SCATS 系統在智能交通中的應用

王 研

（天津市中環系統工程有限責任公司，天津 300221）

0 引 言

隨著社會生活水平的提高，城市化進程在不斷提速，機動車輛的急劇增加引起了一系列交通問題，城市中心的交通擁堵情況日益嚴重，機動車通行效率逐漸降低，嚴重制約了城市化進程的發展。為了保證車輛順暢通行，交通信號協調控制系統成為現代城市交通控制和疏導的主要手段，而其中最有名的是SCATS系統。中國越來越多的城市選擇采用這種系統來對城市交通主干線進行控制。

1 SCATS系統簡介

SCATS 系統是澳大利亞新南威爾士州道路交通局（RTA）為在悉尼市實施信號控制，于20世紀70年代開發成功的系統。之后，它的高效性和對道路環境的廣泛適應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同。到目前為止，世界上已有70 多個城市安裝了SCATS 交通管理系統，其中包括美國、愛爾蘭、墨西哥、斐濟、以色列以及大部分東南亞國家。該系統本身也逐漸發展成為一個完整的交通管理系統,并且能夠與其他智能交通系統完美地集成在一起，以發揮系統的整體效益，為現代交通管理服務。SCATS系統無論是在控制技術還是在智能交通應用方面，都處于交通科技的最前沿,是世界領先的交通管理系統。

SCATS是以模塊化結構設計的，可以應用于小、中、大規模的城市。SCATS使用個人計算機（PC）作為區域計算機，每臺PC機可以控制250個路口。當系統超過這個數量時，增加區域計算機即可。通常在多個區域計算機組成的系統中，需要一個管理計算機，負責數據的輸入、采集、監測、數據分析、系統記錄與備份等管理性工作，以簡化大系統的運營管理。SCATS可以將網絡中的任何一臺區域計算機定義為管理計算機，從而無需單獨設置獨立的管理計算機。每一臺SCATS中央計算機（PC兼容）可以控制多至64個區域計算機，每個區域計算機可以控制多至250個路口。總的可控路口數量為16 000個。

1.1 系統結構

SCATS交通信號控制系統采用多層分布式體系結構，系統共分3層，如圖1所示。

圖1 SCATS交通信號控制系統

（1）第一層：中央管理級。中央管理級控制中心負責對整個交通信號控制系統的控制管理。控制中心內部的所有設備，以局域網形式相連[1]。

（2）第二層：區域控制級。規劃建設5個區域分控中心，負責區域協調控制，每個區控中心對交通信號控制系統進行二級控制，區控中心通過控制中心的授權，實現對本轄區各路口的控制管理。區域控制服務器可放置在交通指揮中心大樓內，也可以放置在分管各轄區分控中心內。

（3）第三層：路口控制層。路口控制層實現車輛檢測信息和故障報警信息的實時上傳，下載并執行控制中心指令。

三級之間均可以通過TCP/IP網絡通信連接。

1.2 用戶級別管理

所有聯網工作站能完全訪問SCATS交通應用軟件，但是在使用任何指定工作站訪問SCATS系統之前，用戶都必須是經過授權的。用戶在登錄系統時，應該使用用戶名和多位數字的用戶身份確認碼（即密碼）獲取該工作站的用戶訪問權限。所有用戶訪問以及試圖對系統的訪問都將記錄在系統日志中。通過與SCATS交通應用軟件的對話進行對系統的訪問，而不是直接與操作系統軟件的命令界面對話。

SCATS系統對用戶的訪問進行分級管理，每一級可執行的系統的命令和操作都是不同的，SCATS系統擁有150個不同的用戶和5個不同的訪問級別，單個用戶的訪問權限可以由最高級的用戶進行修改。可以首先配置下列訪問級別。

第一級僅包括監測功能及生成報表的功能。

第二級的任務是執行系統的全部控制功能，包括執行控制方案和操作模式的選擇，也可以對綠信比、周期、相位差等配時參數進行臨時修改。

第三級的操作是由交通工程師進行的，這一級提供第一級和第二級的全部功能。此外，它還可以修改系統的路口數據參數，包括對外場信號控制器和本級操作員增加和刪除，這種修改設置可以儲存于系統。

