信号机技术方案.docx
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信号机技术方案
城市交通信号集中控制系统
技
术
方
案
书
第一部分：
技术方案
城市交通集中协调式控制系统（UTCS,UrbanTrafficControlSystem）是现代城市智能交通系统（ITS）的重要组成之一，主要用于城市道路交通的控制与智能化管理。
交通信号控制系统主要功能是自动协调和控制区域内交通信号灯的配时方案，均衡路网内交通流运行，使停车次数、延误时间及环境污染等减至最小，充分发挥道路系统的交通效益。
必要时，可通过指挥中心人工干预，直接控制路口信号机执行指定相位，强制疏导交通。
通过安装在道路上的车辆检测器，智能信号控制系统可以优化交通信号灯网络的交通方案，使其适应交通流变化条件，从而使在控路网中运行的车辆的延误和停车次数达到最小，交通信号控制系统全面实施以后，在控制区域内应达到：
行车延误减少15％以上、行车速度提高10%以上，停车次数减少15%以上。
1、系统设计依据
依据国家和行业相关标准、相关研究成果等资料进行本设计，具体如下：
《全面推进公安交通管理信息系统建设和应用工作的意见》
《道路交通信号机标准》（GA47-2002）
《道路交通信号控制系统术语》（GA/T509---2004）
《公安交通指挥系统工程设计规范》（GA/T515---2004）
《城市道路交通信号控制方式适用规范》（GA/T527-2005）
《交通信号控制机与上位机间的数据通信协》（GB20999-2007-T）
《倒记时显示器》（GAT508-2004）
《计算机信息系统安全保护等级划分准则》（GB17859）
《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198）
《城市道路交通规划设计规范》（GB50220-1995）
《道路交通事故案卷文书》（GA40）
《道路交通流量调查》（GA299）
《道路交通堵塞度及评价方法》（GA/T115）
《城市道路交通秩序评价方法》（GA/T175）
《公安交通指挥系统建设技术规范》（GA/T445-2003）
《城市警用地理信息系统分类与代码》（GA/T491）
《城市警用地理信息系统图形符号》（GA/T492）
《城市警用地理信息系统建设规范》（GA/T493）
《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》（GA/T497-2009）
《交通电视监控系统验收规范》（GA/T514-2004）
《公安交通指挥系统工程建设程序与要求》（GA/T651-2006）
《道路交通违法管理信息代码》（试用版）
《交通违法数据交换格式》（试用版）
《机动车违法管理信息规范》（试用版）
《机动车登记信息代码》GA24-2001
《全国道路交通管理信息数据库规范》GA329
《计算机软件质量保证计划规范》GB/T12504-1990
《计算机软件配置管理计划规范》GB/T12505-1990
2、系统的组成
UTC系列交通信号控制系统，其设计依据主要是GA47-2002标准、并吸收了著名的日本京三信号控制系统和SCATS、SCOOTS、SANKO系统的优点。
其实物结构如下图所示.
