SCATS 系统在智能交通中的应用

王 研

（天津市中环系统工程有限责任公司，天津 300221）

0 引 言

随着社会生活水平的提高，城市化进程在不断提速，机动车辆的急剧增加引起了一系列交通问题，城市中心的交通拥堵情况日益严重，机动车通行效率逐渐降低，严重制约了城市化进程的发展。为了保证车辆顺畅通行，交通信号协调控制系统成为现代城市交通控制和疏导的主要手段，而其中最有名的是SCATS系统。中国越来越多的城市选择采用这种系统来对城市交通主干线进行控制。

1 SCATS系统简介

SCATS 系统是澳大利亚新南威尔士州道路交通局（RTA）为在悉尼市实施信号控制，于20世纪70年代开发成功的系统。之后，它的高效性和对道路环境的广泛适应性逐渐被其他澳大利亚和新西兰的城市及大量海外城市所认同。到目前为止，世界上已有70 多个城市安装了SCATS 交通管理系统，其中包括美国、爱尔兰、墨西哥、斐济、以色列以及大部分东南亚国家。该系统本身也逐渐发展成为一个完整的交通管理系统,并且能够与其他智能交通系统完美地集成在一起，以发挥系统的整体效益，为现代交通管理服务。SCATS系统无论是在控制技术还是在智能交通应用方面，都处于交通科技的最前沿,是世界领先的交通管理系统。

SCATS是以模块化结构设计的，可以应用于小、中、大规模的城市。SCATS使用个人计算机（PC）作为区域计算机，每台PC机可以控制250个路口。当系统超过这个数量时，增加区域计算机即可。通常在多个区域计算机组成的系统中，需要一个管理计算机，负责数据的输入、采集、监测、数据分析、系统记录与备份等管理性工作，以简化大系统的运营管理。SCATS可以将网络中的任何一台区域计算机定义为管理计算机，从而无需单独设置独立的管理计算机。每一台SCATS中央计算机（PC兼容）可以控制多至64个区域计算机，每个区域计算机可以控制多至250个路口。总的可控路口数量为16 000个。

1.1 系统结构

SCATS交通信号控制系统采用多层分布式体系结构，系统共分3层，如图1所示。

图1 SCATS交通信号控制系统

（1）第一层：中央管理级。中央管理级控制中心负责对整个交通信号控制系统的控制管理。控制中心内部的所有设备，以局域网形式相连[1]。

（2）第二层：区域控制级。规划建设5个区域分控中心，负责区域协调控制，每个区控中心对交通信号控制系统进行二级控制，区控中心通过控制中心的授权，实现对本辖区各路口的控制管理。区域控制服务器可放置在交通指挥中心大楼内，也可以放置在分管各辖区分控中心内。

（3）第三层：路口控制层。路口控制层实现车辆检测信息和故障报警信息的实时上传，下载并执行控制中心指令。

三级之间均可以通过TCP/IP网络通信连接。

1.2 用户级别管理

所有联网工作站能完全访问SCATS交通应用软件，但是在使用任何指定工作站访问SCATS系统之前，用户都必须是经过授权的。用户在登录系统时，应该使用用户名和多位数字的用户身份确认码（即密码）获取该工作站的用户访问权限。所有用户访问以及试图对系统的访问都将记录在系统日志中。通过与SCATS交通应用软件的对话进行对系统的访问，而不是直接与操作系统软件的命令界面对话。

SCATS系统对用户的访问进行分级管理，每一级可执行的系统的命令和操作都是不同的，SCATS系统拥有150个不同的用户和5个不同的访问级别，单个用户的访问权限可以由最高级的用户进行修改。可以首先配置下列访问级别。

第一级仅包括监测功能及生成报表的功能。

第二级的任务是执行系统的全部控制功能，包括执行控制方案和操作模式的选择，也可以对绿信比、周期、相位差等配时参数进行临时修改。

第三级的操作是由交通工程师进行的，这一级提供第一级和第二级的全部功能。此外，它还可以修改系统的路口数据参数，包括对外场信号控制器和本级操作员增加和删除，这种修改设置可以储存于系统。