第四級是系統管理員使用的，提供第三級的全部功能，也能夠訪問系統，與此同時，在這一級還可以對各訪問級別的分配做出調整。

此外，用戶系統的所有操作都記錄在系統日志中。

2 SCATS系統主要交通管理控制功能

SCATS是一個交通協調系統，它為路口確定最適宜的綠燈配時，連續的路口可以聯系起來，就是說交通流通過路口時只有很短的停滯。

SCATS還可以從中心監視城市內所有信號的運行，同交通信號控制器一樣具有很高的效益，只需很少的人進行系統維護和操作。它還具有自我診斷能力，可保證及時報告，并修復系統內的任何故障。再有，在特殊情況下，操作員可以越過SCATS控制系統，如救急車輛，大人物來訪（VIP）功能和體育賽事等。SCATS系統以秒計對交通信號控制器的工作進行實時監控，通信路徑和協議可以允許系統計算機和信號控制器進行上載和下載相應數據，包括儲存在單個信號控制器中的配時信息和故障記錄信息。

SCATS交通信號控制系統是完全自適應協調的系統，系統通過檢測實際的交通流量等交通參數實時地調整路口信號控制的周期、綠信比和相位差，控制均衡路網內交通流運行，使停車次數、延誤時間及環境污染減至最小，充分發揮道路系統的交通效益[2]。SCATS不僅僅是一個自適應協調系統，它還是一個交通管理系統，可以協調所有必要設備進行系統設立、交通分析、安裝準備、維修控制、規劃和記錄日志。因為SCATS是由具體的交通部門開發的，所以所有這些設施都集合起來使SCATS成為一個有力的工具，能解決城市中大量的交通問題。

SCATS交通信號控制系統能以秒計對交通信號控制器的工作進行實時監控，通信路徑和協議允許系統計算機和信號控制器可上傳和下載相應數據。

SCATS交通信號控制系統還能支持行人按鈕、公交優先等其他交通功能需求。

2.1 系統基本控制功能

在基本控制功能方面，SCATS系統可以在以下4種模式下運行。

2.1.1 聯機主控

信號機已聯網、檢測器正常情況下，通過檢測器，收集到車流的排隊、跟車等情況。系統根據當前周期下的車流情況，選擇預設的綠信比方案、周期范圍、協調相位范圍等，獲得下一周期的方案。系統運行方案的同時，根據實時車流情況，對相位時間進行微調，如檢測到車輛放空，提前結束綠燈[3]。

2.1.2 無電纜控制（靈控）

無電纜控制也叫“靈控模式”，可以理解為“多時段定周期控制模式”。在信號機未聯網或者斷通訊情況下，系統自動降級為靈控模式。在通訊正常的路口，若檢測器故障情況下，也會選擇設置為靈控，實行“多時段定周期方案”。靈控情況下，同樣可以實現協調控制，設置路口間周期一致、時鐘一致，設定時鐘差Y-參數。該方案預留了Z-、Z+脈沖點及16個XSF脈沖點，可以靈活控制燈組、外部設備等輸出。

2.1.3 單點感應控制

帶車輛感應的本地單點控制。

對本運行方式的調用可以通過控制計算機發出命令，可以根據控制器時間表，可以通過本地用戶訪問，或通過讓其他高級的優先方式都失效的方式來實現。控制器在帶車輛感應的單點控制方式下工作時，使用預先設置的相序運行。無車輛通過要求的相位可以跳過，有交通需求的相位則持續到最小綠燈時間結束，最小綠燈時間結束后相位按車輛要求單位延長綠燈時間，綠燈時間可延長至最大綠燈時間。

感應控制可以精確區分各控制方向（直行、左轉）。

感應控制相位的結束，按照以下或與之相當控制模式運行。

車間距浪費時間總和大于設定的時間、車間距大于設定的時間、到達設定相位最大綠燈時間。

定時運行的本地單點控制。

Eclipse路口控制器可存儲固定配時方案，固定配時方案可通過中央控制計算機下載或手持終端鍵盤（HHT）編入或寫入路口控制器的存儲特征卡。系統采用固定模式時，路口控制器調用固定配時方案。控制器以固定的周期、綠信比運行，設定相序，相位長度。在此情況下，所有的車輛感應檢測器輸入都不發揮作用。

