,或在路網交通中承擔相對次要功能。

        控制算法設計:

        定時控制主要基于英國Webster算法優化確定,基于交叉口各進口道各流向的交通流量確定信號相位方案基于交叉口的幾何線性等確定相序方案,再根據一個周期內各相位的流量比與綠燈間隔時間確定最佳周期時長與周期內各相位的綠燈時長。

        2.單點感應控制

        定義與控制原理:根據檢測器測得的交通流數據來改變信號顯示時間,關注的是當前運行相位的交通流,可隨時改變綠燈時長,控制邏輯簡單。

        適用場景:

        1)交叉口各進口道車輛到達隨機性較強,各交通流向的交通流量變化相對較大;在交通量變化大而不規則、難于用定時控制處置的交叉口,以及在必須降低對主要干道干擾的交叉口上;

        2 交叉口進口車道全部或部分設置交通檢測器,實時準確采集交通流特征數據;

        3)主次道路相交或相交道路等級、交通流量差異較大時,易選用半感應控制方式;主路相交、次路相交等相交道路等級相仿時,宜選用全感應控制方式。

        控制算法設計:

        1)主路感應控制

        在主路上設置視頻車檢器,相位在感應時間窗口內接收到來自檢測器的請求,則增加一個延長綠的綠燈相位時間,以保證車輛能順利通過該交叉口。

        感應控制下默認運行最小綠燈時間,根據車輛檢測信號遞進增加綠燈時間,直到沒有通行請求或增大到最大綠燈時間。

         主路檢測半感應控制流程圖

        2支路感應控制

        在每個交叉口的支路上安裝檢測器,支路檢測有車時,僅允許支路不影響主路連續通行的前提下,可得到基本配時方案內的部分綠燈時間,并根據交通檢測的結果,支路的綠燈一有可能就盡快結束,初始原則按照最小綠燈時間給予放行;支路上沒有車輛時,綠燈將一直分配給主干線,保證主干線的通暢運行。

        同樣的設置下,也可支持相反邏輯的設置,即當支路上一檢測到車輛信號就立即進入轉換程序,給支路跳轉綠燈,確保支路上車輛的通行。這樣的應用在一些特殊部門的出入口較適宜,如消防隊的出口道路。

         這樣的控制方式適用于不同方向車流差異非常大的交叉口。

        支路檢測半感應控制流程圖

        3全感應控制

        ?  適用場合:道路等級相當,交通量相仿且變化較大的交叉口。

        在所有進口道設置視頻車檢器,感應信號相位在感應時間窗口內接收到來自檢測器的請求,則增加一個延長綠的綠燈相位時間以保證車輛能順利通過該交叉口。

        其控制流程如圖:

        全感應控制流程圖

        3. 單點自適應控制

        定義:根據交通流的狀況,在線實時地自動調整信號控制參數以適應交通流變化的控制方式,關注的是所有相位運行的交通流,一般要到未來周期才能改變配時方案,基于復雜算法模型進行配時方案計算。

        控制原理:根據當前車流量與上一周期車流量變化情況,調整總周期時長。以“權重均衡”為核心思想,在相位相序不變的基礎上,動態調整每個相位的綠信比,實時協調控制相交道路通過交叉口的交通量和排隊狀況。

        適用場景:

        1)交叉口交通流量短時間內交通流量變化較大;

        2)交叉口設置所需的交通流檢測器,交通特征數據實時采集設備;

        控制算法設計:

        科威達單點自適應控制配時方案核心算法是權重均衡理念:根據交叉口道路等級和車道功能劃分,計算相位的靜態權重;根據實時流量數據和排隊狀態,計算相位的動態權重。綜合二者,形成相位的綜合權重,以此作為綠信比的計算標準。其次,根據流量最大的相位的流量情況來計算當前最佳的周期時長。根據周期時長和綜合權重,計算每一個相位的綠燈時長,并生成下一個周期的配時方案。

        算法執行環境:目前我司已實現信號機端和平臺端兩種自適應控制功能,前者算法內置信號機中,信號機直接根據實時交通參數計算方案并下發,后者需要信號機將數據轉發給平臺,由平臺每周期計算方案后下發至信號機。二者算法和效果接近,信號機端單點自適應可有效避免網絡問題和傳輸時延,但目前缺少豐富的效果展示界面,平臺端單點自適應應用較為成熟,具有數據可視化效果展示界面,便于向用戶展示系統優勢。

