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中國交通信號控制技術發展回顧
發布時間:2019-03-15瀏覽次數:218

一、 我國城市交通信號控制的起步

交通信號控制系統是城市道路交通管理指揮的延續。城市交通信號控制技術是公安科技工作中屬于起步晚,但發展快的。

我國從幾個城市使用單點定周期式交通信號控制器控制交通信號燈,1973年北京在前三門大街進行交通干道的協調控制系統的試驗研究;

1978年北京、上海、廣州等城市開始了單點定周期交通信號控制器研發和使用;

1985年全國城市交通管理工作會議在廣州召開,推廣廣州市應用自動交通信號控制機模式,即以固定配時方式實現交通信號自動控制;

1986年全國公安計算機應用展覽會上,廣州研發的電腦交通信號機同北京、沈陽研發的電腦交通信號機一起獲得全國公安計算機應用三等獎。

電腦交通信號機可以按照路口的各個方向車輛檢測器的檢測的車流量,進行感應式的交通信號控制。

我國的交通控制系統研發始于上個世紀80年代開始,國家“七五”科技攻關研發的“城市交通實時自適應控制系統”項目在南京實施,國家“八五”科技攻關研發了“城市交通控制系統應用技術”項目的系統在廣州市天河區體育中心區域和高速公路結合部實施,國家“九五”科技攻關“緩解城市道路交通堵塞關鍵技術的研究及示范工程”項目,研發了交通信號控制指揮系統和交通動態信息系統。

之后隨著科技進步,多所大學、多個企業或基于國家和省部級的各類研究計劃,或自發地研發了交通信號控制系統等不少系統,在一些城市得到了局部實施。

1984年上海市、廣州市分別引進了我國第一條線控的丹麥 “愛立信”JCC-JCF交通信號控制系統在交通市區干道5個路口中綠波帶控制應用。

廣州市的JCC-JCF交通信號控制系統在東風路5個路口實現了交通信號綠波帶控制, 使用到1992年后被引進SCATS系統取代。

80年代末期,北京、上海、深圳分別引進了英國的SCOOT、澳大利亞的SCATS、日本的KATNET等城市交通信號控制系統。隨之天津、沈陽、廣州等城市引進了國外城市區域交通信號控制系統。

自1980年代至今,我國研發和建立了適合中國混合交通流特性的控制系統,較有代表性的系統為HT-UTCS和Hicon系統。

HT-UTCS系統是由交通運輸部、公安部與南京市合作自主研發的實時自適應系統,采用三級分布式控制(區域協調、線協調和單點控制),為方案形成+專家系統式自適應控制系統。

Hicon系統由青島海信網絡科技開發的自適應系統,采用三級控制模式,包括路口級、區域級和中心級控制,路口級負責實時數據采集、上傳至上級、接收上級指令;區域級負責子區控制優化、數據采集、交通預測;中心級負責監控下級運行狀態,提供人機交互平臺。

由于諸多原因,我國主要城市的城市交通控制系統仍靠國外引進,從賽文交通網去年對31個省會/直轄市的主城區安裝的交通信號機調查數據來看,國外交通信號機在我國交通信號控制市場占有率為54%,國內交通信號機比例46%;

其中北京、上海、廣州、武漢、杭州、沈陽等大城市皆是應用SCOOT系統或SCATS系統。

二、 智能交通信號控制系統的應用回顧

從80年代開始,我國大多數城市陸續建立了交通信號控制系統。

根據(賽文交通網,編輯注去年的調查,從調查82座樣本城市中心區交通信號機的燈控路口數量共有56000多個。

其中1000個以上的燈控路口有17座城市,分別是上海、重慶、天津、鄭州、武漢、杭州、深圳、哈爾濱、合肥、廣州、南京、北京、西安、無錫、成都、蘇州、和濟南。

在全國700多個地級市、縣級市的城市中,上海中心城區燈控路口數最多,有5000多個;其次北京3000多個燈控路口;再次是深圳2400多個燈控路口。

一線城市中,共有信號機32000多套,其中集中協調式27000多套,集中協調占比為84.2%,還有5000多套單點信號機。

從當前我國來看,城市交通信號控制系統在協調和控制城市區域內應用中,發揮了均衡路網內交通流的分布,減少停車次數、延誤時間及環境污染等系統的控制作用。

實踐證明,任何城市交通信號控制系統只有與當地、當時的實際交通狀況結合起來,不斷優化信號配時,并運用新技術,不斷創新信號控制模式,才能發揮系統的控制效率,達到預定的控制目標。

