我國智能交通信號控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析及展望

吳一昊　陳敖

【摘 要】隨著經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，本世紀(jì)初開始，我國城市化、機動化進(jìn)程明顯加快。由于交通基礎(chǔ)設(shè)施的新建、改善速度始終無法跟上日益增長的機動化交通需求，各大中城市先后出現(xiàn)了不同程度的交通擁堵問題，且大有向中小城市蔓延之勢。而作為最易發(fā)生交通擁堵的道路平面交叉口，交通信號控制是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到整個區(qū)域交通流的暢通有序?；诖耍疚膹牡缆方煌ㄐ盘柨刂葡到y(tǒng)規(guī)劃和使用者角度，對我國智能交通信號控制系統(tǒng)建設(shè)、應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題進(jìn)行了剖析，并對智能交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】智能交通；信號控制；應(yīng)用現(xiàn)狀；趨勢展望

中圖分類號： U491.54 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0243-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.111

Application Status and Expectation of Intelligent Traffic Signal Control System in China

WU Yi-hao1 CHEN Ao2

（1.Traffic police detachment of Jinhua Public Security Bureau，Jinhua Zhejiang 321015，China；

2.Jinhua Municipal Public Security Bureau，information and communication department，

Jinhua Zhejiang 321000，China）

【Abstract】With the rapid development of economy，the process of urbanization and motorization in China has speeded up since the beginning of this century.As the traffic infrastructure construction and improvement speed cannot keep up with the increasing of motorized traffic demand，large and medium-sized cities have emerged in varying degrees of traffic congestion，and there is a tendency to spread to small and medium-sized cities.The intersection is the most vulnerable place for traffic congestion.Whether the traffic signal control is scientific and reasonable is directly related to the smooth and orderly traffic flow in the whole area.Based on this，this paper analyzes the construction， application and existing problems of intelligent traffic signal control system in China from the perspective of road traffic signal control system planning and users.Finally，the development trend of intelligent transportation system is prospected.

【Key words】Intelligent transportation system；Signal control；Application status；Expectation

0 引言

道路平面交又口是兩條或兩條以上道路的交匯處，是機動車流、非機動車流和人流的匯集點，是道路交通的瓶頸，更是時空路權(quán)分配的重點和難點區(qū)域。而道路交通信號控制作為道路平面交叉口時間路權(quán)分配的最主要手段，在交通工程、交通管理工作中占有極其重要的地位。其系統(tǒng)構(gòu)架是否科學(xué)、運行是否穩(wěn)定、控制策略選擇是否合理，與一個區(qū)域整體交通服務(wù)水平的高低直接相關(guān)。同時，隨著各類交通流檢測設(shè)備的不斷完善，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、多維感知、人工智能等信息化技術(shù)的高速發(fā)展迭代，給交通信號控制系統(tǒng)智能化水平的提升提供了新的增長動力。

近年來，國內(nèi)智能交通信號控制系統(tǒng)發(fā)展呈百花齊放狀態(tài)，除了深耕多年的澳大利亞 SCATS、英國SCOOT、美國西門子ACTRA等國際先進(jìn)系統(tǒng)憑借先入優(yōu)勢仍長期把持著國內(nèi)大部分一二線城市外，海信、萊斯、中控、寶康等國內(nèi)老牌交通信號控制系統(tǒng)研發(fā)企業(yè)后來居上，搶占了大量新二線以及三四線城市信號控制市場。而海康、大華等視頻安防巨頭也看好信號控制及其衍生行業(yè)，紛紛利用自身視頻硬件、算法優(yōu)勢，跨界研發(fā)各具特點的智能交通信號控制系統(tǒng)，并通過道路智能化建設(shè)項目總包的形式逐漸搶占道路新建、改建市場。一時間，品類繁多的各類智能信號控制系統(tǒng)提供了更大的選擇余地，同時也給智能交通規(guī)劃、建設(shè)、決策部門的系統(tǒng)選型工作帶來了不小的困惑。

1 我國主流智能交通信號控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

雖然目前國內(nèi)智能信號控制系統(tǒng)品類繁多，拋開價格因素難以取舍，但通過追根溯源，我們不難發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)各廠家主推的智能信控系統(tǒng)大部分都是通過借鑒國外成熟系統(tǒng)進(jìn)行部分本土化，并增加了一些特色功能改進(jìn)而來，例如，我國的SMOOTH、NUTCS、Hicon以及大華、?？档鹊认到y(tǒng)。國外主流的SCATS、SCOOT、ACTRA 等系統(tǒng)中，SCOOT系統(tǒng)功能構(gòu)架最為先進(jìn)、也最為復(fù)雜，借鑒難度較大，因此國內(nèi)除少數(shù)大企業(yè)外，絕大多數(shù)信控系統(tǒng)研發(fā)廠家均選擇參照SCATS和ACTRA等技術(shù)水平相對較低的智能信控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)研發(fā)。尤其是SCATS系統(tǒng)，由于不牽涉更多的后端仿真模型和運算，技術(shù)門檻相對較低，更是成為國內(nèi)中小廠商競相模仿的對象。據(jù)不完全統(tǒng)計，上述幾類國外或國內(nèi)借鑒國外智能信號控制系統(tǒng)占據(jù)國內(nèi)90%以上智能信號控制路口。其中，?？?、大華等安防領(lǐng)域巨頭近年來高度重視并不斷加大智能信號控制系統(tǒng)研發(fā)力度，由于占有后發(fā)和數(shù)據(jù)采集硬件研發(fā)優(yōu)勢，其產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)架和衍生功能均較傳統(tǒng)信號控制系統(tǒng)有較大提升，系統(tǒng)采用較為先進(jìn)的多級分布式遞階控制結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