        4.干線綠波控制

        干線綠波控制是線控的核心技術,通過協調相鄰交叉口之間的周期和相位差,來實現車輛在一定車速條件下通過相鄰交叉口而無需等待,提高通行效率的控制策略。根據技術實現的方式和控制的方向,干線綠波控制分為四個控制方案:單向綠波、潮汐綠波、雙向綠波和動態綠波。

        協調干線的選取主要遵循以下原則:

        1)交叉口間距:間距越大,車隊離散現象越嚴重,線控效果越差,通常不超過1000m;

        2)非機動車影響較?。罕M量選擇設置有非機動車專用車道的道路,減小對機動車正常運行干擾;

        3)車隊平均行駛速度:根據道路特征及車速分布確定不同路段的設計車速;

        4)協調方向交通流量:交通流量較低或過飽和均不利于協調控制。

        需要注意的是,干線綠波控制策略在過飽和狀態下實施效果較差,因為路口排隊車輛清空會占用一部分綠燈時間,削減綠波帶寬度。此情況下應先對綠波控制子區邊緣節點進行截流控制,降低道路飽和度水平,進而結合綠波控制疏導干線交通流,實現干線車輛平均延誤和停車次數降低的目標。

        5. 干線紅波控制

        紅波帶控制屬于干線擁堵協調控制的一種策略,通過信號控制實現車隊在干線交叉口群運行中連續停車,減少單位時間內到達下游交叉口的車輛數,降低下游瓶頸交叉口排隊溢出概率,平衡交通壓力分布。紅波帶策略的生成、啟動與執行的邏輯流程如下:

        1)策略生成:通過路口間距、交通流量、平均行程車速等路口信息和車輛運行參數,確定紅波帶執行范圍、公共周期、綠燈時長、相位差等信號配時方案。

        2)策略啟動與執行:通過前端車輛檢測器采集沿線路口實時交通流量、運行速度、排隊長度等車流運行參數,結合紅波帶啟動閾值判斷是否啟動紅波帶控制,增加車輛通過沿線路口的時間,削減擁堵區域的高峰流量水平。

         紅波帶控制效果及邏輯展示圖

        6.區域協調控制

        區域協調控制是信號控制中面控的關鍵技術,我司方案采取戰略級和戰術級兩層控制策略。在戰略級,我們以交叉口群概念來劃分控制子區,實現區域協調控制宏觀策略制定。我們根據實時流量數據分析來評估在物理拓撲結構和流量關聯度兩個方面都很高的交叉口,將其劃分在一個交叉口群內,并根據流量水平來評估其中的一個關鍵交叉口。在戰術層,我們針對每一個交叉口群,以該群里的關鍵交叉口流量均衡(或延誤最小化)為目標,協調周圍交叉口的控制策略,在外圍逐層限流,保證內部車流平穩通行,平衡交通流,緩解區域內部交通壓力。區域邊界需求控制,區域內部協調控制,最終達到區域控制的目的,整體思路架構如下圖所示。

        區域協調控制運作流程

        7.特勤路線控制

        特勤線路控制方式,信號機可立即或按時間表方式執行特勤控制功能,也可完全由中心進行控制。系統能夠按預定時間和預定路線進行綠波信號推進,以滿足各種重大活動、重大事件及特殊警衛勤務的通行需求。系統能響應特殊情況下的警務、消防、救護、搶險等特種車輛的緊急請求,使車輛迅速通過沿線路口。信號機還提供對各種突發事件和交通需求的控制管理功能。

        特勤車輛一般會設置特勤級別一級和二級,一級特勤優先為鎖定制定的放行通道為綠燈,二級特勤優先為跳轉到特勤放行的通道所對應的通道。特勤優先的檢測器配置對應的每個特勤優先檢測都可設置特勤放行的時間,特勤檢測到車輛到達則根據其特勤級別執行對應的過渡時段,過渡完成后則執行對應的放行策略。

        目前,我司可在信控聯網平臺或終端APP實現特勤路線的配置和監控。信號控制聯網平臺可配置多條特勤路線,包括上下游路口的鎖定間隔時間、每個路口的鎖定時間等,既可按計劃自動執行,也可人工根據視頻手動啟動或解鎖,特勤通過通道鎖定實現。