系统能对用户的名称、密码、访问权限和优先等级等进行设置。
系统配置包含以下分级控制：
中央控制设备
通讯子系统
路口机
该系统是在日本警事厅京三株式会社、公安部交通安全产品检测中心、中国人民公安大学专家的指导下，由博士、硕士承担，历经两年多时间开发完成，现已在多个城市得到应用。
系统采取多层分布式控制结构，信号机能够通过RS232/RJ45与中心连接，形成交通信号控制系统。
系统既可根据预定的方案和从交通程序中手动选择方案来完成集中交通控制，也可实时在线生成交通控制方案。
●中心计算机用于系统的监视、控制、协调系统的运行；
●监控台实时显示被控区域内的交通状态和信息，同时作为交通工程师操作台，下达人机对话命令，控制系统运行；
●电视监视接口以电视图像形式实时显示路口交通情况；
●数据通信控制机为中心计算机与户外设备提供通信通道；
路口信号机负责采集、处理、传送交通流信息。
系统的逻辑图，如下所示：
中心控制级
……
图1基本配置示意图
3、功能与特点：
●系统通讯方式多样：
可采用光缆、PSTN共用电话网、无线电等联网方式，并可根据用户要求，支持符合TCP/IP协议的局域网、移动通讯网等方式。
●信号机的设置方式灵活：
具备指挥中心设置、手提电脑现场设置、现场利用本机的键盘与和8位LED显示屏进行设置。
●采用了EMC电磁兼容性设计技术，系统具备抗浪涌冲击、抗周期跌落、抗群脉冲干扰、抗静电干扰的能力。
●信号机内部使用了显示系统，人机交互很方便。
●采用了模块化结构和工控的总线方式，具有很强的系统可扩展性。
根据具体情况，可扩展的功能模块有：
环境参数检测、实时的倒计时显示等等。
●可设置实时自适应、多时段多方案、半感应、全感应、定周期、人工手控、无电缆协调、指挥中心步进控制、黄闪、交通管制等多种工作模式。
（绿波控制：
在执行警卫、消防、救护、抢险等任务的时候，其行车路线上的各交通信号灯按车辆到达路口的时间开启绿灯，保证车辆畅通无阻。
控制方式可由中央控制器实现。
单点控制：
各交叉路口的信号灯由交通信号机独立控制。
闪灯控制：
信号灯黄灯不停的闪烁，向车辆和行人发出警告或提示。
步进控制：
根据路口交通需求，由指挥中心发出命令模拟交通信号机的手动控制方式，进行交通疏导。
交通管制：
根据路口交通需求，由指挥中心发出命令模拟交通信号机的手动控制方式，进行交通疏导。
）
●交通数据自动采集与处理：
通过车辆检测器对路口每个车道的车流量进行自动采集、处理和存储，为改善城市交通控制和城市规划提供决策依据。
支持环形线圈，电涡流、超声波、雷达、视频识别等多种车辆检测器。
通过车辆检测器可实时检测控制区域内的交通流状况，通过交通模型计算出路口停车线车辆的到达和排队情况，以减少行车延误和停车率为优化目标，对控制方案与控制参数进行优化调整，构成整体优化的实时自适应控制系统。
●具备过载与漏电保护，软/硬件双重监视的绿冲突保护。
对系统硬件、软件的工作状态和故障情况进行全面监视。
●路口机具备与可变标志板VMS、及语音提示器的接口，实现交通诱导控制。
●所有输出口都采用了光电隔离措施。
●实现点控制、线控制、面控制功能。
●实时显示各受控路口红绿灯状况。
控制命令发送
设备情况查询
●降级顺序：
指挥中心控制-无电缆协调控制-感应控制-多时段多方案-定周期控制-黄闪。
4、系统指标
4.1中心计算机配置指标:
产品名称补天A4600P3.2HT512120VN
●处理器含HT技术的英特尔®奔腾®4处理器3.2GHz
●内存512MBDDR333
●硬盘120GB（7200转/分）
●显示器17"（96K）彩色液晶彩显
●主板865G芯片组
●显示卡NVidiaGeforceFX5200
●显存256MDDR
●软驱:
1.44MB
●光驱：
48速DVD
●网卡集成Intel百兆网卡
●I/O接口1串＋1并＋1VGA＋2PS/2+8USB2.0（前2后4顶2）＋1组Audio
●扩展槽5PCI
●键盘PS/2防水键盘
●鼠标USB光电鼠标
●电源250W
●声卡主板集成
●机箱全功能全尺寸易维护ATX立式机箱
●操作系统：
Windows2000/WindowsXPprofessional智能多用户卡，端口数量取决于路口数量；
●智能多用户卡，端口数量取决于路口数量；
4.2、通讯系统
光端机方式：
与交通监视系统，共用一套光缆与光端机，采用WDM技术、使用用光端机一路数据通讯口。
波特率：
9600、19200BPS
数据格式：
RS232RJ45
增加转换器的情况下，可以采用以太网通讯方式。
4．3、交通信号机的技术指标：
●断电保护：
