基于交叉口全息检测的信号智能控制方案.docx

基于交叉口全息检测的信号智能控制方案1项目建设背景和意义11.1 项目建设背景11.2 项目建设意义22项目规划及建设方案32.1 总体建设规划32.2 项目建设目标32.3 项目建设原则42.4 总体设计方案41.1.1 1设计依据41.1.2 系统架构51.1.3 系统组成62.5配时优化决策支撑系统82.5.1 数据采集汇聚82.5.2 全息信息研判102.5.3 全息智能优化112.5.4 控制效益评估132.5.5 全息信息实时监视133项目实施与计划安排133.1 现阶段工作成果133.2 项目实施总体进度计划安排144投资估算144.1 前端设备升级改造费用估算154.2 中心软件及后台设备投资估算184.3 后期建设投资估算205效益分析225.1 有助于缓解城市交通压力225.2 有利于减少排放，环境效益显著225.3 节约居民出行时间、创造国民经济价值226展望221项目建设背景和意义1.1 项目建设背景道路交通是城市运行的载体，畅通有序、文明和谐的城市交通是城市经济、文化发展的重要基础和保证，也是城市现代化水平的重要标志和城市竞争力的重要体现。*市以构筑“畅达、绿色、和谐”交通为愿景，贯彻落实“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，大力开展智能交通、智慧交通建设，先后实施了交通信号联网与地面公交优先等工程，为支撑全市社会经济发展、引导城市空间拓展发挥了重要作用。截至2016年12月底，*市机动车保有量已达278万辆，其中载客小型机动车190万辆，同比增幅为11.4%,主城区常住人口日出行总量超过1000万次。道路设施与公众出行需求的矛盾日益突出，部分交叉口在部分时段交通需求严重不均衡，信号控制策略需要进一步改革提升。当前，*市的交通信号控制策略主要以定周期控制为主，154条干线1042个路口采用了“绿波”控制策略,控制方案通常是根据操作人员的经验进行调整，无法避免“空等空放”现象。比如一个路口南北向是绿灯而没有车辆通过，而东西向是红灯，东西向的车辆只能“板等”绿灯。另外，传统的线圈检测、地磁检测、微波检测、视频检测等手段仅能采集单一断面的流量、占有率信息或者单一检测区域内的车辆排队信息，无法精细刻画路口渠化段内车辆动态。而随着技术的发展，将断面检测和区域检测相结合，能够精确获取路口渠化区域内车辆行驶速度、到达率、消散率和排队长度等数据。经过前期的技术论证，检测设备所采集的数据能够实时传输到控制中心和道路交信号控制机应用于分析制定信号控制策略。为了进一步提高道路通行能力，优化道路交叉口交通组织结构，提高道路信号灯使用效率，提升交通信号控制的智能化、交通管理的精细化水平，*市交管局开展了 “基于交叉口全息检测的交通信号智能控制”的技术研究。全息检测智能控制是通过首创的“时空三段”采集方式，在红灯末段、绿灯中段和绿灯末段分别采集渠化区域内车辆存在性数据、过车数据和排队长度分析计算流量、平均车速、车头时距、交通需求，综合分析得到车辆的到达/消散规律，排队的形成/消散规律，并根据路口各通行方向的实际交通需求，优化信号控制策略，实现交通信号智能化、精细化控制。最终建成基于全息检测的区域联网交通信号智能控制体系，加快实施* “四个城市”新战略。1.2 项目建设意义1) ) “时空三段”全息采集突破了传统检测手段仅单一断面检测或单一区域检测的局限性，采用“时空三段”全息采集方式，可根据信号控制要求设置多个传输时间点，提供多个断面流量、车头时距数据及区域车辆排队数据，掌握整个渠化段内所有车辆实时运动状态，为交叉口精细化控制提供数据支撑。(2)科学研判智能控制通过先进的硬件设施在交叉口实时采集交通流运行特征数据，掌握交叉口车辆到达/消散规律和排队形成/消散规律，分析车辆行驶特征数据，科学研判道路交通需求，智能优化信号控制策略。(3)有效缓解拥堵目前影响*市道路畅通的主要因素是道路交叉口交通需求不稳定和信号配时的简单化。通过先进的外场设备，实时全息采集道路交叉口车辆运行数据；通过大数据分析系统，动态分析交叉口交通流状态;通过智能化信号智能控制系统,分析当前交通需求和信号控制策略；强化先进科学的交通管理理念，提高城市路网通行能力。(4)突破传统应用科技当前，*市主要在用传统的分时段的定周期控制和半感应控制两种控制方式进行交通信号控制。定时控制是基于经验进行配时方案设定，半感应控制只是在部分进口道上设置检测器进行流量检测然后对定周期配时方案进行时段调整，无法达到交通需求和信号控制方式相匹配。而全息检测的控制方式是基于交通参数实时全息采集，深度挖掘分析，动态调整信号控制策略的控制方式，充分提高交通资源利用率，降低出行延误，改善道路拥堵情况。(5)发展*智慧交通以“智慧*”大平台为依托，与智能交通管理系统和智能公共交通管理系统数据相融合，深化*市交通信号联网与公交信号优先控制功能，实现路网数据实时采集分析，交通需求动态均衡，交通分配合理优化。服务于公安交通管理部门、交通运输部门、公交企业、政府信息中心、社会公众等。2项目规划及建设方案1.1 总体建设规划以“智慧*”大平台为依托，融合智能交通管理系统和智能公共交通管理系统数据，衔接*干线“绿波”控制和公交优先控制方式。在交叉口采用“时空三段”的数据采集方式，实时获取排队长度、平均车速、交通流量、占有率以及车头时距等交通流参数，运用实时数据分析和历史数据分析，实现交叉口全面监测、交通需求实时研判、交通信号智能控制。