        終端APP信號機利用公安專網、終端APP通過專用VPN連接到后端信號控制聯網平臺。系統邏輯是先由終端配置特勤線路、各路口特勤方向、各路口觸發距離,形成特勤方案,上報中心平臺審批。平臺審批后,該特勤方案即生效,但還未啟動。警衛人員隨車出發后,當車隊接近第一個路口時,特勤方案自動啟動,當檢測到車隊達到預設的距離閾值時,自動觸發特勤路線方向的燈色變為綠燈,檢測到車隊駛離路口后,解除該路口的特勤路線,路口恢復正常運行。在特勤執行期間,交警可隨時手動控制特勤方向的燈色變化,作為應對突發情況的預備方案。

        無線特勤導航控制系統

        該系統由工業級平板電腦及導航控制系統組成,該系統支持兩種特勤控制模式:一種是無預案單方向特勤控制模式,另一種是有預案自定義特勤控制模式,兩種控制模式都在特勤預案界面中實現,均有【開啟特勤】按鈕實現,點擊【開啟特勤】按鈕后,系統首先判斷是否選中預案,如果沒有選中的預案則進入無預案特勤控制模式,如果有選中的預案則進入預案控制模式。如要切換兩種控制模式需先關閉特勤,然后重新開啟特勤。特勤預案界面如下圖。

        信號機車載軟件的特勤預案界面

        8.公交優先控制

        公交優先控制是在時間空間上給予公交通行優先權,如果不在交通信號管理中配以相應的優先控制策略,則公交在交叉口處的運行速度和穩定性受到影響,公交運行服務質量難以保證,公交專用道的作用難以得到充分發揮。

        公交通行權優先的系統構成如下圖所示:

        交叉口公交優先控制原理

        1)公交車輛檢測/優先請求系統

        在公共汽車上安裝固定頻率的專用信號發射器,公交優先信號交叉口上、下游分別設相應頻率的信號檢入、檢出檢測器,信號檢測器與交通信號控制機相連。當檢入檢測器檢測到有公交車輛到達時,將到達信息迅速傳遞到信號機控制系統, 由控制系統決定優先策略, 然后發出指令給信號機,以便實現公交車輛無阻滯、優先通過交叉口。設置檢出檢測器的目的是為了讓控制系統知道何時公交車輛離開交叉口,不再需要優先權??刂葡到y通過計數器記錄檢入和檢出檢測器之間的公交車輛數,當檢入檢測器被激活時,計數器計數加1,當檢出檢測器被激活時,計數器計數減1。在檢測器正常工作情況下,僅當計數器的計數大于或等于1時才考慮公交優先的問題。當入口檢測器出錯或計數器計數異常時對計數器進行復位 。

        2)通信系統

        公交信號優先控制通信系統將檢測器的輸出信號傳輸到本地交叉口的信號控制系統或地區的交通管理中心,作為信號控制決策的輸入參數;同時將控制策略從本地或交通管理中心傳輸給信號控制器,來控制信號燈的顯示。

        3)交通信號控制系統

        對于公交優先信號控制而言,必須將交叉口的信號控制從簡單的定時控制改進為交通感應控制。信號控制系統應該具有系統控制、無電纜協調控制、感應控制、優先控制、緊急情況控制、手動控制等工作方式。具有燈泡損壞監測、檢測器錯誤監測、綠燈沖突監測等自檢功能。當檢測到交叉口上游有公交車輛時,可采用延長綠燈時間、縮短目前相位、插入公交專用相位三種途徑實現公交通行權優先。

        目前我司系統已實現針對單交叉口單線路優先請求,在運行社會車輛感應控制基礎上,根據RFID閱讀器檢測公交車到達交叉口進口道時,采用綠燈延長、紅燈早斷、插入公交相位三種途徑實現公交通行權相對優先,絕對優先通過通道鎖定實現。

        9.瓶頸控制

        1)應用場景

        在城市道路交通管控中,某些路段由于空間條件限制,如短連線路段,橋、隧道、下匝道連接路段,或道路等級要求,需要嚴格控制其車流運行狀態及排隊長度,當排隊超過某個閾值時,需要快速疏散路段車流,以免造成其他嚴重后果。這樣的路段稱為瓶頸路段,排隊長度閾值對應的點位稱為瓶頸點,應對該情況快速疏散排隊車輛的控制策略稱為瓶頸控制。當路段瓶頸點位于上游路口出口道,即路段車流排隊至出口道時,存在溢流風險(路段車流溢出至上游路口,影響路口其他車流正常通行的風險),控制溢流風險是瓶頸控制的特殊情況。如下圖所示,若M點為B路口西進口道的臨界排隊閾值對應點位。當排隊超過M點時,應啟動瓶頸控制。

