1.1. 系統概述

智能交通信號控制系統是我公司根據我國的交通特點，結合國內外現有信號控制系統，自主開發的具有交通流的組織與控制、交通數據采集、信號機的遠程配置與監控、區域協調優化控制等一系列功能的交通信號控制系統。系統采用平行交通控制與管理思想，將實際控制與人工模擬相結合，為城市交通控制與疏導提供更好的方法論和踐行實施方案。為解決我國城市交通問題提供了一整套綜合解決方案。

智能交通系統由一系列相互獨立又有機結合的軟硬件組成，該系統控制路口的最大規?？梢赃_到3000個路口，能滿足不同用戶的不同需求。利用智能交通信號控制系統，可以協調優化整個城市的交通信號，最大限度提高綠燈通行能力；可以為交通出行者提供安全快捷的綠色通道；可以降低城市交通污染，為建設綠色環保城市保駕護航。

智能交通信號控制系統采用“集中控制、分級管理、協調聯動”的設計原則，整個系統分為中心組織層、區域協調層和現場執行層。實現信息的共享和功能的集成，實現各子系統之間的協調聯動。這樣，全市的交通信息資源得到有效整合，提高交通運輸系統整體運行效率。系統結構如圖1.1所示。

圖1.1交通信號控制系統整體結構圖

中心組織層為交通主控制中心，包含一個綜合管理平臺，收集和管理現場執行設備采集的交通檢測數據，并對其進行分析，利用在線仿真、預估和計算，進行信號控制參數的優化，并下發到路口的信號機，實現其智能化的實時動態控制。中心組織層綜合管理平臺可實現以下主要功能：

± 系統組態；

± 監控區域協調層各分控制中心以及各個路口信號機的運行狀態；

± 交通流數據的統計和分析；

± 交通流的在線仿真和預估；

± 交通誘導。

  區域協調層為特定區域的分控制中心，用以分析評估路網內子區域內交通狀況，產生協調控制參量，優化區域內的交通狀況。各分控制中心也包含自身的管理平臺，實現以下主要功能：

± 監控區域內各路口信號機的運行狀態；

± 連接現場執行設備與主控制中心的通信；

± 接收區域內各路口的交通流檢測數據并上傳；

± 優化路口信號機的配時方案；

± 實現區域內各路口信號機的協調聯動。

  現場執行層包含各種交通設備，主要有信號機、檢測器、可變信息板（VMS）、CCTV等。該層實現以下主要功能：

± 采集相關交通信息，根據采集到的交通流數據，結合協調層的協調控制參量，實時調整和優化路口的信號配時方案；

± 發布交通信息；

± 實現特殊情況下（消防、警衛、救護等）的交通控制，主要有綠波控制、黃閃控制、指定相位控制等。

1.2. 系統功能介紹

系統的功能模塊劃分如圖1.2所示：

圖1.2功能模塊劃分

每個功能模塊下的詳細功能如下：

圖1.3 模塊詳細功能

1.3. 系統組態

完成對城市地圖、城市路口、控制設備（信號機、VMS、CCTV）和檢測設備的詳細而靈活配置，這是本系統成為通用城市交通控制管理平臺的前提和基礎。通過系統組態，用戶可實現對任何城市交通的控制管理。具體來說完成以下功能：

± 組態城市地圖，配置監控設備；

± 組態路口地圖，配置路口相位；

± 繪制路口幾何形狀地圖；

± 可靠的遠程動態數據交換。

用戶可以根據自己的需求在城市地圖上進行城市監控系統組態，繪制各種路口幾何形狀和圖標，有很強的靈活性和可擴充性。本組態軟件提供完備的地圖編輯和簡捷的畫圖功能。在地圖組態圖中，紅色的箭頭表示東西方向和南北方向的信號機，粉色圖標表示設置在路口或路段上的攝像機（CCTV），藍色圖標表示的是可變信息牌（VMS），紅色的線段表示鋪有檢測器的路段。這樣，用戶在控制中心就可以縱觀全市的交通設備的配置情況。

