信号与控制

关键词：

信号与控制（精选十篇）

信号与控制 篇1

一、电子通信信号干扰控制特征简析

由于电子通信采用不同的方式和不同网络来满足各种各样不同的需求, 而干扰控制技术又与网络密不可分, 电子通讯的种类和范围不断发展, 造成了电子干扰与控制的不断发展。电子通信信号的干扰与控制主要特征体现在多维的控制和多层次的控制上, 也就是平常所理解的全方位多层次的控制[1]。车载电子系统的主要特征如下:电路开启比较频繁, 对数据比较敏感, 覆盖的电子信号频率范围比较广泛。自从2006年以后美国开始着手制定关于车载系统标准化的一些规定, 使得车载电子设备有了新的特点:电路的开启不再像以前那么频繁, 人们在不使用车载电子设备时可以让其处于待机或休眠状态而无需关闭它;对数据更加敏感, 新的车载电子系统更加敏感电子信号, 对电子信号的区分度很强, 原来很可能由于区分度不高而漏掉的电子信息, 现在全部能够捕捉到得到;覆盖范围更加广泛, 现在的覆盖范围基本可以达到原来的二倍, 真正实现了大数据的采集, 使用户在车上就能够收集到大量的有用信息。

二、通信干扰与控制的种类简介

2.1.硬件设施的干扰及其控制简介

1、硬件设施干扰因素。一般情况下, 电子通讯信号发生故障无法正常工作时, 首先应该想到的是检查相应的硬件设施有没有损坏[2]。一般硬件设施的问题主要从三个方面来考虑:第一, 发射源的问题, 检查相应的发射信号装置是否损坏。第二, 网络连接介质问题, 这是一个中间连接装置的问题, 如果中间传递信号的环节发生破坏, 信号将无法正常传递。详细的电子通讯的三个环节见图1电子通讯装置图。

2、硬件设施干扰的控制措施。解决硬件设施造成的电子通信信号干扰问题, 一般来说需要逐个排除硬件设施的问题, 首先是接收装置的检查, 这是最容易接触到的地方, 也是最容易发现问题的地方。接下来是中间传输介质的检查, 这个需要借助一定的电子设备, 检查方法也有一定的技术含量。最后一个是发射装置的检查, 这个需要专业的公司和专业的技术人员来检查, 一般人员无法操作。

2.2相关配置产生的干扰及其控制简介

1、配置产生干扰的因素。在实际中, 大部分的电子通信讯号被干扰, 并不是硬件设备的问题, 很多情况下是相关配置的问题。2、相关配置干扰的控制措施。首先判断是不是硬件设施的问题, 一般情况下如果发现借助网线等通讯介质可以获得电子通讯的信号, 而拔掉网线, 凭借无线介质却难以实现对电子信号的获取, 基本可以判定是相关配置干扰的问题。此时一般采用以下两种方法来控制解决:无线终端测试方法, SSID修改法。

三、干扰控制效果的因素分析

3.1周边的其他无线电设备

无线电设备的干扰与控制主要是通过其他无线电设备来实现的, 众所周知, 不同的无线电设备和电子通信信号都会有或多或少的干扰, 所以如果电子通信的干扰与控制项目附近有大量的无线电设备, 干扰控制效果必定会受到影响[3]。

3.2操作人员的技术及从业精神

再好的机器设备也难以全自动化及智能化, 还是会需要相关技术人员的操作和监管, 如果操作人员的技术不熟练甚至手生则可能会造成技术原因导致设备工作效率不高, 进而影响干扰控制效果。当然仅有娴熟的技术还是不够的, 从业人员还需要有一个对工作负责的心态, 只有这样, 他才会全身心的投入到工作中, 认真操控和监管相应设备的工作状态, 使得干扰控制能够取得良好的效果。

四、总结

本文系统的分析了电子通讯信号遭到干扰的各种可能因素以及相应的解决措施, 希望对广大使用电子通讯的人们以及公司和机关提供有用的帮助, 使得电子通讯技术能够更好地造福社会, 服务人类。

参考文献

[1]唐新灿.浅谈电子通讯中接入点的定位规划[J].电脑知识与技术2010 (24) :10-11

[2]陈国先.电子通讯室内信号干扰因素分析及处理[J].湖南工业大学学报, 2011 (03) :5-16

信号与控制 篇2

提出了一种基于模糊逻辑的交叉口信号控制算法,并通过对相位顺序进行优化,获得了更好的控制效果.与传统的.信号模糊控制算法相比,该算法具有相位组合灵活、延误时间小等优点,能够有效解决交通流不平衡的问题,更适应城市交叉口实时变化的交通状况.仿真研究表明:该控制算法能够大大减少车辆延误时间,是进行城市智能交通控制的一种实用且行之有效的方法.

作 者：臧利林 贾磊 林忠琴 ZANG Li-lin JIA Lei LIN Zhong-qin 作者单位：臧利林,贾磊,ZANG Li-lin,JIA Lei(山东大学,控制科学与工程学院,山东,济南,250061)

林忠琴,LIN Zhong-qin(济南市公安局交警支队,山东,济南,250100)

信号与控制 篇3

【关键词】V/UHF通信技术 信号基带电路设计 控制软件设计

一、V/UHF通信技术概述

WUHF通信技术也称为多频段信号传播技术，是现代科技水平逐步发展下的高度信号分配管理措施，这种信号管理措施通过对信号进行数字化智能分析，将信号分层不同的三分波段，分别接收来自不同信号传感器的信息，为信息资源的更新提供了充足的数据保障。V/UHF通信技术被广泛应用到现代科技产品中，例如：液晶电视，手机客户端等多种科技产品中。V/UHF通信技术能够被广泛应用是有它自身的特点决定的，第一，V/UHF通信技术能够将信号进行切分，降低了信号受干扰的程度，保障了信号的额完整性；第二，V/UHF通信技术能够实现对检测信号的软件和硬件的综合串行应用，提高了通讯的科技性和专业化水平，促进我国通讯事业的逐步发展。

二、V/UHF通信背景信号基带电路设计

V/UHF通信背景下信号基带电路的设计是促进我国现代信息技术应用与发展的重要技术手段之一，是促进我国通信技术进一步的重要体现，V/UHF通信背景下信号基带电路的理念主要是采用数字信号加密系统将信号进行分段管理，保障信号接收的强度和信号应用之间的灵活程度，实现通信资源管理全面性综合性发展；V/UHF通信背景下信号基带电路的设计结构主要从信号存储器、信号基带电路结构和基带电路编程人手进行分析，这三方面中包含了V/UHF通信背景中信号基带设计的各个基础组成部分，从信号数据存储、信号输送信号以及数据信息操作控制等多方面进行数据管理，实现V/UHF通信背景下基带电路设计的实用性。

三、V/UHF通信背景信号控制软件设计

1、控制软件的数据系统设计。V/UHF通信背景下对信号控制软件的设定是为了提高通信信号的强度，为信号连接提供不同层次的数据信号来源，保障数字化环境中不同环境系统的正常运转，V/UHF通信背景下信号控制设计首先采用SQL应用系统对信号数据资源管理进行数据资源沟通，实现V/UHF通信背景下对不同层次的信号进行合理化切分和补充，实现信号资源应用在不同波段下数据资源的相互转化，即背景信号数据库典型的对FH、VFH、UHF进行信号转化。例如，在V/UHF通信背景首先应用SQL数据系统编程技术收集到的信号资源进行信息资源编程设计，然后按照输出方式分别归类到FH、VFH、UFH数据信号之下，当FH波段的数据信息不稳定时，产品智能化系统进行自动调节将信号段调节在VFH波段下，当VFH波段下的信号数据资源不稳定时，则会自动调节到UFH波段下，从而保障V/UHF通信背景下信号供应的正常运转。

2、V/UHF信号分层控制。V/UHF通信信号分层控制是设计人员在进行软件程序设定时将SQL综合管理下的数据资源进行数据分类管理，即以FH、VFH、UHF为代表的不同信号数据管理层次，在同一设备中不同信号管理程序下实现数据信号管理层次管理，保障FH、VFH、UHF接收到的信号资源管理信号之间的信号互不干扰，并且可以在一定条件下进行数据资源管理互补应用。