        2)控制策略

        瓶頸控制的總體思路為截流疏導。截流即對路段上游路口進行截流,減少進入瓶頸路段車流的綠燈時間,疏導即對路段下游路口進行疏導,增加駛離瓶頸路段車流的綠燈時間,達到快速消散瓶頸路段排隊車流的目的。瓶頸控制邏輯流程如下:

        瓶頸控制邏輯流程圖

        • 根據交通信息前端采集設備獲取路段實時交通流信息,例如車流量、空間占有率、時間占有率、平均車速、排隊長度等,判斷車輛排隊長度是否已達到瓶頸點斷面,或其他閾值條件,進而決定是否啟動瓶頸控制功能。

        • 根據瓶頸控制截流疏導的思想,對瓶頸路段的上下游路口運行方案進行一定程度的調整,消減排隊滯留長度。

        • 瓶頸控制以“單位周期”為時間間隔進行判斷,若當前周期結束時瓶頸點擁堵問題得到解決,則下一周期恢復原策略,否則將繼續執行瓶頸控制策略,最終消除瓶頸點擁堵現象。

        10.行人過街信號控制系統

        1)應用場景

        路段過街行人與機動車相互干擾一直是交通控制與管理的難題。行人是基數最大、最容易違背交通規則的交通參與者,同時也是交通活動中的弱勢群體。解決過街行人與機動車的相互干擾一般有兩種途徑:一種是建設行人過街天橋或地下通道,實現兩者空間上的分離;另一種是建設行人、機動車信號燈,實現兩者時間上的分離。過街信號控制可以有效的分離人、車沖突,保障行人安全,是目前應用最廣泛的行人過街設施,因此也成為本方案分析的對象。

        (a)行人過街天橋

        (b)行人過街信號控制

        不同場景行人過街需求

        目前行人過街信號控制系統主要采用定周期控制,更多地考慮機動車的通行權,行人過街定周期控制會導致綠燈時間大量損失,不合理的行人過街信號控制,往往造成行人過街等待時間過長,引發行人違章過街,導致行人與機動車嚴重沖突,進而導致交通事故頻發。根據規范《城市道路交通規劃設計規范》(C00021 GB 50220-95),當路段寬度超過4條機動車道時,行人過街橫道應在路段中央分隔帶設置行人安全島,行人可以在安全島上駐足等待,分兩次完成過街。因此,路段行人過街信號控制系統的應用場景可以分為兩種:行人一次過街與行人二次過街。

        (a)行人一次過街                      (b)行人二次過街

        路段行人過街信號控制系統的應用場景

        2)控制策略

        路段行人過街信號控制方式可以選擇定時控制、感應控制與自適應控制三種,分別適用于不同的場景和用戶需求。

        在平峰期,如普通工作日白天的非上下班高峰期或夜晚,路段行人過街的需求一般較小或過街行人頻次及人數波動較大,為了避免出現定周期中綠燈空放的現象,減少頻繁切換行人相位對路段機動車流的干擾,宜采用行人過街感應控制或自適應控制方案,即根據實時行人過街需求切換行人相位,否則將一直放行主路車流。采用行人過街自適應控制方案,即在同時考慮行人忍耐時間及機動車最小綠燈時間的基礎上,根據實時行人過街人數調整行人等待時間,實現行人蓄水式放行——等待行人越多,人均等待時間越短,否則將一直放行主路車流。行人感應過街控制與自適應過街控制的區別在于:感應過街控制只要有行人過街需求即切換為行人綠燈,不考慮等待行人數量;而自適應過街控制會根據等待行人人數自動調整機動車綠燈時間,追求機動車與行人延誤的最小化,實現等待行人越多,行人等待時間越短的行人蓄水式放行。不管從智能化水平還是從系統整體效益上來看,行人自適應過街控制均優于傳統的行人感應過街控制。

        1)   未檢測到行人過街需求時,機動車燈綠燈,行人過街紅燈;

