王 研

（天津市中環(huán)系統(tǒng)工程有限責(zé)任公司，天津 300221）

0 引 言

隨著社會(huì)生活水平的提高，城市化進(jìn)程在不斷提速，機(jī)動(dòng)車輛的急劇增加引起了一系列交通問(wèn)題，城市中心的交通擁堵情況日益嚴(yán)重，機(jī)動(dòng)車通行效率逐漸降低，嚴(yán)重制約了城市化進(jìn)程的發(fā)展。為了保證車輛順暢通行，交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)成為現(xiàn)代城市交通控制和疏導(dǎo)的主要手段，而其中最有名的是SCATS系統(tǒng)。中國(guó)越來(lái)越多的城市選擇采用這種系統(tǒng)來(lái)對(duì)城市交通主干線進(jìn)行控制。

1 SCATS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

SCATS 系統(tǒng)是澳大利亞新南威爾士州道路交通局（RTA）為在悉尼市實(shí)施信號(hào)控制，于20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)成功的系統(tǒng)。之后，它的高效性和對(duì)道路環(huán)境的廣泛適應(yīng)性逐漸被其他澳大利亞和新西蘭的城市及大量海外城市所認(rèn)同。到目前為止，世界上已有70 多個(gè)城市安裝了SCATS 交通管理系統(tǒng)，其中包括美國(guó)、愛(ài)爾蘭、墨西哥、斐濟(jì)、以色列以及大部分東南亞國(guó)家。該系統(tǒng)本身也逐漸發(fā)展成為一個(gè)完整的交通管理系統(tǒng),并且能夠與其他智能交通系統(tǒng)完美地集成在一起，以發(fā)揮系統(tǒng)的整體效益，為現(xiàn)代交通管理服務(wù)。SCATS系統(tǒng)無(wú)論是在控制技術(shù)還是在智能交通應(yīng)用方面，都處于交通科技的最前沿,是世界領(lǐng)先的交通管理系統(tǒng)。

SCATS是以模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，可以應(yīng)用于小、中、大規(guī)模的城市。SCATS使用個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）作為區(qū)域計(jì)算機(jī)，每臺(tái)PC機(jī)可以控制250個(gè)路口。當(dāng)系統(tǒng)超過(guò)這個(gè)數(shù)量時(shí)，增加區(qū)域計(jì)算機(jī)即可。通常在多個(gè)區(qū)域計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)中，需要一個(gè)管理計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入、采集、監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)記錄與備份等管理性工作，以簡(jiǎn)化大系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)管理。SCATS可以將網(wǎng)絡(luò)中的任何一臺(tái)區(qū)域計(jì)算機(jī)定義為管理計(jì)算機(jī)，從而無(wú)需單獨(dú)設(shè)置獨(dú)立的管理計(jì)算機(jī)。每一臺(tái)SCATS中央計(jì)算機(jī)（PC兼容）可以控制多至64個(gè)區(qū)域計(jì)算機(jī)，每個(gè)區(qū)域計(jì)算機(jī)可以控制多至250個(gè)路口?？偟目煽芈房跀?shù)量為16 000個(gè)。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

SCATS交通信號(hào)控制系統(tǒng)采用多層分布式體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)共分3層，如圖1所示。

圖1 SCATS交通信號(hào)控制系統(tǒng)

（1）第一層：中央管理級(jí)。中央管理級(jí)控制中心負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)交通信號(hào)控制系統(tǒng)的控制管理?？刂浦行膬?nèi)部的所有設(shè)備，以局域網(wǎng)形式相連[1]。

（2）第二層：區(qū)域控制級(jí)。規(guī)劃建設(shè)5個(gè)區(qū)域分控中心，負(fù)責(zé)區(qū)域協(xié)調(diào)控制，每個(gè)區(qū)控中心對(duì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行二級(jí)控制，區(qū)控中心通過(guò)控制中心的授權(quán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)本轄區(qū)各路口的控制管理。區(qū)域控制服務(wù)器可放置在交通指揮中心大樓內(nèi)，也可以放置在分管各轄區(qū)分控中心內(nèi)。

（3）第三層：路口控制層。路口控制層實(shí)現(xiàn)車輛檢測(cè)信息和故障報(bào)警信息的實(shí)時(shí)上傳，下載并執(zhí)行控制中心指令。

三級(jí)之間均可以通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信連接。

1.2 用戶級(jí)別管理

所有聯(lián)網(wǎng)工作站能完全訪問(wèn)SCATS交通應(yīng)用軟件，但是在使用任何指定工作站訪問(wèn)SCATS系統(tǒng)之前，用戶都必須是經(jīng)過(guò)授權(quán)的。用戶在登錄系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該使用用戶名和多位數(shù)字的用戶身份確認(rèn)碼（即密碼）獲取該工作站的用戶訪問(wèn)權(quán)限。所有用戶訪問(wèn)以及試圖對(duì)系統(tǒng)的訪問(wèn)都將記錄在系統(tǒng)日志中。通過(guò)與SCATS交通應(yīng)用軟件的對(duì)話進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的訪問(wèn)，而不是直接與操作系統(tǒng)軟件的命令界面對(duì)話。