3、IP地址的网络地理外置设定。V/UHF通信背景下对信号控制软件设计的一部分，在设计控制软件过程中设定IP应用范围，提高了信号应用的强度，从而实现数据互联网数据信号应用管理中通信信号管理的综合性发展。此外，设定IP地址的网络地理位置设定也是在结合GPS技术基础上进行综合信号应用管理，GPS能够实现对用户V/UHF通信信号强度的准确定位，增强V/UHF通信中不同波段的信号之间的自由转换，同时IP地址网络地理位置设定也能够用户使用范围内的信号资源进行信号强度保护，提高信息通信强度，推进我国通信技术的创新应用。

四、V/UHF通信背景下信号基带电路与控制软件的应用

第一，对V/UHF通信背景下信号基带电路的检测主要侧重对信号基带中对信号存储能力的检测。当V/UHF通信背景下有相应数据信号进行传输时，线号基带线路能够在SQL的数据信息资源操作下将数据进行综合划分存储，并且存储的信号资源具有较强的抗干扰能力，能够保障数据资源的顺利传输控制；第二，V/UHF通信背景下对控制软件的应用检测主要是对信号传输中不同控制部分发挥的实际作用进行测试。信号控制软件将从信号基带电路中接收到的信号资源进行数据再分配，然后经由GPS与IP地址顺利输送到用户应用产品上，完成信号传输的周期活动。

信号与控制 篇4

公交优先控制自20世纪60年代被提出以来, 已被广泛应用于单交叉口信号控制中。公交优先控制在交叉口给予公交车时间上的优先通行权, 从而达到减少公交车延误、系统人均延误等目的。公交优先控制在单交叉口中得到了有效的应用, 但在线控系统、面控系统中的应用还很少, 主要原因是公交信号优先与绿波控制的相互冲突, 绿波控制力图使更多的社会车辆通过交叉口, 而公交优先试图使有优先申请的公交车优先通过交叉口, 公交优先牺牲了社会车辆的通行权, 因此, 要推广应用优先控制于线控系统或面控系统中, 必须二者协调, 尽量使公交优先措施不破坏或少破坏联动信号。同时, 为提高公交准点率而实施的优先措施可在线控系统主线上不同交叉口中实施 (如主线上游交叉口直行公交的优先申请可由下游交叉口实现) , 因此, 必须考虑公交优先在不同交叉口间的协调, 选择尽可能少影响社会车辆通行的优先策略及其实施交叉口。

公交优先措施自身的协调及其与绿波控制的协调是绿波控制中实施公交优先应解决的两个关键问题, 现状研究主要是针对如何协调二者开展研究的, 如:Dion等[1]、Chen[2]、邹智军[3]分析了公交优先对线控系统整体性能的影响;马万经等提出了交叉口群公交优先协调控制方法, 对早到和晚点公交车分别实施优先控制[4];Duerr设计了DARVIN (Dynamic Allocation of Right-of-way for transit Vehicles In urban Networks) 公交优先控制系统来提供公交绿波[5], 该系统类似于SCOOT等控制系统[6];Balke等建议了一个尽量少影响线控系统绿波的优先方法, 其优先对象限于主线公交车[7];Dion[6]、Shen等[8]建立了信号联动与公交优先的分散控制模型;Vasudevan设计了一个三层线控系统, 在实施公交优先的同时最大化绿波带宽和最优化信号配时[9]。但是, 在二者协调的研究中, 尚未建立充分考虑二者协调的控制模型;也未考虑优先措施在不同交叉口间的协调问题, 均忽略了公交优先对社会车辆绿波的影响。而且, 研究的公交绿波系统的绿波利用率低 (由于公交停靠时间的不确定性, 按公交车行程时间确定的公交绿波带, 不一定能被公交车利用, 更不一定能被社会车辆利用) ;分散控制系统无法实现绿波交通, 系统控制的稳定性也无法保证;分层控制系统采用由上层 (系统) 到下层 (局部) 的决策形式, 未考虑下层决策对上层决策的反作用 (如下层决策确定的绿信比、周期会影响上层的共用周期) 。

本文发展一种线控系统自适应协调控制方法, 该方法与已有方法存在三方面的不同:①构建两层递阶控制结构, 实现公交信号优先与绿波控制的协调;②建立公交信号优先的协调规则, 使不同流向、不同交叉口的优先措施相互协调;③考虑公交信号优先对绿波的影响:优先完成后恢复原信号方案, 相位相序不变, 只减少被优先相位的绿信比。

1 控制结构与流程

为实现公交优先线控系统的两个协调, 即公交优先措施在沿线交叉口的协调、公交优先与绿波控制的协调, 本文根据大系统的分解协调思想, 设计了线控系统的两级递阶控制结构 (如图1) 。

图1中协调级根据交叉口主次道路交通流状况、配时参数确定共用周期、相位差;然后根据各交叉口交通饱和度、优先申请的紧急度等指标决定是否批准各交叉口的优先申请。控制级由n个结构相似的交叉口控制器组成, 每个控制器根据交叉口各进口车流决定交叉口信号控制的绿信比, 然后根据公交满载率、准点情况、到达时刻绿灯显示情况等提出优先申请。协调级和控制级相互联系、相互影响:协调级将共用周期、相位差、公交优先等信息传递给控制级;控制级则根据共用周期、相位差、主次道路车流状况进行相位优化和配时优化, 执行协调级的优先策略, 提出优先申请, 并将相位方案、配时参数、优先申请等信息反馈给协调级, 协调级依此信息及时调整。

根据控制系统结构, 设计控制流程如图2所示。

图2所示控制流程可描述如下:

Step 1: 到达车辆的检测与预测、设定初始共用周期和相位差。

Step 2: 各交叉口根据预测交通流、共用周期、相位差, 优化相位方案和信号配时。

Step 3: 各交叉口根据公交车的实时检测与预测, 提出优先申请。

Step 4: 协调级根据各交叉口相位方案和配时、交通流状况, 优化确定共用周期和相位差。

Step 5: 协调级根据各交叉口的优先申请、交叉口饱和度和优先紧急度, 协调确定公交优先措施。

Step 6: 判断1。如果协调级参数和控制级参数均满足收敛性准则, 则转Step 7, 否则返回Step 2。

Step 7: 判断2。如果优先措施严重影响了各交叉口的信号配时 (如果是公交车队优先, 则认为优先严重影响了信号配时; 如果仅1辆公交车优先, 信号配时则保持不变) , 则返回Step 2, 否则转Step 8。

Step 8: 各交叉口执行配时方案、公交优先方案, 并在执行公交优先方案后恢复原信号方案和配时, 返回Step2。

该控制流程包含三个反馈:第一个考虑控制级绿信比和协调级共用周期、相位差相互影响的关系, 实现线控系统配时参数的协调优化;第二个考虑优先措施对信号配时参数的影响, 实现公交信号优先与信号配时的协调;第三个是闭环控制的反馈。

该控制流程包含了以下几个关键问题:构建怎样的公交信号优先条件;如何选择优先措施;如何协调交叉口的优先措施;如何优化确定线控系统的配时参数。以下分别阐述这些问题。

2 公交优先条件及优先策略选择

一般地, 优先的公交车为高载客率晚点公交车, 这种优先条件没有考虑公交优先是否能带来系统效用, 因此, 本文增加了公交优先的效用条件, 这些优先条件归纳为:

①晚到条件:tijk-t′ijk>Laccept (1)

②满载率条件:cijk/cmax>Rmin (2)

③效用条件: fpb-fps>0 (3)

④当前相位条件:在绿灯条件下到达的公交车不需要优先, 否则可考虑优先。

式中, tijk、t′ijk分别为进口i流向j第k辆公交车预测和准点到达时间, Laccept为可接受的晚点时间, cijk、cmax为公交车实际和最大载客量, Rmin为优先公交的载客率下限, fpb、fps分别为p相公交优先产生的正负效用。

若采用人总延误来计算效用, 因公交优先, 公交车和同相社会车辆的延误将减少, 故p相公交优先效用fpb为

$f{}_{pb}=r{\displaystyle \sum _k{\displaystyle \sum _{j,ij\in p}[}}d{}_{ijkG{}_p}(c{}_{ijk}+W{}_{ijk})+Bd{}_{sijG{}_p}G{}_{ep}](4)$

未优先车辆负效用为未优先公交车和社会车辆增加的延误, 未优先公交车增加的延误$D{}_1=({\rm T}-G{}_{{\rm P}}){\displaystyle \sum _{i,j}{\displaystyle \sum _{k}D}}{}_{ijk{\rm P}}c{}_{ijk}$, 社会车辆增加的延误D2= (T-GP) BDsijP, 因此有