2.1.4 黃閃控制

信號機設備無法正常運作時，如信號機主板故障、燈組版故障，出于保護機制，在供電正常情況下，信號燈優先切換到黃閃控制，由獨立的黃閃控制器控制。

系統會自動根據設備情況，進行模式轉換。操作員可以根據路口交通情況，在SCATS中心控制終端上，將系統中的控制路口設置為4種模式中的任意一種運行模式。

2.2 系統的戰略控制和戰術控制

SCATS在戰略控制和戰術控制兩個層次上對系統進行控制，以適應交通流量的需求。

（1）戰略控制。SCATS交通整體協調控制是根據區域交通數據實時響應交通需求和系統容量的變化，調整整個區域的信號時間以提供最佳的交通流，并確定每個交叉路口的最合適的綠燈定時，以使相鄰的交叉路口綠燈能連續，使車輛通過交叉路口時的延遲最小。

（2）戰術控制。系統進行整體協調控制，同時系統允許每個路口“各自為政”，實行車輛感應控制[4]。

戰略控制決定綠信比、周期和相位差，從而得到適應相對緩慢變化的交通流趨勢。戰術控制處理各路口每個周期中快速但小幅度的變化。二者的結合使得道路交通得到最有效的控制[5]。

3 SCATS系統信息采集及檢測方式

3.1 系統信息采集方式

路口控制器通過干節點接口能夠接收交通信息采集設備提供的實時采集的交通信息數據，采集的交通信息種類應根據需求確定，主要包括交通流量、占有率、綠燈時間、行人過街請求等。

根據交通應用系統采用的交通檢測形式，檢測系統實現與交通應用系統匹配，交通系統的信息采集、處理，可以達成以下要求。

具有采集、處理、存儲交通信息、歷史控制記錄、系統戰略監視等功能，形成交通分析報告。通過路口信號控制器收集路口交通信息，路口車輛檢測的位置包括每個路口的直行和左轉車道的交通信息。如果右轉車道敷設檢測器，也可以收集到交通數據。

平臺在信息采集過程中，實現以下功能。

一是流量統計分析，可以根據需要統計多種粒度的流量數據，包括每天每個車道5、15、30、60min流量等，可以分析每天高峰時間。交通流量單位最小為每個車道每5 min流量，可以根據需要進行調整。

二是飽和度分析，統計每天每個車道不同時段飽和度。

三是系統運行記錄分析，記錄系統戰略控制每天運行狀況，包括一天24 h的周期、相位時間、綠信比計劃、相位差計劃等。

統計分析每個戰略通道的飽和度、相位時間、車流量的關系，為系統控制的合理性、有效性提供依據。

3.2 系統信息檢測方式

SCATS信號控制器兼容多種形式檢測方式，控制器具備以下常用檢測接口形式。

3.2.1 控制器線圈接口

該接口檢測電感變化的地感線圈的接口，接受50～700 μH電感輸入，檢測0.01%～0.5%的變化量。控制器的檢測精度分級可調，主要用于傳統的磁感應線圈信息的接入。

3.2.2 控制器開關量干觸點接口

該接口方式是開關干觸點信號（無源），有車占有閉合、無車為開，主要用于地磁、視頻檢測等流量檢測方式的接入。

3.2.3 數據接口

該接口方式是數據接口，可以是RS232、RS422、RS485等，主要用于微波交通流檢測方式的接入。

交通應用系統允許不同形式的檢測形式并存，所有檢測形式滿足SCATS控制器接口要求。

另外，應用的檢測系統還包括電子警察系統、磁阻檢測器、行人過街請求。可以按照將來交通信號系統的擴展，接入視頻檢測器、微波檢測器等多種系統。

4 結 論

交通信號區域協調控制系統是智能交通系統的一個重要部分，而SCATS智能交通系統是使用最廣泛、被公認為有效、易于擴展的區域交通控制系統，是為了改善交通系統的運行情況，綜合運用先進的信息通信、網絡、自動控制、交通工程等技術建立起來的綜合交通體系。這些新理論、新技術的不斷涌現，使得未來的交通系統會更安全、更便捷。