基于MATLAB的SCATS数据分析

司先平，管燕萍

0 引言

近年来，随着中国经济突飞猛进的发展，人民生活水平普遍提高，道路拥堵问题已成为城市交通面临的突出问题。目前，中国很多城市都采用SCATS系统来对城市交通主干线进行控制。SCATS系统虽然能在一定程度上提高主干线的运行效率，改善主干线的运行情况，但是该系统的输出数据过于庞大复杂，并不利于人们简单方便的分析实时交通数据，这就为人们的研究工作带来了一定的困难。MATLAB软件具有强大的数值处理功能，运用MATLAB来对SCATS系统的输出数据进行分析研究，有助于人们更好的研究城市智能交通领域的相关问题。本文将结合上海市莲花路上几个相邻的交叉路口的实例来介绍运用matlab处理SCATS数据的方法。

1 软件介绍

1.1 MATLAB仿真软件介绍

MATLAB软件全称为Matrix Laboratory，该仿真软件是一款由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。MATLAB软件是当今最优秀的科技应用软件之一，具有强大的科学计算能力和可视化功能，尤其擅长进行矩阵运算。MATLAB是一种科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编写程序，其程序编写简单，编程效率高。MATLAB主要具有以下特点。

（1）超强的数值运算功能。MATLAB功能强大，具有数值计算和符号计算、计算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算等功能。

（2）界面友善、语言自然。MATLAB以复数处理作为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近。

（3）程序可移植性好，开放性强。该公司本身就推出了30多个应用工具箱，而世界上超过200家公司开发出与MATLAB兼容的第三方产品，这些产品向用户提供更多的工具箱、模块集、与其他商业产品的接口等。

1.2 SCATS系统介绍

SCATS(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)是悉尼交通自适应协调系统。开发起始时间为七十年代初期。目前的规模为悉尼2500多个路口的自适应区域控制。同时在世界范围内多个国家和地区如新西兰、东南亚、中国、美国、爱尔兰等70多个城市与地区使用。在中国包括上海、天津、宁波、沈阳、杭州等城市都在使用。SCATS系统在某些方面优于英国SCOOT系统，而且以其较低的投入受到各国特别是发展中国家的欢迎。计算机交通控制系统及近几年发展起来的智能交通系统，通过运用计算机及通讯等高科技来解决交通组织及交通信息管理的问题。它可以实现对交通的复杂控制，满足人们对交通的各种控制方案的要求，是现代交通管理中不可缺少的重要手段。SCATS系统所提供的功能，基本上体现了当前交通控制系统研究开发的技术成果。

SCATS系统的功能主要有以下8个方面：

1) 交通信息（数据）的实时采集和统计分析。

2) 实现对交通流的自适应最佳控制。根据不变化的交通状况实时提出最佳的控制方案，保证交通的畅通、快速和安全。

3) 提供“绿波带”及紧急车辆优先通行权。

4) 提供公交车辆优先通行权。

5) 提供交通信号灯人工操作功能。

6) 提供野外工作终端。可以将便携式个人计算机连接到任何一个路口交通信号机，从而进入整个SCATS系统。

7) 进行系统技术监察、故障诊断和记录。

8) 远程维护。可以电话拨号方式将计算机连入SCATS系统，进行操作维护。

2 数据处理实例

本文中的车流量、相位顺序等一系列数据均来源于上海市莲花南路干线古龙路至古美路段五个交叉路口的真实SCATS数据，海市莲花南路干线古龙路至古美路段5个交叉路口，如图1所示：

图1 莲花路交叉路口示意图

原始的SCATS数据存储在xlsx格式的excel文件中，如图2所示：

图2 xlsx格式的excel文件中 SCATS数据

需要将xlsx格式的数据文件导入到MATLAB工作空间中，再进行数据处理。通过在MATLAB文件中编写相关程序，可以得到每个交叉路口的流量变化、绿信比、绿灯时间、流量比率值、饱和度以及直行比例系数等变化的特性。本文以顾戴路-莲花路为例，给出MATLAB处理SCATS数据的仿真结果顾戴路-莲花路的数据分析结果，如图3所示：

图3 顾戴路-莲花路的数据分析结果

顾戴路-莲花路的转弯比例，如图4所示：

图4 顾戴路-莲花路的转弯比例

顾戴路-莲花路的流量数据，表1所示：

表1 顾戴路-莲花路的流量数据

应用 MATLAB软件对选取的五个交叉路口的 SCATS数据都进行分析处理后，即可获取每个交叉口的各个参数，进而为后续的研究工作奠定基础。由于其他路口的 SCATS数据处理方式相同，在此就不重复介绍。对莲花南路干线古龙路至古美路段五个交叉路口都进行分析后可知，顾戴路、平阳路为四相位放行方式，古美路为三相位放行方式，古龙路、平吉路为两相位放行方式。古龙路采用定时控制方式，平吉路、顾戴路、平阳路和古美路均采用感应控制方式。同时，还可得到每个交叉路口各个相位的绿灯时间以及车流量等数据。

3 总结

本文通过应用MATLAB软件，对上海市莲花南路干线古龙路至古美路段 5个交叉路口的 SCATS数据进行了分析。MATLAB的仿真结果输出了每个交叉路口的流量变化、绿信比、绿灯时间、流量比率值、饱和度以及直行比例系数等变化的特性。通过MATLAB软件对SCATS数据进行分析处理，使得原本繁琐复杂的SCATS数据有了比较直观的体现，从而为后续的研究奠定了良好的基础。运用MATLAB软件对SCATS数据进行分析处理具有很强的应用意义。

[1]周红进，王秀森. 基于MATLAB的海量数据处理方法[J]. 计算机与数字工程，2012, (5):89-90,103

[2]刘超，张选进，施国根. MATLAB在工程数据分析中的应用[J]. 科技信息，2011 (34):267

[3]周建兴，岂兴名，矫津毅等. MATLAB 从入门到精通[M]. 北京：人民邮电出版社，2008