$f{}_{ps}=D{}_1+D{}_2(5)$

其中, r为公交优先减少的等待时间, Gp为p相绿灯时间和黄灯时间之和, Gep为p相有效绿灯时长, Wijk为晚到公交车的社会影响价值系数, dijkGp (=1或0) 表示Gp时段内第k辆公交车是否离开, dsijGp为Gp时段内社会车辆离开率, B为社会车辆平均载客数, T为周期 (共用周期) , DijkP (DsijP) 表示非优先相位P绿时的减少而延误的第k辆公交车 (社会车辆数) 。

当晚到条件、载客率条件、效用条件和相位条件均被满足时, 有必要对此公交车实行优先。优先策略在绿时延长、相位插入、早绿等中选择, 选择依据是公交车到达时刻与冲突相位的关系。设拟优先的公交车位于Φ1相位的进口道上, 则公交优先策略与冲突相位Φ2、Φ3、Φ4的关系如图3所示 (灰色部分为黄灯时间, F为优先信号起点) 。

3 线控系统配时优化的双层模型

由图1可知, 共用周期和相位差是协调级输出, 也是控制级输入;相位方案和绿信比是控制级输出, 也是协调级输入, 这种相互联系相互影响的关系可用双层规划模型描述。本文利用双层规划模型优化线控系统的配时参数, 上层模型优化确定协调级共用周期和相位差, 下层模型优化控制级各交叉口的相位方案和绿信比。

3.1 相位方案和绿信比优化

本文以四相位控制的四路交叉口为研究对象, 相位方案在图4所示的相位中选择。图4中, 东西相位1～6和南北相位7～12是冲突相位, 同向信号有3种信号方案。

第m个交叉口的相位方案根据τ时段进口i流向j的加权累积人数Xmipτ来确定, 其选择原则是: ①各交叉口主线方向相位方案相同, 为出现频率最高的相位方案;②同相位各进口车道的Xmipτ相近 (保证相位时间被各向车流充分利用) ;③冲突相位关键车流方向各车道的Xmipτ相近 (均等地分配绿时, 保证通行时间的公平) ;④少变换相位方案 (减少驾驶员的判断失误和紧张) 。

Xmipτ的递推公式为:

$\begin{array}{l}X{}_{mip\tau +1}=X{}_{mip\tau }+{\displaystyle \sum _{j,ij\in p}{\displaystyle \sum _k(}}A{}_{mijk\tau +1}-d{}_{mijk\tau })c{}_{mijk}w{}_{ijk}\\ +B\sigma {\displaystyle \sum _{j,ij\in p}(}A{}_{msij\tau +1}-d{}_{msij\tau })(6)\\ Q{}_{mij\tau }=\{\begin{array}{ccc}0,& \tau \text{为}\text{红}\text{灯}\text{时}\text{间}& \\ \beta C{}_{mij},& \tau \text{内}\text{绿}\text{灯}\text{时}\text{间}\text{长}\text{为}\beta & \end{array}(7)\\ d{}_{msij\tau }=\{\begin{array}{cc}\eta Q{}_{mij\tau }/\sigma ,& \text{有}\text{排}\text{队}\\ min[\eta Q{}_{mij\tau }/\sigma ,A{}_{msij\tau }],& \text{否}\text{则}\end{array}(8)\\ dd{}_{mij\tau }=\{\begin{array}{cc}(1-\eta )Q{}_{mij\tau },& \text{有}\text{排}\text{队}\\ min[(1-\eta )Q{}_{mij\tau },{\displaystyle \sum _{k}A}{}_{mijk\tau }],& \text{否}\text{则}\end{array}(9)\\ d{}_{mijk\tau }=\{\begin{array}{l}1,k<dd{}_{mij\tau }\\ 0,\text{o}\text{t}\text{h}\text{e}\text{r}\text{w}\text{i}\text{s}\text{e}\end{array}(10)\end{array}$

其中, Aijkτ (Asijτ) 为τ时间步内是否到达第k辆公交车 (社会车辆到达率) , σ为时间步长, wijk为公交车权值系数, Qmijτ为m交叉口τ时段进口i流向j离开的最大车辆数, Cmij为进口i流向j的通行能力, η为社会车辆比重, ddmijτ为τ时间步内可能离开的公交车数。

设Lmax为最大的晚点时间, 则权值系数wijk根据公交晚点情况计算:

$w{}_{ijk}=\{\begin{array}{cc}1,& t{}_{ijk}-t^{\prime }{}_{ijk}\in [0,L{}_{accept}]\\ 1+\frac{t{}_{ijk}-t^{\prime }{}_{ijk}-L{}_{accept}}{L{}_{\max }-L{}_{accept}},& \text{o}\text{t}\text{h}\text{e}\text{r}\text{w}\text{i}\text{s}\text{e}\end{array}(11)$

线控系统各交叉口的相序按如下规则确定: ①各交叉口主线方向的相序相同, 为出现频率最高的相序方案;②相交道路绿时紧接主线绿时;③相序根据红灯相位的交通紧张程度来确定, 一般地, 选择交通紧张程度最大的红灯相位作为下一绿灯相位。交通紧张程度Jmp由红灯相位p关键车流的累积加权等待人数、累积加权等待人数的变化率决定, 有:

$\underset{p}{{\displaystyle \max }}J{}_{mp}=A{}_1{\displaystyle \sum _{\zeta }X}{}_{mip\zeta }+A{}_2[X{}_{mip\zeta }-X{}_{mip\zeta -1}]/\sigma (12)$

其中, A1、A2为常系数, ζ为决策点对应的时间步。

配时优化是根据既定的共用周期、相位差、相位方案, 考虑绿时和等待人数的约束, 优化决定绿信比, 使交叉口人总延误最小。设Z为1个周期的时间步数, 则配时模型为:

$\begin{array}{l}D(\lambda {}_{mp},{\rm T},\phi )=\underset{\lambda {}_{mp}}{{\displaystyle \min }}\left\{{\displaystyle \sum _{i,p}{\displaystyle \sum _{\zeta =1~{\rm Z}}X}}{}_{mip\zeta }\right\}(13\text{a})\\ \text{s}.\text{t}.\lambda {}_{mp\text{m}\text{i}\text{n}}\le \lambda {}_{mp}\le \lambda {}_{mp\text{m}\text{a}\text{x}}(13\text{b})\\ 0\le X{}_{mip\zeta }\le X{}_{mip\text{m}\text{a}\text{x}}\text{及}\text{式}(6)~\text{式}(11)(13\text{c})\end{array}$

式中, λmpmin、λmpmax分别为相位p绿信比的上下界, Xmipmax为最大加权等待人数。

3.2 共用周期和相位差优化

设φ= (…, φm, m+1, …) , φm, m+1为最近邻交叉口m, m+1的相位差;T为共用周期。为实现双向绿波, 相位差间有如下关系:

$\phi {}_{m,m+1}+\phi {}_{m+1,m}={\rm T}(14)$

其中, φm+1, m为φm, m+1的对向相位差。

设路段限制车速为V, 交叉口间距离为lm, 由于设置相位差, 车队从上游路口到达下游路口引起的延误分为两种:第一种情况是车队头部到达下游路口时遇到红灯, 第二种情况是车队尾部到达下游路口时下游路口由绿灯变为红灯。

(1) 车队头部在下一交叉口受阻

设σm, 下为车队头部到达下游交叉口m至红灯结束的时间, 则$\sigma {}_{m,\text{下}}=\phi {}_{m-1,m}-\left[\frac{l{}_m}{V}\right](\text{m}\text{o}\text{d}{\rm T})$。

(2) 车队尾部在下一交叉口受阻

设σ′m, 下为下游交叉口m车队中第一辆遇到红灯起到最后一辆到达的时间, 则${\sigma }^{\prime }{}_{m,\text{下}}=\left[\frac{l{}_m}{V}\right](\text{m}\text{o}\text{d}{\rm T})-\phi {}_{m-1,m}$, 而β与σm, 下、σ′m, 下之间存在如下关系:

$\beta =\sigma -\sigma {}_{m,\text{下}}(\text{m}\text{o}\text{d}\sigma )\text{或}\beta =\sigma -{\sigma }^{\prime }{}_{m,\text{下}}(\text{m}\text{o}\text{d}\sigma )(15)$

本文考虑线控系统管理的目的, 从系统角度出发, 以系统人总延误最小为控制目标, 则共用周期和相位差优化模型为:

