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1、本科生毕业设计（论文）题目：道路交通信号控制机无电缆协调控制的实现姓名： 学号： 学院：物理与信息工程学院专业：年级：级指导教师：（签名）2006年06月10日道路交通信号控制机无电缆协调控制的实现中文摘要为了解决日益严重的城市交通问题,如何对现有交通进行有效的管理和控制己成为我国交通运输中迫切需要解决的问题城市交通信号控制系统是解决交通拥挤的强制性手段之一,用于城市道路交通控制与管理,实现交通信号的智能控制,通过有规律的控制和运用交通信号使车辆有秩序地驶离冲突区域,对城市道路网的交通流畅通发挥着重要的作用目前城市交通信号控制的通信方式多采用电话缆,在工程实施时,电缆一般采用空中架设或地下敷设
2、的方式,由于城市中有各种空中地下设施,现场交通情况非常复杂,给工程施工带来了许多困难,工程成本高,工程实施难道路交通信号无电缆协调控制是字能交通系统的重要组成部分,也是所有末端设备中最为复杂的信号处理与控制系统本课题研究和解决的对象是如何实现在无电缆连接通信的情况下,实现各个交通信号控制机的协调动作本文详细介绍了无电缆协调控制器的整体设计和其硬件电路软件程序其硬件电路组要有:电压比较器2倍频器同步时钟电路6位7SEDLED数码管显示电路系统软件包括:主程序子程序实现控制程序等实验表明:该无电缆协调控制器系统可以准确的对信号灯进行监控和教正,可以在一定程度上解决混合交通流的问题 关键词：无电缆协
3、调控制,交通控制系统,智能交通系统 同步时钟,LED数码管显示The traffic signal cybertron does not have the electric cable coordination control the realizationAbstractIn order to solve the increasingly serious traffic problems in the city, how to carry on effective management and control to the existing traffic becomes an urgent
4、 problem that should be solved in transportation of our country. The control system of urban traffic signal is one of mandatory methods to solve the congestion of traffic. The system is used to control and manage the urban road traffic, to realize the intellectual control of the traffic signal, to m
5、ake the vehicle sail out of the conflict area in good order through regular control and the application of traffic light, playing an important role to the traffic network ourban road smoothly and openly.The telecommunication technique in which the urban traffic signal uses always adopts telephone ca
6、bles at present. When the project is implemented the cable generally adopts the way in which erecting in the sky or underground lay. But there are various kinds of aerial or underground facility in the city, so the on-the-spot traffic situation is very complicated and brings a lot of difficultto the
