基于MATLAB的SCATS數據分析

司先平，管燕萍

0 引言

近年來，隨著中國經濟突飛猛進的發展，人民生活水平普遍提高，道路擁堵問題已成為城市交通面臨的突出問題。目前，中國很多城市都采用SCATS系統來對城市交通主干線進行控制。SCATS系統雖然能在一定程度上提高主干線的運行效率，改善主干線的運行情況，但是該系統的輸出數據過于龐大復雜，并不利于人們簡單方便的分析實時交通數據，這就為人們的研究工作帶來了一定的困難。MATLAB軟件具有強大的數值處理功能，運用MATLAB來對SCATS系統的輸出數據進行分析研究，有助于人們更好的研究城市智能交通領域的相關問題。本文將結合上海市蓮花路上幾個相鄰的交叉路口的實例來介紹運用matlab處理SCATS數據的方法。

1 軟件介紹

1.1 MATLAB仿真軟件介紹

MATLAB軟件全稱為Matrix Laboratory，該仿真軟件是一款由美國mathworks公司發布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境。MATLAB軟件是當今最優秀的科技應用軟件之一，具有強大的科學計算能力和可視化功能，尤其擅長進行矩陣運算。MATLAB是一種科學與工程計算的高級語言，允許用數學形式的語言編寫程序，其程序編寫簡單，編程效率高。MATLAB主要具有以下特點。

（1）超強的數值運算功能。MATLAB功能強大，具有數值計算和符號計算、計算結果和編程可視化、數學和文字統一處理、離線和在線計算等功能。

（2）界面友善、語言自然。MATLAB以復數處理作為計算單元，指令表達與標準教科書的數學表達式相近。

（3）程序可移植性好，開放性強。該公司本身就推出了30多個應用工具箱，而世界上超過200家公司開發出與MATLAB兼容的第三方產品，這些產品向用戶提供更多的工具箱、模塊集、與其他商業產品的接口等。

1.2 SCATS系統介紹

SCATS(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)是悉尼交通自適應協調系統。開發起始時間為七十年代初期。目前的規模為悉尼2500多個路口的自適應區域控制。同時在世界范圍內多個國家和地區如新西蘭、東南亞、中國、美國、愛爾蘭等70多個城市與地區使用。在中國包括上海、天津、寧波、沈陽、杭州等城市都在使用。SCATS系統在某些方面優于英國SCOOT系統，而且以其較低的投入受到各國特別是發展中國家的歡迎。計算機交通控制系統及近幾年發展起來的智能交通系統，通過運用計算機及通訊等高科技來解決交通組織及交通信息管理的問題。它可以實現對交通的復雜控制，滿足人們對交通的各種控制方案的要求，是現代交通管理中不可缺少的重要手段。SCATS系統所提供的功能，基本上體現了當前交通控制系統研究開發的技術成果。

SCATS系統的功能主要有以下8個方面：

1) 交通信息（數據）的實時采集和統計分析。

2) 實現對交通流的自適應最佳控制。根據不變化的交通狀況實時提出最佳的控制方案，保證交通的暢通、快速和安全。

3) 提供“綠波帶”及緊急車輛優先通行權。

4) 提供公交車輛優先通行權。

5) 提供交通信號燈人工操作功能。

6) 提供野外工作終端。可以將便攜式個人計算機連接到任何一個路口交通信號機，從而進入整個SCATS系統。

7) 進行系統技術監察、故障診斷和記錄。

8) 遠程維護。可以電話撥號方式將計算機連入SCATS系統，進行操作維護。

2 數據處理實例

本文中的車流量、相位順序等一系列數據均來源于上海市蓮花南路干線古龍路至古美路段五個交叉路口的真實SCATS數據，海市蓮花南路干線古龍路至古美路段5個交叉路口，如圖1所示：

圖1 蓮花路交叉路口示意圖

原始的SCATS數據存儲在xlsx格式的excel文件中，如圖2所示：

圖2 xlsx格式的excel文件中 SCATS數據

需要將xlsx格式的數據文件導入到MATLAB工作空間中，再進行數據處理。通過在MATLAB文件中編寫相關程序，可以得到每個交叉路口的流量變化、綠信比、綠燈時間、流量比率值、飽和度以及直行比例系數等變化的特性。本文以顧戴路-蓮花路為例，給出MATLAB處理SCATS數據的仿真結果顧戴路-蓮花路的數據分析結果，如圖3所示：

圖3 顧戴路-蓮花路的數據分析結果

顧戴路-蓮花路的轉彎比例，如圖4所示：

圖4 顧戴路-蓮花路的轉彎比例

顧戴路-蓮花路的流量數據，表1所示：

表1 顧戴路-蓮花路的流量數據

應用 MATLAB軟件對選取的五個交叉路口的 SCATS數據都進行分析處理后，即可獲取每個交叉口的各個參數，進而為后續的研究工作奠定基礎。由于其他路口的 SCATS數據處理方式相同，在此就不重復介紹。對蓮花南路干線古龍路至古美路段五個交叉路口都進行分析后可知，顧戴路、平陽路為四相位放行方式，古美路為三相位放行方式，古龍路、平吉路為兩相位放行方式。古龍路采用定時控制方式，平吉路、顧戴路、平陽路和古美路均采用感應控制方式。同時，還可得到每個交叉路口各個相位的綠燈時間以及車流量等數據。

3 總結

本文通過應用MATLAB軟件，對上海市蓮花南路干線古龍路至古美路段 5個交叉路口的 SCATS數據進行了分析。MATLAB的仿真結果輸出了每個交叉路口的流量變化、綠信比、綠燈時間、流量比率值、飽和度以及直行比例系數等變化的特性。通過MATLAB軟件對SCATS數據進行分析處理，使得原本繁瑣復雜的SCATS數據有了比較直觀的體現，從而為后續的研究奠定了良好的基礎。運用MATLAB軟件對SCATS數據進行分析處理具有很強的應用意義。

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