第四级是系统管理员使用的，提供第三级的全部功能，也能够访问系统，与此同时，在这一级还可以对各访问级别的分配做出调整。

此外，用户系统的所有操作都记录在系统日志中。

2 SCATS系统主要交通管理控制功能

SCATS是一个交通协调系统，它为路口确定最适宜的绿灯配时，连续的路口可以联系起来，就是说交通流通过路口时只有很短的停滞。

SCATS还可以从中心监视城市内所有信号的运行，同交通信号控制器一样具有很高的效益，只需很少的人进行系统维护和操作。它还具有自我诊断能力，可保证及时报告，并修复系统内的任何故障。再有，在特殊情况下，操作员可以越过SCATS控制系统，如救急车辆，大人物来访（VIP）功能和体育赛事等。SCATS系统以秒计对交通信号控制器的工作进行实时监控，通信路径和协议可以允许系统计算机和信号控制器进行上载和下载相应数据，包括储存在单个信号控制器中的配时信息和故障记录信息。

SCATS交通信号控制系统是完全自适应协调的系统，系统通过检测实际的交通流量等交通参数实时地调整路口信号控制的周期、绿信比和相位差，控制均衡路网内交通流运行，使停车次数、延误时间及环境污染减至最小，充分发挥道路系统的交通效益[2]。SCATS不仅仅是一个自适应协调系统，它还是一个交通管理系统，可以协调所有必要设备进行系统设立、交通分析、安装准备、维修控制、规划和记录日志。因为SCATS是由具体的交通部门开发的，所以所有这些设施都集合起来使SCATS成为一个有力的工具，能解决城市中大量的交通问题。

SCATS交通信号控制系统能以秒计对交通信号控制器的工作进行实时监控，通信路径和协议允许系统计算机和信号控制器可上传和下载相应数据。

SCATS交通信号控制系统还能支持行人按钮、公交优先等其他交通功能需求。

2.1 系统基本控制功能

在基本控制功能方面，SCATS系统可以在以下4种模式下运行。

2.1.1 联机主控

信号机已联网、检测器正常情况下，通过检测器，收集到车流的排队、跟车等情况。系统根据当前周期下的车流情况，选择预设的绿信比方案、周期范围、协调相位范围等，获得下一周期的方案。系统运行方案的同时，根据实时车流情况，对相位时间进行微调，如检测到车辆放空，提前结束绿灯[3]。

2.1.2 无电缆控制（灵控）

无电缆控制也叫“灵控模式”，可以理解为“多时段定周期控制模式”。在信号机未联网或者断通讯情况下，系统自动降级为灵控模式。在通讯正常的路口，若检测器故障情况下，也会选择设置为灵控，实行“多时段定周期方案”。灵控情况下，同样可以实现协调控制，设置路口间周期一致、时钟一致，设定时钟差Y-参数。该方案预留了Z-、Z+脉冲点及16个XSF脉冲点，可以灵活控制灯组、外部设备等输出。

2.1.3 单点感应控制

带车辆感应的本地单点控制。

对本运行方式的调用可以通过控制计算机发出命令，可以根据控制器时间表，可以通过本地用户访问，或通过让其他高级的优先方式都失效的方式来实现。控制器在带车辆感应的单点控制方式下工作时，使用预先设置的相序运行。无车辆通过要求的相位可以跳过，有交通需求的相位则持续到最小绿灯时间结束，最小绿灯时间结束后相位按车辆要求单位延长绿灯时间，绿灯时间可延长至最大绿灯时间。

感应控制可以精确区分各控制方向（直行、左转）。

感应控制相位的结束，按照以下或与之相当控制模式运行。

车间距浪费时间总和大于设定的时间、车间距大于设定的时间、到达设定相位最大绿灯时间。

定时运行的本地单点控制。

Eclipse路口控制器可存储固定配时方案，固定配时方案可通过中央控制计算机下载或手持终端键盘（HHT）编入或写入路口控制器的存储特征卡。系统采用固定模式时，路口控制器调用固定配时方案。控制器以固定的周期、绿信比运行，设定相序，相位长度。在此情况下，所有的车辆感应检测器输入都不发挥作用。