7、 implementation of project, such as high costs and so on. The road traffic signal does not have the electric cable coordination control is the character can the transportation system important constituent .Also is in all terminal equipment the most complex signal processing and the control system. H
8、ow this topic research and does the solution object is realize in the non-electric cable connection correspondence situation, realizes each traffic signal cybertron synchronized action. This article introduced in detail does not have the electric cable to coordinate the controller the overall design
9、 and its hardware electric circuit, the software procedure: Voltage comparator, 2 frequency multipliers, synchronized clock electric circuit, 6 7SEDLED nixietube display circuit. The system software includes: Master routine, subroutine, realization control procedure and so on. 。 Key words: electric
10、cable coordination control.control system Sys system clock,LEDnixietube demonstration第一章 绪论11.1课题的目的11.2设计的主要内容11.3设计的技术要求21.4论文研究的背景与主要研究的内容21.4.1城市交通信号控制的演变21.4.2研究的意义3第二章智能交通系统32.1世界上几种典型的交通信号控制系统32.1.1 国外的典型城市道路交通控制系统32.2中国的城市交通信号控制系统52.2.1国内的城市道路交通控制系统62.2.2国内的城市道路交通控制系统72.3道路交通信号与控制82.3.1空耗控制原
11、理82.3.2区域信号控制（面控）92.3.3线路信号控制（线控）92.3.3.1定周期控制102.3.3.2交通感应控制10第三章 道路交通信号控制机113.1交通信号控制机的发展113.2中国道路交通信号控制机的发展现状113.3无电缆协调控制机13第四章 10ms时钟脉冲发生器的实现1641电压比较器16411电压比较器设计概念16412基本的电压比较器设计和性能指标19413比较器的设计和调试19414小节264.2倍频器26421倍频器的原理及其特点26422倍频器的分类27423倍频方案的选择27424倍频器的设计28425小节35第五章 定时监控的实现3551定时监控的概念355
12、2时钟芯片的介绍和功能36521 DS1302内部寄存器375. 3zlg7289A串行口LED数码管及键盘管理器件45531概述45532控制指令46第六章调试与分析526.1调试过程中遇到的问题与解决方法526.2调试结果52第七章结论537.1工作总结537.2展望537.3结束语53谢词54参考文献55第一章 绪论随着城市化速度加快，机动车日益普及，人们在享受机动车所带来的巨大便利同时，也面临着交通拥挤的困惑。解决交通拥挤的直接办法就是修建更多的路桥以提高城市路网通行能力。然而，修建路桥的巨额资金和城市空间的严格限制，使这一方法的有效性大打折扣。因此，在现有基础上，提高交通控制和管理的
