智慧交通城区交通信号控制系统解决方案项目建议书(93页 WORD)

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项目编号： 智慧交通城区交通信号控制系 统(UTCS)解决方案 项 目 建 议 书 项目编号： 20 22 -XX-XX 编制单位：XX 市 XX 中心 编制日期：二〇二二年十月 目 录 一、 应用背景...............................................................................................1 1.1 国内外发展现状................................................................................1 1.1.1 国外交通信号控制系统发展现状.............................................2 1.1.2 国内交通信号控制系统发展现状.............................................7 1.1.3 交通信号控制方法发展现状...................................................10 1.2 存在的问题.....................................................................................13 1.2.1 系统在设计理念上存在误区...................................................13 1.2.2 系统的开发和生产缺少规划...................................................13 1.2.3 系统的运行和维护缺乏规范...................................................13 二、 系统总体设计.....................................................................................15 2.1 设计总则.............................................................................................15 2.1.1 设计理念..................................................................................15 2.1.2 设计原则..................................................................................18 2.1.3 设计依据..................................................................................19 2.2 系统结构.............................................................................................22 2.2.1 系统逻辑结构..........................................................................22 2.2.2 系统物理结构..........................................................................25 2.3 系统构成.............................................................................................27 2.3.1 路口数据采集子系统...............................................................27 2.3.2 路口信号控制子系统...............................................................27 2.3.3 通信传输子系统......................................................................28 2.3.4 控制中心..................................................................................28 2.4 系统总体功能.....................................................................................29 2.4.1 数据采集与分析......................................................................29 2.4.2 交通仿真与辅助决策...............................................................30 2.4.3 交通信号控制功能..................................................................31 2.4.4 集中监控功能..........................................................................41 2.4.5 系统管理与维护功能...............................................................43 2.5 智慧点.................................................................................................48 三、 交通工程设计.....................................................................................49 3.1. 交通现状调查....................................................................................49 3.1.1. 静态信息调查.........................................................................49 3.1.2 动态信息调查..........................................................................52 3.2 交通组织设计.....................................................................................54 3.2.1 交通组织方案设计..................................................................54 3.2.2 交通渠化方案设计..................................................................62 3.3 控制方式设计.....................................................................................66 3.3.1 区域协调控制..........................................................................66 3.3.2 动态方案选择控制..................................................................67 3.3.3 感应控制..................................................................................67 3.4 路口控制方案设计.............................................................................69 3.4.1 路口控制方案设计的内容及原则...........................................69 3.4.2 路口信号控制方案设计过程...................................................69 3.4.3 设计流程..................................................................................74 