智慧交通产品总体解决方案交通信控制系统.docx
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智慧交通产品总体解决方案交通信控制系统
智慧交通产品解决方案
交通信号控制系统
【面向城市交通】
1.1.交通信号控制系统
1.1.1.系统概述
交通信号控制系统（UrbanTrafficControlSystem，简称UTC系统）是现代城市交通管理系统的中枢，也是智能交通系统的重要组成部分。
运用高科技手段建设现代化的交通信号控制系统旨在帮助交警支队科技科建立先进的、可靠的交通监控系统，优化交通控制，缓解交通拥堵，减少环境污染，缩短行车时间，降低交通事故发生率。
信号控制系统可以通过标准接口协议，在指挥中心完成对路口信号机的方案、参数控制，从而达到疏导路面交通的目的；可以通过对前端设备的运行状况监控，实时掌控路口的运行状况；可以将检测器采集的路口流量汇聚到中心，提供给其他系统或者平台使用。
信号优化核心就是通过对来自路口、路段采集的交通数据进行分析，寻找出交通出行规律及特点，并融合多种优化算法模型，生成较为合理的实时优化方案，下达给前端信号机设备，以达到减少路口空放，均衡各方向排队长度，降低机动车停等次数、减少交通延误时间的目标。
主要的应用场景包括：
±信号控制设备管理；
可以对信号机及其附属检测设备进行管理：
完成设备基本信息、配置信息的管理功能。
±设备及信号状态的实时监视与报警功能；
可以以不同的方式监视设备及其信号的实时状态：
监视指定路口状态、监视指定子区路口状态、监视所有信号机状态。
自动记录并提示设备或通讯状态的异常与故障。
±信号控制功能
在预设的周期内，实现信号机对时。
切换/改变路口信号控制方式：
特勤控制、中心相位控制、中心协调控制、本地感应控制、本地时间表控制、中心手动、闪光控制等；
中心协调控制方式包括：
周期优化及绿信比优化控制
±信号控制方案管理：
编辑修改各路口的时段划分和交通方案，并可将方案下载到路口控制机，或将路口信号机的控制方案、控制参数上传到中心。
专家方案管理：
基于特殊出行特点，汇聚较为合理的放行方案，并结合专家经验模型，修订完善，形成专家方案库。
当出行特点再现时，可以自动提取出来作为参考方案，提供本年度使用。
例如：
节假日、大型集会、恶劣天气等情况下，出行都有着较为明显的规律，方案可以复用。
专家方案库的积累，在很大程度降低了对交通专业能力的要求，即便普通民警也可以应对特殊需求，快速生成一套较为实用的交通方案。
±区域管理
按照行政区划划分信号设备管理辖区；
按照优化管理设定优化区域；
±交通流数据接入与统计分析
交通流量数据采集；
流量统计；
1.1.2.系统特点
交通信号控制系统（UTC）是集先进的信息技术、通信技术以及计算机技术的公安交通指挥控制系统，作为智能交通管理产品体系中的一个核心子产品，可相对独立的运行，并纳入城市智能交通管理体系。
它能大幅度的提高道路路网的通行能力，提高运输效率、避免拥挤和堵塞。
1．反馈调节、闭环自适应
信号控制优化系统，是基于多层次、自适应调节技术，具备反馈调节功能的闭环自适应交通信号优化控制系统。
它以TOD时间表方案为基础，根据子区或者单路口实时交通流数据，为区域或单路口计算出更符合当前交通状态的交通配时方案参数。
2．基于GIS的可视化特勤管控
可以在GIS上标绘特勤路线，并以较为直观的图符显示特勤预案执行情况，以便于特勤控制岗人员实时了解通行情况，及时应对调整。
3．基于移动技术，低影响高效率的快速特勤
