小规模交通信号控制系统的设计

论文摘要

随着国民经济的快速发展，我国城市机动车保有量迅速增加，道路交通拥挤现象日趋严重。仅仅依靠路网基础设施的建设和道路需求的管理不能从根本上解决交通拥挤问题。采用先进的交通信号控制技术，通过计算机对信号进行优化配时，是提高现有路网的通行能力的有效途径。一个基于计算机联网通信的交通信号控制系统能够提高交叉口通行能力、降低车辆延误时间、提高车辆行驶速度等。目前，世界上较为著名的交通信号系统有英国的SCOOT系统，澳大利亚的SCATS系统和日本的新交通管制系统。而在这一领域，我国尚处于初级阶段，因此，研发我国自主的交通信号控制系统，对经济社会的可持续发展具有十分重要的意义。本课题的研究内容是设计了一个区域范围内的小规模道路交通信号控制系统。该系统首先利用串口通信网络收集各路段的实时交通信息和各路口信号机上传的自动生成的自适应控制参数，然后通过实施协调控制算法，得出每个路口的实时信号控制方案，再通过串口通信下传给各路口的信号机，最终达到对区域范围内的交通信号实施协调控制的目的。基于上述目标，本课题对信号机的信号控制原理、单点控制和协调控制、信号机实现各种控制所需的参数和算法，以及交通信号控制系统基于计算机联网通信的集中协调控制进行了分析研究。基于各路口设置信号机的前提，本课题设计了一个区域信号控制的信号优化算法，路口信号机的一个通信功能是每秒上传信号运行状况，在每个周期结束前上传信号控制执行情报。这些情报中包含路口的实时交通流信息和本地优化计算的周期时间。本课题根据各路口信号机上传的周期信息，进行整合得到一个最佳周期；再利用路口的相位特性、连接线路特性、以及信号机上传的连接路口间的线路的交通量和车辆占有率，对干线相位差进行优化计算，从而达到对干线上路口协调控制，提高干线上各路口的通行能力。本课题采用Visual C++6.0进行软件编程，区域计算机和路口信号机之间的通信利用多串口通信的方式进行。本课题设计的软件能够实时监视通信接收线程的运行状态，发现异常时采取解决措施并对异常数据进行记录；并对数据分类处理，根据收集的有效数据，实施信号控制算法，得出各路口的实时信号控制方案并下达到各路口的信号机，基本实现了系统设计目标。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 交通信号控制系统的发展
• 1.2.1 国外交通信号控制系统发展状况
• 1.2.2 我国交通信号控制发展状况
• 1.3 本文研究内容与意义
• 1.4 论文结构与章节安排
• 第二章 交通信号控制基本理论
• 2.1 交通信号控制原理
• 2.2 单点交通信号控制
• 2.3 干线交通信号协调控制
• 2.4 交通信号控制系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 交通信号控制方案优化研究
• 3.1 交通流基本要素
• 3.2 经典交通信号控制系统优化方法
• 3.2.1 SCOOT 系统信号优化方法
• 3.2.2 SCATS 系统信号优化方法
• 3.3 本课题提出的系统信号优化方法
• 3.3.1 检测器设置的改进方法
• 3.3.2 信号控制参数优化
• 3.4 本章小结
• 第四章 区域交通信号控制系统设计
• 4.1 系统与终端的通信
• 4.1.1 通信网的结构
• 4.1.2 系统与终端的通信
• 4.2 交通情报处理
• 4.2.1 周期同步检测器情报计算
• 4.2.2 交通情报的异常处理
• 4.2.3 交通流量平滑化处理
• 4.3 宏观信号控制
• 4.3.1 信号方案的实施时刻
• 4.3.2 饱和度计算
• 4.3.3 周期时长的计算
• 4.3.4 周期时长的整合
• 4.3.5 绿信时间的计算
• 4.3.6 相位差的计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 小规模交通信号控制系统实现
• 5.1 系统设计使用技术
• 5.1.1 进程与线程设计
• 5.1.2 共享内存区设计
• 5.1.3 数据存储技术
• 5.2 系统总体设计方案
• 5.3 系统各模块设计
• 5.3.1 系统框架设计
• 5.3.2 通信进程的程序设计
• 5.3.3 交通情报处理进程的程序设计
• 5.3.4 交通信号控制进程的程序设计
• 5.3.5 手动介入控制模块设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 附录一 数据格式
• 附录二 交通信号控制系统的界面
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及发表论文