SCATS系統(tǒng)對(duì)用戶的訪問(wèn)進(jìn)行分級(jí)管理，每一級(jí)可執(zhí)行的系統(tǒng)的命令和操作都是不同的，SCATS系統(tǒng)擁有150個(gè)不同的用戶和5個(gè)不同的訪問(wèn)級(jí)別，單個(gè)用戶的訪問(wèn)權(quán)限可以由最高級(jí)的用戶進(jìn)行修改?？梢允紫扰渲孟铝性L問(wèn)級(jí)別。

第一級(jí)僅包括監(jiān)測(cè)功能及生成報(bào)表的功能。

第二級(jí)的任務(wù)是執(zhí)行系統(tǒng)的全部控制功能，包括執(zhí)行控制方案和操作模式的選擇，也可以對(duì)綠信比、周期、相位差等配時(shí)參數(shù)進(jìn)行臨時(shí)修改。

第三級(jí)的操作是由交通工程師進(jìn)行的，這一級(jí)提供第一級(jí)和第二級(jí)的全部功能。此外，它還可以修改系統(tǒng)的路口數(shù)據(jù)參數(shù)，包括對(duì)外場(chǎng)信號(hào)控制器和本級(jí)操作員增加和刪除，這種修改設(shè)置可以儲(chǔ)存于系統(tǒng)。

第四級(jí)是系統(tǒng)管理員使用的，提供第三級(jí)的全部功能，也能夠訪問(wèn)系統(tǒng)，與此同時(shí)，在這一級(jí)還可以對(duì)各訪問(wèn)級(jí)別的分配做出調(diào)整。

此外，用戶系統(tǒng)的所有操作都記錄在系統(tǒng)日志中。

2 SCATS系統(tǒng)主要交通管理控制功能

SCATS是一個(gè)交通協(xié)調(diào)系統(tǒng)，它為路口確定最適宜的綠燈配時(shí)，連續(xù)的路口可以聯(lián)系起來(lái)，就是說(shuō)交通流通過(guò)路口時(shí)只有很短的停滯。

SCATS還可以從中心監(jiān)視城市內(nèi)所有信號(hào)的運(yùn)行，同交通信號(hào)控制器一樣具有很高的效益，只需很少的人進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和操作。它還具有自我診斷能力，可保證及時(shí)報(bào)告，并修復(fù)系統(tǒng)內(nèi)的任何故障。再有，在特殊情況下，操作員可以越過(guò)SCATS控制系統(tǒng)，如救急車輛，大人物來(lái)訪（VIP）功能和體育賽事等。SCATS系統(tǒng)以秒計(jì)對(duì)交通信號(hào)控制器的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通信路徑和協(xié)議可以允許系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和信號(hào)控制器進(jìn)行上載和下載相應(yīng)數(shù)據(jù)，包括儲(chǔ)存在單個(gè)信號(hào)控制器中的配時(shí)信息和故障記錄信息。

SCATS交通信號(hào)控制系統(tǒng)是完全自適應(yīng)協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)實(shí)際的交通流量等交通參數(shù)實(shí)時(shí)地調(diào)整路口信號(hào)控制的周期、綠信比和相位差，控制均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流運(yùn)行，使停車次數(shù)、延誤時(shí)間及環(huán)境污染減至最小，充分發(fā)揮道路系統(tǒng)的交通效益[2]。SCATS不僅僅是一個(gè)自適應(yīng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，它還是一個(gè)交通管理系統(tǒng)，可以協(xié)調(diào)所有必要設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)立、交通分析、安裝準(zhǔn)備、維修控制、規(guī)劃和記錄日志。因?yàn)镾CATS是由具體的交通部門開(kāi)發(fā)的，所以所有這些設(shè)施都集合起來(lái)使SCATS成為一個(gè)有力的工具，能解決城市中大量的交通問(wèn)題。

SCATS交通信號(hào)控制系統(tǒng)能以秒計(jì)對(duì)交通信號(hào)控制器的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通信路徑和協(xié)議允許系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和信號(hào)控制器可上傳和下載相應(yīng)數(shù)據(jù)。