城市路網地圖組態的基礎上，控制中心可以對路口和路段的詳細信息進行配置，分別如圖1.5到 圖1.6所示。

圖1.4城市地圖組態圖

圖1.5 路口類型信息配置

圖1.6 路口關聯信息配置

圖1.7 路段信息配置

1.4. 狀態監控

對交通設備、交通狀況進行實時監控。操作人員在電子地圖上可以方便的遠程監視和控制交通信號機、攝像機、可變信息牌和車輛檢測器，也可以實現各種信號控制策略，如單路口控制、綠波帶控制、區域協調控制等。監控軟件從地圖組態軟件處獲取城市地圖和設備設置信息。監控軟件從通信軟件獲取實時交通數據，同時通過通信軟件發送控制命令。數據管理軟件為監控軟件提供各種后臺數據服務。為交通業務管理提供決策依據，疏導車流等提供必要的監控手段，是指揮中心的重要組成部分。

監控軟件的主要特點如下：

l 友好的用戶界面，簡單方便的操作；

l 直觀、實時的動態交通狀況的展示；

l 靈活的控制配置下載；

l 豐富的控制方案；

l 安全的用戶操作；

l 兼容符合標準的其他廠家的設備。

圖1.8是狀態監控的主界面，在地圖上點擊某個路口，可以對路口的信號狀態和各進入方向路段的擁堵狀況進行實時顯示，使管理人員隨時掌握交通流量情況和擁堵程度信息，為控制和決策提供有力支持。

圖1.8 監控界面

圖1.9 路口信號狀態實時顯示界面

在信號機監控界面(圖1.9)，可以顯示信號機當前的控制參數，放行狀態，相位信息等，也可查詢此信號機的故障信息，保證其正常的工作狀態。此功能做到了即使管理人員不在現場，也能像在信號機面前一樣監視和控制信號機，極大的方便了信號機的使用和管理，并且支持多信號機的集群管理，加大了管理效率，節省了人力資源。

信號機同時還配備有視頻檢測板，能夠管理設置在此路口的監控攝像機，其視頻圖像可以實時傳送到控制中心，同時還能應用模式識別技術實現路口和路段車流量、排隊長度，車行速度等的檢測，顯示界面如圖1.10所示。

圖1.10 視頻監控顯示界面

1.5. 數據統計和分析

信號機檢測板檢測到的數據可以通過網絡實時傳回控制中心，中心服務器完成對交通流數據的加工、存儲、備份、清除等任務，并進行數據分析、輸出報表、圖表展示等工作。通過基于數據挖掘和專家系統的方法對歷史數據進行分析和二次開發，得出結論從而可以改善現有控制方案或某些參數的設置。從而不斷優化控制方案，不斷提高控制效率和城市交通通行水平。

比如，通過對路口交通流量的分析，可以定周期的優化信號機的時段劃分和相位配時；通過對已有綠波帶的分析，對綠波帶的效果的進行分析，并優化參數；通過對交通流的分析，得出交通阻塞點；通過分析，得出每一條路段的擁塞時段以及擁塞時段占一天時間的比例，最終給出每條路段的服務水平指數；通過對路口交通流相似性的分析，進行區域的重新劃分；通過對交通流的分析，得出對信號控制系統的效果評價。

數據統計和分析軟件的特點包括：

l 界面友好，操作簡單，圖形化展示數據變化信息，直觀，明晰。

l 實時查看最新數據，分析歷史數據，能夠掌握最新交通流變化。

l 方便快捷的數據管理

交通流檢測數據由數據庫進行管理，包含數據瀏覽、數據分析、數據庫管理、數據打印等一系列功能。數據瀏覽又分為靜態數據瀏覽、動態數據瀏覽和路口數據瀏覽。靜態數據瀏覽可以比較方便的瀏覽、操作、打印靜態表格中的數據，比如道路信息、交叉口信息、VMS信息等。動態數據瀏覽可以比較方便的瀏覽動態表格中的數據，比如路口機動態信息表。路口數據瀏覽可以顯示指定路口密度、速度、流量、占有率等信息。數據分析可以對指定時間段內指定路段流量進行分析，提供一些文字的分析結果和建議。數據庫管理實現對數據的備份、恢復、刪除等功能。數據打印可以打印靜態數據報表和動態數據報表。圖1.11為路口排隊長度、車輛等待時間等數據的靜態顯示界面，圖1.12為路口各進入車道排隊長度的動態顯示界面，圖1.13為路段流量分析界面。

圖1.11 靜態數據顯示界面

圖1.12 動態數據顯示界面

進行數據分析時，可以對時間、區域和路段進行選擇，選擇完之后，點擊分析按鈕系統會給出分析結果，包括圖形顯示和文字描述，圖1.13為路段流量的分析界面，圖1.14為相應的分析結果和建議。