13、水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，是解决交通问题的有效办法之一。自上世纪以来，世界各国都展开了对城市交通控制系统的研究1。1.1课题的目的本课题解决的是道路交通信号控制机的基准时钟脉冲和系统时钟的同步问题，用于各路口信号机的无电缆协调控制。它是智能交通信号控制机的一部分，而智能交通信号控制机又是智能交通系统的一个重要末端设备。交通信号控制机设备体积虽然不大，但不管硬件还是软件都是一个较大的系统，完成信号机的同步电路的模块设计是为研制智能交通信号控制机打下基础。道路交通信号控制机是智能交通系统的重要组成部分，也是所有末端设备中最为复杂的信号处理与控制系统。我国的ITS无论是硬件还是软件
14、，还远远跟不上时代的发展。研制能够适合我国城市道路交叉的多车道大流量的特点，预测各流入口的车流量，给各交通高效率地分配通行权的智能交通信号控制机，已成为刻不容缓的事。本课题研究和解决的对象是如何实现在无电缆连接通信的情况下，实现各交通信号控制机的协调动作3。1.2设计的主要内容本课题采用同步时基信号来实现各路口交通信号控制机的协调动作。各同步时基信号取自供电网络的50HZ工频，来自供电网络50HZ工频信号经过隔离整形后，通过微分电路，形成占空比合适、波形良好的100HZ的时基脉冲信号。信号控制机系统利用这一时基信号对信号灯的时长进行秒计时，并实时对信号控制机的时钟RTC进行修正，让整个网络的信
15、号控制机的时钟保持一致。硬件时钟可以采用RTC（实时钟）大规模集成电路。如DS1302。DS1302可以直接与微处理器的数据、地址及控制总线接口，纳入微机系统，由程序控制时钟数据的读写。它可以自动运行100年的日历，并有12个字节内部RAM用语日历各种数据储存，52个内部RAM用于存储用户的数据。上述的时基信号送入微处理MPU，作为MPU的计数脉冲。在微处理MPU的实时控制下，使各信号灯的切换动作保持一致。另外，由于时钟的一致，确保路网中各信号控制机的相位差的正确实施，达到协调控制的目的。1.3设计的技术要求设计一个周期为10ms的时钟脉冲发生器，要求电路设计紧凑简洁，时钟脉冲发生器输出的频率
16、应是市电50HZ周期的倍频，并保持与市电周波的同步。MPU外接一个时钟芯片，可以实时地对时钟进行读写操作，并通过MPU把日期或时刻在6位7SEGLED数码管上显示出来。利用上述的10ms的时钟脉冲信号作为MPU的计数脉冲，从而使各信号灯的切换动作保持协调一致，并通过定时调整各信号控制器的时钟使之保持同步。利用定时器的中断读取外接时钟的状态，根据开关位置的状态，在6位7SEGLED数码管上能正确显示时钟的日期或时刻(1)输出时钟脉冲的频率为100HZ，高电平为5v，能驱动4个TTL逻辑电路(2)具有时钟修正功能，使各信号控制机的时钟保持一致(3)通过切换开关能在6位7SEGLED数码管上正确显示
17、时钟的日期或时刻1.4论文研究的背景与主要研究的内容1.4.1城市交通信号控制的演变从1868年英国伦敦首次使用燃气色灯信号以来，城市交通信号机由手动到自动，交通信号由固定周期到可变周期，系统控制方式由点控到线控和面控，从无车辆检测器到有车辆检测器，经历了近百年的发展。到1963年加拿大多伦多市建立了一套使用IBM650型计算机的集中协调感应控制信号系统，从而标志着城市道路交通信号系统的发展进入了一个新阶段。之后，美国、英国、前联邦德国、日木、澳大利亚等国家相继建成以计算机为核心的区域交通控制系统，这种系统一般还配备交通监视系统组成交通管制中心4 5。1.4.2研究的意义本次的论文研究具有很大
18、的意义，通过对时钟及各种硬件软件的设计和操作、调试，不断的进行各种各样的组合，测试各种元件是否匹配，是否达到预计的结果，由此证明，采用无电缆协调控制系统对提高信号控制精确度是否有帮助。第二章智能交通系统2.1世界上几种典型的交通信号控制系统2.1.1 国外的典型城市道路交通控制系统随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断发展完善，交通运输组织与优化理论、技术的不断提高，交通管制中心的功能得到了增强，控制手段也越来越先进，形成了一批高水平有实效的城市道路交通控制系统。从系统结构与控制方式上分，有集中式计算机控制系统(控制中心的计算机处理道路网上的所有信息，并向各个路口发出控制指令