$\begin{array}{l}D(\lambda {}_{mp},{\rm T},\phi )=\underset{{\rm T},\phi }{{\displaystyle \min }}\left\{{\displaystyle \sum _m{\displaystyle \sum _{i,p}{\displaystyle \sum _{\zeta =1~{{\rm Z}}^{\prime }}X}}}{}_{mip\zeta }\right\}(16\text{a})\\ \text{s}.\text{t}.{\rm T}{}_{\min }\le {\rm T}\le {\rm T}{}_{\max }(16\text{b})\\ \text{式}(6)~\text{式}(11)\text{和}\text{式}(14)~\text{式}(15)(16\text{c})\end{array}$

其中, Z′为10min左右对应的时间步, 选择该值是为了控制共用周期等的变化频率。

3.3 双层规划模型

上层模型:式 (16) 构成的优化模型, 输出共用周期T和相位差φ, 而绿信比λmp为下层模型的解。

下层模型:式 (13) 构成的优化模型, 输出绿信比λmp, 而共用周期T和相位差φ是上层模型的解。

类似上述双层规划模型, 作者设计了改进的粒子群求解算法, 求解步骤见文献[10]。

4 公交优先的协调

公交优先协调的影响因素有公交优先申请的紧急度、交叉口交通饱和度、交叉口进口道流量流向分布等。本文基于优先申请的紧急度和交叉口饱和度协调优先措施。

定义:公交优先申请紧急度是指公交晚点的严重程度, 公交晚点时间愈长, 优先申请愈紧急。如果晚点公交通过一个交叉口的优先就能准点, 则紧急度低;如果需要下游多个交叉口的优先才能准点, 则紧急度高。

定义:交叉口饱和度为交叉口各进口流量与交叉口通行能力的比值, 比值越大, 交叉口交通越饱和。

公交优先的协调分同一交叉口优先申请的协调和不同交叉口间优先申请的协调。同一交叉口优先申请的协调通过下述规则实现:一个周期批准一个优先申请, 先主线直行优先, 其它流向优先申请根据紧急度确定。不同交叉口优先申请的协调对象是主线直行方向的优先申请。其协调通过下述规则实现:当前交叉口和近邻的若干 (2～4个) 交叉口有直行优先申请, 首先根据优先申请紧急度确定是否必须在提出申请的交叉口实施, 紧急度高的优先申请在提出申请的交叉口实施, 而紧急度低的优先申请则按饱和度在剩余的近邻交叉口中选择。

5 应用研究

将本文的自适应控制 (方案1) 、未协调公交优先的联动控制 (方案2) 、无公交优先的联动控制 (方案3) 分别应用于2交叉口构成的线控系统, 分析控制效果, 验证本文方法的有效性。

主线方向进口道4个车道, 1个左转、2个直行、1个右转, 相交道路进口道3个车道, 左直右各1个车道, 每个车道的通行能力为1700pcu/h. 公交车额定载客数为40人, 满载率均为0.8, 社会车辆实载人数均为3人, V=40km/h, 交叉口间距500m. 车辆到达服从泊松分布, 按不同到达率组合主线、相交道路流量, 从西往东交叉口1和2的主线社会车辆平均到达率分别为600、650、…、850pcu/h, 560、620、…、860pcu/h; 从东往西交叉口1和2主线平均到达率分别取为550、630、…、900pcu/h, 680、720、…、880pcu/h, 各组合流量分别持续10min, 计时起始时间为8∶00; 相交道路社会车辆平均到达率取定值, 交叉口1和2分别为400pcu/h、500pcu/h; 交叉口1和2主线左转、直行、右转车比例分别为30%、55%、15%和25%、57%、18%;相交道路左转、直行、右转比例分别为30%、40%、30%。黄灯时间2s, 相位最短绿时5s, 公交车单位绿灯延长时间3s;Tmin=80s, Tmax=300s;对任意p, λpmax=0.55, Xipmax=∞;Laccept=4min, Rmin=0.7, A1=4、A2=1;当晚到时间小于7min, 一次优先即可改善晚点到Laccept内, 相交道路的直行优先申请在本交叉口被批准。公交车站台停靠时间均为3min, 公交车按表1所示规律到达 (仅考虑晚点公交, 共84辆) :

①相位方案。若控制目标均为人总延误, 则各方案的控制参数如表2所示。

②控制参数。不同控制方案下的控制参数如表3所示。

③优先措施。控制方案1和2优先公交车的统计分布如表4所示。

④延误分布。三种控制方案的延误分布如表5所示。

* 南北相位方案均为直行+左右转。

由表2、表3、表4、表5可知:

①本文控制方法能有效减少系统的人均延误, 带来了好的系统效用;无公交优先的联动控制的人均延误最大, 系统效用差, 这是因为:无公交优先的联动控制无法响应优先申请, 所有非绿灯期间到达的公交车均需停车等待。

②本文控制方法与未协调的公交优先联动控制相比, 本文控制方法的人均延误比较小, 产生了好的系统效用, 这是因为:公交优先的协调使紧急度低的优先申请能在近邻交叉口中选择饱和度低的交叉口实施, 公交优先对非优先车辆的影响被减小。

③三种控制方案的控制参数存在较大差别, 是因为:有公交优先的两种控制方法中, 被优先的公交车不影响相位方案和配时, 只影响绿信比和系统人均延误, 优先的公交车在计算配时参数时应被排除。

6 结论

本文基于分层递阶控制技术建立了考虑公交优先协调的线控系统协调控制模型, 设计了控制流程, 并对控制流程的三个关键问题开展了深入研究, 建立了公交优先条件和优先策略选择规则、配时优化双层规划模型、公交优先的协调规则, 并通过应用研究说明了建议方法的有效性。进一步的研究是如何拓展该法于面控系统, 并进口引道几何限制下如何合理划分车道功能和布置信号灯, 使优先申请公交车能优先通过停车线。

参考文献

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[9]Vasudevan M.Robust optimization model for buspriority under arterial progression[D].Maryland:The University Maryland, College Park, 2005.

信号控制交叉口抽象结构分析 篇5

本文分析了城市道路信号控制交叉口在区分方向条件下的`交通阻抗特性,以此为基础分析了信号控制交叉口的抽象线性结构,继而讨论了此抽象线性结构在最优路径选择及交通分配领域的应用问题.

作 者：周斌 罗猛 作者单位：周斌(西南交通大学交通运输学院,四川,成都,610031)

罗猛(北京路桥瑞通养护中心,北京,100000)

信号与控制 篇6

【关键词】城市轨道交通信号控制系统;ATC列车速度自动控制系统;移动闭塞;CBTC

一、前言

国内轨道交通正处于跨域式发展的阶段历程中，然而在城市轨道交通在成为广大市民出行最便利的方式之一的同时，其信号控制系统设备种类繁多、耗电量巨大、运行成本很高的弊端也逐渐呈现在人们眼前。为了保证城市轨道交通高效安全运行的需要，本文对轨道交通信号控制系统的发展进行分析。

二、城市轨道交通信号控制系统的发展现状

从采用交流50Hz二元二位式相敏轨道电路开始，我国城市轨道交通信号系统经历了几代的发展。随着客流量的不断增多，列车运行速度的不断提高，传统信号系统已远远不能满足运营的需要，为此需要采用先进的信號技术，如符合电磁兼容要求的数字化轨道电路DTC（Digital Track Circuit）技术，基于通信技术（ODBC）的列车自动控制（ATC）系统等。同时信号系统作为列车运行的神经中枢，直接关系到乘客的生命安全，因此各系统必须具备相应的安全措施。目前，在城市轨道交通系统中广泛采用ATC列车速度自动控制系统，采用ATC信号系统可以大大的提高行车的安全性，使得因人为的疏忽、设备的故障而产生的事故率降至最低。此外，采用ATC列车速度自动控制系统还可以避免不必要的突然减速和加速，这不仅可以提高行车的稳定度，还对节能具有重要的作用。使列车始终处于最佳速度状态，可节能15%左右。

