基于MATLAB的SCATS數(shù)據(jù)分析

司先平，管燕萍

0 引言

近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人民生活水平普遍提高，道路擁堵問(wèn)題已成為城市交通面臨的突出問(wèn)題。目前，中國(guó)很多城市都采用SCATS系統(tǒng)來(lái)對(duì)城市交通主干線進(jìn)行控制。SCATS系統(tǒng)雖然能在一定程度上提高主干線的運(yùn)行效率，改善主干線的運(yùn)行情況，但是該系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)過(guò)于龐大復(fù)雜，并不利于人們簡(jiǎn)單方便的分析實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)，這就為人們的研究工作帶來(lái)了一定的困難。MATLAB軟件具有強(qiáng)大的數(shù)值處理功能，運(yùn)用MATLAB來(lái)對(duì)SCATS系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，有助于人們更好的研究城市智能交通領(lǐng)域的相關(guān)問(wèn)題。本文將結(jié)合上海市蓮花路上幾個(gè)相鄰的交叉路口的實(shí)例來(lái)介紹運(yùn)用matlab處理SCATS數(shù)據(jù)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(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。MATLAB軟件是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算能力和可視化功能，尤其擅長(zhǎng)進(jìn)行矩陣運(yùn)算。MATLAB是一種科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，允許用數(shù)學(xué)形式的語(yǔ)言編寫(xiě)程序，其程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單，編程效率高。MATLAB主要具有以下特點(diǎn)。

（1）超強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算功能。MATLAB功能強(qiáng)大，具有數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算、計(jì)算結(jié)果和編程可視化、數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理、離線和在線計(jì)算等功能。

（2）界面友善、語(yǔ)言自然。MATLAB以復(fù)數(shù)處理作為計(jì)算單元，指令表達(dá)與標(biāo)準(zhǔn)教科書(shū)的數(shù)學(xué)表達(dá)式相近。

（3）程序可移植性好，開(kāi)放性強(qiáng)。該公司本身就推出了30多個(gè)應(yīng)用工具箱，而世界上超過(guò)200家公司開(kāi)發(fā)出與MATLAB兼容的第三方產(chǎn)品，這些產(chǎn)品向用戶提供更多的工具箱、模塊集、與其他商業(yè)產(chǎn)品的接口等。

1.2 SCATS系統(tǒng)介紹

SCATS(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)是悉尼交通自適應(yīng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)起始時(shí)間為七十年代初期。目前的規(guī)模為悉尼2500多個(gè)路口的自適應(yīng)區(qū)域控制。同時(shí)在世界范圍內(nèi)多個(gè)國(guó)家和地區(qū)如新西蘭、東南亞、中國(guó)、美國(guó)、愛(ài)爾蘭等70多個(gè)城市與地區(qū)使用。在中國(guó)包括上海、天津、寧波、沈陽(yáng)、杭州等城市都在使用。SCATS系統(tǒng)在某些方面優(yōu)于英國(guó)SCOOT系統(tǒng)，而且以其較低的投入受到各國(guó)特別是發(fā)展中國(guó)家的歡迎。計(jì)算機(jī)交通控制系統(tǒng)及近幾年發(fā)展起來(lái)的智能交通系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)及通訊等高科技來(lái)解決交通組織及交通信息管理的問(wèn)題。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的復(fù)雜控制，滿足人們對(duì)交通的各種控制方案的要求，是現(xiàn)代交通管理中不可缺少的重要手段。SCATS系統(tǒng)所提供的功能，基本上體現(xiàn)了當(dāng)前交通控制系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)成果。

SCATS系統(tǒng)的功能主要有以下8個(gè)方面：

1) 交通信息（數(shù)據(jù)）的實(shí)時(shí)采集和統(tǒng)計(jì)分析。

2) 實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流的自適應(yīng)最佳控制。根據(jù)不變化的交通狀況實(shí)時(shí)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(chē)輛優(yōu)先通行權(quán)。

4) 提供公交車(chē)輛優(yōu)先通行權(quán)。

5) 提供交通信號(hào)燈人工操作功能。

6) 提供野外工作終端?？梢詫⒈銛y式個(gè)人計(jì)算機(jī)連接到任何一個(gè)路口交通信號(hào)機(jī)，從而進(jìn)入整個(gè)SCATS系統(tǒng)。

7) 進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)察、故障診斷和記錄。

8) 遠(yuǎn)程維護(hù)?？梢噪娫挀芴?hào)方式將計(jì)算機(jī)連入SCATS系統(tǒng)，進(jìn)行操作維護(hù)。

2 數(shù)據(jù)處理實(shí)例

本文中的車(chē)流量、相位順序等一系列數(shù)據(jù)均來(lái)源于上海市蓮花南路干線古龍路至古美路段五個(gè)交叉路口的真實(shí)SCATS數(shù)據(jù)，海市蓮花南路干線古龍路至古美路段5個(gè)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shù)據(jù)

需要將xlsx格式的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到MATLAB工作空間中，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通過(guò)在MATLAB文件中編寫(xiě)相關(guān)程序，可以得到每個(gè)交叉路口的流量變化、綠信比、綠燈時(shí)間、流量比率值、飽和度以及直行比例系數(shù)等變化的特性。本文以顧戴路-蓮花路為例，給出MATLAB處理SCATS數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果顧戴路-蓮花路的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，如圖3所示：

圖3 顧戴路-蓮花路的數(shù)據(jù)分析結(jié)果

顧戴路-蓮花路的轉(zhuǎn)彎比例，如圖4所示：

圖4 顧戴路-蓮花路的轉(zhuǎn)彎比例

顧戴路-蓮花路的流量數(shù)據(jù)，表1所示：

表1 顧戴路-蓮花路的流量數(shù)據(jù)

應(yīng)用 MATLAB軟件對(duì)選取的五個(gè)交叉路口的 SCATS數(shù)據(jù)都進(jìn)行分析處理后，即可獲取每個(gè)交叉口的各個(gè)參數(shù)，進(jìn)而為后續(xù)的研究工作奠定基礎(chǔ)。由于其他路口的 SCATS數(shù)據(jù)處理方式相同，在此就不重復(fù)介紹。對(duì)蓮花南路干線古龍路至古美路段五個(gè)交叉路口都進(jìn)行分析后可知，顧戴路、平陽(yáng)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(shí)控制方式，平吉路、顧戴路、平陽(yáng)路和古美路均采用感應(yīng)控制方式。同時(shí)，還可得到每個(gè)交叉路口各個(gè)相位的綠燈時(shí)間以及車(chē)流量等數(shù)據(jù)。

3 總結(jié)

本文通過(guò)應(yīng)用MATLAB軟件，對(duì)上海市蓮花南路干線古龍路至古美路段 5個(gè)交叉路口的 SCATS數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。MATLAB的仿真結(jié)果輸出了每個(gè)交叉路口的流量變化、綠信比、綠燈時(shí)間、流量比率值、飽和度以及直行比例系數(shù)等變化的特性。通過(guò)MATLAB軟件對(duì)SCATS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，使得原本繁瑣復(fù)雜的SCATS數(shù)據(jù)有了比較直觀的體現(xiàn)，從而為后續(xù)的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)SCATS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理具有很強(qiáng)的應(yīng)用意義。

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