視頻檢測技術應用于SCATS信號控制系統中的實證研究

邢天倫 張建輝

摘要;悉尼自適應交通控制系統（簡稱SCATS系統）是由澳大利亞新南威爾士州道路交通局開發的一套先進的城市信號交通控制系統。SCATS系統可以根據變化的交通狀況實時提出最佳的交通信號控制方案。由于系統方便易用、運行穩定、可擴展性強等特點在全球眾多國家的城市中被廣泛地使用。在我國的上海、廣州、天津、杭州、沈陽、蘇州、寧波等一二線城市也被大范圍地應用。

關鍵詞：視頻檢測系統;SCATS系統;交通信號控制

一、SCATS系統控制特點

SCATS系統具有以下特點

1.配時參數優化方法是一種實時方案選擇控制系統，信號周期和綠信比的實時選擇是以子系統的整體需要為出發點，即根據子系統內的關鍵交叉口的需要確定共用周期時長。交叉口的相應綠燈時間，按照各相位飽和度相等或接近的原則，確定每一相位綠燈占信號周期的百分比，隨著信號周期的調整，各相位綠燈時間也隨之變化;

2.檢測器安裝在停車線上，不需要建立交通模型，因此其控制方案不是基于交通模型的，因此系統根據類飽和度和綜合流量從既定方案中選擇信號控制參數，本質上是一種實時方案選擇系統;

3.周期、綠信比和相位差的優化是預先確定的多個方案中，根據實測的類飽和度值進行選擇;

4.系統可根據交通需求改變相序或跳過下一個相位，因而能及時響應每一個周期的交通需求。

二、SCATS系統對檢測器的要求

為了適應SCATS系統的控制要求，檢測器需要具備以下特點

1.需具有存在檢測功能。飽和度是SCATS系統方案選擇的一個重要參數，飽和度的準確性依賴于存在檢測功能，即在車輛駛入并停滯在檢測器上時檢測器需要持續輸出高電平信號，在車輛駛出檢測器時輸出低電平信號。

2.數據穩定。對于SCATS系統，數據的準確性和穩定性都非常重要，數據要在保持一定準確率的基礎上穩定輸出。

3.數據完整。對于SCATS路口，每個方向上的每條車道都需要布設檢測器，某條車道檢測器數據缺失將影響控制效果。

基于檢測器必須滿足的三個特性，考慮到成本的經濟性，地感線圈最初成為SCATS系統最主流的數據采集手段。但過去這些年，一方面，其他檢測方式如視頻圖像、雷達、地磁等在技術上發展迅速;另外一方面，由于我國城市頻繁的市政施工和人工成本的攀升，地感線圈損壞率和經濟性都使其優勢逐步喪失。

三、視頻檢測技術的特點

與地感線圈相比，視頻檢測器在安裝維護、信息豐富性等方面具有明顯的優勢。

1.安裝維護方便。視頻檢測器可以安裝在已有的信號燈桿、電子警察桿等桿件上，安裝維護不需要封閉和開挖道路。施工簡便迅速。

2.靈活性高。如果道路發生變化，視頻檢測器可以靈活地根據新的道路情況增加或減少虛擬檢測區，不增加任何成本。

3.檢測范圍大。每臺視頻檢測器可以檢測1-6條車道。

4.直觀可視。檢測結果可以通過視頻圖像即刻驗證，所見即所得。

5.檢測信息豐富。視頻檢測器可以采集車輛存在、車流量、車速、車間距等豐富的交通數據。

四、視頻檢測器的實證測試

視頻檢測器雖然有許多優點，但其受光線條件和惡劣天氣影響的問題也令最終用戶十分顧慮，因為SCATS信號控制系統不僅涉及路口通行效率還會影響路口安全。為此我們選擇了一個SCATS路口進行了為期3個月的實地測試。

1.測試時間：2020年1月5日-2020年4月4日。

2.測試地點：某SCATS路口一條2車道的進口道路

3.測試信號機型：TycoEclipse

4.測試方法：以同車道地感線圈檢測數據為對比基準，視頻檢測器的數據detector7和detector6分別對應地感線圈的detector3和detector4。地感線圈和視頻檢測器的I/O輸出均接入Eclipse信號機。

五、測試發現

1.設備穩定性：在3個月的測試過程中，有13天出現降雨，占比約14%。整個測試過程中，視頻檢測器沒有出現數據缺失現象，設備運行十分穩定。

2.檢測精度：

（1）車流量：我們隨機抽取了2020年3月9日-3月15日為期1周每天24小時實時對比數據，車流量統計間隔60分鐘，以此計算視頻檢測器的誤差率。

誤差率=（視頻流量總計-線圈流量總計）/線圈總計*100%。

7天共計得到168個誤差率，誤差率平均值為8.85%，即視頻檢測器的平均準確率達91.15%。

從下面以5分鐘為統計間隔的流量對比曲線可以看出兩種檢測設備的走勢吻合度非常高。

3月9日流量曲線圖對比

3月10日流量曲線圖對比

（2）飽和度：

同時我們隨機抽出對比了地感線圈和視頻檢測器飽和度的數據來計算誤差率。

誤差率=（視頻ADS值-線圈ADS值）/線圈ADS值*100%。我們得出的誤差率僅為2.29%，即飽和度的準確率高達97.71%。

六、實例應用

浦東新區信號燈自適應控制系統改造一期工程1標段的滬南公路（橫橋路-觀海路）沿線59個路口安裝了視頻檢測技術，視頻檢測技術應用于SCATS信號控制系統中運行1年來，滿足信號控制自適應系統要求，可靠性和穩定性達到設計要求。

七結束語

隨著人工智能技術的發展，視頻檢測技術的功能越來越強大，可以實現諸如更精準的車型分類等功能，使得視頻檢測器在交通信號控制的應用前景更加廣闊。

參考文獻：

[1]張力勝.PLC控制十字交通燈的設計D].礦業科學技術，2005，33（2）.

[2]陳傳明等，智能交通信號燈配時及優化設計0].微機發展，2005，15（3）.