三、ATC列车自动控制系统概述

列车自动控制（ATC）系统包括列车自动保护子系统（ATP）、列车自动监控子系统（ATS）、列车自动驾驶子系统（ATO）。

ATP（列车自动保护）子系统负责列车间的安全间隔、超速防护及车门控制，主要包括轨旁设备，联锁设备、车载设备

等，ATP地面设备以一定间隔或连续地向列车传递信息，车载ATP根据地面传递的信息进行计算， 提供控制信息，使列车在限制速度下运行，列车开门前必须经过ATP检测，条件满足后，方可操作。ATP按“车-地”信息传输方式分为连续发码方式和点式发码方式。连续发码方式的ATP系统设备利用数字轨道电路或连续敷设电缆向车载接收设备持续地传递地面信息，其特点是信息实时性、安全性很高，行车间隔小，但技术复杂、造价昂贵。点式发码方式ATP 系统设备利用地面应答器或点式环线将地面信息传至列车。这种方式实时性较差， 行车间隔大，但技术简单、造价低廉。考虑到我国现有的城市轨道交通中，存在运客数量大、行车密度高、隧道内驾驶条件差等特点，均采用连续发码方式。

ATO（自动驾驶）系统负责自动调整列车车速，形成平滑控制牵引力和制动力的指令、引导列车运行、在一定精度范围内对位停车等。ATO设备主要包括控制器，接收/发送天线，标志线圈等。ATO有利于列车节能并提高旅客乘坐的舒适度和减轻司机的劳动强度。包括自动驾驶、自动调速、自动停车、定点停车、车门控制等几大部分。

ATS（列车自动监控）子系统实现对列车运行的监督，负责运行列车的道岔自动转换，排列进路，根据列车运行计划与实际客流等情况合理地调度列车，选定并维护运行图，自动或人工调整停站或区间运行时间，并向列车提供由控制中心传来的监督命令。ATS 子系统主要由位于OCC（控制中心）的中央计算机及相关显示设备，控制与记录设备，现场设备（包括车站、车辆段、停车场）以及传输通道组成。ATS 系统的安全、可靠地运行，对于整个交通系统的运营效率至关重要。

对于ATC列车自动控制系统来说，轨道电路对列车占用的判别方式仍然采用固定闭塞，影响车辆占用的效率，同时也存在着安装设备较多，设备之间的通信方式复杂，列车占用检测实时性较差，故障点较多的不足，为了解决这一局限性，实现移动闭塞。近年来大部分城市轨道交通信号系统都采用了基于通信的列车控制系统（CBTC）。

四、基于通信的列车控制系统（CBTC）概述

近年来大部分城市轨道交通信号系统都采用了基于通信的列车控制系统（CBTC）引进“信号通过通信”的新理念，实现对列车连续控制，它摆脱了轨道电路对列车占用的判别方式，突破了固定闭塞的局限性，可以实现移动闭塞，一般CBTC系统包括地面无线闭塞控制中心、列车车载设备、地一车双向信息传输系统和列车定位系统。

无线CBTC 采用无线通信系统，强调系统应用层和开发层的独立性，通过模块化的结构、强有力的接口设计和事件描述，制定对子系统透明的接口标准。CBTC通过采用基于IP 标准的列车控制结构，可以在实现列车控制的同时附加其它功能（如安全报警、员工管理及乘客信息发布等）。

无线CBTC系统工作方式完全不同于传统的信号系统，当分配某线路为使用状态后，立即通知线路管理中心，编制程序并输入该线路有关数据，线路管理中心计算列车的速度分布，数字化无线设备向列车发出控制命令，当列车进入测试区段时，列车向中心发出“进入区段”信息。如果列车超过预定速度，则驾驶室显示屏上显示“警告”，必要时可自动刹车。

无线CBTC具有卓越的技术经济优势， 在对既有的点式ATP系统的改造中，采用无线CBTC对其车载设备和轨旁设备进行一定的改造后（主要是增加网络接口和无线控制子系统），可实现既有信号系统与无CBTC的叠加，从而达到既有线路与新的无线CBTC 线路的互联互通（Interoperability，包括列车接口间的控制安全标准、导轨的模型化以及列车控制信息传递协议等），从而大大的节省了改造费用。目前，国际上不少城市开始采用CBTC系统，对现有列车控制系统进行更新。如北京、广州、上海、武汉、沈阳等。

五、结语

随着城市轨道交通信号系统的迅速发展，基于通信技术的列车控制（CBTC）移动闭塞系统代表着当前世界上轨道交通列车运行控制系统的发展趋势，是近年来国际国内推荐使用的一种闭塞制式。（CBTC）移动闭塞系统采用了先进的通信和计算机技术，可以连续控制、监测列车运行。它摆脱了使用轨道电路判别闭塞分区的占用，突破了固定（或准移动）闭塞需要固定的区间分区的局限性 ，较以往系统具有更大的技术优越性。CBTC系统能迅速、准确获得列车实时信息，在保证地铁安全、高效运营的同时，可大大提高旅客服务水平，因此基于通信的列车运行控制系统（CBTC）是轨道交通信号及列车控制的发展方向。

参考文献

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[4]刘晓娟，张雁鹏，汤自安.城市轨道交通智能控制系统[M].北京：中国铁道出版社，2005.

交通信号控制系统的研究与设计 篇7

随着经济的发展和城市化水平的提高, 城市交通问题日益突出。如何充分利用现有道路资源, 通过科学合理的交通控制手段, 最大限度的提高交叉口的通过能力、减少延误时间一直是交通工程领域关键的研究课题。在诸多交通控制手段中, 优化信号配时是最直接有效的方法之一。

在这种背景下, 本文选择城市单点交叉口信号控制为研究对象, 对信号周期的确定方法进行深入研究, 并通过Vissim仿真软件, 对新旧控制方案进行比较, 得到相关的结论。

1 交通信号控制基本知识

1.1 常用配时参数

1.1.1 进口道饱和流量

饱和流量, 与交叉口的配时方案和绿灯时间无关, 仅取决于道路条件和车辆状况。根据Webster的相关研究, 车道宽度是决定饱和流量的最主要因素。

1.1.2 流量比

流量比是实际到达流量与饱和流量之比。交叉口处的车道流量比为交叉口进口道的各车道的到达流量与对应车道的饱和流量之比。

1.1.3 有效绿灯时间

在一个信号周期中, 除损失时间外, 其他能用于车辆通行的时间, 即为有效绿灯时间。

1.1.4 信号损失时间

在一个周期内, 所有车辆都无法通行的时间, 即为损失时间, 包括绿灯间隔时间和起动损失时间等。

(1) 绿灯间隔时间

从上一相位的绿灯结束, 到下一相位绿灯开始之间的时间段, 称为绿灯间隔时间。

(2) 起动损失时间

绿灯启亮后, 由于需要一定的反应时间, 停在交叉口停车线处的车辆不可能立刻起动, 相应会浪费一定的绿灯时间。将其和黄灯结束前的损失时间加起来, 统称为起动损失时间。

1.2 控制评价指标

1.2.1 延误时间

对于交叉口来说, 延误一般可分为相位延误和交叉口延误。相位延误是指某个相位的车辆延误;交叉口延误是指所有相位的延误之和。

1.2.2 通行能力

交叉口的通行能力是指不同方向的车流通过平面交叉路口时可能通过的最大车流量。信号交叉口的通行能力与信号配时设计有密切的关系。下面分别介绍相位通行能力和整个交叉口总的通行能力。

1.2.3 停车次数

停车次数是指由于交通信号的约束, 车辆通过交叉口时, 需要停车等待和再启动的次数。

1.2.4 饱和度

交叉口处的饱和度一般是针对进口道而言, 其值为进口道的车流量与能容纳的最大车流量的比值。实践证明, 饱和度限值在0.8~0.9之间, 交叉口就能够较好的运行。但是如果饱和度的限值定得过低, 需要调整交叉口的平面尺寸才能满足一定的交通量要求, 相应要增加建设投资, 这是不经济的措施。

2 交叉口交通控制现状分析

2.1 交叉口结构

笔者对南阳市五山大道—云岛大桥交叉口进行了交通调查, 主要内容有:交叉口的平面尺寸、工作日的早晚高峰期交通流量、信号配时方案等。图一为交叉口的平面结构图。

该交叉口现有四个相位, 第一相位通行的车流为南北左转车辆, 第二相位通行的车流为南北直行车辆, 第三相位通行的车流为东向直左车辆, 第四相位通过的车流为西向直左车辆。

2.2 旧控制方案

将调查得到的各项交通资料进行整理分析, 画出五山大道—云岛大桥交通信号的相位图如图二所示。机动车的量折合换算系数为:小型车的量折合系数为1, 大型车为2, 摩托车为0.2。