19、)、分布式计算机控制系统(有中央、地区、路口控制三级组成，各级电计算机负责自己控制区域，并执行上一级控制指令)和动态系统(根据检测器实时采集的交通流数据优化信号配时);从控制区域的路网结构上分，有开环网络和闭环网络;从系统功能上看兼有监视、控制和诱导功能6 7 8。当前世界各国广泛使用的最具代表性且有实效性的城市道路交通信号控制系统有三个(1)英 国 TRANSYT系统TRANSYT( TrafficN etworkS tudyT ool)是由英国道路研究所花费近十年时间研制成功的交通信号控制系统，经过不断改进，己发展到TRANSYT 8型。它的主要技术特征有:控制模式:静态模式口系统目标:平
20、均延误时间、停车次数、排队长度最小。参数特征:绿信比(S)与相位差(O)是通过建立优化数学模型计算，即是优化确定的:周期(C)不进行优化，仅从事先确定的方案中通过比较各运行指标选出最佳的，即是选择性确定。寻优方法 :爬山法。TRANSYT系统被世界400多个城市采用，目前是最成功的静态系统。但它存在几个不足的地方:第一，计算量大，在大城市中这一问题尤为突出;第二，不对周期进行优化，实际上很难获得整体最优配时方案;第三，它是离线优化，需要大量的路网几何、交通流数据，需要花费大量的人力、物力、财力。(2)澳大利亚SCATS系统SCATS( SydneyC oordinatedA daptiveT
21、rafficS ystem)是澳大利亚于70年代末开发的交通信号控制系统。它采用先进的计算机网络技术，呈计算机分层递阶形式，结构为模块形式。它的主要技术特征有:控制模式:地区级，联机，中央控制，联机与脱机同时进行。系统目标:饱和度最大及通过带宽度最大。参数特征:在预先确定的多个S,C,O 中选择合适的参数。寻优方法:无实时交通模型，比较选择法。SCATS系统充分体现了计算机网络技术的突出优点，结构易于更改，控制方案较为容易变换。然而，它也有几个明显的不足之处:第一，它实为一种方案选择系统，限制了配时参数的优化程度:第二，过分依赖于计算机硬件，移植能力差;第三，选择控制方案时，无实时信息反馈。(
22、3)英国SCOOT系统SCOOT( SplitC ycleO fsetO ptimizationT echnique)也是由英国道路研究所在TRANSYT系统的基础上采用自适应控制方法，经过八年的研究于1980年提出动态交通控制系统。SCOOT采用实时控制，获得了明显优于静态系统的效果，被许多国家采用。它的主要技术特征有:控制模式:联机实时模式，即动态模式。系统目标:费用最小为优化目标。参数特征:S,O,C均通过建立优化数学模型计算。寻优方法:小步长渐进寻优方法。SCOOT系统同样存在不足的地方。第一，相位不能自动增减任何路口只能有固定的相序;第二，独立控制子区的划分不能自动完成，只能人工完成
23、;第三，安装调试困难，对用户的技术要求过高。2.2中国的城市交通信号控制系统近年国内的经济快速发展和机动车急剧增加，导致了现有交通设施不胜负荷的局面9 10。(1)城市道路结构不合理目前，国内的城市交通以路上交通为主，大多数城市道路空间结构属平面交通状态，形成“人车混行，快慢车混驶”的特点。道路系统布局多采用简单的平面方格形式，难以适应交通系统现代化管理的需要。路网功能的结构层次混乱，主、次干道和支线比例失调，衔接关系紊乱，使干线道路难以发挥其功能。就道路面积来说，国内的城市道路面积率低于世界上同等规模大城市。据统计，国内的城市道路面积率平均不足8%，人均道路面积也低于世界上同等规模的大城市(
24、2)交通出行结构失衡国内的城市交通主要由各种机动车、非机动车和行人构成，形成特殊的三元混合交通结构。交通方式可分为两大类，即公共交通和私人交通。其中公共交通由公共汽车(包括有、无轨电车)、出租汽车、地铁、轻轨组成;私人交通主要由自行车、摩托车、私人小汽车及步行交通构成。由于这些交通方式的自身特点，使它们能够在系统中共存。另外，由于系统所具有的自组织能力，并在外界交通环境的协同作用下，形成了各种交通方式间的制约与平衡。因此，对某一种交通方式来说，不能任其自由发展，否则会破坏这种平衡状态，使系统出现问题。目前，国内的城市交通结构，由于公共交通畸形落后、不胜负荷的局面，在一定程度上刺激了私人交通的发