时钟可保证停电180天不丢失。
配时方案与设置的运行方案，可保证10年不丢失。
●交流输入：
220（±20%）VAC，50±2HZ
●输入交流功耗≤35W（不包括信号灯功耗）
●额定电流：
20A。
●工作温度：
-40℃～+70℃
●相对湿度45～95%
●绝缘电阻：
电源插头与机壳间的绝缘电阻≥100MΩ。
●时钟日误差不超过±1S。
●机箱可提供光端机及其他设备安装位置。
●具有很好的电磁兼容性。
符合IEC801-2，-4，-5，EN50082。
●电话线上数据通讯速度：
1200BPS（可升级为2400BPS）。
光缆上数据通讯速度：
9600BPS
4.4、环行线圈车辆检测器的技术指标：
尺寸：
2M*1M
电感：
15-1500UH
输入线：
不小于500米
直流电阻：
小于10欧
环形线圈Q：
大于5（在5KHZ）
绝缘电阻：
大于1M
工作模式（LED显示）：
脉冲（75-150MS）
现存（车在灯亮，车走灯灭）
车辆速度：
1-120KM/H
电源：
12V，5V
环境：
-35/70度
具备通讯协议：
RS232，V。
24
电磁干扰保护等级：
IEC801
5、组成设备介绍
5.1、UTC1000集中协调式交通信号控制机
UTC1000集中协调式交通信号控制机由主控板、灯驱动板、电源板、通讯板、车辆检测器输入接口板等共5种功能模块插件板和底板以及配电板、接线端子排等组成。
该产品已经通过公安部交通安全产品检测中心的全项检测（编号2004-024,2010-230）。
该产品已经在国内90多个城市得到推广应用，并出口到7个国家。
功能与特点：
●系统通讯方式多样：
可采用光缆，PSTN公用电话网、无线电专网等联网方式。
●信号机的设置方式灵活：
具备指挥中心设置、手提电脑现场设置，利用本机的键盘与LED显示屏现场设置。
●采用了EMC电磁兼容性设计技术，系统具备抗浪涌冲击，抗周期跌落，抗群脉冲干扰，抗静电干扰的能力，具有很好的电磁兼容性。
●采用了模块化结构，利用工业现场总线技术，具有一定的系统可扩展性.根据工程要求，可扩展：
环境参数监测，三色倒计时的实时显示，VMS交通信息发布，路口语言提示等。
●具备多种控制模式：
多时段多方案[设有16种时段控制方案（节假日、平时、周末），18个时段。
16个配时方案。
包括黄闪与熄灯模式]
交通管制
黄闪控制
定周期控制
指挥中心步进控制
干线协调控制
路口遥控（路口紧急呼叫）
路段遥控（路段紧急呼叫）
●支持环形线圈，超声波、微波（雷达）、视频识别等多种车辆检测器。
外接车辆检测器时，可实现半感应、全感应和模糊感应控制控制。
●16相位（含人行）。
●具备过载与漏电保护，软/硬件双重监视的绿冲突保护。
对系统硬件、软件的工作状态和故障情况进行全面监视。
●支持远程监视，路口灯组可在指挥中心实时显示。
●最大60路（20组）机动车三色灯驱动与检测，每路驱动能力为600W（AC220V），并全部采用了光电转换隔离技术。
●最大16路（8组）人行二色灯驱动与检测，每路驱动能力大于600W（AC220V），并全部采用了光电转换隔离技术。
●所有灯组的工作状态，都能及时反映到指挥中心。
●
自动降级顺序：
指挥中心控制-无电缆协调控制-多时段多方案-定周期控制-黄闪。
5．2、环形线圈车辆检测器：
车辆检测器设置在上游距离停车线10-30米处，当车辆通过时，检测器的电气特性发生变化，从而可测定车流交通信息。
LD400/402-O是南非PROCON产4通道系列线圈车辆检测器，它使用了微处理器和表面封装技术将很多功能集成在一个很小的盒子内。
LD400/402在市场上很有竞争力并且非常容易设置和安装。
线圈电缆为AC/DC低阻抗12#或14#AWG线，导线由1.5MM2，7*0.5MM软铜导线构成。
5.2.1、车辆检测器的主要特性：
●
复位键
按下复位键使得车辆检测器在使用和测试时人工复位，并使感应线圈准备探测车辆。
●脉冲继电选择
脉冲继电可设置为压到线圈或离开线圈。
●灵敏度可选
探测灵敏度在输出一个探测结果时灵敏度系数很小改变。
（％△L/L）在微动开关中有8级灵敏度可调，在设置和应用时非常灵活。
●时间延长可选
可使输出的信号延长2秒。
●线圈出错指示
当线圈开路或短路时，LED会有指示。
●输出继电器常开/常闭可选
内部跳线可以选择输出继电器常开或常闭。
●方向逻辑功能
当车辆从1号线圈驶向2号线圈时,1号继电器有输出.当车辆从2号线圈驶向1号线圈时,2号继电器有输出。
5.2.3、技术参数
●所需电源：
●LD400220VAC（+/-15%）50Hz..