        2)   當檢測到行人過街需求后,可能機動車綠燈剛剛放行不久,為了保證機動車的必要通行時間,需要判斷機動車是否到達最小通行時間,機動車最小通行時間會根據不同的行人等待人數自動調整。同時,如果機動車最小通行時間設置過長,可能導致行人的等待時間過長,研究表明當行人等待時間超過最大等待時間后,行人闖紅燈的概率會大幅增加,因此系統還需要判斷行人的等待時間是否到達最大等待時間。綜合考慮機動車通行效率和行人過街安全兩個因素,達到“機動車的通行時間大于等于最小通行時間”或“行人等待時間大于等于最大等待時間中”的任一條件即觸發行人過街相位;

        3)   執行“行人放行延遲時間”,目的在于為機動車相位由綠變紅提供安全間隔時間,機動車信號燈會按照綠燈、綠閃、黃燈的順序改變狀態,行人信號燈保持紅燈狀態;

        4)   執行完行人放行延遲時間后,交通信號控制機執行行人綠燈相位,此時機動車信號燈按照黃燈?紅燈的順序改變狀態,行人信號燈按照紅燈?綠燈改變狀態;

        5)   當執行完行人綠燈時間后,行人綠燈切換為行人綠閃,目的是保證已經進入人行橫道的行人安全到達另一側道路。綠閃時間根據行人過街速度、距離等參數計算后在配置客戶端設定;

        6)   行人過街綠閃相位放行結束后,即恢復主路通行,機動車信號燈由紅燈?綠燈,行人信號燈由綠閃?紅燈,行人過街信號周期結束。如此循環往復,不斷檢測行人過街需求,滿足行人過街需求。

        實時行人過街需求根據前端檢測設備采集得到,本方案主推視頻采集等待行人流量,可以實現行人自適應控制和感應控制;也可以根據交警需求采用行人過街按鈕采集行人過街請求,如果采用行人過街按鈕采集行人過街請求,則只能實現行人感應過街控制。使用相機的設備布設方案如下圖所示:


        一次過街行人闖紅燈相機(左)人員密度相機(右)架設俯視圖



         二次過街行人闖紅燈相機(左)人員密度相機(右)架設俯視圖


        在高峰期,路段行人過街需求和機動車流量都較大且穩定,行人過街信號控制需要考慮與上下游交叉口信號控制進行協調,此時的主要問題在于避免由于機動車在路段停車導致下游交叉口綠燈空放或車輛排隊溢出,應采用定周期協調控制方案。根據前期調研確定行人放行和清空時長,同時根據上下游交叉口信號配時方案得到路段信號控制周期及機動車綠燈時長,盡可能優先保證高峰期交通不擁堵,再保證行人的過街需求。

        11.環島控制

        1)應用場景

        環島路口是在幾條相交道路的平面交叉口中央設置一個半徑較大的中心島,使所有經過交叉口的直行和左轉車輛都繞著中心島作逆時針方向行駛(靠左行駛的國家或地區則為順時針方向),在其行駛過程中存在多股車流交織。根據環形路口中心島直徑,可將環形路口分為3類:

        • 常規環形路口:直徑≥25m

        • 小型環形路口:4m≤直徑≤25m

        • 微型環形路口:直徑≤4m,此時中心島可以不做成圓形凸起,通過標線施畫圓圈代替,此類環形交叉口可按常規平面路口處理

        由于環形/井字路口的通行能力受其交織段通行能力限制,隨著車流量的增加,環形路口的交通流自組織運行狀態將趨于不穩定,任何微小的擾動都足以引起交通紊亂,出現環島交通擁堵。此時需要對環島/井字路口進行信號控制,從時間層面對入環及環內車輛分配通行權,減少車流交織增加環島通行能力。有一種環形交叉口的變體——井字形交叉口,也可以把井字中間的部分看做環島,按照環形交叉口的交通組織策略來處理。

        1)控制策略

        信號控制環島路口的通行原則為:入環車輛讓環內及出環車輛先行。環島路口信號控制方案設計重點在于相位方案設計。根據對左轉車輛的控制方式,可將機動車信號相位設計分為兩種:單重信號控制和雙重信號控制。