25、展，主要体现在对自行车、私人小汽车需求的急剧增长，使交通方式间比例严重失调。据调查，大部分城市公交车与自行车出行比例为2:8-1:9，或更加严重失调，导致的结果是巨大的自行车流，特别是上下班高峰期间，势如潮涌，并与机动车争道抢行，阻碍正常交通。这种局面反过来又影响了公共交通的服务水平，由于大量出行被自行车吸引，使公共交通经营陷入困境。低劣的服务水平又增大了广大群众的不信任感，增加了对私有交通需求的倾向，这更加重了城市交通系统的紊乱。(3)交通管理技术水平低，交通事故频繁国内的城市交通管理和交通安全现代化设施极少。以北京与东京比较，两市都有一个交通管制中心，但北京交通控制中心管理交叉路口数目仅是
26、东京的3%，交通志数是东京的7%，人行横道数是东京的4.8%，人行天桥数是东京的3.6%，地下人行通道是东京的5%，国内的交通事故率居高不下，万车事故死亡率北京为6人(国内为最小的城市)，而东京仅为1.9人，美国、澳大利亚和英国平均分别为2.6和2.7人2.2.1国内的城市道路交通控制系统国内应用和研究城市交通控制系统的工作起步较晚，在七十年代后期，北京市开始采用DJS-130型计算机进行了道路协调控制的研究。八十年代以来，城市道路交通问题越来越严重，国家一方面进行以改善城市市中心交通为核心的UTSM (Urban Traffic System Manage)技术研究;另一方面采取引进与开发相
27、结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统。以北京、上海为代表的大城市，交通控制系统主要是简易单点信号机、SCOOT系统、TRANSYT系统和SCATS系统其中几个结合使用;而如湘潭、岳阳等国内中小城市，交通控制系统主要还是使用国产的简易单点信号机和集中协调式信号机。现以北京使用的交通信号控制系统进行说明11 12。(1)简易单点信号机，可以用来实现手动或自动控制的交叉路口单点定时控制，并且具有夜晚黄闪控制功能，使用方便并且成本低。(2)MSKE-20型微处理器路口信号机，它是属于TRANSYT系统，具有自动运行、中心控 制、人工控制、无电缆协调控制、黄闪控制、备用方式等功能。(3)T200M
28、K2型路口信号机，它是属于SCOOT系统，具有自动运行、中心控制、人工制、黄闪控制、及降级控制(它包括区域协调控制、无电缆协调控制、单点感应控制、单点定时控制、手动控制)等功能。这些信号系统虽然取得了较好的效果，但我国实际情况决定了需要对这些系统进行改进，主要体现在:需要完善信号控制现有单点信号控制系统，一般只能实现口数目仅是东京的3%，交通标志数是东京的7%，人行横道数是东京的4.8%，人行天桥数是东京的3.6%，地下人行通道是东京的5%，国内的交通事故率居高不下，万车事故死亡率北京为6人(国内为最小的城市)，而东京仅为1.9人，美国、澳大利亚和英国平均分别为2.6和2.7人。2.2.2国内
29、的城市道路交通控制系统国内应用和研究城市交通控制系统的工作起步较晚，在七十年代后期，北京市开始采用DJS-130型计算机进行了+道协调控制的研究。八十年代以来，城市道路交通问题越来越严重，国家一方面进行以改善城市市中心交通为核心的UTSM (Urban Traffic System Manage)技术研究;另一方面采取引进与开发相结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统X26。以北京、上海为代表的大城市，交通控制系统主要是简易单点信号机、SCOOT系统、TRANSYT系统和SCATS系统其中几个结合使用;而如湘潭、岳阳等国内中小城市，交通控制系统主要还是使用国产的简易单点信号机和集中协调式信