可以通过pad终端绘制特勤路线、监控路口运行状况及特勤控制。
通过在VIP车队到达特勤路口前启动特勤，在车队通过路口后，解除特勤的管控策略，在对社会公众出行影响较小前提下，有效保障VIP车辆快速通行。
4．多级分区信号管控
从控制优先级上，分为：
本地控制，中心战术控制、中心战略控制；
从控制策略上，分为：
时间表、干线协调、区域自适应；
从控制分组管理上，分为信号机、区域机、系统控制机。
5．快速智能形成绿波方案
可以通过绿波时距图，自动形成单向、双向绿波方案，实现线协调控制，降低路口停等次数。
6．红波控制有效分流
为保障重点路段的有效通行，需要对进入路段的车流进行限流分流，可以对其上游的多个连续交叉口形成红波带，打散密集车队，从而逐步限流分流，保障重点路段的车辆通行效率。
7．数据集成标准化
交通信号控制系统与公安交通集成指挥平台之间遵循GA/T1049标准协议，数据交互规范化。
1.1.3.系统结构
1.1.3.1逻辑结构
交通信号控制系统逻辑结构由上至下共分为业务展示层、业务应用层、业务服务层、数据存储层、网络层、设备层六层。
业务展示层：
针对交警支队指挥中心、科技科及特勤大队，交通信号控制系统提供中心PC端和特勤指挥移动端两种应用相结合的方式，即可实现交警支队日常方案管控以及中心疏导，也可以保证敏捷的特勤控制。
业务应用层：
交通信号控制系统为交警支队、特勤大队用户提供信号机方案管理、系统预案管理、特勤方案控制、状态监控、中心控制、数据统计分析、信号优化七大应用。
信号机方案管理主要实现路口方案的日常微调。
系统预案管理主要实现绿波方案管理、红波方案管理、专家方案管理、信号疏导预案管理，为特殊应用场景（雨雪天气、大型集会等）的提供管控方案，也为线协调控制方案制定提供有效的方法。
特勤方案控制主要可以通过人工录入或者基于GIS绘制方式生成特勤方案，并支持立即执行、按照预设时间执行两种控制方式，为VIP车辆的快速通行提供保障。
状态监控主要实现单路口运行状态监视及控制、子区状态监视、特勤运行状况监视及控制。
中心控制可以从系统级、区域级、路口级对设备对时，保障协调方案工作的有效性；也可以批量对信号机复位、改变控制策略。
数据统计分析可以对采集的交通数据按照统计模型分析对比，为用户了解路面交通趋势提供依据。
信号优化主要实现单路口、区域的离线优化TOD方案及单路口、区域实时优化管控，从战略层、战术层两个层面对路面交通进行调控，从而达到降低交通延误、提高出行效率的目的。
业务服务层：
主要实现对信号机方案管理、系统预案管理、特勤方案控制、状态监控、中心控制、数据统计分析、信号优化应用提供服务支撑，降低业务应用层与数据存储层、业务应用层与第三方辅助系统之间的耦合程度，保证相互之间的变化对对方影响最小。
数据存储层：
通过数据库存储及云存储方式实现交通信号控制系统数据和对第三方进行共享数据存储。
另外，该层还提供第三方系统辅助接口，为业务应用层提供有效支撑。
网络层：
交通信号控制系统主要应用在交通专网。
设备层：
交通信号控制系统实现与信号、视频等设备对接实现信号控制。
1.1.3.2物理结构
1.1.4.业务流程
交通信号控制系统主要是通过调节信号机方案来对路口红绿灯控制，以调节及引导路面车流。
1.1.4.1基于GIS特勤控制
基于交通地理信息平台提供的接口组件，实现基本的操作。
主要有：
特勤预案编辑：
基于地图编辑特勤预案。
利用在地图的路线绘制，选择出经过的信号机路口，并根据地图路线走向自动生成进出口方向。