为保证整个项目的顺利推进，严格把握检测器数据精度测试、系统构架设计、控制优化策略模型、典型路口试点、推广应用等关键环节，确保单点全息检测的信号智能控制效果。1.2 项目建设目标项目建设后，可精细刻画路口渠化范围内车辆动态变化过程。通过掌握多断面车辆到达/消散规律和区域内排队形成/消散规律，实现每个信号周期内信号的精细化自适应控制，消除“多等空放”现象，改善路口通行状况，尤其是针对*市部分路口夜间交通需求不均衡,信号配时不合理现象，根据实时全息检测数据,优化控制策略；实现多参数表征车辆动态、全天候兼顾交通需求、大数据路口优化研判，道路通行状态实时掌握，实现交叉口大数据智能分析，为路口交通组织调整提供参考。本项目实施后灯控路口停车次数降低不少于10%,绿灯平均利用率提高不少于 15%o2) 3项目建设原则(1)统筹规划，资源共享从城市发展全局出发，以整合交通资源为重点，统筹规划实施，防止重复建设和资源浪费。强化跨部门交通信息资源的有机整合和高效利用；进一步完善管理机制，加强对共享数据的集约化管理，发挥智能交通系统整体效益。(2)需求导向，技术先进紧扣交通相关管理部门及市民交通出行实际需求，梳理当前交通管理发展状况及存在的主要问题和“瓶颈”。在此基础上引入先进技术，并通过自主创新，制定出针对全市交通实际需求的解决方案，努力形成基于海量信息的交通服务体系和管理架构。(3)全息采集，闭环应用项目采用“时空三段”的全息采集方式，实时采集分析交叉口各进口道，各车道渠化区域内的车辆流量、占有率、速度、排队长度、车头时距等交通流参数，即时优化调整信号周期和相位，深入开展历史数据关联分析与应用，同时根据交叉口控制效益更新迭代周期库，形成闭环应用。(4)分布推进，注重实效紧扣交通指挥管理与公众出行服务两大核心应用，根据全市交通发展阶段的实际需求，首先选取试验路口进行单点全息检测信号智能控制示范应用，挖掘分析交叉口交通流参数特征关系；然后进行干线和区域信号联网全息检测智能控制的推广应用，并融合*现有信号控制方式，逐步推进课题实施。2.4总体设计方案2.4.1 设计依据城市交通信号控制系统术语(GA/T509.2004)道路交通信号控制机(GB 25280-2016)道路交通信号控制方式 第1部分：通用技术条件(GA/T527.1-2015)道路交通信号控制方式第2部分：通行状态与控制效益评估指标及方法(GAAT 527.2-2016)道路交通管理数据字典交通信号控制(GB/T 29098-2012)道路交通管理数据字典 交通检测器(GB/T 29095-2012)道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议(GA/T 920-2010)交通信息采集 视频车辆检测器(GB/T 24726-2009)交通信息采集 微波交通流检测器(GB/T 20609-2006)微波交通流检测器的设置(GB/T2677120U)2.4.2 系统架构基于交叉口全息检测的信号智能控制分为信息采集层、数据层、支撑层以及应用展示层，符合信息化建设规范标准和安全运维的框架体系，系统架构如图1所示。应用层路网状态监测全息智能控制路网交通评价间断交通流预报到达规律分析支撑层;绿灯利用率计算15安全、一三维标准规范流量占有率车头时距速度数据层J:/1 J)存在性数据 过车数据排队数据采集层微波检测视频检测图1系统架构图(1)采集层利用在交叉口部署的微波、视频检测器等采集设备，分别在停止线、距停止线30米、渠化末端三个空间位置设置检测断面，分别在相位红灯末段、绿灯中段和绿灯末段三个时间点，实时监视路口各方向从停止线到渠化末端整个检测区域内的交通状态，实现检测范围广、检测维度大和检测数据全的交通流特征参数全息检测。(2)数据层通过微波、视频等检测设备采集交叉口通行车辆的存在性数据、过车数据和排队数据，分析得到流量、占有率、车头时距、速度等交通流参数，分类传输到道路交通信号控制机和控制中心进行实时运算。(3)支撑层依据交通流理论、车辆跟驰和排队特征，选取相关模型算法对存储的数据进行综合分析，通过大数据挖掘与机器学习算法实现模型算法的自动优化，研判分析路网内车辆的到达/消散规律，排队的形成/消散规律，优化绿灯利用率和制定需求均衡控制策略。(4)应用层应用层主要包括了数据分析应用和综合展示，数据分析应用主要是对路网内的交通流状态实时监测，对信号周期和绿信比进行优化，生成全息智能控制策略。分析历史数据进行路网交通评价，对交通流进行预测预报。(5)标准规范标准规范主要是指项目与其所对接硬件设备、应用系统的数据交换标准规范和接口集成标准规范，以及为了实现大数据分析研判所需的分析研判模型的技术规范。(6)安全运维安全运维主要是指在建设实施过程中要考虑数据安全、网络安全、软硬件安全、边界接入安全、管理安全等一系列安全保障体系和制度的配套建设。2.4.3 4. 3系统组成整个系统由路口检测器、配时优化支撑决策系统、道路交通信号控制系统、道路交通信号控制机等部分组成，各部分的任务分工如下：1）路口检测器：采集路口各方向渠化段内各断面的存在性数据、过车数据以及区域内的排队数据等检测数据，并传输给全息处理软件和信号机。2）配时优化支撑决策系统：接收检测器提供的断面/区域各车道的检测数据，结合信号系统当前相位放行信息，将检测数据划分到信号周期中，并计算出各相位绿灯期间、红灯期间的交通参数。首先进行