30、号机。现以北京使用的交通信号控制系统进行说明13 14。(1)简易单点信号机，可以用来实现手动或自动控制的交叉路口单点定时控制，并且具有夜晚黄闪控制功能，使用方便并且成本低。(2)MSKE-20型微处理器路口信号机，它是属于TRANSYT系统，具有自动运行、中心控制、人工控制、无电缆协调控制、黄闪控制、备用方式等功能。(3)T200MK2型路口信号机，它是属于SCOOT系统，具有自动运行、中心控制、人工控制、黄闪控制、及降级控制(它包括区域协调控制、无电缆协调控制、单点感应控制、单点定时控制、手动控制)等功能。这些 信 号 系统虽然取得了较好的效果，但我国实际情况决定了需要对这些系统进行改进，
31、主要体现在:(1)需 要 完善信号控制现有单点信号控制系统，一般只能实现两相位控制，存在一定的局限性。而实际中，如果根据交叉路口的情况，适当采用多相位控制、变相序控制，可减少交叉路口的交通冲突，提高交通的安全性。(2)需要合理解决混合交通流问题现有信号控制系统对自行车流的放行几乎都是与机动车同时开始，容易造成交通流冲突。因此，需要设计出一种信号系统能对各个相位包括对自行车流单独进行控制。(3)实现小型区域网络控制目前，虽然在我国的几个大城市，引进或研制了具有区域控制功能的交通信号系统，但对于中小城市来说，建立这样庞大的系统一方面代价高昂，另一方面实际利用效率不高。为了解决这一情况，在国内的中小
32、城市应大量推广小型区域网络控制信号系统。(4)国产化率低目前国内采用的信号控制系统，国产化率整体较低，进口费用昂贵。随着我国城市化水平不断提高，进一步完善城市交通控制系统是大势所趋。因此，研制并设计出符合我国实际情况的微机化、模块化的信号系统，意义十分重大，效益也将十分明显。系统时钟的同步有GPS授时修正。信号控制用的基准脉冲信号由晶振产生，不同步。国内信号机的系统时钟虽然通过GPS授时修正，可以保持同步，但由于信号控制用的基准脉冲信号不同步，每个信号周期都有可能使信号控制偏离同步点而产生摇摆，这在智能交通系统中有时会导致被上层系统认为信号机工作不正常。解决信号控制用的基准脉冲信号的同步问题，
33、是避免信号控制偏离同步点而产生摇摆的较好办法。2.3道路交通信号与控制2.3.1空耗控制原理交通信号控制系统的信号控制有各种各样的方式，其分类也有很多种。在此考虑选择控制方式的方便性，将信号分为点控、线控和面控。点控，指独立控制各信号机；线控，指同时控制沿着连续的几个信号机；面控，是指把城市道路网分区域进行控制的方式15 16 17。决定交叉路口控制方式为点控还是线控目前为止无固定的标准，一般来说，可根据如下情况进行综合判断：(1)相临交叉路口间距越小，线控的必要性越大；(2)交通量（线方向）越多，线控的必要性越大；(3)相临两个信号机之间交通流的脉动越大，线控的必要性越大；(4)在相临交叉口
34、饱和度相差越大、最优周期长不同，但不是相差整倍数或整数分之一的情况下，应把实施线控的损失和不采用线控的损失进行比较后再决定是否采用线控。2.3.2区域信号控制（面控）对设置在大面积道路网上的多台信号机采用集中控制的方式成为面控。这种控制方式原理上可看作是线控扩大到面上。因此，面控是由若干个子区域控制构成的。这里的子区域是指由用相同的周期长进行控制的区域，对每一个子区域给出最佳周期长，在各个子区域得到最优控制的效果。面控方式又分为无电缆协调控制和中心计算机控制方式17 18。所谓无电缆协调是指控制机之间没有信号控制线相连，其相关协调控制是靠采用共同时基同步实现的。目前，大都利用从供电网50HZ工
35、频中获取相同周期、固定相位的秒计时时基信号，并通过人工或自动装置将信号控制器内实时钟的日、时、分、秒校正至同步的方法实现无电缆协调控制。其优点是比较简单易行，但必须用人工或自动装置及时校正。目前，大多数多时段固定交通信号控制器，尤其是采用分级处理的控制器，均具备无电缆协调控制的功能。之所以在此着重强调这一功能，是因为它可以作为相对独立的功能加到上述任何一种控制器上，使各单个交通信号控制器很容易的形成相关控制。中心计算机控制方式交通信号控制器通过数据通讯系统与中心控制计算机系统相连，受中心计算机的直接控制。这种控制器可以分为两类，一类是简单型的，另一类是复杂型的。简单型，一般受中心计算机的直接控