特勤路线监控：
对活动中的特勤预案执行情况进行监控。
用圆圈内嵌V图符标示路口，特勤路线路口间以双箭头表示。
对于通讯异常或者脱机的路口，以红色图符标示；对于即将到达的路口以绿色标示，并以闪烁模式显示，路口进入方向的箭头以绿色表示；对于路线内尚未执行到的路口，以黑色圆标示；对于已经通过的路口，以绿色圆标示。
可以支持鼠标右键方式临时启动或者停止路线内路口特勤控制。
GIS特勤预案编辑流程如下：
1.1.4.2信号机常规方案管理
信号机常规方案管理，主要对信号机基本方案进行编辑管理，用于日常方案调控。
为了信号机能完成常规控制，需要按照配置顺序完成相应方案。
先配置流向的放行规则及顺序，然后配置每个流向的放行时长，对于协调子区需要配置各路口的协调相位及相位差，日内放行时段划分、周内日方案等主要参数。
在初始方案完成配置后，交警指挥中心信号控制岗日常主要调整放行相序及微调各相位绿灯时间即可。
1.1.4.3系统预案管理
所谓预案就是预先配置好的一些方案，方案带有较为明显的交通特性，当交通特性出现后，系统就可以快速加载对应预案，完成疏导管控。
预案主要分为以下几类。
1）干线协调预案
为提高路面通行能力，就需要有效利用绿灯时间，而路口停车及启动延误在周期方案控制中是较为主要的影响因素，为此就需要让车流组成密集车队，尽量在行驶到路口附近时，相位绿灯尚未结束。
最为有效的方式就是将交通特性相近的道路交叉口组织在一个子区内统一控制，形成干线协调。
子区内相关路口的配时方案周期需要相同或者为半周期，各路口的相位差需要合理调整，以便于绿波车队在每个路口都是遇到绿灯，无需等待。
为了方便修改参数，一般可以通过时距图来设计绿波带参数。
绿波控制方案主要分为单向绿波及双向绿波两种。
为了设计绿波带，需要获取如下信息：
子区成员路口信息及路口间距；子区成员路口配时方案。
经过绿波调整后，我们可以得到各路口旅行速度及相位差。
单向绿波方案流程图如下：
双向绿波，与单向绿波类似，只不过需要兼顾两个流向的绿波协调。
为了保证两个绿波协调效果，方案设计及调整会较为复杂，一般情况下我们只能在保证主协调相位基本不等红灯的情况下，尽量兼顾次协调相位（反向相位），次协调相位的车流可能在协调路线中遇到红灯，而且绿波带宽度可能会有损失，严重的情况下，可能需要调整相位方案的设置，才能达到双向绿波的效果。
业务流程与单向绿波类似，不再重述。
2）红波方案管理
对于某些主要路段，为了保持车流通行顺畅，就需要限制进入车流，为了路面控制平稳，需要设计红波路线，以保证车队每经过红波路线就会遇到红灯，以打断密集车队，逐步对车流进行限制。
红波方案与绿波方案类似，只是需要调整时距图的红波带带宽，修订相位差。
可以通过时距图可设计红波方案，调节方案相位差。
需要输入参数为：
子区成员路口信息及路口间距；子区成员路口配时方案。
经过红波调整后，我们可以得到各路口旅行速度及相位差。
3）专家方案管理
随着日常方案调控，用户会积累一些有出行规律的方案，为了将经验数据存留，我们提供将日常维护的时间表方案保留到专家方案库的功能，并结合专家经验模型，给出建议，用户予以修订完善后，形成专家方案库。
当出行规律再现时，系统可以自动提取出来作为参考方案，提供给用户使用。
例如：
节假日、大型集会、恶劣天气等情况下，出行都有着较为明显的规律，方案可以复用。
周内日方案，在没有大型道路改建、机动车激增的情况下，每年也都可以借鉴过来，只需要根据机动车增长比例，对放行时间进行微调即可使用。