同時該系統(tǒng)配合大量視頻檢測和多維感知設(shè)備，可以具備一定的區(qū)域感應(yīng)協(xié)調(diào)控制能力，包括路口排隊溢出、特勤PAD領(lǐng)航、公交優(yōu)先等個性化控制模塊。

除此以外，國內(nèi)也不乏一些院校、企業(yè)利用自身技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合我國交通特點，研發(fā)出一類貼近城市交通管控實戰(zhàn)需求的特色智能信號控制系統(tǒng)。如廣州運星康安達(dá)和寧波鴻軒智能交通信號控制系統(tǒng)。該類系統(tǒng)以雙向綠波（雙向線協(xié)調(diào)）信號控制技術(shù)應(yīng)用為最大特點，通過對道路交通流特征、流量、平均速度、相位差、排隊長度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，運用創(chuàng)新型研發(fā)的綠波配時軟件對道路不同時段不同路口條件下的車流進(jìn)行雙向協(xié)調(diào)控制。

2 金華市區(qū)智能交通信號控制系統(tǒng)應(yīng)用情況

筆者參與了2009年至今浙江省金華市區(qū)智能交通信號控制系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用工作，在此期間，也同時接觸到了兄弟地市和周邊縣市包括SCATS、麥肯富頓、寶康、HICON、浙大中控、萊斯、?？?、大華、金科在內(nèi)的多種信號控制系統(tǒng)，通過多方面調(diào)研、對比、測試，最終于2012年完成了寧波鴻軒智能信號控制系統(tǒng)選型建設(shè)工作。

項目主要通過更新、升級市區(qū)110處路口交通信號控制機為智能綠波協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通信號控制機，并依托已建成的交通指揮中心平臺實及新建的交通信號控制專用物理網(wǎng)，實現(xiàn)市區(qū)交通信號由指揮中心聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制，如圖2所示。

2.1 項目主要內(nèi)容

（1）110個路口交通信號機智能化更新。

（2）中心兩臺交通信號控制服務(wù)器以主備形式通過交通信號控制專用物理網(wǎng)實現(xiàn)市區(qū)交通信號中心集中協(xié)調(diào)控制。

（3）實現(xiàn)交通信號控制與交通指揮中心系統(tǒng)、交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及警用地理信息系統(tǒng)的嵌入和融合。

（4）完成市區(qū)14條主干道交通信號雙向綠波協(xié)調(diào)控制。

（5）實現(xiàn)重大交通事件及特勤警衛(wèi)指揮中心集中動態(tài)遠(yuǎn)程控制。

（6）前端流量采集設(shè)備應(yīng)用安裝后具備綠波自適應(yīng)調(diào)整升級能力。

2.2 項目技術(shù)革新

鴻軒智能信號控制系統(tǒng)術(shù)革新主要體現(xiàn)在：

（1）打破了傳統(tǒng)的雙向綠波建設(shè)嚴(yán)苛的路口間距條件，實現(xiàn)任意路口間距、任意道路長度的多時段、多模式雙向綠波協(xié)調(diào)。

（2）形成雙向綠波群及雙向綠波網(wǎng)絡(luò)，三條及以上相交干線道路均同時實現(xiàn)雙向協(xié)調(diào)控制。

（3）具備雙向綠波中部分路口雙周期和大小周期插入能力。

（4）動態(tài)添加和刪除信號機到運行中的雙向綠波帶中，不影響綠波運行。

（5）動態(tài)調(diào)整信號機相位差，動態(tài)調(diào)整信號機綠波相位。

（6）綠波掉線重連，中心控制服務(wù)器軟件運行故障重啟功能。

通過6年的不斷建設(shè)完善，截至2018年9月，金華市區(qū)智能信號控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)智能信號控制機數(shù)量已增加至280臺，已建成包括八一南街、雙龍南街在內(nèi)的37條雙向綠波帶，基本涵蓋了金華主城區(qū)所有主干道。十字相交、艸字相交的兩條甚至多條雙向綠波帶將傳統(tǒng)意義上的線雙向協(xié)調(diào)控制提升到了區(qū)域協(xié)調(diào)控制的新高度。在基礎(chǔ)上，分別于2016和2017年試點完成了雙向綠波條件下的BRT信號優(yōu)先，以及慢進(jìn)快出不等速雙向綠波等多項全國領(lǐng)先的技術(shù)創(chuàng)新工作。