2.3 旧控制方案评价

结合计算公式的计算结果, 现有方案的评价结果如表一所示。

3 新的交通信号控制方案设计

3.1 相位设置

根据交通调查的数据及考虑该交叉口的几何现状, 新方案中的相位设置仍保留原有控制方案中的相位设置, 即一共四个相位, 分别为南北左转、南北直行、东向直左和西向直左。

3.2 信号配时优化

3.2.1 相位时间的计算

根据前面相位时的分析, 我们可以得出对交叉口优化只要对信号配时优化。根据公式计算出优化信号配时方案的各个参数, 如表二所示。

根据以上所求的各个相位的绿灯、红灯及黄灯时长, 具体配时方案如图三所示。

3.2.2 控制方案的评价

结合交叉口交通现状及相关的实际因素, 选取通行能力、延误、停车率等3个指标进行评价。

(1) 通行能力

从表三数据可知, 在新方案控制下, 交叉口的通行能力明显得到提高。

(2) 停车率

各个相位的停车率对比数值如表四所示。

从表四中的数据对比可知, 在新方案控制下, 各个相位的停车率都降低, 从而提高了车辆通行效率。

(3) 延误

从表五中可以看出, 优化方案中各个相位的延误与服务水平均达到了B级, 因此, 能够满足交通优化设计方案标准。

4 结束语

交通信号控制可将不同流向的车流在时间上分离, 是现代交通控制的主要方法之一。信号控制的关键在于信号相位和配时方案的确定。本文选取南阳市典型的交叉口———五山大道—云岛大桥交叉口作为研究对象, 通过对该交叉口几何结构、信号配时和交通流量的调查后, 利用经典的Webste算法对其进行分析, 得到新的信号控制方案。然后, 利用Vissim仿真软件, 对新旧控制方案进行比较, 得到新的控制方案在通行能力、延误和停车次数方面都优于现有的方案。

摘要：交通信号控制系统对于交叉口来说至关重要, 是现代城市交通控制和疏导的主要手段。本文选取南阳市的五山大道与云岛大桥组成交叉口为研究对象, 通过对该交叉口的几何结构、信号配时和交通流量进行调查后, 利用信号周期算法Webster方法为该交叉口设计了新的交通信号控制方案。最后, 利用Vissim仿真软件对新旧控制方案进行了比较, 得出新的控制方案在延误、停车率和通行能力方面都优于现在的控制方案。

关键词：信号配时方案,道路交通组织,评价指标,Vissim仿真

参考文献

[1]吴兵, 李晔.交通管理与控制 (第四版) [M].北京:人民交通出版社, 2009.

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地铁信号与屏蔽门控制接口问题研究 篇8

1.1 地铁屏蔽门的组成及作用

地铁的屏蔽门一般设置在地铁站台的边缘位置, 与轨道区相邻, 同时将二者隔离开, 既能对候车的顾客起到安全防护作用, 又能减少地铁在运行与停站的过程中的能源消耗, 还能给顾客一个安逸、舒适的候车环境。地铁屏蔽门的机械组成部分包括门体和门机传动两大类, 门体结构又可细分为滑动门、固定门、应急门;门机传动系统又可分为传动设备、驱动设备以及门机梁。地铁屏蔽门的电气组成部分包括供电装置和控制装置两大类, 供电装置又包括电源的模块、驱动以及控制;控制装置又包括控制设备、接口、网络总线以及其他作用装置。地铁屏蔽门的组成如图1所示:

1.2 地铁信号与屏蔽门控制接口的工作原理

地铁屏蔽门的工作原理首先是开门命令, 在地铁进站并完全停止在屏蔽门的后方时, 车上安装的车载控制器会执行开门的命令, 并利用继电器所建立的传输通道将命令传递到地面信号设备, 最终将信号传递给屏蔽门, 屏蔽门按此信号进行规定操作。其次是关门命令, 地铁在站台停站有一定的时间限制, 当停站到达规定时间的时候, 地铁司机就会按下关门键, 这时车载控制器就会将关闭命令传递到地面, 由地面信号设备传递给屏蔽门, 屏蔽门就此关闭。

2 地铁信号与屏蔽门控制接口

地铁信号与屏蔽门的控制接口大致原理布局 (见图2) 。

2.1 地铁信号与屏蔽门控制接口的功能研究

地铁站的信号与屏蔽门接口之间, 有一个信号传感器, 它的作用就是在地铁信号与屏蔽门之间进行各种信息传递, 如状态与控制信息。它还能接收地铁屏蔽门开门和关门的状态信号, 并将其存入信号传感器内作为下次开门与关门的执行依据, 当再次接收到此信号时, 就会将该状态发送给总控制中心。地铁信号与屏蔽门控制接口主要安装在地铁机车内部和地铁轨道旁, 同时还连接有机车的电路开关、屏蔽门开关、信号开关以及人工操作系统。它的内部运行复杂, 并且会产生庞大的数据信息。当地铁进站并处于站台的规定范围内时, 地铁轨道旁的控制接口就会感应到信号, 建立双轨传讯机制, 保证车流运营的稳定性和可靠性。

2.2 地铁信号与屏蔽门控制接口的联动装置

地铁信号与屏蔽门的控制接口联动装置, 是为了应对任何可能发生的各种紧急情况和安全问题, 是经过实践操作与精密的逻辑推理后所设计开发出来的。它不仅能提供安全警报功能, 积极作出反应, 还能控制地铁门与屏蔽门的开关程序操作, 有效的避免了意外安全事故的发生, 还能提高地铁的安全系数与运行水平。该装置还必须具有应付日常工作和突发事故的功能, 能在机车与地面之间传递数据与信号, 并对机车的位置和状态进行确定和分辨, 从而自行生成相应的程序操作。

2.3 联动装置的具体作用

由于城市地铁的飞速发展, 要求地铁信号系统必须起到一个维护和支持的作用, 同时对地铁的运行进行监控, 从而对地铁内所有的设备集中进行控制和报警, 还能远程维护和管理线上信号装置。另外, 地铁信号系统还需维护中心工作站和服务器, 维护工区的各种终端配置, 并加以处理, 从而生成信号设备。

2.4 联动装置的设定思想

联动装置是一个复杂的, 而且信息量庞大的控制系统, 它的作用就是连接地铁信号与屏蔽门的控制接口, 达到地铁的自动化、规范化、程序化运行, 同时起到一个安全保护的作用, 提高了地铁的工作效率。另外还能达到节约环保、减少能耗的作用。该系统必须在ATP、地铁信号、地铁屏蔽门三者协调运行下才能起到作用, 并及时为地铁的正常运作提供准确的信号。在此基础上, 地铁屏蔽门会根据信号进行开门与关门命令, 而地铁车门与地铁屏蔽门两者的开关状态必须一致, 从而保证机车安全运行。

2.5 联动装置的优势

地铁信号与地铁屏蔽门控制接口的联动装置已经成为地铁交通发展中的重要安全装置, 具有不可忽视的作用。它的优势体现在能缩短开门与关门所需的时间, 能将复杂的程序简单化, 缩减反应与处理的时间。其次还能起到安全防护的作用, 将地铁屏蔽门的保护功能最大化, 达到实时监督和处理, 避免地铁车门关闭时夹伤乘客。最后还能提升地铁运行水准, 减少不必要的操作人员, 提高地铁工作效率, 同时还能使地铁车门与屏蔽门的开关达到一致, 减少冷气流失, 提高地铁的经营管理水平。

3 总结

综上所述, 要提高地铁的自动化运行程度, 避免因人为不当操作引起的停车延误, 保障乘客的个人安全和行车安全, 就需要一套有效的信号系统来控制地铁屏蔽门的运行, 在地铁信号与屏蔽门的控制接口处安装联动系统, 加强屏蔽门的安全维护与监控。这不仅能减少大量人力、物力的消耗, 还能节约成本, 并将安全系数提升到一个新层次, 真正达到地铁的安全、方便、高效运行。

参考文献

[1]叶富智.地铁Y信号系统调试管理模型研究[D].广东:华南理工大学, 2012.