专家方案库的积累，在很大程度降低了对交通专业能力的要求，即便普通民警也可以应对特殊需求，快速生成一套较为实用的交通方案。
根据规律，专家方案大致可以分为以下几类：
✧节假日方案；
✧公休日变工作日方案；
✧工作日方案：
春、夏、秋、冬四季。
✧恶劣天气方案；
✧节前方案。
业务流程：
在方案编辑时，保存提示用户是否需要存档到专家方案库，以哪种方案归档即可。
4）信号疏导预案管理
为了城市交通扁平化指挥、立体化管理的目标，公安交通集成指挥平台需要协同其他系统共同完成交通事件处置。
交通信号控制系统作为平台的支撑业务系统，需要从交叉口信号灯管控层面对集成平台提供一些疏导预案。
根据疏导场景，主要需要提供以下几种疏导预案：
拥堵疏导预案；用于快速处理交通拥堵；
交通事件疏导预案；用于处理抛洒、逆行、违停等交通事件，同时也能协助平台快速应对交通事故，避免二次事故发生；
恶劣天气疏导预案：
当天气上报雨雪天气等情况时，信号控制系统协助提供恶劣天气的放行预案供平台使用。
预案需要包含以下要素：
预案类型、预案等级（轻微、中度、重度）、预案编号、路口编号、疏导车道类型（北左、北直、北右、东左、东直、东右、南左、南直、南右、西左、西直、西右）。
疏导调度业务流程如下：
当启动恶劣天气预案时，轻微级别的周期调整到160；重度级别周期调整到180；重度级别周期调整到200.绿信比可以沿用当前方案。
当启动事故预案时，轻度级别的进入事故路段的流向，绿灯时间降低20%（受最短绿保护）；中度级别绿灯时间降低30%（受最短绿保护）；重度级别直接关闭相应流向。
当启动拥堵预案时，轻度级别的进入拥堵路段的流向，绿灯时间降低20%（受最短绿保护）；中度级别绿灯时间降低40%（受最短绿保护）；重度级别直接关闭相应流向。
离开路段的流向，相对应的增大绿灯时间15%。
需要注意的是，对于疏导预案，当预案触发条件结束时，需要从中心停止预案干预。
受最短绿保护，是指修正后绿灯时间如果低于最短绿，则用最短绿替代。
5）特勤方案控制
指挥中心信号控制岗操作人员或者特勤大队执勤人员，根据支队的特勤预案规划，编辑形成特勤预案；在条件具备情况下，激活特勤预案。
这种预案可以用于保障VIP车辆出行，也可以为特殊车辆（消防、救护车等）开辟快速通道。
在特勤预案管理中，提供了两种特勤执行方式，一种是立即执行，一种是以特勤方案形式下发到路口机，按照预案时间启动。
对于立即执行的预案，需要中心通过解除方式终止预案执行，恢复到时间表方式。
1.1.4.4状态监控
1、从宏观上了解整个城市各路口通讯状态；
2、对于通讯正常路口，了解路口当前详细状况；
3、根据路口视频与运行状况的符合度，通过单口控制，干预路口的运行。
1）路口状态监视
路口状态监视可以监视选中路口设备的执行状态，包括灯态信息，相序，时序，警报信息，线圈的线圈感应，执行的信号方案，如有视频对应，可以查看到当前路口的视频信号等，也可以对此路口设备进行中心控制，包括对时、闪烁、重启、关灯等操作。
2）子区状态监视
子区状态监视可以对一个子区中所有路口进行状态监视，包括子区中所有路口的信号机状态，系统用不同的颜色和提示文字来显示信号机工作状态是否正常，便于使用者从宏观上监测多个路口的运行状态。
1.1.4.5数据统计
此功能模块主要包括了对车流信息数据的分析的各项功能。
1）实时流量查询
对采集到的交通流数据实时查看，以便于及时发现现场设备是否异常，方案是否满足交通需求。
2）检测器流量分析
对指定路口，特定时间段的检测器侦测数据进行对比，以图表方式展示流量趋势。