3 我國主流智能交通信號控制系統(tǒng)存在問題分析

在看到我國交通信號控制系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用取得長足進(jìn)步的同時，我們也應(yīng)當(dāng)清醒的認(rèn)識到，現(xiàn)階段無論何種智能信號控制系統(tǒng)，在我國復(fù)雜道路交通條件，尤其是非機動車、行人占比較高的城市高峰期交通流條件下的應(yīng)用仍然存在很多問題。歸納起來有以下幾點：

（1）有別于傳統(tǒng)非智能信號控制系統(tǒng)，智能交通信號系統(tǒng)對通訊網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)高度依存，雖然我國部分大城市大量使用國外先進(jìn)智能信號控制系統(tǒng)已有相當(dāng)長的時間，但與之配套的信號控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集分析體系建設(shè)卻長期滯后，導(dǎo)致很長一段時期智能信號控制機聯(lián)網(wǎng)率（近年來有明顯提升）和自適應(yīng)智能化控制能力仍處在較低水平。

（2）基于國外單純機動化交通環(huán)境研發(fā)的算法和感應(yīng)控制方式很難完全適應(yīng)我國日益復(fù)雜的城市交通環(huán)境。該類系統(tǒng)對我國現(xiàn)階段普遍存在混合交通比例較高、交通干擾因素多、高峰期各方向飽和交通特征適應(yīng)性較差等問題。

（3）系統(tǒng)構(gòu)架及控制方式很難有效針對一些特定交通控制需求進(jìn)行定制開發(fā)、升級，甚至一些較為常用的控制策略調(diào)整都需經(jīng)廠家授權(quán)、專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場燒錄更改軟件等繁復(fù)的程序，導(dǎo)致系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)針對性和及時性不佳。

（4）系統(tǒng)使用后期投入大，對交通流檢測采集設(shè)備完好率、準(zhǔn)確率要求高。嚴(yán)謹(jǐn)先進(jìn)的系統(tǒng)算法需要大量實時準(zhǔn)確的交通流數(shù)據(jù)導(dǎo)入，但我國較為惡劣的道路環(huán)境及長期以地感線圈為主的交通數(shù)據(jù)采集方式（近年來隨著視頻、地磁、多目標(biāo)雷達(dá)、激光等更為先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集手段逐漸成熟，上述情況有所改善），系統(tǒng)部署以來極少有城市數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和完整性能達(dá)到完全自適應(yīng)控制需求，從而導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計功能無法充分發(fā)揮。

（5）以SCATS為代表的方案選擇式單點自適應(yīng)控制方式，仍高度依賴專業(yè)工程師預(yù)設(shè)配時方案能力。其以現(xiàn)階段技術(shù)水平評判只能歸于算半自動感應(yīng)控制模式，無法稱之為真正的全自動智能控制。同時其強調(diào)單個路口最優(yōu)控制效能，而忽略線控、面控等多路口協(xié)調(diào)控制的設(shè)計理念，導(dǎo)致其對我國現(xiàn)階段交通環(huán)境適用面較窄。

此外，智能交通信號控制系統(tǒng)能否完全發(fā)揮其應(yīng)有的控制效能，除了與產(chǎn)品研發(fā)思路、系統(tǒng)構(gòu)架、自身功能直接相關(guān)外，還與諸如城市交通特征、道路交通工程水平、系統(tǒng)管理維護能力、交通數(shù)據(jù)采集方式、操作人員專業(yè)水準(zhǔn)等多個方面密切相關(guān)，而我國現(xiàn)有已采用智能交通控制系統(tǒng)的城市或多或少在以上方面存在問題，進(jìn)一步影響了智能交通信號控制系統(tǒng)效能的發(fā)揮。

4 結(jié)論與展望

隨著十三五期間，我國5G通信、云計算、人工智能等技術(shù)的高速發(fā)展以及無人駕駛技術(shù)的不斷成熟，以城市大腦驅(qū)動的交通智能化步伐將出現(xiàn)重大跨越。在這樣的大趨勢下，可以預(yù)見：

（1）智能交通控制系統(tǒng)仍將是智能交通系統(tǒng)的核心組成部分。

（2）阿里、百度等互聯(lián)網(wǎng)巨頭將越來越多的借助其掌握的海量數(shù)據(jù)資源，在傳統(tǒng)信號控制企業(yè)的積極配合下深度介入智能交通信號控制領(lǐng)域。

（3）隨著多維感知和5G無線通信技術(shù)的逐漸普及，我國智能交通信號控制技術(shù)將在十三五末從國外先進(jìn)技術(shù)的跟隨者轉(zhuǎn)變領(lǐng)跑者。

（4）相對薄弱的城市道路交通工程基礎(chǔ)和管理水平以及缺乏系統(tǒng)性、前瞻性的城市交通規(guī)劃現(xiàn)狀是阻礙智能交通信號控制系統(tǒng)效能發(fā)揮的重要因素。

（5）隨著人工智能、車路協(xié)同、無人駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展推進(jìn)，最終實現(xiàn)無信號燈城市交通控制將是廣大交通參與者的終極目標(biāo)。

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