3.5 信号控制设计制图.............................................................................77 3.5.1 路口制图..................................................................................77 3.5.2 路段制图..................................................................................80 3.6 信号配时调整.....................................................................................81 3.6.1 本地控制路口信号配时调整...................................................82 3.6.2 系统控制路口信号配时调整...................................................85 四、 主要设备清单及指标简述.................................................................88 五、 工程量清单及初步预算.....................................................................92 一、 应用背景 1.1 国内外发展现状 随着世界经济的飞速发展，机动车的数量日益增多，随之产生 了一系列的交通问题，例如交通拥堵、交通安全及环境的恶化。其 中最为严重的就是城市交通拥堵问题。它破坏了人们使用机动车来 提高人与货物的空间位置移动便捷性的初衷，降低了城市效率和质 量。导致城市交通拥堵的因素众多，如机动车拥有量大、道路布局 不合理、交通配套设施不完善、交通管理效率低下等。其中，最重 要的因素之一就是道路交通的管理水平低下。因此，提高交通控制 和管理水平，改善交通拥堵的要求迫在眉睫。在长期的摸索和实践 中，人们发现成熟高效的城市交通信号控制系统能够有效的减少城 市交通拥挤和行车延误、降低交通事故发生率和死亡率、减少能源 消耗、改善交通环境,从而产生可观的社会经济效益。 城市交通信号控制系统是集现代计算机、通信和控制技术于一 1 体的综合系统，其目的是通过交通信号对交通流进行有效的引导和 调度，从而将平面交叉口上可能发生冲突的车流从时空上分离。随 着现代计算机技术和自动控制技术的发展,交通流理论以及交通运输 组织与优化理论、技术的不断提高，交通信号控制理论和技术也在 不断的发展，先后经历了单点控制、干线控制和区域控制等，控制 方法也从最原始的纯手动控制到自动控制，从定时控制到多时段控 制，以及到现在的半感应控制、感应控制及自适应控制等。交通信 号控制技术的发展路线路，如下图所示。 交通信号控制技术路线图 2 1.1.1 国外交通信号控制系统发展现状 1868 年，英国伦敦安装了世界上第一组交通信号灯。1914 年 以后，美国的一些城市也出现了交通信号灯。1963 年，加拿大多伦 多市建立了一套由 IBM650 型计算机控制的交通信号协调控制系统， 这标志着交通信号控制技术进入了一个新的发展时期。在此之后， 美国、英国、澳大利亚、法国、日本等国家相继建成以计算机和自 动控制技术为核心的交通信号控制系统。目前国外比较成熟、应用 广 泛 的 交 通 信 号 控 制 系 统 主 要 有 ： SCOOT 、 SCATS、ACTRA、ITACA 等。 1.1.1.1 SCOOT 系统 SCOOT（Split Cycle Offset Optimization Technique,绿信比- 周期长-相位差优化技术）是 TRL 与 PEEK 公司、西门子公司合作研 制的“在线 TRANSYT 系统”,是一种方案生成式自适应区域协调控制系 3 统。SCOOT 系统首先通过车辆检测器采集交通信息并进行分析,然 后利用交通模型和优化程序配合生成最佳配时方案,最后送入路口信 号机予以实施。 SCOOT 系统的主要特点有：（1）实用性强，受出行分布、出 行方式、突发性交通变化以及天气变化的影响小；（2）稳定性强， 系统配时参数的优化采用连续微调的方式逐步进行；（3）自动鉴别 功能强，个别车辆检测器反馈的错误信息对系统配时方案参数优化 的影响小；（4）反应迅速，系统对路口信号配时方案时刻进行检验 和调整，能对交通状况变化迅速反应；（5）系统能够提供丰富的路 网交通状况信息，为交通管理决策提供依据。 SCOOT 系统的不足之处：（1）系统采用集中式控制结构,难以 实现较大区域的控制；（2）系统交通模型的建立需要采集大量路网 和交通流信息，耗时费力；（3）绿信比优化依赖于对饱和度的估算 和小步长的变化幅度,可能达不到对每个周期及时响应的交通需求； （4）信号相位和相序固定不变,不能参与自动变化；（5）系统不能 4 自动划分信号控制子区；（6）饱和流率的校准尚未自动化,现场安 装调试繁琐。 目前我国使用 SCOOT 系统的主要有：北京、大连、成都、青岛、 绵阳等地。以北京为例，SCOOT 系统控制了以二环以内为主的近 350 处路口，且在长安街的干道协调控制发挥着重要作用。 1.1.1.2 SCATS 系统 SCATS(Sydney Coordinated Area Traffic System)系统是澳大 利亚新南威尔士州道路交通局（RTA）于 20 世纪 70 年代末研究成 功的一种实时自适应区域协调控制系统。系统事先利用脱机计算的 方式为每个路口设定 4 个绿信比方案、5 个内部相位差方案和 5 个 外部相位差方案,把周期、绿信比和相位差分别作为独立的参数进行 优选。 SCATS 系统的主要特点有：（1）系统采用区域级为联机，中央 级为联机与脱机同时进行的控制方式；（2）系统以饱和度为系统优 5 化目标；（3）调整信号周期、绿信比和相位差时只能在预先设定的 方案中选择；（4）系统寻优方法为方案比较法，无实时交通模型。 SCATS 系统的不足之处是：（1）作为一种方案选择系统,没有 使用交通流模型,限制了配时方案的优化程度；（2）系统过分依赖 计算机硬件，除了 PDPⅡ 系列数字计算机外，无法在其他计算机系 统上方便实施；（3）选择相位差方案时，无车流实时信息反馈，相 位差优选可靠性低。 目前，世界上已有 70 多个城市应用了 SCATS 系统，包括美国、 爱尔兰、墨西哥以及大部分东南亚国家等。在中国，SCATS 系统应 用在包括香港、上海、广州、沈阳、苏州、杭州、宁波、石家庄、 宜昌和天津等 12 个城市中，所控制的路口超过 4500 个，其数量远 远超过其它所有控制系统装机量的总和。以上海为例，自 2000 年 开始，浦东交警开始分阶段建设道路交通 SCATS 控制系统，首先， 建设了 SCATS 系统前四期联网建设，初步实现了四个功能区域（陆 家嘴、花木、金桥、张江）480 多个交叉口的联网协调；然后，为 6 了迎接世博会，建设了 SCATS 系统六期联网工程，该工程覆盖了三 林世博功能区 95％以上道路交叉口，约 80 余平方公里，并于 2009 年底全部投入使用。 1.1.1.3 ACTRA 系统 ACTRA（Advanced Control & Traffic Responsive Algorithm, 先进控制和交通响应算法）系统是由美国西门子公司开发的一个信 号控制系统软件,是目前世界上技术比较领先的交通信号控制系统软 件之一。该系统采用 ACS2L（Adaptive Control Software Lite）算 法来实现区域自适应协调,该算法基于先进的分布式系统实时采集交 通数据,在路口信号机上实现区域优化。ACTRA 系统主要由中心控制 模块、通信模块及路口控制模块组成，且符合 NTCIP 协议（国家智 能交通通信协议）,具有良好的开放性,实际应用中能够实现对基于 NTCIP 协议的第三方信号机进行正常的监控和管理。 ACTRA 系统的主要特点有：（1）系统技术先进、性能可靠、 7 应用了众多新技术和新方法；（2）系统设备的通信协议采用了当前 主流的协议，符合了美国 ITS 框架下的 NTCIP 协议及其他标准； （3）系统采用当前先进的浏览器界面，友好图形用户界面和视频显 示技术；（4）具有与系统相配套的智能化 ATC2070 路口信号机， 能够提高系统的整体反应速度；（5）系统的自适应控制反应迅速， 更加适用于实时多变的中国交通情况。 ACTRA 系统先后为汉城(1998 年) 、亚特兰大(1996 年) 、盐湖 城(2002 年) 、北京(2008)等奥运城市提供了交通控制服务。以北京 为例，ACTRA 系统 2005 年开始在北京使用，经过新建信号系统一 期（2005 年），新建信号系统二期（2006 年），信号系统奥运工 程的建设，目前已建设 750 处，基本实现朝阳、海淀、丰台三个区 的四环路内地区的信号系统覆盖。接着，在北京市公安局交通管理 局交通信号控制系统一期工程中，ACTRA 系统已经将 300 台符合 NTCIP 规范的西门子 2070CBD 交通信号控制器纳入系统控制，控 制着海淀区 300 多个路口。在交通信号控制系统二期上端扩容项目 8 中，正在将 450 台交通信号控制器纳入一期 ACTRA 系统控制，