同时也提供导出到excel的功能，便于借助excel强大的分析功能，统计出各种报表。
1.1.4.6优化参数配置
1）优化子区管理
编辑用于优化控制的优化子区信息，主要包含子区编号、子区名称、子区路口编号、相邻路口距离。
为后续优化模型提供基础参数。
2）优化基础参数管理
用于配置优化模型信息，主要有交通状态参数配置、人工排队长度配置、路口各车道消散参数配置、优化调整周期档配置、交通异常阀值配置等。
为后续优化模型提供计算参数。
3）优化方案参数管理
对于单独路口或者协调子区，配置优化相关基础方案，为优化模型提供数据。
1.1.4.7TOD方案生成器
对于独立路口或者协调子区，利用历史交通流数据，提取交通规律，借助专家模型，生成离线TOD方案，从而在很大程度上降低了配置路口初始方案的难度，提高了方案的可用性。
1.1.4.8TOD方案展示
对于自动生成的单一路口或者协调子区的时间表方案进行展示。
1.1.4.9优化方案展示
以可视化方式，展示路口实时优化过程，包含路口当前执行方案、生成的优化方案对比；历史流量趋势监控；历史优化方案监视。
1.1.5.系统功能
1.1.5.1系统配置
完成系统运行所需要的基本参数。
主要有以下几类：
配置通讯服务参数：
管理通讯服务器参数，主要有计算机名称、IP地址。
配置日志调试参数：
配置调试日志文件路径；日志文件保留时间。
配置时钟参数：
系统重启时间，为了保证系统轻量级运行，建议每日对系统重启；自动对时时间间隔（周、日、每小时、指定间隔），对于以日、周进行的对时频度，还需要配置对时的时间；周对时的情况下，每周日进行对时。
GIS服务参数：
GIS栅格服务路径、GIS数据访问服务路径。
消息服务器参数：
消息服务器IP、端口。
1.1.5.2区域及路口信息管理
为了管理信号机设备，需要对信号机基础运行参数、渠化参数进行配置；同时为了便于管理信号机设备及进行区域优化，需要创建子区，并将设备调整到相应子区。
主要有以下几个主要功能：
子区管理；
路口设备管理
路口渠化管理
通道管理
检测器配置
倒计时设置
行人过街参数设置
事件类型设置
单元参数设置
故障降级设置
1.1.5.3信号机方案管理
主要用于信号机常规方案初始化及日常调控。
主要有以下几种方案：
相位方案、冲突相位管理、跟随相位设置、阶段方案管理、配时方案管理、时段方案管理、调度方案管理。
1.1.5.4系统预案管理
系统预案是基于一些特殊应用场景，预先配置好的方案。
按照应用场景，主要分为如下几类：
线协调预案：
对于通行特性相近的路口组成协调子区，并通过时距图来设计绿波带参数，达成干线协调目标，以降低路口停等次数；
红波方案：
对于需要重点保障的路段或者道路，为了通行效率达成，需要在其上游若干路口形成红波带，以限流分流。
信号疏导预案：
主要对其他平台或者系统提供信号疏导方案，便于重大活动触发时，快速响应及调度。
主要针对恶劣天气、大型活动等。
专家方案：
为了降低配置日常方案的难度，信号控制岗在日常监控时，可以将控制效果较好的方案，依据其规律，积累到专家方案库，待规律再现时，提取出来使用。
1.1.5.5特勤方案控制
指挥中心信号控制岗操作人员，根据支队的特勤预案规划，编辑形成特勤预案；在条件具备情况下，激活特勤预案。
这种预案可以用于保障VIP车辆出行，也可以为特殊车辆（消防、救护车等）开辟快速通道。
在特勤预案管理中，提供了两种特勤执行方式，一种是立即执行，一种是以特勤方案形式下发到路口机，按照预案时间启动。
对于立即执行的预案，需要中心通过解除方式终止预案执行，恢复到时间表方式。
