交通信号控制系统解决方案
1概述
交通信号控制系统，是智能交通系统（ITS）在交通管理工作中的基本应用，也是城市智能交通管控系统中最直接、最基础的应用系统。
通过建设信号控制系统，实现信号路口联网远程控制、交通流量的采集、路口自适应控制、绿波协调控制以及区域的自适应控制，有效减少车辆的停车次数，节省旅行时间；后台实时调整信号配时，采取多时段控制方式，必要时，可通过智能交通管理中心人工干预，直接控制路口交通信号机执行指定相位，有效的疏导交通，减少行车延误，提高通行能力，缓解日益严峻的城区道路交通拥堵压力，提高城区交通综合管理能力，减少汽车尾气排放，美化环境，提升城区形象。
2系统结构设计
系统结构划分为3级：分别为中心控制级设备、区域控制级设备以及路口控制级设备。
交通信号控制系统设备主要包括中心设备、前段设备和通信设备。
（1）中心控制级设备
中心控制级设备作用主要是：
⏹监控整个系统的运行。
⏹协调区域控制级的运行。
⏹具备区域控制级的所有功能。
（2）区域控制级设备
区域控制级设备作用主要是：
⏹监控受控区域的运行。
⏹对路口交通信号进行协调控制。
⏹对路口交通信号机的工作状态和故障情况进行监视。
⏹通过人机回话对路口交通信号机进行人工干预。
⏹监视和控制区域级外部设备的运行。
⏹进行交通流量统计处理。
（3）路口控制级设备
路口控制级设备即信号机，其作用主要是：
⏹控制路口交通信号灯。
⏹接收处理来自车辆检测器的交通流信息，并定时向区域计算机发送。
⏹接收处理来自区域计算机的命令，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息。
⏹具有单点优化能力。
3系统功能设计
3.1基础功能
（1）区域自适应控制
系统以控制子区作为基本控制单元，综合考虑子区内的交通运行状态（如交通阻塞、交通拥挤、交通顺畅）、交叉口的关联性大小、交叉口的实际交通量，确定公共信号周期与相位差的决策模型，并运用智能优化算法实时优化子区协调控制配时参数，实现控制子区交叉口的协调控制功能。
系统的区域交叉口协调控制能够确保控制区域内的交通流时刻处于最佳运行状态，相邻交叉口之间协调方向的行驶车流可以获得尽可能不停顿的通行权，大大降低车辆在交叉口频繁加减速所产生的交通污染，减少区域交通总的车辆燃油
消耗，缩短车辆在交叉口受到红灯阻滞所产生的延误时间。
（2）干线协调控制
系统能够将城市主干道上的多个交叉口以一定方式联结起来作为控制对象，依据主干道上的实际交通量、路段行车速度、相序组合方式，利用时距分析方法建立干道绿波协调控制模型，并通过混合整数线性规划方法进行优化求解，生成干道交叉口的最佳相序组合与最佳信号配时方案，实现主干道的绿波协调控制功能。
系统的干道绿波协调控制可进行灵活的相序组合，能够实现进口单独放行、进口对称放行和进口混合放行方式下的干道绿波协调控制，实现主干道绿波带带宽的最大化。
（3）单点优化控制
交通信号单点信号控制，又称“点控”，用于单个信号的路口，属于孤立交叉口的信号控制。
根据交叉口的流量和流向，确定最佳配时方案，保证最大通行能力或最小延误。
（4）多时段定时控制
多时段定时控制，若一天中各时间段的交通量相差较大，可设置采用多套配时方案。
根据一天内不同时段交通流量的变化，选择相应的配时方案，以适应交通流.变化的需要。
（5）黄闪、全红控制
在深夜时道路上车辆及少的情况下可设置全相位黄闪控制，以及在施工或其他故障时设置全红控制。
（6）设备管理功能
系统具有设备管理功能，能够实时监视和控制区域级外部设备的运行，实时显示外部设备当前工作状态。
（7）状态监视功能
对系统设备和软件运行状况和故障进行全面监测和管理。
以报表的形式清晰的反映系统操作员的操作记录，系统参数的修改记录，系统登录记录，系统故障及处理记录，系统运行方案的历史记录，交通阻塞报警及处理记录。
（8）方案编辑功能
可通过人机会话进行配置和修改各路口的配时方案。
（9）报警功能
在整个信号控制系统中某个级层或路口设备出现故障时，或造到外部媒介侵入时，系统会自动报警并记录问题，指出故障问题以及位置信息。
（10）区域管理功能
系统具有区域管理功能，可根据路网实际情况将整个区域划分为若干子区，使子区中的路口所需的周期长度比较相近，并且可以对子区进行增加或删除的操作。
（11）检测器管理及交通信息采集统计功能
系统检测器管理功能，可以实时监视检测器工作状态，并且通过车辆检测器对路口每个车道的车流信息进行自动采集、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。
（12）与其它系统互联互动功能
系统具有与交通信息采集系统、交通信息发布系统等系统互联互动功能，交通信号控制系统可以获取交通信息采集系统采集到的路段交通流量信息，与交叉
口交通流量信息进行比较分析，用做信号控制系统进行信号优化的信息基础；交通信息发布系统利用信号控制系统采集到的交通信息，并结合必要的补充信息，准确进行网络交通状态的判断，能够通过多种手段进行诱导信息的动态发布和更新，发布提示当前道路交通流量的文字信息、提示道路拥挤畅通的图形信息、提示交通疏导分流的文字信息等信息。
3.2特殊控制功能
（1）绿波控制
所谓“绿波带”，就是在指定的交通线路上，当规定好路段的车速后，要求信号控制机根据路段距离，把该车流的绿灯起始时间做响应的调正，这样一来，以确保该车流到达每个路口时，正好遇到“绿灯”。
通过接受中心计算器优化配时方案或对时指令执行绿波带联控。
平常利用50HZ当作时间基准执行无缆联控，停电时以实时时钟IC为时间基准。
接收卫星定位系统（GPS）对时执行无缆绿波带联控。
（2）指定相位控制
系统针对交叉口的几何特性与交通流条件进行优先的信号相位设计，依据交叉口各信号相位的流量建立指定相位优先的信号配时优化模型，通过优化求解生成实时的优先信号配时方案，实现指定相位的优先通行。
系统通过对指定相位的优先通行控制，从而有效地减少指定殊相位在交叉口的延误时间和停车次数，缩短行程时间，保证车辆的准时性，提高整体道路通行水平。
（3）手控/遥控
手动控制，属于人工控制，适用于支线路口或非交叉口的人行横道处，在高
峰时主干道路是绿灯信号，有较多行人横穿道路时，可手动控制与信号机相连的开关，则绿灯变为红灯，方便、有效的改变放行相位。
4应用案例
目前，国内城市已经基本完成交通信号控制系统的初步建设，能够基本满足城市主要交叉口的交通信号控制需求。
北京、广州等大型城市相继开展了信号控制优化服务，大大提升了信号控制优化效率。
方纬公司自主研发的交通信号控制中心管理软件已在阳江市、塔吉克斯坦等进行了应用，该软件基于车道级别GIS-T 平台，兼有B/S和C/S架构，提供集中式或分层递阶式的城市全路网中心管理和控制。
软件利用GIS-T的功能，结合城市交通流的特征，以机动车辆的停车次数、延误时间和环境污染最小为优化目标，对城市交通流进行了有效的优化管控，充分发挥了城市交通的运行效率。
图1 信号控制系统界面示意图。