SCATS交通信號(hào)控制系統(tǒng)還能支持行人按鈕、公交優(yōu)先等其他交通功能需求。

2.1 系統(tǒng)基本控制功能

在基本控制功能方面，SCATS系統(tǒng)可以在以下4種模式下運(yùn)行。

2.1.1 聯(lián)機(jī)主控

信號(hào)機(jī)已聯(lián)網(wǎng)、檢測(cè)器正常情況下，通過(guò)檢測(cè)器，收集到車流的排隊(duì)、跟車等情況。系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前周期下的車流情況，選擇預(yù)設(shè)的綠信比方案、周期范圍、協(xié)調(diào)相位范圍等，獲得下一周期的方案。系統(tǒng)運(yùn)行方案的同時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)車流情況，對(duì)相位時(shí)間進(jìn)行微調(diào)，如檢測(cè)到車輛放空，提前結(jié)束綠燈[3]。

2.1.2 無(wú)電纜控制（靈控）

無(wú)電纜控制也叫“靈控模式”，可以理解為“多時(shí)段定周期控制模式”。在信號(hào)機(jī)未聯(lián)網(wǎng)或者斷通訊情況下，系統(tǒng)自動(dòng)降級(jí)為靈控模式。在通訊正常的路口，若檢測(cè)器故障情況下，也會(huì)選擇設(shè)置為靈控，實(shí)行“多時(shí)段定周期方案”。靈控情況下，同樣可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，設(shè)置路口間周期一致、時(shí)鐘一致，設(shè)定時(shí)鐘差Y-參數(shù)。該方案預(yù)留了Z-、Z+脈沖點(diǎn)及16個(gè)XSF脈沖點(diǎn)，可以靈活控制燈組、外部設(shè)備等輸出。

2.1.3 單點(diǎn)感應(yīng)控制

帶車輛感應(yīng)的本地單點(diǎn)控制。

對(duì)本運(yùn)行方式的調(diào)用可以通過(guò)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出命令，可以根據(jù)控制器時(shí)間表，可以通過(guò)本地用戶訪問(wèn)，或通過(guò)讓其他高級(jí)的優(yōu)先方式都失效的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂破髟趲к囕v感應(yīng)的單點(diǎn)控制方式下工作時(shí)，使用預(yù)先設(shè)置的相序運(yùn)行。無(wú)車輛通過(guò)要求的相位可以跳過(guò)，有交通需求的相位則持續(xù)到最小綠燈時(shí)間結(jié)束，最小綠燈時(shí)間結(jié)束后相位按車輛要求單位延長(zhǎng)綠燈時(shí)間，綠燈時(shí)間可延長(zhǎng)至最大綠燈時(shí)間。

感應(yīng)控制可以精確區(qū)分各控制方向（直行、左轉(zhuǎn)）。

感應(yīng)控制相位的結(jié)束，按照以下或與之相當(dāng)控制模式運(yùn)行。

車間距浪費(fèi)時(shí)間總和大于設(shè)定的時(shí)間、車間距大于設(shè)定的時(shí)間、到達(dá)設(shè)定相位最大綠燈時(shí)間。

定時(shí)運(yùn)行的本地單點(diǎn)控制。

Eclipse路口控制器可存儲(chǔ)固定配時(shí)方案，固定配時(shí)方案可通過(guò)中央控制計(jì)算機(jī)下載或手持終端鍵盤(pán)（HHT）編入或?qū)懭肼房诳刂破鞯拇鎯?chǔ)特征卡。系統(tǒng)采用固定模式時(shí)，路口控制器調(diào)用固定配時(shí)方案?？刂破饕怨潭ǖ闹芷?、綠信比運(yùn)行，設(shè)定相序，相位長(zhǎng)度。在此情況下，所有的車輛感應(yīng)檢測(cè)器輸入都不發(fā)揮作用。

2.1.4 黃閃控制

信號(hào)機(jī)設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)作時(shí)，如信號(hào)機(jī)主板故障、燈組版故障，出于保護(hù)機(jī)制，在供電正常情況下，信號(hào)燈優(yōu)先切換到黃閃控制，由獨(dú)立的黃閃控制器控制。

系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)設(shè)備情況，進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換。操作員可以根據(jù)路口交通情況，在SCATS中心控制終端上，將系統(tǒng)中的控制路口設(shè)置為4種模式中的任意一種運(yùn)行模式。

2.2 系統(tǒng)的戰(zhàn)略控制和戰(zhàn)術(shù)控制

SCATS在戰(zhàn)略控制和戰(zhàn)術(shù)控制兩個(gè)層次上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，以適應(yīng)交通流量的需求。

（1）戰(zhàn)略控制。SCATS交通整體協(xié)調(diào)控制是根據(jù)區(qū)域交通數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)響應(yīng)交通需求和系統(tǒng)容量的變化，調(diào)整整個(gè)區(qū)域的信號(hào)時(shí)間以提供最佳的交通流，并確定每個(gè)交叉路口的最合適的綠燈定時(shí)，以使相鄰的交叉路口綠燈能連續(xù)，使車輛通過(guò)交叉路口時(shí)的延遲最小。