1.1.5.6中心控制
信号机设备的运行，常态下由信号机自行管理，当出现突发事件时，需要从中心层面干预控制。
中心控制主要分为以下几个方面：
中心对时：
按照系统级、区域级、单路口级，对设备及服务器对时。
因时钟漂移对绿波协调影响较大，所以需要随时予以关注。
信号机复位：
可以按照系统、区域、单路口（支持单选、多选）级别对前端信号机复位。
这种操作主要用于路口方案运行出现异常，无法自主恢复的情况，复位后，信号机会经过初始化过渡，恢复到正常方案。
信号机开关灯：
当路口信号方案出现异常，或者信号灯自身出现异常，导致信号灯色显示对出行车辆引导有安全隐患时，一般我们会关闭信号灯，交由路面执勤民警手动指挥。
信号机黄闪：
当出行车辆不是很多时，可以采用黄闪模式引导车辆通行。
信号机全红：
对信号机各流向的灯控都设定为红色。
一般用于清空交叉口内滞留车辆。
指定配时：
将信号机由时间表方式改为强制配时模式，并按照指定配时方案放行。
一般在当前时间表方案不满足路口当前状况，需要调度某个预案时使用，或者中心优化控制时使用。
通讯重连：
选定信号机进行链路重连操作。
恢复时间表：
取消干预控制。
1.1.5.7状态监控
状态监控就是实时监控信号控制系统的当前运行状况，以全面了解系统健康状况，系统当前方案运行情况，从而及时发现隐患，消除隐患。
监控分为以下三类：
子区状态监控：
从子区层面宏观监控信号路口的通讯状况；
路口运行状况监控：
对于通讯正常路口进入微观层面监控路口的实时运行状况，并借助视频等手段，确认路口放行方案的有效性，对于放行不满足的路口进行中心干预调控。
特勤执行情况监控：
在GIS地图上监视特勤方案的执行状态，并根据路面实际情况进行调控干预，包括路线锁定及解除的等操作。
1.1.5.8数据统计
数据统计功能模块用于对与信号控制相关的交通流数据进行统计分析，并生成报表。
可分为：
实时流量查询；
历史流量比对分析：
包括检测器流量数据比对分析、其他系统提供的交通数据比对分析。
1.1.5.9系统优化
通过对历史交通流数据分析，形成TOD离线优化方案，以供信号初始化使用；通过建立优化模型，配置优化模型参数，完成实时优化方案的生成及监控。
1.1.5.10移动状态监控
在PAD端，提供路口状态监视功能，以便于实时掌握路口当前通讯状态及控制状况，为移动特勤方案控制提供支撑。
1.1.5.11移动特勤方案控制
在PAD端，可以查看系统已经绘制的特勤路线，也可以基于地图绘制新的特勤路线，完成特勤方案编辑；
在特勤车队出发时，前导车在行驶到特勤经停路口附近时，启动相应路口的特勤，在车队通过时立即解除特勤锁定，这样无需经过指挥中心手台呼叫让中心锁定及解锁等环节，锁定及解锁更加快捷便利，只有在通讯链路出现异常时，才需要通过手台呼叫路面民警手动搬灯。
1.1.6.系统接口
交通信号控制系统作为基础应用，需要能提供第三方实时推送数据，并支持查询及控制命令的下达。
为了统一界面风格，标准化信号集成，需要提供给第三方dll或者ocx形态的信号集成组件。
1.1.6.1数据接口
通过交通信息资源平台获取相关的第三方数据，此部分不在重复阐述；通过交通信息资源平台将信号机实时灯态、通讯状态、设备状态、采集的交通流等数据提供给第三方。
1.1.6.2控制接口
1）信号机控制接口
通过交通信息资源平台数据接口，接收来自第三方的控制请求，并把命令下发给前端设备，控制信号灯。
2）信号机查询接口
通过交通信息资源平台数据接口，向第三方提供信号机基本配置参数。
升级会员 