KELI-UTC3.1集中協調式交通信號機信控與仿真研究室二○一○年三月一、概述信號控制系統是現代城市智能交通的核心部分，其功能和質量直接影響到現代城市交通管理水平。針對目前普遍存在的城市交通擁堵現象，開發具有自主知識產權的價格低、功能強、實用型的高端智能交通型信號控制系統是時代發展和城市建設的迫切需求，應用新技術提高城市道路交叉口的通行能力，減少交通擁堵和行車延誤，減少交通事故

目前國內高端智能交通型信號控制系統嚴重缺乏，80%以上的路口沿襲的只是國外80年代末的技術，僅能實現簡單地定時功能；在國內50多個品牌信號控制系統中能實現線控、面控、自適應控制等功能的很少。國內高端智能交通型信號控制系統市場大部分被SCAITS、西門子等國外品牌壟斷，這些國外品牌信號控制系統不僅售價高昂；而且不適應中國城市道路混合交通流的特點。集中協調式信號機包容行人請求過街、感應控制、多時段定時以及區域控制等多種信號機的功能。集中協調式信號機是現代城市智能交通的核心設備；涉及交通工程、嵌入式系統、軟件工程、電子技術、計算機仿真、傳感器技術和機電一體化幾個專業和學科。科力集中協調式信號機特點KELI-UTC3.1智能交通型信號控制系統主要基于windows平臺下以星形網絡和工業以太網通信為基礎，實現中心級、區域級和路口級三級閉環控制網絡；以微觀交通仿真和交通信息采集數據為分析研究對象，對路口信號控制方案進行優化，為交通管理提供科學的決策依據。信號機以32位嵌入式系統為工作內核，以最新國家標準中關于集中協調式信號機、流量調查、信號控制規范等的詳細說明為依據；參考美國和德國有關標準和規范，開發功能完備、應用方便、可靠穩定、成本低廉的智能交通型集中協調式信號機；能實現面控、線控、自適應控制、BRT控制和交通在線仿真功能。

KELI-UTC3.1主要設計原則

在KELI-UTC3.1智能交通型信號控制系統的頂層設計中應用現代計算機技術、軟件工程和現代交通流控制理論，采用人工智能、多核芯片、高可靠性設計和故障自診斷設計；廣泛采用國家標準、行業標準和國外標準，設計、制造符合中國特色的智能交通型信號控制系統。主要設計原則有：1、實用性在保證一定技術先進性的前提下，以滿足實際應用需求為前提。采用成熟而先進的技術和設備，使系統具有良好的開放性、可擴展性和較長的生命周期；按照現有標準和模塊化設計,保證系統擴充方便性。2、安全性充分考慮產品運行的安全性，在網絡安全性上，按照公安網的網絡通訊或點對點光纖通信的引用環境進行設計，應用軟件系統設置多種安全管理權限，能夠確保全系統的操作和數據的安全。在硬件安全性上，充分考慮雷擊、暴雨、臺風等惡劣氣候條件下對路口設備的穩定可靠運行的需求，使用多種防護設施以確保硬件設備的安全。3、先進性遵循目前信號控制系統通行的中心控制級、區域控制級和路口控制級三級系統結構，系統的控制原理、技術路線符合現代信號控制理論的發展方向。4、可擴展性產品軟件和硬件將采用便于擴展的模塊化設計，以便滿足在相當長一段時間內城市發展規模對系統容量的擴展需求。另外，系統的數據可以很方便、有效地集成到城市道路交通綜合管控平臺上，使得系統的主要參數和數據可以為各級領導決策提供服務。5、開放性產品對外公開信號機通信協議以及控制系統軟件的數據庫結構以便用戶進行二次開發，實現系統的集成與資源共享。在應用層上，為用戶提供系統的控制獲取以及數據獲取的接口模塊，實現系統的開放性。6、可維護性和經濟性軟件系統和硬件系統都力求做到簡單統一的操作，從而降低系統管理上的工作量，提高工作效率，以有利于今后對整個系統的維護。

KELI-UTC3.1解決的關鍵技術問題一、采用多核芯片技術有效提高了信號機及控制系統可靠性、穩定性，提升了信號控制的智能化水平，實現了綠波控制、感應控制、自適應控制、BRT控制、警衛路線等功能應用。故障自診斷技術可以實現城市大范圍內信號機智能化管理二、系統支持分布式組網，真正實現城市信號機區域實時線控、區域優化控制和中央控制