36、制，它的没一步操作均受中心计算机的直接指令，并且随时将其工作状态以及交通数据直接传诵给计算机。当中心计算机或通信系统出现故障时，它可以降级做简单的运行，即运行一个基本的配时方案。复杂型是指当今以微处理器为核心，功能齐全，可与中心计算机系统相连，较高的交通信号控制器。它可以接受中心计算机的方案，阶段调用；可以实现包括无电缆协调，多时段固定配时等控制方式。它对所收集的各种交通数据可以做预处理，实现多台信号机集中控制。2.3.3线路信号控制（线控）线控方式把一条道路延长线上连续几个信号机在时间上互相联系起来进行信号显示，通过减少车辆停止次数，缩短停车时间达到交通畅通的目的。另外，此种控制方式有助于形
37、成适当速度的交通流。线控的主要特点是对几个信号机设定共用的周期长、系统周期长和确定各信号时间上的相对关系即相位差19。2.3.3.1定周期控制定周期控制与点控制方式同样根据交通需求的变动模式使用固定配时，通常分为单时段和多时段。单时段定周期交通信号控制器是起今为止交通信号控制系统中最简单的交通信号控制器，通常机内只配置一种配时方案。该方案的主要参数可以通过改变矩阵控制插针、拨码开关或多位拨段开关设置与调试。与点控方式不同的是控制参数中还有相位差。多时段定周期交通信号控制器可储存多个配时方案，将其存入多时段控制器中，并根据路口交通流的日变化、周变化的统计规律，将一日的交通信号控制划分为若干时段，
38、设置好各时段配时方案的切换时刻。这样，多时段定周期控制器可根据实时日历钟自动按以上设置时间表变换响应的控制方案。它使用于交通流比较稳定的时间，比如低峰时段、普通时段、拥挤时段分别有明确的交通模式情况下。交通指挥人员可根据交叉路口的交通实际情况，随时调整配时方案中的各种控制参数，以适应路口交通流的变化。固定配时交通信号控制器结构简单、造价低廉、维护使用方便，是当今单个交叉点交通信号控制中使用最普遍的交通信号控制器。2.3.3.2交通感应控制交通感应控制方式是对应于变化的交通状况实时的改变控制参数（周期长、绿信比、相位差）进行控制的方式。此方式可根据交通的需要的变动进行实时的控制参数修正，从而实现
39、高度的线控制。因此，它使用于交通量时间变动剧烈、交通量大、要求快速的交通处理效率的干线道路。作为该控制方式的手段通常有两种，其一是在线路上设置车辆感测器，监测交通流的变动，以这些测量值为基准，从预先设定的几个程序中（一套控制参数）选择最合适的控制程序。另一种是基于交通流的联机测量实时算出控制参数并根据此值形成控制方案。全感应交通信号控制一般用于饱和度大于60%、主次干道延误相差不大的路口，目的在于尽量减少各方向车辆的延误，最大限度的提高单个交叉路口的放行效率。第三章 道路交通信号控制机3.1交通信号控制机的发展交通控制是交通系统发展的客观需要及控制理论与技术在交通系统中应用的结果。(1)交通控
40、制按照类别可划分3类:以交通限制为主的控制、以交通信号为主的控制和以传递情报信息为主的控制 交通诱导控制。(2)按范围可划分为3类;单点控制、干线控制、区域控制。(3)按方式可分为单点定时控制和单点感应控制、干线无电缆协调控制、干线有电缆协调控制、区域定时协调控制、区域自适应协调控制。交叉口信号机执行信号 配时方案对车流进行控制的方式称为定时控制，即定周期控制。配时方案可以是一个或多个，一天执行一个配时方案的称为单段式定时控制;一天按时段不同分别执行不同配时方案的称为多段式定时控制。信号配时方案是根据交通流历史数据事先设置好的，时段确定可根据全天交通流的波动情况而定。单点感应控制是在交叉口进道
41、口上设置车辆检测器，信号机在控制时根据检测器实时检测到的交通流数据，实时改变信号配时的一种控制方式。区域自适应协调控制是中心控制计算机实时收集交叉口检测器检测的交通流数据，通过配时优化软件在线生成如SCOOT或选择SCAT信号配时方案，实时用于控制的一种控制方式。3.2中国道路交通信号控制机的发展现状我国在城市道路交通控制系统方面的工作起步较晚，在七十年代后期北京市开始采用 DIS-130型计算机进行了干道协调控制的研究。八十年代以来，城市道路交通问题越来越严重，国家一方面进行以改善城市中心交通为核心的 UTSM 技术研究，另一方面采取引进与开发相结合的方针，目前我国已有三十多个城市建立了城市