2.1.4 黄闪控制

信号机设备无法正常运作时，如信号机主板故障、灯组版故障，出于保护机制，在供电正常情况下，信号灯优先切换到黄闪控制，由独立的黄闪控制器控制。

系统会自动根据设备情况，进行模式转换。操作员可以根据路口交通情况，在SCATS中心控制终端上，将系统中的控制路口设置为4种模式中的任意一种运行模式。

2.2 系统的战略控制和战术控制

SCATS在战略控制和战术控制两个层次上对系统进行控制，以适应交通流量的需求。

（1）战略控制。SCATS交通整体协调控制是根据区域交通数据实时响应交通需求和系统容量的变化，调整整个区域的信号时间以提供最佳的交通流，并确定每个交叉路口的最合适的绿灯定时，以使相邻的交叉路口绿灯能连续，使车辆通过交叉路口时的延迟最小。

（2）战术控制。系统进行整体协调控制，同时系统允许每个路口“各自为政”，实行车辆感应控制[4]。

战略控制决定绿信比、周期和相位差，从而得到适应相对缓慢变化的交通流趋势。战术控制处理各路口每个周期中快速但小幅度的变化。二者的结合使得道路交通得到最有效的控制[5]。

3 SCATS系统信息采集及检测方式

3.1 系统信息采集方式

路口控制器通过干节点接口能够接收交通信息采集设备提供的实时采集的交通信息数据，采集的交通信息种类应根据需求确定，主要包括交通流量、占有率、绿灯时间、行人过街请求等。

根据交通应用系统采用的交通检测形式，检测系统实现与交通应用系统匹配，交通系统的信息采集、处理，可以达成以下要求。

具有采集、处理、存储交通信息、历史控制记录、系统战略监视等功能，形成交通分析报告。通过路口信号控制器收集路口交通信息，路口车辆检测的位置包括每个路口的直行和左转车道的交通信息。如果右转车道敷设检测器，也可以收集到交通数据。

平台在信息采集过程中，实现以下功能。

一是流量统计分析，可以根据需要统计多种粒度的流量数据，包括每天每个车道5、15、30、60min流量等，可以分析每天高峰时间。交通流量单位最小为每个车道每5 min流量，可以根据需要进行调整。

二是饱和度分析，统计每天每个车道不同时段饱和度。

三是系统运行记录分析，记录系统战略控制每天运行状况，包括一天24 h的周期、相位时间、绿信比计划、相位差计划等。

统计分析每个战略通道的饱和度、相位时间、车流量的关系，为系统控制的合理性、有效性提供依据。

3.2 系统信息检测方式

SCATS信号控制器兼容多种形式检测方式，控制器具备以下常用检测接口形式。

3.2.1 控制器线圈接口

该接口检测电感变化的地感线圈的接口，接受50～700 μH电感输入，检测0.01%～0.5%的变化量。控制器的检测精度分级可调，主要用于传统的磁感应线圈信息的接入。

3.2.2 控制器开关量干触点接口

该接口方式是开关干触点信号（无源），有车占有闭合、无车为开，主要用于地磁、视频检测等流量检测方式的接入。

3.2.3 数据接口

该接口方式是数据接口，可以是RS232、RS422、RS485等，主要用于微波交通流检测方式的接入。

交通应用系统允许不同形式的检测形式并存，所有检测形式满足SCATS控制器接口要求。

另外，应用的检测系统还包括电子警察系统、磁阻检测器、行人过街请求。可以按照将来交通信号系统的扩展，接入视频检测器、微波检测器等多种系统。

4 结 论

交通信号区域协调控制系统是智能交通系统的一个重要部分，而SCATS智能交通系统是使用最广泛、被公认为有效、易于扩展的区域交通控制系统，是为了改善交通系统的运行情况，综合运用先进的信息通信、网络、自动控制、交通工程等技术建立起来的综合交通体系。这些新理论、新技术的不断涌现，使得未来的交通系统会更安全、更便捷。