三、、產產品品符符合合GA47-2002《《道路路交交通通信信號號控控制制機機》國家家公公共共安安全全行行業業標標準準，，能能夠夠兼兼容容德德國國、、美美國國相相關關標標準準，，在在城城市市信信號號控控制制與與管管理理中中實實現現異異種種信信號號機機的的聯聯通通與與控控制制，，兼兼容容國國際際SCAITS控制制系系統統四、、通通過過TCP/IP,GPRS和ZIGBEE協議議，，能能夠夠與與道道路路交交通通視視頻頻、、超超聲聲波波、、電電磁磁、、微微波波和和FCD浮動動車車輛輛等等多多種種交交通通信信息息采采集集方方式式聯聯接接，，具具備備交交通通流流在在線線仿仿真真和和信信號號控控制制系系統統實實時時優優化化功功能能五、、系系統統與與城城市市智智能能交交通通中中道道路路交交通通流流量量采采集集與與發發布布系系統統、、交交通通警警用用裝裝備備闖闖紅紅燈燈系系統統直直接接關關聯聯，，有有效效提提高高城城市市智智能能交交通通整整體體管管理理水水平平和和效效能能KELI-UTC3.1設計標標準和和依據據中國國國家標標準《城市道道路交交通信信號控控制方方式適適用規規范》GA/T527-2005中國國國家標標準《道路交交通流流量調調查》GA299-2001中國國國家標標準《城市交交通信信號控控制系系統術術語》GA/T509-2004中國國國家標標準《道路交交通信信號燈燈》GB14887-2003中國國國家標標準《道路交交通信信號控控制機機》GA47-2002美國行行業標標準《國家運運輸ITS通信協協議NTCIP》《交通信信號機機與上上位機機之間間的數數據通通信協協議》GB20999-2007KELI-UTC3.1信號機機硬件件配置置KELI-UTC3.1智能交通型型信號號控制制系統統的配置體體系主主要包包括驅驅動卡、交交通信信息采采集主主機、、按鍵顯顯示板板、故故障檢檢測機、電電源、、防雷雷和防防浪涌裝置置、接接地系系統、、通訊機控控制主主機等等主要要部件件。信號機機相關關術語相位（（PHASE，簡稱稱P）：在一個個信號號周期期內，，同時時獲得得通通行權權的一一股或或多股股交通通流的的信號號顯示示狀態態。相序：在一一個信信號周周期內內，不不同相相位的的依次次組合合順序序。周期：信號號燈色色按設設定相相位順順序顯顯示一一周所所需的的時間間。控制方方案：相位位設置置、相相序設設置、、信號號配時時的有有序集集合綠沖突突：規定定不允允許同同時放放行的的信號號燈組組的綠綠色信信號燈燈同同時時被點點亮。。全紅狀狀態：所有有信號號燈組組紅燈燈全被被點亮亮的信信號狀狀態。。最小綠綠燈時時間：綠燈燈允許許開啟啟的最最短時時間。。最大綠綠燈時時間：綠燈燈允許許開啟啟的最最長時時間。。相位差差：在協協調控控制中中，某某個路路口與與基準準路口口漸進進式依依次開開啟協協調相相位的的時間間差.二信信號號機參參數設設置日方案案設置置一個日日方案案里最最大可可分18個時段段日方方案號號（1———7）對應應的是是一周周的7天方案案設置置。特特殊日日（8———18）號日日方案案，信信號機機一般般按周周循環環工作作，特特殊日日方案案主要要來自自網絡絡設置置。例：相序設設置相序是是配置置相序序方案案（大于5為無效效），對對應相相位總總數，，對應應相位位所含含的燈燈組號號，每每相位位最大大輸入入10個燈組組相同方方案號號的相相序方方案與與基本本方案案的相相位總總數應應該保保持一一致，，否則則可能能信號號機會會出現現讀取取方案案錯誤誤基本方方案設設置基本方方案配配置對對應相相序方方案相相位的的基本本控制制方案案。包包括黃黃燈時時間、、紅燈燈時間間、最最小綠綠燈時時間、、最大大綠燈燈時間間基本方方案是是標準準協議議里必必備的的一種種方案案，既既可以以滿足足感應應控制制的需需求，，也是是一種種保守守的安安全策策略，，當讀讀控制制方案案出錯錯的時時候，，有了了基本本方案案，信信號機機仍然然可以以通過過最小小和最最大綠綠燈時時長的的算術術平均均值安安排綠綠燈時時間。。當信信號機機方案案切換換時也也依賴賴于基基本方方案中中的參參數進進行過過渡計計算，，所以以設置置好基基本方方案非非常重重要，，當信信號機機方案案讀取取故障障時，，也依依靠基基本方方案進進行適適當的的調整整。基本方方案的的相位位總數數PN與對應應的相相序方方案中中的PN要保持持一致致，否否則配配時時時將出出錯。。相序序方案案中的的配時時與基基本控控制方方案中中的相相位順順序是是一致致的，，因此此相序序方案案設置置完畢畢后應應立即即進入入基本本控制制方案案設置置。控制方方案的的設置置1、操作作控制制方案案鍵，，顯示示：““控制方方案號號”；可可以通通過鍵鍵盤輸輸入數數字按按確認認鍵。。輸入入的總總數大大于18為無效效。2、配置置“控制方方式”，輸輸入該該方案案下的的控制制方式式，通通過鍵鍵盤輸輸入數數字，，并按按確認認鍵三信信號號機功功能介介紹控制方式代號說明檢測器多時段多方案