●LD40212/24VAC/DC（+/_15%）.
●存在或脉冲继电器输出方式:
0.5A/220VAC。
●LED指示:
LED显示线圈探测的状态。
●感应范围:
15~1500uH。
●保护:
线圈隔离变压器,输入端的稳压二极管和气体放电管保护。
●接线端子:
背面有11脚的接线端子。
●外形尺寸:
80mmX40mm79mm。
●工作温度:
-400C至+800C。
●储藏温度：
-400C至+850C。
●湿度：
大于955u-40C~+85C（它使用了微处理器和表面封装技术使得％，无冷凝。
●符合EMC89/336/EEC和低压电器73/23/EEC标准。
5．3、GIS地理信息系统（可选）：
采用大屏幕投影结构。
采用电子地图；
在受控路口实时显示放行灯色和信号机工作状态；
在受控路段上分8级显示车辆排队长度；
在屏面嵌入一块点阵显示屏，用于显示交通流量、占有率、时间、标语等信息；通过局域网与控制计算机通信。
5．4、通讯计算机系统
通讯方式包括：
RS232、RS422、TCP/IP、GPRS、PSTN等等。
5．4.1光端机方式：
与交通监视系统，共用一套光缆与光端机，占用光端机一路RS232/RS485数据通讯口。
波特率：
9600BPS，数据格式：
RS232（RS422）
5．4.2无线通讯方式：
城市无线监控系统就是利用先进的无线电技术、数字采集技术及计算机网络技术，把各个道口的工作情况用无线数传的形式传到监控中心，由监控中心统一处理。
系统主要由各道口的交通信号控制机、无线数传电台和计算机系统组成。
●主要技术指标（无线数传部分）
空中传输速率：
1200bps/2400bps
传输距离：
≤40km（开阔无遮挡）
发射功率：
25W
射频频率：
230MHz
工作电压：
13.8V
5．5、中心软件
集中协调式交通信号控制系统中心端软件UTC2010，其整个系统结构图如下图所示,它包括中心计算机系统,通讯系统,路口系统等等.中心控制软件主要有四个部分所组成：
1）设置、2）状态监测、3）绿波控制、4）交通流量分析和控制方案生成（可增加）。
通过相位设置、时段设置、和配时方案、绿波带设置、控制模式的设置来完成最基本的交通信号控制管理工作;可根据路口交通流量的大小,自动生成交通信号控制方案.