大中城市交通信号控制与诱导分析 篇9

关键词：交通网络,信号,控制,诱导

1 实时的交通数据收集

城市交通网络控制的主要目的便是提高道路交通的可靠性, 这就需要交通信息传输网络锁传输的数据具有及时性、可靠性以及实时性。这些通过车载自组网络可以有效的解决, 通过移动交通车实时进行交通流信息的采集。另外一些车辆也可以自己进行交通信息采集装置的设置。在这一网络中, 通信节点为车辆。这些车辆可以是任何的车辆, 而基站可以是政府管理业可以是运营商管理, 因而具有一定的灵活性。

车辆是处于移动状态中的节点, 不但速度相对较快, 其位置也会相对较为灵活, 因而相较于传统的交通控制网络, 车载自组织网络在速度、通讯、以及持续性上具有一定的优势, 不但速度高, 相邻车辆之间的通讯连接时长较短, 并且还具有持续移动的特性, 这种动态特性使得该网络具有更高的效率。另外, 在道路网络的控制下, 车载无线传感器的拓扑结构可变性也相对较高, 且信息的采集、传输会沿着交通网络进行, 因而在设计的过程中, 必须将这种移动特性以及拓抖变化考虑在内。

该网络结构还具有一大特点, 那边是大规模性。在大中城市交通网络中, 该网络由上百万的车辆组成, 但是节点间的数据通讯却只能局限在某些地区, 因而通讯网络又被分隔为不同的区域。但是即便是在局部, 车辆在某段路中仍旧可以作为网络节点, 这样网络中就会产生数据冗余, 怎样才能够解决信息的冗余问题, 是当前该网络建设中亟待解决的问题。另外针对交通信号控制网络中的大规模网络, 网络最需要进行考虑的问题之一便是如何均衡分配流量。总之, 研究人员对于车载自组织网络还需要进一步研究, 以此解决以下难题。

(1) 高速变化性。拓扑结构具有的该特性是由于车辆在行驶过程中具有高速特征, 并且车辆间也在进行相对运动, 因而就造成了在固定的道路交通网络中, 拓扑结构一直处在频繁的变化之中。

(2) 网络分隔频繁。车辆在城市交通网中不断的在移动变化, 因而车载自组织网络也处在变化中, 而不断的被分隔组合, 这就使得网络被分成了多个部分。

(3) 短时有效性。由于交通流在不断的改变, 因而网络路径的有效性相对较短。这也是由于拓扑结构的快速变化所致, 很多路由就会出现在使用前便失效的现象。

(4) 数据传输分配问题以及系统冗余过大的问题。同一时间地点会出现同时出现数十辆采集车传输的交通流信息的现象, 但是信息的来源渠道会有所差异。

2 优化控制

控制城市交通网络, 首先需要对城市交通网络进行智能化控制, 这是目前所建设的智能交通工程的主要目的, 而对交通信号的控制是城市智能交通的前提条件, 通过网络化的管理系统完成城市交通信号的控制。由于城市交通是环境、道路以及车流和人流的集成体, 具有高度复杂性, 且在交通系统运行的过程中还存在不确定性以及动态性等特点, 这种分布式的大规模网络结构致使交通信号控制具有相当大的挑战。城市交通路口信号装态的控制, 以及对信号进行配时等措施可以对城市交通延误现象予以控制, 并且通过这种路口交通信号的控制调整可以有效提高交通系统运行效率, 因而针对城市交通拥堵, 交通信号控制成为了最为有效的方式。

交通信号灯最初仅仅采用了固定配时的方式进行控制, 属于自动控制, 通过这种方式在最初时作用显著, 因为那时的交通流量相对较小。但是随着城市的发展, 交通流量的增大, 以及交通流随机性的增强, 这种单一固定的控制方式已经无法适应城市的发展。而多时段的灵活配时方案成为了当前适用最为广泛的方式, 并却带了固定配时控制器。

另外, 现代化的交通控制系统还需要针对混合型的交通模型进行精确的理论分析, 以便保证对道路交通的了解, 使得控制结果更加的可靠。同时, 城市交通网络具有的随机不确定性也增加了交通信号控制的难度, 如何增强交通信号控制系统的自适应能力, 是智能交通网络研究的又一个难点。

3 满足演示约束

从本质上来看, 交通流是短时非定常流动, 城市交通网络的动态交通配流是以时刻变化的交通需求为对象进行交通流的动态分配。所以, 动态的分析交通流的形成、传播和消失的机理是必需的。对短时非定常的城市交通流进行实时的动态分析, 才能对城市交通网络中的各种各样随机产生的城市交通流现象进行更精确、更广泛地描述, 这是对交通需求和交通网络进行动态分析的重要部分。对于实时的交通流分析, 实际路段出行阻抗函数描述的准确性, 起着极其关键的作用。考虑当前路段的流量-时间函数关系, 结合当前路段车流的流入流出来准确描述出行阻抗, 是交通诱导所需要解决的最基础的问题。总的来说, 交通管理者的目的是: (1) 最小化整个交通网中总的车辆行驶时间; (2) 最小化每个车辆出行费用; (3) 最小化平均拥挤程度; (4) 最小化整个城市交通网络的总延误时间等。

由上所述可以看出, 大规模路网的交通流分配问题可转变为优化问题来分析求解。随着研究的深入, 最优控制的理论和数学规划已经日趋成熟, 部分模型的计算’和分析也变得日趋容易, 但存在的最大不足是对于大规模网络缺少求解的有效一般性算法, 其最优求解过程通常是一个NP难问题。

因此, 在现代城市交通管理中, 智能化管理手段已经成为了时代主流, 也成为了交通信号的控制系统以及诱导系统之间的基础组成, 在对交通控制影响进行深入考虑的同时, 对交通管理进行优化, 协调统一诱导与控制两大系统。因而城市交通流诱导工作中最为重点的内容便是如何才能够在诱导工作和控制工作之间形成协调统一的状态, 如何精确的有效的对运行信号进行控制, 同时也能够满足用户出行需要。这些还需要交通部门的工作人员进一步予以研究。

参考文献

[1]谭裕安, 翦俊.城市道路交通流实时数据质量控制技术[J].现代交通技术, 2009 (01) .

控制系统信号干扰与抗干扰措施 篇10

一、干扰的分类

干扰又称为噪声, 干扰类型可以根据噪声产生的原因、噪声干扰模式和噪声波形性质的不同而划分。按噪声产生的原因不同可以划分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等;按噪声干扰模式不同可以划分为共模干扰和差模干扰;按噪声的波形性质不同可以划分为持续噪声、偶发噪声等。通常简单分为共模干扰和差模干扰。通俗地讲, 我们认为一般电器是用三相电的, 有零线、火线和地线。零线与火线之间的干扰叫做差模干扰, 火线与地线之间的干扰叫做共模干扰。差模干扰就是线与线之间的干扰, 共模干扰是线与地之间的干扰。

二、干扰产生的原因

1.空间的辐射干扰。电磁场在世界上无处不在, 无论万米高空, 还是陆地海洋, 到处都有电磁场的存在。各种无线信号、雷电、高中压电网、大功率设备的启停、雷达等都能够产生电磁场, 这些磁场产生的干扰一般称之为辐射干扰, 其成因很多且极为复杂。在电磁场覆盖范围内的控制系统, 辐射干扰就会对其产生影响, 其影响可以分为两种方式:其一, 辐射直接作用于控制系统内部, 产生电路感应而形成干扰;其二, 辐射作用在控制系统内部的通信线路网上, 由于感应通过通信线路而引入干扰。辐射干扰的大小与控制系统所处环境及周边环境中存在的电磁场强弱有关, 特别是和频率有关。一般可以采取的措施有:对控制系统设备进行屏蔽、采用带屏蔽的电缆、控制系统单元采用高压泄放元件等。

2.与控制系统直接相关的外部干扰。

(1) 电源的干扰。一般给控制系统供电的电源大多由厂内的局部电网供电。由于局部电网稳压功能的局限性, 绝大部分控制系统都会受到电网波动的干扰而在信号传输线路上产生感应电压和电路。尤其是处于同一供电网内的大功率设备状态发生变化时, 如:开关操作时产生的浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等, 都会通过电缆线路对仪用电源产生干扰。所以, 隔离电源应运而生, 目前已经应用到大多数的控制系统电源中。但是, 由于隔离电源的电路设计及制造工艺因素, 使其隔离性并不完美。实际上, 由于分布参数特别是分布电容的存在, 导致绝对的隔离是不可能的。

