視頻檢測技術(shù)應(yīng)用于SCATS信號控制系統(tǒng)中的實證研究

邢天倫 張建輝

摘要;悉尼自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)（簡稱SCATS系統(tǒng)）是由澳大利亞新南威爾士州道路交通局開發(fā)的一套先進(jìn)的城市信號交通控制系統(tǒng)。SCATS系統(tǒng)可以根據(jù)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(tǒng)方便易用、運(yùn)行穩(wěn)定、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)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(yīng)用。

關(guān)鍵詞：視頻檢測系統(tǒng);SCATS系統(tǒng);交通信號控制

一、SCATS系統(tǒng)控制特點(diǎn)

SCATS系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)

1.配時參數(shù)優(yōu)化方法是一種實時方案選擇控制系統(tǒng)，信號周期和綠信比的實時選擇是以子系統(tǒng)的整體需要為出發(fā)點(diǎn)，即根據(jù)子系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵交叉口的需要確定共用周期時長。交叉口的相應(yīng)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(diào)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(tǒng)根據(jù)類飽和度和綜合流量從既定方案中選擇信號控制參數(shù)，本質(zhì)上是一種實時方案選擇系統(tǒng);

3.周期、綠信比和相位差的優(yōu)化是預(yù)先確定的多個方案中，根據(jù)實測的類飽和度值進(jìn)行選擇;

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

二、SCATS系統(tǒng)對檢測器的要求

為了適應(yīng)SCATS系統(tǒng)的控制要求，檢測器需要具備以下特點(diǎn)

1.需具有存在檢測功能。飽和度是SCATS系統(tǒng)方案選擇的一個重要參數(shù)，飽和度的準(zhǔn)確性依賴于存在檢測功能，即在車輛駛?cè)氩⑼跈z測器上時檢測器需要持續(xù)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(shù)據(jù)穩(wěn)定。對于SCATS系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都非常重要，數(shù)據(jù)要在保持一定準(zhǔn)確率的基礎(chǔ)上穩(wěn)定輸出。

3.數(shù)據(jù)完整。對于SCATS路口，每個方向上的每條車道都需要布設(shè)檢測器，某條車道檢測器數(shù)據(jù)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(jīng)濟(jì)性，地感線圈最初成為SCATS系統(tǒng)最主流的數(shù)據(jù)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(dá)、地磁等在技術(shù)上發(fā)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(jīng)濟(jì)性都使其優(yōu)勢逐步喪失。

三、視頻檢測技術(shù)的特點(diǎn)

與地感線圈相比，視頻檢測器在安裝維護(hù)、信息豐富性等方面具有明顯的優(yōu)勢。

1.安裝維護(hù)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(hù)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(fā)生變化，視頻檢測器可以靈活地根據(jù)新的道路情況增加或減少虛擬檢測區(qū)，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(jié)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(shù)據(jù)。

四、視頻檢測器的實證測試

視頻檢測器雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，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(tǒng)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(jìn)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(diǎn)：某SCATS路口一條2車道的進(jìn)口道路

3.測試信號機(jī)型：TycoEclipse

4.測試方法：以同車道地感線圈檢測數(shù)據(jù)為對比基準(zhǔn)，視頻檢測器的數(shù)據(jù)detector7和detector6分別對應(yīng)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(jī)。

五、測試發(fā)現(xiàn)

1.設(shè)備穩(wěn)定性：在3個月的測試過程中，有13天出現(xiàn)降雨，占比約14%。整個測試過程中，視頻檢測器沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象，設(shè)備運(yùn)行十分穩(wěn)定。

2.檢測精度：

（1）車流量：我們隨機(jī)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(shù)據(jù)，車流量統(tǒng)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(zhǔn)確率達(dá)91.15%。

從下面以5分鐘為統(tǒng)計間隔的流量對比曲線可以看出兩種檢測設(shè)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(jī)抽出對比了地感線圈和視頻檢測器飽和度的數(shù)據(jù)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(zhǔn)確率高達(dá)97.71%。

六、實例應(yīng)用

浦東新區(qū)信號燈自適應(yīng)控制系統(tǒng)改造一期工程1標(biāo)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(shù)，視頻檢測技術(shù)應(yīng)用于SCATS信號控制系統(tǒng)中運(yùn)行1年來，滿足信號控制自適應(yīng)系統(tǒng)要求，可靠性和穩(wěn)定性達(dá)到設(shè)計要求。

七結(jié)束語

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，視頻檢測技術(shù)的功能越來越強(qiáng)大，可以實現(xiàn)諸如更精準(zhǔn)的車型分類等功能，使得視頻檢測器在交通信號控制的應(yīng)用前景更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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