配合车流量检测系统后，本中心端集成系统可获得车流量相关数据，从而完成交通路口的感应协调控制和相应预案生成。
中心软件实时监测路口机工作状态参数，可完成对相位方案，时段方案和配时方案进行数据的回调分析。
5．5．1、UTC2010集中协调式交通信号控制系统特点：
●中心系统软件包含设置、监测、方案生成等模块。
●系统统通讯方式多样，可采用光缆，PSTN公用电话网、无线电专网等联网方式。
并可根据工程要求，支持符合TCP/IP协议的局域网，移动通讯网方式。
●在指挥中心的控制下，可实现点控制、线控制、面控制功能。
具备多种控制模式：
多时段多方案[设有18个时段，16种时段控制方案（节假日、平时、周末）。
设有16个配时方案。
包括黄闪与熄灯模式]
半感应控制
全感应控制
交通管制：
在一段时间内，任意指点某组交通流的通行权。
黄闪控制
定周期控制
指挥中心步进控制：
由中心人工确定相位放行时间。
干线协调控制（绿波带）：
可实现200条绿波带的管理
●系统可以根据实际交通情况，由指挥中心发出命令、采取对应的交通控制模式。
5．5．2、交通控制的基本理论：
改善城市交通，是一个很重要的课题，主要有三种办法：
1）立体交叉、2）路口路段渠化、3）交通信号控制与诱导。
因此，在建立交通智能控制的同时，应按“畅通工程”的基本要求，对城市交通进行调查，并作出相应的交通规划。
交通量调查主要是了解现状城市道路网的交通分布状况，包括对道路网、路段、交叉口、交通枢纽等的交通流量、流向以及公共交通的线路、客流量、集散量的调查。
调查包括：
机动车流量、非机动车流量和行人流量及其流向的调查，速度的调查，交通事故及交通设施状况的调查。
调查一般选择控制路段和交叉口对全市道路网同时进行观测。
在交通调查的基础上，将交通源合并成若干小区——交通区。
划分交通区的区域除包括规划区域外，还应包括与规划区域有较大交通联系的其他区域。
交通区的划分应使在工作量最小的情况下全面反映交通的源流。
交通区的划分，应遵循以下原则：
1）、同质性——分区内土地使用、经济、社会等特性尽量使其一致；2）、尽量以铁路、河川等天然屏障作为分区界限3）、尽量不打破行政区的划分，以便能利用行政区政府现成的统计资料。
4）、考虑路网的构成、区内重心可取为路网中的结点5）、分区数量适当，中等城市≤50个，大城市不超过100~150个。
6）、分区人口适当，约10000~20000人。
建立了交通区域后，就可分别按点控、线控、区域控制这三种模式来实现整个城市交通量的控制与调节。
而且这些控制，是需要城市规划与信号控制两者并重才能起到综合的效果。
对于点控路口，它的基本方法有：
1）信号控制及配时设计与优化。
2）立体交叉、环行交叉、无控制交叉等。
3）进口渠化，进口拓宽。
4）交叉口转向限制。
对于线控路段，它的基本方法有：
1）设立单行线，公共交通专用线，货车禁止线，自行车禁止线。
2）由交通信号控制系统实现绿波交通。
对于区域交通管理，可采用1）区域信号控制系统2）区域线路引导系统3）卫星车辆导航系统4）智能交通运输系统（ITS）
交通控制的基本术语规定：
●相位差：
具有相同周期长的相关路口，在同方向上的两个相关相位的启动时间差。
●周期：
是指信号灯色发生变化，显示一个循环所需的时间，也称周期长，即红、黄、绿灯时间之和。
●相位：
即信号相位，是指在周期时间内按需求人为设定
的，同时取得通行权的一个或几个交通流的序列组。
●绿信比：
是指在周期长内的各相位绿灯时间与周期长之
比。
●饱和流量：
是衡量路口交通流施放能力的重要参数，通常是指一个绿灯时间内的连续通过路口的最大车流量。
●流量系数：
是实际流量与饱和流量的比值。
既是计算信号配时的重要参数，又是衡量路口阻塞程度的一个尺度。
●绿灯间隔时间：
是指从失去通行权的相位的绿灯结束，到下一个得到通行权的相位绿灯开始所用的时间。
●有效绿灯时间：
是指被有效利用的实际车辆通行时间。
它等于绿灯时间与黄灯时间之和减去头车启动的损失时间。
●延误：
是指交通冲突或信号控制设施的限制给车辆带来的时间损失。
它是计算信号配时和衡量路口通行效果的一个重要参数，也常作为确定信号控制系统性能的重要参量。
5．5．3、操作台软件基本功能说明:
5.5.3.1、路口信号控制设备的设置：
具备实现指挥中心采集显示路口的交通参数，上传下载信号机控制方案，下达控制指令，实现交通中心协调控制、多时段控制、感应控制、黄闪、交通管制等多种交通控制功能。
实时对路口机的工作状态进行设置；黄闪起止时间；熄灭起止时间；当前执行时段设置；模式设置；配时方案设置.