        • 單重信號控制

        對左轉車輛只做入環控制,左轉車輛與同進口的直行車輛在同一相位入環。需要在各進口車輛入環處設置停車線。以兩路相交的四岔環形路口為例,常規相位方案為:兩相位(對稱進口同時放行),不適應左轉流量較大的情況;四相位(單口放行,一般為順時針放行),相位圖如下所示。

         單重信號控制相位設計

        • 雙重信號控制

        對左轉車輛做兩次控制(入環控制和出環控制)。左轉車輛與同進口直行車輛在同一相位入環,左轉車輛出環則在后續相位完成。對于每個進口的左轉車流需要設置兩處停車線,第一停車線設置在各進口處,在進口導向島的角頂,做入環車流的停止線;第二停車線設置在各進口道上游方向的環道上,近右側導向島的前端角頂,做環內車流的停止線,左轉車流出環時需要在第二停車線等候,在專用相位中完成出環。以兩路相交的四岔環形路口為例,常規相位方案設計如下:

         雙重信號控制相位設計

        采用雙重信號控制方式需要保證左轉車輛在環島路口內部排隊空間充足,環道車道數必須大于1。一般而言,當中心島直徑大于25m時,車輛有足夠空間在環道上繞行和排隊,建議采用雙重信號控制方式。

        12.潮汐車道控制

        1)應用場景

        城市道路交通由于城市用地布局規劃、特殊活動開展等可能產生階段性、定時性、規律性的單向交通擁堵(路段一個方向流量較大,一個方向流量較?。?,且在不同時段道路擁堵方向不同,我們將這種不均衡的交通現象稱之為潮汐交通。潮汐交通主要發生在工作日早晚高峰期,假日高峰期以及重大活動節慶日等時段。解決潮汐交通問題,主要通過設置潮汐車道進行信號控制,并輔以交通組織等管控措施共同實現。

        進行潮汐車道控制不僅需要達到路段雙向車流分布不均衡的要求,還應滿足一定的道路設施、車道設置、交通組織等條件。例如,設置潮汐車道的道路一般不能設有中央分隔帶或路面電車軌道等不可移動設施,便于潮汐車道分隔帶移動。路段機動車車道數目必須至少為雙向車道,存在車道改變的余地,具體詳見《可變車道信號控制解決方案》V1.0。

        2)控制策略

        潮汐車道信號控制系統由前端子系統、網絡傳輸子系統以及后端管理子系統三大部分組成。前端子系統主要由信號機、車道燈、交通誘導屏、視頻車檢器等組成,根據后端平臺潮汐車道控制方案進行相應變化,后端子系統進行控制指令下發和監控等功能。目前支持定時切換、人工切換兩種模式。



        若判斷可實施潮汐車道信號控制時,除了車道燈、誘導屏等硬件設備,還需注意配套的交通標志標線、標牌等附屬設施安裝。

        13.可變車道控制

        1)應用場景

        可變車道控制與潮汐車道控制場景類似。潮汐車道指在不同時刻,該車道可以供對向車輛使用,可變車道指在不同時刻,該車道可供該進口不同轉向的車流(如左轉車道和直行車道間切換)使用。兩種方式均是當道路不同流向的交通需求發生較大變化時,通過改變該車道功能,實現車道資源動態分配,更好的匹配新的交通流特征。本方案主要介紹可變交通信號控制系統設計,闡述具體信號控制方法及配套交通管控措施。

        可變導向車道控制涉及交通組織調整,屬于非常規信號控制,對日常駕駛行為習慣帶來一定挑戰,是否采用可變導向車道控制需要嚴格論證,包括道路條件、交通流條件、信號控制條件、交通標志標線設置。例如,要求直行和轉向交通流呈現一定的互補性,某一導向方向車輛排隊過長嚴重影響駕駛人變換車道和路段通行,通過信號配時優化不能有效適應交通流量變化和改善車輛排隊過長狀況。進口應具有專用轉向相位,同方向導向車道數不大于相應的出口車道數等。

        2)控制策略

        本方案應用于可變導向車道特征的信號控制平面交叉口,方案需要通過視頻車檢器檢測不同轉向車流的實時流量、排隊長度、占有率等數據,用于方案評估與方案設計,故所有進口布設視頻車檢器;可變車道燈用于指示實時車道功能;誘導屏提示駕駛員安全駕駛信息;視頻車檢器、車道燈、交通誘導屏與前端信號機、后端平臺共同組成可變導向車道信號控制系統。目前支持定時切換、人工切換兩種模式。