42、道路交通控制系统。如:北京引进了 SCOOT系统，上海引进了 SCAT系统，深圳市引进了日本的监控系统等。已经在运行中的系统，越来越表现出它良好的社会、经济和生态效益，减少了车辆停车和延误造成的损失，缓解了交通拥塞，减少了交通事故，减轻了噪音和空气污染，提高了路段和路口通过能力，改善了交通警工作条件，增加了现代化城市的科学文明色彩。但是引进中也存在许多不尽如人意的地方:首先，由于国情的不同，引进系统的适应性较差，如国外交通中非机动车流的比重非常小，一般不予考虑，而在国内交通中，非机动车流占了相当大的比例，由非机动车引起的机非混杂，不仅降低了机动车的行车速度，而且增加了交通事故;其次由于实时检测
43、系统设备比较昂贵，在国内引进的系统中，一般都要作些简略，这也将影响设备的可靠性和检测数字的准确性，控制效果相应就差些 。可喜的是，在国家计委、国家科委的批准下，公安部、南京市完成了“七五”攻关项目，建成了南京城市交通控制系统 (代号 2443)。此项目的攻关目标是研究和建立适合中国国情的机动车与非机动车混合交通的城市控制系统。此系统结合了 SCOOT与 SCAT的优点，是我国完全国产化自行设计建成的第一个适应中国混合交通条件及路网密度低、路口间距悬殊的城市交通控制系统。但是在运行中也有不足之处:第一优化目标综合了行车延误、停车次数、阻塞度、但未充分考虑提高能力;第二机动车与非机动车控制模式尚不
44、完善，车流相互影响仍大量存在，限制了系统效果。因此如果在协调控制之前，对机动车和非机动车进行时间或者空间上的分离 (机非时空分离)，控制效果会更好。综合分析国内外先进的城市道路交通控制系统，结合中国大城市道路交通的实际情况，充分考虑现代科学技术成果的使用，中国城市道路交通控制系统的发展方向应是:(1)多模式化:首先在系统结构上，应吸收集中式 SCOOT、分布式SCAT、半分布式NUTCS各自的长处，在控制范围内各个区域采用灵活可转换的系统结构，以达到在系统结构上适应交通流的区域变化;其次在系统目标上，应根据不同区域的实时交通情况，对路口能力最大、总延误最小、排队长度最短等目标进行筛选和组合以确
45、定不同的系统目标，这样系统优化更具针对性;再者在控制战略模式上，应有适应交通拥挤状态下和适应中等交通量的方式。(2)智能化:随着信息技术的高度发展，作为道路交通控制系统应能为车辆提供准确、及时、多样的信息，在传统的信息广播、可变情报板的基础上，应在城市中建立与控制系统协调的集中式 GPS诱导系统，并与公路的智能车辆公路系统相衔接。(3)最优化:TRANSYT与 SCOOT都采用交通模型来优化配时，但由于当时计算机技术的限制，在模型算法求解上有一定的局限性，随线爬山法及小步长渐近寻优常常能获得有限的局部甚至整体最优解。着计算机技术和优化理论的发展，在线优化有可能获得更好的局部甚至整体最优解。同时
46、要看到无论TRANSYT还是SCOOT、以及NUTCS都立足于路口、控制区域建立交通模型，以获得路口控制参数，同样随着计算机技术和优化理论的发展，建立立足整个路网的动态交通分配模型和整体优化模型并求解，达到对路口控制参数进行调整从而实现在整个城市范围内对交通流动态进行协调控制是可行的。(4)规整化:任何控制系统都是立足于一定的道路与交通条件下因而使用道路与疏导交通流的方法对控制系统会产生深刻的影响。在建立一个城市道路交通控制系统之前，必须对道路状况及交通流状况做出交通流疏导方案和道路使用方案，制定出交通规则，使得道路交通更加规整。 (5)通用化与模块化:鉴于 SCAT控制方式受硬件及汇编语言编
47、制的限制，只能在 PDPll系统计算机上实施，而 SCOOT, UNTCS都使用高级语言编程，便于推广使用，特别是 UNTCS在软件编制上全部模块化，更有利于开发研制和进一步完善。控制系统在研制中应立足通用化和模块化，以有利推广和完善。3.3无电缆协调控制机无电缆协调控制机的整体示意图如下，其中10ms脉冲发生器、时钟芯片和LED的电路是本次实验要完成的部分。 图3-3-1 无电缆协调控制机的系统框图本系统是通过单片机实现各个交通路口信号灯的时钟始终保持同步，利用开关可以同时控制各个信号机同步实现功能。因为，各个信号灯本身都有自身的晶振，但是，经过一定时间，各个信号灯的晶振会发生偏差，这就造成了各信号机之间时间的不同步，例如，某个信号正进行黄闪，而其它的信号机还是绿或红，这就造成了交通的堵塞。10ms脉
