邊緣計算技術(shù)在智能交通信號控制中的應(yīng)用

周毓

摘 要：基于交通信號控制基礎(chǔ)理論，結(jié)合交叉口交通信號控制實施流程，探討邊緣計算技術(shù)在交通信號控制配時方案計算、通行狀態(tài)評價、控制效益評估及信號配時優(yōu)化等方面的作用。較傳統(tǒng)的交通信號控制、優(yōu)化而言，基于邊緣計算技術(shù)的交通信號控制、優(yōu)化和評價數(shù)據(jù)精準，傳輸、計算延時小，傳輸效率高，可大大提高交通管理的智能化、精細化水平。

關(guān)鍵詞：邊緣計算;智能交通;交通信號控制;交通管理

中圖分類號：U491.54 文獻標識碼：A

0 引言

為有效治理城市交通擁堵，交通信號控制與優(yōu)化在交通管理中愈發(fā)被重視，為提升交通信號管控應(yīng)用精細化、智能化水平，部分先進地區(qū)紛紛組建成立交通信號配時中心，強化專業(yè)人才與科技設(shè)備的高效協(xié)同能力以促進城市疏堵保暢。當前的交通信號配時優(yōu)化主要依托云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，在中心側(cè)實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的分析研判，在固定周期、分時段控制下使得信號配時更符合交叉口交通運行實際;同時，受數(shù)據(jù)分析時耗、數(shù)據(jù)上傳和方案下發(fā)傳輸網(wǎng)絡(luò)延時等因素影響，難以實現(xiàn)交叉口交通信號配時的實時優(yōu)化和下發(fā)，邊緣計算技術(shù)的低帶寬、超低延時等特點則為交通信號配時實時優(yōu)化和交通信號自適應(yīng)控制提供了可能。

1 交通信號控制基礎(chǔ)理論

交通信號控制理論是在交通流理論的基礎(chǔ)上，對交通路網(wǎng)上行駛的車輛、行人進行合理的管理、調(diào)節(jié)、引導(dǎo)，使之能夠安全高效地獲得通行權(quán)，在現(xiàn)有路網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對交通流進行智能化管理控制。交通信號控制主要有定時控制、感應(yīng)控制（半感應(yīng)控制、全感應(yīng)控制）和自適應(yīng)控制三種方式[1]。

交通信號控制過程中需對控制通行狀態(tài)和控制效益進行評估，以便于不斷優(yōu)化交通信號控制配時，主要指標[2]如下表2：

數(shù)據(jù)采集是進行信號控制、優(yōu)化及評價的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)交通信號控制主要依賴于線圈、地磁、視頻等，采集手段、采集要素單一，已無法滿足愈發(fā)精細化的交通管理需求。在5G、大數(shù)據(jù)等技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，機動車流量、非機動車流量、行人過街數(shù)據(jù)、機動車車牌、車輛類型、速度、轉(zhuǎn)向、單車道流量等全要素交通數(shù)據(jù)采集已經(jīng)成為交通信號控制數(shù)據(jù)采集的必然趨勢。

2 邊緣計算技術(shù)在智能信號控制中的應(yīng)用

2.1 邊緣計算的特點

邊緣計算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務(wù)。融合網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力的分布式開放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)。邊緣計算具備高實時性計算能力、超低時延、高帶寬、高安全可靠性等特點，具備對海量、異構(gòu)、多樣性數(shù)據(jù)接入和實時分析處理能力;海量的數(shù)據(jù)靠近終端設(shè)備或者直接在終端設(shè)備上運行，不再需要上傳至云端進行處理，降低了網(wǎng)絡(luò)時延，核心網(wǎng)傳輸壓力下降，傳輸速率大大增加[3]。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

基于邊緣計算的智能交通信號控制主要由云端控制平臺和邊緣計算節(jié)點組成。在邊緣側(cè)，以一個交叉口為單位，按照計算需求建設(shè)邊緣計算設(shè)備，并實現(xiàn)與交叉口已建設(shè)的電警、交通視頻監(jiān)控、雷達等交通信息采集設(shè)備的對接。通過邊緣計算設(shè)備分析計算后將相關(guān)交通參數(shù)輸出至交通信號機，交通信號機根據(jù)參數(shù)計算配時方案，并將控制指令下發(fā)至交通信號燈，實現(xiàn)交通信號控制和優(yōu)化。

2.3 邊緣計算設(shè)備可采集參數(shù)