圖1.13 路段流量分析界面

圖1.14路段流量分析結果

圖1.15 文字分析結果和建議

1.6. 交通流仿真

1.6.1. 仿真功能介紹

交通流仿真采用計算機動畫技術對交通流狀況進行實際仿真。它與信號機、數據庫分析模塊以及控制中心進行實時通信，向信號機上傳實時交通流信息，接收來自信號機和控制中心的監控命令，將數據保存到數據庫，以圖表的形式實時分析出當前控制算法的控制效果，它還可以利用數據庫中保存的歷史數據再現歷史交通流狀態，也可以利用人為給定的數據進行仿真，為各類控制算法的研發過程和不同控制策略的評估提供方便快捷的測試平臺，幫助管理人員更加有效的管理交通。該交通流仿真軟件可以實現各種交通流環境下，如普通流、自由流、擁擠流和事故模擬的交通狀況仿真，具有如下特點：

l 簡單方便的操作；

l 直觀、實時的動態交通狀況的展示；

l 多樣的交通流選擇方案；

l 安全的用戶操作。

該微觀仿真軟件由仿真組態、仿真內核和仿真界面三個模塊組成。仿真組態主要對交通仿真的主題――道路網絡、交叉路口、車輛的各種物理參數、幾何參數、統計規律進行定義，以及作為仿真內核運行所必須的外部參數。我們采用可視化界面，把道路和路口分別用線對象和點對象來表示，用戶只需象堆積木似的把路網搭建起來即可。仿真內核包括：隨機數產生模塊（也可依據實際路網的交通流規律）、車輛初始化模塊、路段上車輛直行處理模塊、切換車道模塊、超車處理模塊、車輛通過路口處理模塊、公共汽車處理模塊、自行車處理模塊、行人處理模塊、網內吸納點和發生點處理模塊。鏈的調整模塊、車輛位置調整模塊、控制新型號產生模塊。檢測器檢測模塊、仿真數據統計模塊等。

在應用中，需要先進行仿真設置，設置完成后運行仿真軟件，最終可供選擇的輸出數據有流量、排隊長度和延誤時間等。圖1.16為一仿真界面圖。

圖1.16 仿真界面

1.6.2. 仿真界面二維顯示

仿真界面可以形象、直觀地以二維和三維動畫形式展示交通運行狀況。其中，二維動畫顯示可以根據不同的放大比例，分別顯示整個路網的宏觀運行狀況和車輛的微觀運動狀況，如圖1.17和圖1.18所示。在圖1.17中，填充顏色的長方形表示場所，不同顏色的長方形表示不同類型的場所；各路段的不同顏色表示各路段的不同擁堵狀態，綠色表示道路暢通，黃色表示道路車行緩慢，紅色表示道路很擁擠。

圖1.17 路網交通狀況宏觀顯示圖

圖1.18路網中某一交叉口的二維微觀顯示圖

1.6.3. 仿真結果三維顯示

仿真界面三維顯示是我們系統的一大特色。三維顯示更符合用戶的觀測習慣，并且能根據用戶觀測角度的改變實時調整顯示內容，是用戶有身臨其境的感覺，具有強大的視覺感染力合沖擊力，更容易被用戶接受。

本系統的的三維顯示模塊基于Delta3D游戲引擎實現。Delta3D是一款由美國海軍研究學院(Naval Postgraduate School)開發的全功能游戲與仿真引擎，得到美國軍方巨大的支持與豐厚的投資。該引擎在培訓、教育、娛樂行業和科學計算可視化領域等方面應用極為廣泛。Delta3D采用標準化設計技術，把一些知名開源軟件和引擎如 Open Scene Graph(OSG), OpenDynamicsEngine (ODE), Character Animation Library (CAL3D), 還有 OpenAL融為一體。

圖1.19是基于Delta3D的三維仿真界面設計工具界面圖，圖1.20是路口三維仿真結果展示界面。利用三維仿真界面強大的實時顯示功能，我們從不同的角度對道路交通狀況進行觀測與分析。圖1.21是路口交通狀況的俯視圖，從圖中可以看出，俯視界面能使我們同時掌握路口各個方向上的交通狀況，從而全面地評價控制策略的優化效果。

圖1.19 三維仿真界面設計工具

圖1.20路網中某一交叉口的三維顯示圖

圖1.21 三維仿真顯示界面俯視圖