1根據不同時段選擇預定的配置方案自動運行無協調控制

2一條路上把多個相鄰交叉口協調起來的控制方式無（但需時鐘同步）感應控制

3根據車輛檢測器測得的交通流數據調節信號顯示時間的控制方式有（分半感應和全感應）手動控制

4利用遙控器或鍵盤、開關在現場手動控制實際燈色交通管制

5遇到特殊任務時，只指定某些燈組綠燈常亮自適應控制

6根據流量變化，在線實時自動調整信號控制參數以優化適應交通流變化有檢測器熄燈控制

7根據本機或上位機命令實現全部熄燈全紅控制

8所有機動車方向信號燈全是紅燈，所有行人燈全是綠色，一般用作專放行人黃閃控制

9所有機動車黃燈全部閃爍的控制狀態手控鎖鎖相位位手動/自動開開關撥撥到手手動位位置，，手動動按鈕鈕每按按下一一次，，本相相位的的綠燈燈狀態態就結結束，，自動動進入入綠燈燈轉換換時間間，（（注意意，在在此期期間，，不需需要再再按手手動按按鈕，，）然然后就就自動動開始始轉到到下一一個相相位的的綠燈燈。如如此循循環，，若不不按手手動按按扭，，則在在當前前相位位循環環，表表現為為鎖定定狀態態，把把手動動/自動開關撥到到自動位置，，則恢復自動動運行。感應控制半感應控制：：若主次相位相相差明顯，則則只在次干道道上埋設地感感線圈，這就就是半感應模模式，算法與與全感應一致致，通稱感應應控制。全感應控制：：主要用于交通通飽和度小于于80%的路口。其特特點是，主次次相位交叉，，相差并不是是很明顯，這這樣一來，需需要在每個車車道上，安裝裝流量檢測器器，用于檢測測車輛通行情情況。流量檢檢測器線圈，，一般安裝于于離路口停車車線的上游距距離為15——60米處，若要安安裝請求檢測測器線圈，則則埋設在路口口停車線內側側1—4米。感應控制制的邏輯是保保證主相位（（最大綠燈時時長設置大于于50秒）以最小綠綠燈時間起步步。在最后綠燈放放行時間車頭頭時距范圍內內，主相位有有請求則接著著放行，直到到放到最大綠綠燈時間結束束，若主相位位無請求而其其他相位有請請求，則提前前結束該相位位。次相位（（最大綠燈時時長小于等于于30秒），有請求求放行，放行行邏輯與主相相位一致，但但是當相位循循環工作到次次要相位時無無請求發生，，那么將跳過過該相位，這這與主相位存存在很大不同同。這樣做可可極大地保證證感應控制的的安全性。兩種控制方式式的比較歷史或流量調查數據配時方案相位循環多時段定時（開環系統）歷史或流量調查數據配時方案相位循環實時交通需求感應控制（閉環系統）干預控制功能能主要由上位機機干預，分干干預交通管制制、干預黃閃閃、干預全紅紅、干預熄燈燈，干預控制制時有起時時時間和終止時時間，其中干干預交通管制制精確到秒，，常被用做聯聯網警衛路線線，其他精確確到分鐘。干線協調控制制（綠波控制制）為了確保在指指定路線上的的某個車流，，能在進入被被控制區域時時，只要它們們按一定的車車速行駛，那那么就使它們們具有優先通通過的權力，，這時，可以以采用干線協協調控制模式式。納入協調控制制的信號機，，要求它們采采用相同的周周期，并以一一個基準的時時段方案配合合，同時設基基準時間點，，每個路口以以基準時間點點設置相位差差。在實現綠綠波控制前，，要查詢干線線每個路口的的空間距離，，并按設計時時速換算成時時間距離，最最好開車在干干線上按設計計時速調研幾幾次，然后確確定路口之間間的相位差。。本信號可設置置多時段綠波波帶，也可以以與多時段定定時交叉使用用，而且從過過渡平滑，采采用了特殊的的融合算法使使得多時段定定時控制方式式向協調控制制切換時不會會出現特殊的的過渡燈色。。手動控制功能能手動控制分為為無線遙控手手動控制與現現場按鍵手動動控制兩種。。信號機可選選配430M無線數據傳輸輸接收頭，由由遙控器進行行現場手動交交通管制、手手動黃閃、手手動步進、手手動專放行人人（機動車全全紅，行人燈燈全綠）；可可通過信號機機面板上的按按鍵進行手動動管制、手動動黃閃、手動動全紅、手動動步進。