利用傳感器技術(shù)、高精地圖技術(shù)、AI算法、大算力芯片、邊緣計算技術(shù)，通過邊緣計算設(shè)備實現(xiàn)交叉口雷達數(shù)據(jù)、視頻分析數(shù)據(jù)、路口渠化數(shù)據(jù)的擬合，實時掌握車輛軌跡、車道流量、車道飽和度、延誤停車次數(shù)、排隊長度等重要交通參數(shù)，通過多源數(shù)據(jù)的融合，實現(xiàn)路口的全方向、全天候、全要素的全數(shù)字化。通過邊緣計算設(shè)備，可在邊緣側(cè)實現(xiàn)以下交通數(shù)據(jù)的采集：

2.4 邊緣計算在智能交通信號控制中的應(yīng)用

根據(jù)交叉口交通信號控制實施流程，結(jié)合表2～表4可見，邊緣計算技術(shù)在交通信號控制、評估和優(yōu)化中均發(fā)揮著重要的作用：

2.4.1 支撐交通信號控制配時方案精準計算

通過邊緣計算設(shè)備對現(xiàn)有交通設(shè)備數(shù)據(jù)的融合分析，綜合交叉口渠化信息、交叉口交通流量數(shù)據(jù)，為研判交叉口交通運行規(guī)律、劃分交叉口信號控制時段，確定相位相序，計算信號控制配時方案提供更全面、更精準的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)配時方案精準計算[4]。

2.4.2 支撐交通信號控制通行狀態(tài)評價

根據(jù)相位流量、周期流量、小時流量、日流量等流量數(shù)據(jù)，綠/紅燈啟亮時刻排隊長度、周期平均排隊長度、交叉口占有率、交叉口飽和流量等指標，實現(xiàn)交叉口流量比最大的進口車道及交通狀況、交叉口排隊擁擠程度最大的進口車道及排隊狀況、積壓狀況的自動判別，實現(xiàn)對交叉口交通信號控制通行狀態(tài)的評價。

2.4.3 交通信號控制控制效益評估

根據(jù)邊緣計算設(shè)備計算的最大流量比變化率、綠/紅燈啟亮時刻最大排隊長度變化率、單位綠燈時間通過量、飽和度、平均停車次數(shù)、平均信號控制延誤等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對交叉口流量比最大進口車道的交通流量增減程度，交叉口排隊最大進口車道的擁擠改善程度，交叉口信號放行壓力最大進口車道的積壓緩解程度，進口車道或交叉口綠燈放行效率等控制效益進行評估。

2.4.4 交通信號控制配時方案優(yōu)化

如圖1，邊緣設(shè)備計算的指標參數(shù)可直接與路口交通信號控制機進行對接，將相關(guān)參數(shù)直接輸入至信號機，由信號機根據(jù)配時方案計算邏輯，對配時方案進行實時優(yōu)化調(diào)整。

3 結(jié)論與展望

通過在交叉口部署邊緣計算設(shè)備，融合路口各類設(shè)備數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)交通運行參數(shù)的實時采集并直接與交通信號控制機對接，減少數(shù)據(jù)上傳、中心計算和方案下發(fā)等一系列過程導(dǎo)致的傳輸延時。相對于傳統(tǒng)的交通信號控制而言，基于邊緣計算技術(shù)的交通信號控制數(shù)據(jù)更全面、更精準，交通信號控制配時優(yōu)化也將從傳統(tǒng)的定時控制優(yōu)化向全感應(yīng)控制和自適應(yīng)控制優(yōu)化轉(zhuǎn)變，通過多路口邊緣計算設(shè)備

的互聯(lián)互通，為交通信號的干線自動協(xié)調(diào)控制、區(qū)域自動協(xié)調(diào)控制奠定了良好的基礎(chǔ)。邊緣計算技術(shù)不僅在智能交通信號控制中具有良好的應(yīng)用效果，基于邊緣計算技術(shù)實現(xiàn)的交通事故、交通違法和交通事件等實時交通運行情況，也為交通管理中事件的及時發(fā)現(xiàn)、及時處置、實時指揮調(diào)度、交通安全防控等實戰(zhàn)應(yīng)用及未來車路協(xié)同等相關(guān)的應(yīng)用提供有利支撐。

參考文獻：

[1]王煒，陳峻，過秀成.交通工程學[M].南京：東南大學出版社，2019.

[2]道路交通信號控制方式第2部分：通行狀態(tài)與控制效益評估指標及方法：GA/T527.2-2016[S]

[3]趙明.邊緣計算技術(shù)及應(yīng)用綜述[J].計算機科學，2020（S1）：268-272.

[4]徐琛輝，馬明，輝王棟.城市道路混合交通流道路交叉口信號配時優(yōu)化方法[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2021（4）：106-109.