（2）戰(zhàn)術(shù)控制。系統(tǒng)進(jìn)行整體協(xié)調(diào)控制，同時(shí)系統(tǒng)允許每個(gè)路口“各自為政”，實(shí)行車輛感應(yīng)控制[4]。

戰(zhàn)略控制決定綠信比、周期和相位差，從而得到適應(yīng)相對(duì)緩慢變化的交通流趨勢(shì)。戰(zhàn)術(shù)控制處理各路口每個(gè)周期中快速但小幅度的變化。二者的結(jié)合使得道路交通得到最有效的控制[5]。

3 SCATS系統(tǒng)信息采集及檢測(cè)方式

3.1 系統(tǒng)信息采集方式

路口控制器通過(guò)干節(jié)點(diǎn)接口能夠接收交通信息采集設(shè)備提供的實(shí)時(shí)采集的交通信息數(shù)據(jù)，采集的交通信息種類應(yīng)根據(jù)需求確定，主要包括交通流量、占有率、綠燈時(shí)間、行人過(guò)街請(qǐng)求等。

根據(jù)交通應(yīng)用系統(tǒng)采用的交通檢測(cè)形式，檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與交通應(yīng)用系統(tǒng)匹配，交通系統(tǒng)的信息采集、處理，可以達(dá)成以下要求。

具有采集、處理、存儲(chǔ)交通信息、歷史控制記錄、系統(tǒng)戰(zhàn)略監(jiān)視等功能，形成交通分析報(bào)告。通過(guò)路口信號(hào)控制器收集路口交通信息，路口車輛檢測(cè)的位置包括每個(gè)路口的直行和左轉(zhuǎn)車道的交通信息。如果右轉(zhuǎn)車道敷設(shè)檢測(cè)器，也可以收集到交通數(shù)據(jù)。

平臺(tái)在信息采集過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)以下功能。

一是流量統(tǒng)計(jì)分析，可以根據(jù)需要統(tǒng)計(jì)多種粒度的流量數(shù)據(jù)，包括每天每個(gè)車道5、15、30、60min流量等，可以分析每天高峰時(shí)間。交通流量單位最小為每個(gè)車道每5 min流量，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

二是飽和度分析，統(tǒng)計(jì)每天每個(gè)車道不同時(shí)段飽和度。

三是系統(tǒng)運(yùn)行記錄分析，記錄系統(tǒng)戰(zhàn)略控制每天運(yùn)行狀況，包括一天24 h的周期、相位時(shí)間、綠信比計(jì)劃、相位差計(jì)劃等。

統(tǒng)計(jì)分析每個(gè)戰(zhàn)略通道的飽和度、相位時(shí)間、車流量的關(guān)系，為系統(tǒng)控制的合理性、有效性提供依據(jù)。

3.2 系統(tǒng)信息檢測(cè)方式

SCATS信號(hào)控制器兼容多種形式檢測(cè)方式，控制器具備以下常用檢測(cè)接口形式。

3.2.1 控制器線圈接口

該接口檢測(cè)電感變化的地感線圈的接口，接受50～700 μH電感輸入，檢測(cè)0.01%～0.5%的變化量?？刂破鞯臋z測(cè)精度分級(jí)可調(diào)，主要用于傳統(tǒng)的磁感應(yīng)線圈信息的接入。

3.2.2 控制器開(kāi)關(guān)量干觸點(diǎn)接口

該接口方式是開(kāi)關(guān)干觸點(diǎn)信號(hào)（無(wú)源），有車占有閉合、無(wú)車為開(kāi)，主要用于地磁、視頻檢測(cè)等流量檢測(cè)方式的接入。

3.2.3 數(shù)據(jù)接口

該接口方式是數(shù)據(jù)接口，可以是RS232、RS422、RS485等，主要用于微波交通流檢測(cè)方式的接入。

交通應(yīng)用系統(tǒng)允許不同形式的檢測(cè)形式并存，所有檢測(cè)形式滿足SCATS控制器接口要求。

另外，應(yīng)用的檢測(cè)系統(tǒng)還包括電子警察系統(tǒng)、磁阻檢測(cè)器、行人過(guò)街請(qǐng)求?？梢园凑諏?lái)交通信號(hào)系統(tǒng)的擴(kuò)展，接入視頻檢測(cè)器、微波檢測(cè)器等多種系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

交通信號(hào)區(qū)域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，而SCATS智能交通系統(tǒng)是使用最廣泛、被公認(rèn)為有效、易于擴(kuò)展的區(qū)域交通控制系統(tǒng)，是為了改善交通系統(tǒng)的運(yùn)行情況，綜合運(yùn)用先進(jìn)的信息通信、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制、交通工程等技術(shù)建立起來(lái)的綜合交通體系。這些新理論、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，使得未來(lái)的交通系統(tǒng)會(huì)更安全、更便捷。