BRT（公交優先））控制BRT控制，一般設設置專用公交交車道，請求求線圈埋設在在離路口停車車線12—15秒時距的車道道上，當公交交車觸發線圈圈時，系統將將根據設置參參數給予安排排優先相位立立即通過路口口。公交優先先分固定周期期優先和可變變周期優先。。可變周期優優先指的是感感應控制路口口，當請求線線圈觸發后，，優先處理BRT請求；固定周周期優先，BRT放行時間由路路口其他相位位時間均減幾幾秒而保證周周期依然固定定，可實現BRT與綠波帶同時時實現。設置的參數有有BRT放行時間（與與BRT方向上路口寬寬度有關）、、BRT等待時間（一一般與線圈埋埋設距離有關關）和優先等等級，0級不優先；1級相對優先，，即信號機正正處于優先相相位和優先相相位前一相位位時，支持優優先功能，；；2級代表絕對優優先，無論信信號機處于哪哪個相位，若若此時發生請請求，都將支支持優先功能能。A、有專用車道道上的絕對優優先1、當前處于優優先相位，剩剩余時間若大大于BRT等待時間則自自然過渡，否否則延時；2、當前處于非非優先相位，，也不是優先先相位前一相相位，放行安安全綠燈時間間后優先；3、當前處于優優先相位前一一相位，則判判斷剩余時間間，剩余時間間小于BRT等待時間，則則自然過渡，，反之，早斷斷；4、正處于插入入優先相位時時又發生二次次請求，則繼繼續延時；B、無專用車道道，處于混合合車道上的相相對優先：1、處于優先相相位，同A1；2、處于非優先先相位又不是是優先相位前前一相位，則則不優先；3、處處于于優優先先相相位位前前一一相相位位，，則則同同A3；4、同同A4。C、近近飽飽和和路路口口不不優優先先BRT控制制路路口口設設備備分分布布圖圖行人人過過街街請請求求控控制制行人人過過街街請請求求分分一一次次過過街街和和兩兩次次過過街街，，路路面面寬寬度度小小于于20米的的安安排排一一次次過過街街，，若若大大于于20米，，則則要要在在路路面面中中間間設設計計安安全全島島，，然然后后分分二二次次過過街街，，這這種種控控制制要要裝裝行行人人過過街街請請求求按按鈕鈕，，人人行行橫橫道道一一般般位位于于離離路路口口停停車車線線距距離離50米以以外外的的地地方方。。過過街街等等待待時時間間最最大大30秒紅紅燈燈，，放放行行時時間間最最大大20秒綠綠燈燈，，最最小小放放行行10秒，，中中間間可可調調。。共共四四盞盞獨獨立立燈燈組組可可用用，，一一次次過過街街可可安安排排四四個個方方向向上上都都有有信信號號燈燈，，二二次次過過街街只只能能安安排排兩兩個個方方向向。。若若一一個個方方向向二二次次過過街街，，其其他他兩兩個個方方向向為為一一次次過過街街也也可可以以，，但但要要注注意意燈燈組組設設置置。。區域域優優化化控控制制區域域優優化化控控制制一一般般由由控控制制中中心心根根據據區區域域流流量量變變化化和和分分析析軟軟件件而而生生成成一一套套優優化化方方案案，，再再通通過過通通信信接接口口設設置置到到現現場場信信號號機機里里，，由由信信號號機機去去執執行行。。信信號號機機具具備備這這種種功功能能，，KEILI-UTC3.1的通通信信協協議議是是在在仿仿美美國國NTCIP協議議的的基基礎礎上上專專門門設設計計的的,詳見見后后臺臺軟軟件件使使用用說說明明書書。。故障障降降級級、、報報警警和和糾糾錯錯功功能能KELI-UTC3.1智能能交交通通型型信信號號控控制制系系統統的的信信號號機機的的優優先先級級順順序序為為：：綠綠沖沖突突故故障障—燈組組故故障障—相序序方方案案故故障障—檢測測器器故故障障—控制制方方案案故故障障信號號機機主主要要檢檢測測綠綠沖沖突突故故障障，，燈燈組組故故障障配配44路交交流流互互感感器器型型故故障障檢檢測測板板，，故故障障檢檢測測通通過過串串口口告告知知CPU并聯聯網網上上傳傳；；地地感感線線圈圈故故障障由由線線圈圈檢檢測測器器CPU通過過串串口口告告知知信信號號機機；；信信號號機機標標準準配配置置44路燈燈組組輸輸出出和