1、配時參數優化,發揮控制效率

交通信號控制系統的控制策略無論是系統定時控制還是自適應控制,其傳統信號配時,要么依靠從業經驗豐富的交通管理部門業務人員來確定配時時長;要么依靠路面線圈、地磁、視頻等方式的車輛檢測器采集動態數據,由交通信號控制系統通過其模型算法或設置來自動調整信號配時時長。

而我國現階段城市發展較為迅速,各地尤其是大中型城市道路改造頻繁,檢測設備完好率低、控制效果差等問題,而系統又有一定規模,由于公安交通管理部門編制內人員受限,專業性技術人才缺乏,難以使交通信號控制系統發揮應有效率。

自公安部的“兩化”文件發布以后,信號控制配時優化的社會化服務也逐漸開始爆發,以往主要集中在廣東、浙江等發達地區,現在一些小城市也開始將交通信號配時參數優化工作逐步向“社會化”采購服務發展。

通過交通信號配時參數優化社會化服務,專業社會化服務企業在日常工作中落實交通信號燈臺賬系統、信號控制評估系統,并運用協調控制計算、單點路口配時計算平臺優化配時參數,優化過程既考慮了路網交通的均衡疏導,也精細挖潛和提升了路口/干線通行效率。

廣州、深圳、濟南、自貢、平遙、大理等城市的交通信號配時優化交予社會化服務后,實現交通信號控制優化的精細化管理,提高了區域內交叉口和干道通行能力,從而達到了緩解交通擁堵、保障交通安全、實現有序通行的控制效果。

2、感知技術突破,提升控制效益

現在交通感知技術的突破性改變,交通信號控制系統除了路口和區域的車輛檢測器外,還有運用道路上的電子警察、視頻卡口系統都記錄通過的車輛相關信息,提取對應檢測車道的車流量、車型大小、速度、占有率及排隊長度以及行車軌跡等信息,按照路口交通流量和車輛運行軌跡,來預先設置交通信號控制方案,達到系統控制效率最佳狀態。

例如安徽省宣城市交通信號控制系統通過斷面/區域檢測與軌跡檢測相結合,分析了城市道路的承載力,掌握路網交通流變化趨勢特征,從交通需求和道路資源供給的角度通過交通信號控制的方式實現交通合理分流。

并利用交通仿真先評估方法與交通匹配度、旅行時間以及交通延誤等后評價相結合的方式,全面規劃改造了城市交通信號控制系統,通過優化信號配時,致使道路通行效率最大化。

3、互聯網+交通燈

在微觀層面,路面終端感知數據,通過精準的描繪出路口排隊、放行等通行狀態特征,更好的實現與交通信號系統物聯。

在路網層面,移動互聯出行的數據,準確描繪出車速/擁堵點段等運行狀態規律,最終實現交通信號控制系統開放對接。

例如針對交通信號控制系統是通過線圈進行感應,只是斷面檢測,無法感知道路路網的交通運行情況進行的交通信號控制。

2016年廣州與高德地圖合作,借助“互聯網”在車輛出行軌跡信息采集上具有優勢,試點“互聯網+交通燈”交通信號控制優化平臺,在海珠區的試點中,南華中路—寶崗大道存在嚴重的路口交通失衡現象,優化后南華中路高峰期間擁堵下降11.83%—25.75%。

從試點效果來看,“互聯網+交通燈”實時反映道路交通宏觀和中觀層面的態勢,通過優化信號配時、均衡路網交通流分布,提升了路網通行能力。

為此,廣州還將把市區的1200多個交通信號控制路口納入該平臺。

三、 展望

首先,傳統的智能交通信號控制系統主要是基于路面車輛檢測設備對車流量、占有率等數據的采集,控制效果直接受制于檢測設備的完好度。

而基于互聯網大數據的檢測則有效地回避了設備和配時數據維護問題,在移動互聯網不斷普及的形勢下有其獨有的優勢。

但是交通信號控制系統的信號配時屬于微觀層面,必須精確到分鐘之內,而互聯網的數據中有少部分無效數據必須準確甄別剔除出去,否則配時優化和均衡交通控制將無從談起。

其次,交通信號控制系統逐步從交通控制到交通信息服務轉變,推動交通信息服務內容更加的精準有效,采取多樣的手段,將交通信號控制信息推送給所有的出行者,實現交通信號控制系統最優和出行者最優結合起來,只有這樣才能把被動交通信號控制轉變為主動交通信號控制。

最后,隨著車聯網時代的到來,新一代交通信號控制系統將有可能為實現自動駕駛發揮作用,從而推進車路協同大規模的應用。


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