新一代智能化交通控制系统理论及技术

新一代智能化交通控制系统是交通控制技术发展到目前阶段的产物，在传统的区域交通控制系统技术基础上实现了集成创新，重点解决了大范围战略交通控制、基于空间信息系统和交通仿真的区域协调决策支持、智能化本地交通控制等方面的基础理论和关键技术。系统具有大范围、多模式和区域化的交通行为分析及交通流控制策略与管理模式生成和评估仿真能力，能够满足大中城市对大范围路网、主干道路和重要交通节点的交通协调控制。新一代智能化交通控制系统是ITS的重点研究领域，本书重点论述新一代智能化交通控制系统理论和技术，包括交通控制基础理论、控制策略模型以及关键技术实现。

本书共分7章。第1章为绪论，介绍道路交通信号控制技术发展历程、特点和发展趋势，提出新一代智能化交通控制系统技术框架。第2～6章是本书的主体部分。第2章介绍交通控制相关状态获取技术，从实时交通流数据采集、融合到分析处理等层面提出技术实现途径。第3章介绍混合交通流控制策略和算法。在分析和评价灯控交叉口各种交通行为特征基础上，给出混合交通流条件下交通控制的策略和算法，控制策略包括一种四级分布式控制结构、控制模式自适应转换技术、多关键路口优化控制技术以及公交优先控制策略；优化算法包括单路口多目标优化算法、干线协调控制算法和区域协调控制算法。第4章介绍大范围战略控制技术，阐述城市道路网络动态纵向分层、横向区域划分等方法，探讨如何实现大范围战略控制。第5章介绍交通网络在线仿真技术，提出交通能量概念，给出交通网络在线仿真模型，阐述交通控制仿真优化技术。第6章介绍嵌入式交通信号控制机设计技术，包含基于高性能板上系统和总线结构的交通信号控制主板设计、基于高精度电流电压检测的信号灯控制板设计、多模式交通流参数检测板设计。第7章介绍智能化交通控制系统标准化技术，简述了道路交通信号控制机、道路交通
信号控制机与检测器间的通信协议、交通信号机与上位机间的数据通信协议的标准编制情况、内容、适用范围。
本书第1章由袁建华编写，第2章由张雷元、树爱兵、袁建华、赵永进编写，第3章由袁建华、赵永进、姚丹亚、李志恒编写，第4、5章由姚丹亚、李志恒编写，第6章由何广进、方学新、胡家彬编写，第7章由袁建华、徐棱、高玉春编写。本书根据主要撰写人承担完成的国家高技术研究计划（863计划）“新一代智能化交通控制系统技术”研究成果，并结合实践经验整理而成。
本书的撰写得到了公安部交通管理科学研究所、清华大学、北京市公安局公安交通管理局交通科研所等单位领导和有关同志的指导和关心，在此向所有支持人士一并表示衷心感谢！
交通控制新技术、新理论还处于不断发展与创新过程中，本书的一些内容也需不断进行完善。
由于水平有限，难免存在疏漏，敬请各位领导、同行和读者批评指正。
著者
2014年8月

袁建华，公安部交通管理科学研究所，研究员， 86年进入公安部交通管理科学研究所工作长期从事道路交通安全、交通控制与智能交通方面的科学研究、设计开发及工程实施等工作，，负责完成了“七五”、“九五”、“十五”、“十一五”国家重点科技攻关计划课题5个（自行车检测器、交通管理计算机辅助决策系统、具有我国自主知识产权面向ITS领域的核心软件等）、国家“863”课题1个（新一代智能化交通控制系统）以及科技部、公安部项目6个（公安交通指挥系统设计与建设技术规范、城市交通指挥中心动态数据分析方法等），负责完成国家道路交通安全科技行动计划课题1个（道路交通安全执法关键技术及大范围应用）。主持完成了6项国家或行业技术标准制修订。负责完成了10多个公安交通指挥系统的设计和项目管理工作。作为第一完成人，申请获得了7项国家发明或实用新型专利，在国内期刊上发表了30多篇学术论文。2004年1月起任研究员，先后获得国家科技进步二等奖1次，公安部科技进步二等奖3次，三等奖3项。2003年荣获全国公安科技先进个人，2004年享受公安部津贴，2008年享受国务院政府特殊津贴。

本书提出了适合我国大中城市交通特点的新一代交通控制系统结构、控制模式自适应转换方法、交通流优化与智能分析理论技术以及新一代交通控制系统技术标准体系，为实现跨系统、跨设备的资源和信息整合、协同控制消除了技术障碍。
本书共分7章。第1章绪论介绍道路交通信号控制技术发展历程、特点和发展趋势；第2章介绍交通控制相关状态获取技术；第3章介绍混合交通流控制策略和算法；第4章介绍大范围战略控制技术；第5章介绍交通网络在线仿真技术，提出交通能量概念；第6章介绍嵌入式交通信号控制机设计技术；第7章介绍智能化交通控制系统标准化技术。
本书可供道路交通管理部门、建设部门、科研机构和生产厂家等参考，也可作为交通类相关专业学生的教材或参考资料。

第1章 绪论
11新一代智能化交通控制系统概述
12新一代智能化交通控制系统技术框架
第2章 交通控制相关状态获取技术
21概述
22新型交通流实时采集技术与方法
221基于浮动车数据的交通流实时采集技术
222基于视频图像处理的交叉口交通流实时采集技术
23道路多源交通流分析和融合技术
231多源交通流数据级融合技术
232交通流信息预测技术
233道路交通状态识别技术
第3章 混合交通流控制策略和算法
31概述
32混合交通流交通行为分析与评价技术
321灯控路口违章过街行人和非机动车行为特性分析
322灯控路口直行机动车流行为特性分析和应用
323灯控路口右转机动车流行为特性分析和应用
33智能化区域交通协调控制技术
331分布式四级控制结构
332控制模式自适应技术
333多关键路口优化技术
334公交优先控制策略
335单路口多目标优化算法
336干线协调控制算法
337区域协调控制算法
第4章 大范围战略控制技术
41概述
42城市道路网络动态纵向分层技术
421城市道路网络纵向分层结构模型
422城市道路网络分层数据流模型
43城市道路网络横向区域划分技术
431交通控制子区划分影响因素
432交通控制基本参数
433交通控制子区划分基本参数
434基于请求响应的横向区域划分技术
435基于超图分割的横向区域划分技术
第5章 交通网络在线仿真技术
51概述
52交通能量
521交通能量概念
522交通能量定义
53路段交通能量模型
531路段交通参数分析
532单车道交通能量模型
54路口交通能量模型
541路口交通参数分析
542路口交通能量模型
55网络交通能量模型
551模型定义
552交通能量场概念
56交通网络建模
561网络的数学模型
562网络的关联矩阵分析
第6章 嵌入式交通信号控制机设计技术
61概述
62系统功能
63嵌入式主控单元设计
631硬件系统结构
632核心处理器、总线、操作系统选型
633可编程器件的应用
634多串口扩展芯片的应用
635控制方式的应用
636软件设计
64负载参数的高精度数字化检测技术
641高精度电流电压参数测量
642数字化高精度检测电路
643测量精度分析
644输出回路故障检测
65多模式交通流参数检测单元
651设计原理
652硬件设计
653软件设计
第7章 智能化交通控制系统标准化技术
71概述
72道路交通信号控制机
73道路交通信号控制机与检测器间的通信协议
74交通信号机与上位机间的数据通信协议
参考文献