(2) 由控制信号线引入的干扰。控制系统中的信号传输路径, 是由多种类型的信号线构成的, 这些信号线除了传输有效的数据信息之外, 还会引入一些外部干扰信号。一种是通过共用电源串入的干扰, 这类干扰不易被发现。另一种是由于空间电磁辐射感应的干扰, 在控制信号线上产生的干扰, 这是十分普遍且严重的。由信号线引入干扰会引起输入/输出信号的异常、测量数值发生偏移、仪表测量数据的精度降低等一系列问题, 甚至导致控制系统内部元件烧毁损伤。一些隔离性能较差的系统, 其内部信号间还经常发生互相干扰, 引起总线回流, 造成传入的逻辑数值变化, 引起误动或拒动。

(3) 由接地系统引入的干扰。完善的接地措施, 不但能防止电磁干扰对控制系统产生影响, 还能减少设备自身对外发出的干扰。而不规范的接地, 反而会引入干扰信号, 严重时会导致控制系统无法正常工作。控制系统的接地也分为很多种, 主要包括屏蔽地、保护地、系统地等。由于目前工程上的接地系统施工并不规范, 控制系统的接地常常存在各个接地点的电位分布不均, 不同接地点间存在电位差, 从而引起地环路电流, 产生干扰, 影响系统正常工作。例如测量电缆的屏蔽层必须单点接地, 如果电缆屏蔽层的两端都接地, 就容易存在电位差, 产生电流通过屏蔽层。尤其是在雷击发生时, 接地线中的电位差将更大, 产生的电流也更大。此外, 在大地、接地线和屏蔽层之间有可能构成闭合环路, 在变化磁场的作用下, 会有感应电流出现在屏蔽层内, 通过耦合, 在芯线上产生干扰信号回路。若系统地与强电接地处理混乱, 所产生的接地环流就更有可能在地线上产生不等的电位分布, 尤其是在强电电压有剧烈波动时, 影响系统内部逻辑/模拟电路的正常工作。通常说, 控制系统逻辑电压干扰的容限较低, 逻辑地电位的分布干扰容易对控制系统的逻辑运算和数据存贮造成影响, 造成数据混乱甚至系统错误。模拟地电位的分布不均容易造成测量精度下降, 引起测量信号的失真偏移, 发生报警或误动。

3.与控制系统直接相关的内部干扰。内部干扰是指由电子设备自身产生的干扰。这些干扰主要来自三个方面:一是由于电子设备内部的线路布局设计失误, 就会在设备内部产生电磁波从而引起干扰。产生的原因主要是逻辑电路间相互辐射、模拟地与逻辑地之间的相互影响、内部元器件间的相互不兼容等。二是设备电源的滤波性能不好, 供电不稳定, 导致内部电源电压波动和谐波产生的干扰。三是控制系统的设备内部电路设定的参考地对高频信号和低频信号的感抗有所不同, 使内部元件对高频信号和低频信号的参考电位不同, 引起干扰。

三、控制系统的抗干扰措施

控制系统的抗干扰是一个系统工程, 既要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品, 又要求安装施工单位在工程设计、安装施工中予以全面考虑, 还要求使用单位按要求进行使用维护保养, 并结合具体情况进行综合设计, 才能保证系统的准确性和运行可靠性。

1.抑制干扰源。从制造单位角度, 电源的波动造成的电压畸变将对控制系统产生影响。为了抑制此干扰, 就要保持电压稳定, 通常采用以下几种抗干扰方法:

(1) 使用高品质的隔离变压器, 衰减从电源进线导入的高频干扰信号从而获得稳定的电源。

(2) 电路中采用低通滤波器抑制高次谐波。低通滤波器的内部电容采用不同的电感组合方式, 其获得的抑制高次谐波的效果也不同。另外其电源输入线和输出线应进行隔离, 电缆的屏蔽层应正确接地。一般在电源中既使用滤波器又使用隔离变压器, 但要注意电源一定要先接入滤波器再接隔离变压器。

(3) 用频谱均衡法抑制电源中的瞬变干扰。从工程设计和施工角度, 可采取以下措施: (1) 仪表信号电缆的敷设路径应避开高电压、大电流等设备的区域。 (2) 仪表信号电缆与电力电缆 (尤其是测量电缆和高压电缆) 应按照规范或设计要求距离敷设, 切忌混敷在同一桥架内;如果现场情况无法达到规范要求, 应采取有效的隔离措施 (如在中间须设置隔板等) 。

2.阻断干扰路径。在实际应用中, 有些情况无法避免电磁环境干扰, 这就要阻断干扰侵入信号回路的途径, 使电磁干扰对信号的影响最小。可以采取下列措施:

(1) 仪表信号导线的扭绞。通过把两根信号线进行扭绞处理, 可以大大减少磁通面积。扭绞的程度越高, 即绞合的间距越小, 抗干扰效果越好。动力电缆静电感应对信号电缆产生干扰时, 由于信号导线扭绞, 两根信号电缆与动力电缆的间距基本相同, 对地电容也就很小, 感应电势几乎为零。

(2) 屏蔽。在仪器用电缆的设计中, 为了保证较好的屏蔽效果, 测量电缆一般选用带屏蔽层的电缆, 一些模拟量信号电缆甚至选用高频低损耗物理发泡射频同轴电缆 (这种电缆绝缘体采用高品质发泡材料, 外导体采用进空塑料膜+镀锡铜丝编织, 线身柔软, 损耗低、屏蔽效果佳。适用于各类无线电话系统、寻呼台、无线通话机及各类通信网络等) 。目前带屏蔽的信号电缆在设计中一般采用的屏蔽层材料为:铝带 (铝塑复合带) 包绕屏蔽、铜网 (镀锡铜网) 编织屏蔽和铜带 (铜塑复合带) 绕包屏蔽。

(3) 接地。通常把接地类型分为工作接地、保护接地、防雷接地和防静电接地等。一是保护接地 (也称为安全接地) 。顾名思义, 保护接地是为了保护人身和设备安全而设置的接地。GB50303中明确规定, 柜、屏、台、箱、盘的金属框架及基础型钢必须接地 (PE) 或接零 (PEN) 可靠;装有电器的可开门, 门和框架的接地端子间应用裸编织铜线连接, 且有标识。对高压柜而言是保护接地, 对低压柜而言是接零。二是工作接地。仪表及控制系统工作接地包括:仪表信号回路接地和屏蔽接地。隔离信号可以不接地。非隔离信号通常是以直流电源负极为参考点, 并接地。仪表工作接地的原则为单点接地, 信号回路中应避免产生接地回路, 如果一条线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地, 则应采用隔离器将两点接地隔离开, 以阻断共模干扰形成回路。三是防静电接地。控制系统的主控室, 一般要求做防静电地板, 并进行防静电接地。四是防雷接地。当仪表及控制系统的信号线路从室外进入室内后, 需要设置防雷接地连接的场合, 应实施防雷接地连接。仪表及控制系统防雷接地应与电气专业防雷接地系统共用, 但不得与独立避雷装置共用接地装置。

3.软件抗干扰措施。采取硬件抗干扰后, 虽然大部分干扰信号可以被过滤掉或屏蔽掉, 但是因为干扰信号产生的原因种类多样, 情况复杂, 且具有很大的随机性, 很难保证控制系统完全不受干扰影响。因此为了保证高精度、高稳定性的测量与控制, 往往在硬件抗干扰措施的基础上, 采取软件抗干扰技术加以补充, 作为硬件措施的辅助手段。

抗干扰能力的软件通常有重复执行指令、数字滤波等, 方法简单、便于设计和修改、消耗的人力物力较少, 在控制系统中获得了广泛的应用。对于控制系统装置 (如PLC) , 其数据输入、输出、存储等系统属于弱电系统, 其数据传输极易受到干扰, 从而造成数据误差、控制失灵误动、程序混乱死机等, 严重时会使系统程序破坏。因此, 软件抗干扰主要是对数据进行分析处理达到预期目的。

四、结束语

控制系统的干扰产生原因十分复杂, 抗干扰措施也是一个系统工程, 难以通过单一的一种措施就能彻底解决。故要多方位全面地采取抗干扰措施, 才能有效地减少干扰对控制系统的危害。首先需生产厂制造出具有较强抗干扰的产品, 其次还依赖于设计单位正确的设计, 以及安装施工的规范合理, 采取有效的抗干扰措施, 完善的接地系统, 才能保证控制系统的可靠稳定运行。

参考文献

[1]GB50217.电力工程电缆设计规范[S]

[2]刘仁等.仪表应用中的抗干扰措施[J].石油化工自动化, 2006 (2)

[3]CECS81.工业计算机监控系统抗干扰技术规范[S]