        若判斷可實施潮汐車道信號控制時,除了車道燈、誘導屏等硬件設備,還需注意配套的交通標志標線、標牌等附屬設施安裝。

        14.不停車關聯路段控制

        1)應用場景

        在城市道路交通網絡中,經常需要對某些特殊路段進行不停車控制要求的規定,例如橋面、隧道等路段,出于行車安全因素考慮需要盡可能避免車輛停車排隊現象。當路段車流運行受上下游路口信號控制影響較大時,需要對關聯路口進行協調聯動控制,以達到路段車輛停車次數最小化的目標。因此,本文主要介紹對有不停車管理需求的路段的上下游路口的信號控制系統設計。

        2)控制策略

        為了盡可能實現車輛不停車通過路段,需要對路段上下游路口進行協調聯動控制,重點在于信號控制方案的制定,包括相位相序、相位差、綠燈時間、周期時長等參數確定。通常情況下,多個路口進行協調控制時需要為每個路口各配置一臺信號機便于進行相位差等參數設置。但在路口間距較小的情況下,也會出現用同一臺信號機控制上下游路口的情況。因此,解決思路可以根據信號機設備是否共用分情況制定。

        • 上下游路口各用一臺信號機

        基本思路為:對上下游路口進行綠波協調控制,根據綠波方案是否隨著交通量實時調整可分為靜態綠波與動態綠波兩種。靜態綠波:綠波方案根據歷史流量生成,方案參數(周期、相位差、綠信比)不隨實時交通量的變化而變化。動態綠波:綠波方案根據實時交通流量生成并不斷調整,適用于交通流波動較大的情況。

        • 上下游路口共用一臺信號機

        當上下游路口間距較小共用一臺信號機時,無法通過設置相位差進行綠波協調控制,此情況可以通過設計關聯路口的相位相序盡可能實現路段不停車、排隊長度最小的控制效果。由于路口間距較小,可將二者看做一個路口同步放行,同時需要根據情況增加清空相位使橋面停車及時清空。

        15.人工干預控制

        在特殊道路交通環境或特定交通控制需求下,通過遠程或現場人員,直接干預交通信號控制系統或信號。適用條件與適用場景包括手動控制相位轉換、強制執行特定相位、信號燈黃閃、全紅控制等。

        人工干預控制方式是在路口極為擁堵的狀態下,或單個路口出現突發事件后對路口產生明顯交通影響下采取的非常規手段,中心人工干預可以通過視頻圖像等手段分析交通問題所在,從路口乃至路段區域全局考慮下發人工干預命令;而路口人工干預控制的瓶頸在于控制人員觀察范圍有限,不能對全局進行有效掌控。

        目前現場手動控制支持2種模式,一種是機箱按鍵模式,一種是遙控器模式。手動控制主要包括三項功能:

        1)   黃閃;

        2)   全紅;

        3)   步進。

        步進,信號燈按照相序執行下一個綠燈相位,按下步進后,信號燈會進入切換狀態,當前綠燈相位進入綠閃,再跳轉紅燈。即原先設定的相位過渡機制保留不變的前提下,提前執行下一個相序動作。

        16.降級策略控制

        信號機發生異常時提供如下降級運行:

        1)與中心計算機聯網發生脫機,自動轉換為多時段定時運行;

        2)車輛檢測器異常產生時,停止感應控制,自動轉換為中心控制或多時段定時運行;

        3)信號機運行中若檢測出配時異常,自動轉換為固定配時方案運行;

        4)信號機運行中若產生綠-綠沖突或某一信號燈組紅燈熄滅,立即自動轉換為執行黃閃或熄燈運行;

        5)信號機運行中檢測出AC220V電源電壓超出高、低壓限范圍時,立即自動轉換為執行黃閃或熄燈運行;

        6)信號機運行中若檢測出微處理器異常時,立即執行固定配時運行;

        7)信號機運行中若檢測出某一個燈組的紅燈與綠燈同時點亮時,立即執行黃閃運行;

        8)信號機運行中若檢測出輸出管理模塊與微處理器模塊通信異常時,執行開機時的信號配時;

        9)信號機運行中若檢測出輸出管理模塊異常時,立即執行黃閃運行。


        附件: 城市信號控制.doc
        下一方案: 智能交通升級改造方案
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