5.5.3.1.1、相位设置：
相位就是同一时间内，将某几个灯组指定为绿灯。
其余为红灯。
我们可以把同时显示绿灯的灯组，设置在同一个相位里。
在本信号机内，同一相位可以设置10个灯组同时为绿灯。
这里，要知道灯组序号所对应的车流。
灯组方向
东
南
西
北
直行灯组序号
4
3
2
1
左转灯组序号
8
7
6
5
右转灯组序号
16
15
14
13
人行灯组序号
24
23
22
21
注意：
如果在同一相位里设置了“有冲突”的灯组号，那么，系统将执行“黄闪”。
所谓“有冲突”，就是某几个相关绿灯不能同时亮。
例如：
灯组2和灯组4就不可以与灯组1、3、5、7、22、24同时亮绿灯，否则的话，将发生机动车辆行驶权冲突，俗称“绿冲突”。
在路口设置中，合理分配相位是设置的关键所在，在设置本方案时，必须结合路口车辆运行状态进行综合考虑，以确定是2个周期（2相位）还是多个周期放行完路口的所有车辆和人行。
下面我们用一个范例来描述相位设置，参考设置图如下所示：
如上图所示：
我们设置4个相位来放行交通路口的所有车辆和人行。
灯组
相位
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
一
5
7
13
14
15
16
二
1
9
3
11
13
14
15
16
22
24
三
6
8
13
14
15
16
四
2
10
4
12
13
14
15
16
21
23
上表中，“相位一”中设置的5、7代表南北方向的左转绿灯亮，并且在“相位一”中，13、14、15、16放行所有方向的右转车辆；“相位二”中设置1、9、3、11代表绿灯亮放行南北方向的直行车辆，13，14，15，16仍然放行所有方向的右转车辆，22、24（只需设两组灯，施工时，22和26并联，24和28并联）放行南北方向的人行。
至此，南北方向的所有人行和车辆已放行完毕。
同理可推，东西方向的放行过程。
考虑到行人过马路的安全,在机动车辆绿灯结束前几秒,人行绿灯开始绿闪,并提前转为红灯.
5.5.3.1.2、配时方案设置：
配时方案主要用于设置各相位的绿灯时间长度。
也能修改绿闪次数和黄灯时间长度。
本信号机最大可以设置16套配时方案。
本系统支持18种配时方案。
比如：
结合上例，我们可以设置一号配时方案第一个相位时，每个绿灯长亮10秒，绿灯切换至黄灯状态闪烁2秒，每个黄灯闪3秒；第二个相位时每个绿灯长亮20秒，绿灯闪2秒，黄闪3秒。
第三个相位时，每个绿灯长亮10秒，绿灯切换至黄灯状态闪烁2秒，每个黄灯闪3秒；第四个相位时每个绿灯长亮20秒，绿灯闪2秒，黄闪3秒。
根据每天不同时间车流量的不同和每周每天车流量状况不同的需要，可以设置多个配时方案号，如配时方案二，配时方案三等等，以适应各天各时段对配时方案的不同需求。
5.5.3.1.3、时段方案设置：
时段是用于一天内，根据车流量的变化，在各时间段里，选定不同的配时方案.时段方案号一至七分别对应礼拜一至周末的配时设置。
各时段方案中的开始时间和结束时间对应每天各不同时间段内的配时方案。
此外，本系统还针对特殊节假日可以设置预案，以扩展用户需求。
例如，国庆节设置配时方案号八。
5.5.3.1.4、路口图的绘制：
随着城市路口数量的增加和每个路口红绿灯的配置不同，有的路口安装“三头”灯组，有的路口安装“五头”灯组，要求用户必须能够独立针对新路口进行路口图的添加或修改操
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