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

1、       我國(guó)智能交通信號(hào)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(jì)持續(xù)高速發(fā)展，本世紀(jì)初開始，我國(guó)城市化、機(jī)動(dòng)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(zhǎng)的機(jī)動(dòng)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(shì)。而作為最易發(fā)生交通擁堵的道路平面交叉口，交通

2、信號(hào)控制是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到整個(gè)區(qū)域交通流的暢通有序。基于此，本文從道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)規(guī)劃和使用者角度，對(duì)我國(guó)智能交通信號(hào)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(duì)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。【關(guān)鍵詞】智能交通；信號(hào)控制；應(yīng)用現(xiàn)狀；趨勢(shì)展望中圖分類號(hào)： u491.54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）26-0243-003doi：10.19694/ki.issn2095-2457.2018.26.111application status and expectation of intelligent traffic signal control s

3、ystem in chinawu 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 u

4、rbanization 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

5、，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 pap

6、er 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

7、transportation system；signal control；application status；expectation0 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(jī)動(dòng)車流、非機(jī)動(dòng)車流和人流的匯集點(diǎn)，是道路交通的瓶頸，更是時(shí)空路權(quán)分配的重點(diǎn)和難點(diǎn)區(qū)域。而道路交通信號(hào)控制作為道路平面交叉口時(shí)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(yùn)行是否穩(wěn)定、控制策略選擇是否合理，與一個(gè)區(qū)域整體交通服務(wù)水平的高低直接相關(guān)。同時(shí)，隨著各類交通流檢測(cè)設(shè)備的不斷完善，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)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

8、號(hào)控制系統(tǒng)智能化水平的提升提供了新的增長(zhǎng)動(dòng)力。近年來，國(guó)內(nèi)智能交通信號(hào)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(guó)scoot、美國(guó)西門子actra等國(guó)際先進(jìn)系統(tǒng)憑借先入優(yōu)勢(shì)仍長(zhǎng)期把持著國(guó)內(nèi)大部分一二線城市外，海信、萊斯、中控、寶康等國(guó)內(nèi)老牌交通信號(hào)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(hào)控制市場(chǎng)。而?？怠⒋笕A等視頻安防巨頭也看好信號(hào)控制及其衍生行業(yè)，紛紛利用自身視頻硬件、算法優(yōu)勢(shì)，跨界研發(fā)各具特點(diǎn)的智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)，并通過道路智能化建設(shè)項(xiàng)目總包的形式逐漸搶占道路新建、改建市場(chǎng)。一時(shí)間，品類繁多的各類智能信號(hào)控制系統(tǒng)提供了更大的選擇余地，同時(shí)也給智

9、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(guó)主流智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀雖然目前國(guó)內(nèi)智能信號(hào)控制系統(tǒng)品類繁多，拋開價(jià)格因素難以取舍，但通過追根溯源，我們不難發(fā)現(xiàn)，國(guó)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(guó)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(guó)的smooth、nutcs、hicon以及大華、?？档鹊认到y(tǒng)。國(guó)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(guó)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(duì)較低的智能信控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)研

10、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(yùn)算，技術(shù)門檻相對(duì)較低，更是成為國(guó)內(nèi)中小廠商競(jìng)相模仿的對(duì)象。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，上述幾類國(guó)外或國(guó)內(nèi)借鑒國(guó)外智能信號(hào)控制系統(tǒng)占據(jù)國(guó)內(nèi)90%以上智能信號(hào)控制路口。其中，?？怠⒋笕A等安防領(lǐng)域巨頭近年來高度重視并不斷加大智能信號(hào)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(shì)，其產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)架和衍生功能均較傳統(tǒng)信號(hào)控制系統(tǒng)有較大提升，系統(tǒng)采用較為先進(jìn)的多級(jí)分布式遞階控制結(jié)構(gòu)，如下圖所示：同時(shí)該系統(tǒng)配合大量視頻檢測(cè)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(duì)溢出、特勤pad領(lǐng)航、公交優(yōu)先等個(gè)性化控制模塊。除此以外，國(guó)內(nèi)也不乏一些院校

11、、企業(yè)利用自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合我國(guó)交通特點(diǎn)，研發(fā)出一類貼近城市交通管控實(shí)戰(zhàn)需求的特色智能信號(hào)控制系統(tǒng)。如廣州運(yùn)星康安達(dá)和寧波鴻軒智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)。該類系統(tǒng)以雙向綠波（雙向線協(xié)調(diào)）信號(hào)控制技術(shù)應(yīng)用為最大特點(diǎn)，通過對(duì)道路交通流特征、流量、平均速度、相位差、排隊(duì)長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，運(yùn)用創(chuàng)新型研發(fā)的綠波配時(shí)軟件對(duì)道路不同時(shí)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(hào)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(hào)控制系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用工作，在此期間，也同時(shí)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、?？怠⒋笕A、金科在內(nèi)

12、的多種信號(hào)控制系統(tǒng)，通過多方面調(diào)研、對(duì)比、測(cè)試，最終于2012年完成了寧波鴻軒智能信號(hào)控制系統(tǒng)選型建設(shè)工作。項(xiàng)目主要通過更新、升級(jí)市區(qū)110處路口交通信號(hào)控制機(jī)為智能綠波協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通信號(hào)控制機(jī)，并依托已建成的交通指揮中心平臺(tái)實(shí)及新建的交通信號(hào)控制專用物理網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)市區(qū)交通信號(hào)由指揮中心聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制，如圖2所示。2.1 項(xiàng)目主要內(nèi)容（1）110個(gè)路口交通信號(hào)機(jī)智能化更新。（2）中心兩臺(tái)交通信號(hào)控制服務(wù)器以主備形式通過交通信號(hào)控制專用物理網(wǎng)實(shí)現(xiàn)市區(qū)交通信號(hào)中心集中協(xié)調(diào)控制。（3）實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)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(hào)

13、雙向綠波協(xié)調(diào)控制。（5）實(shí)現(xiàn)重大交通事件及特勤警衛(wèi)指揮中心集中動(dòng)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(jí)能力。2.2 項(xiàng)目技術(shù)革新鴻軒智能信號(hào)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(shí)現(xiàn)任意路口間距、任意道路長(zhǎng)度的多時(shí)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(shí)實(shí)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(dòng)態(tài)添加和刪除信號(hào)機(jī)到運(yùn)行中的雙向綠波帶中，不影響綠波運(yùn)行。（5）動(dòng)態(tài)調(diào)整信號(hào)機(jī)相位差，動(dòng)態(tài)調(diào)整信號(hào)機(jī)綠波相位。（6）綠波掉線重連，中心控制服務(wù)器軟件運(yùn)行

14、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(hào)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)智能信號(hào)控制機(jī)數(shù)量已增加至280臺(tái)，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(diǎn)完成了雙向綠波條件下的brt信號(hào)優(yōu)先，以及慢進(jìn)快出不等速雙向綠波等多項(xiàng)全國(guó)領(lǐng)先的技術(shù)創(chuàng)新工作。3 我國(guó)主流智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)存在問題分析在看到我國(guó)交通信號(hào)控制系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用取得長(zhǎng)足進(jìn)步的同時(shí)，我們也應(yīng)當(dāng)清醒的認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)階段無論何種智能信號(hào)控制系統(tǒng)，在我國(guó)

15、復(fù)雜道路交通條件，尤其是非機(jī)動(dòng)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(diǎn)：（1）有別于傳統(tǒng)非智能信號(hào)控制系統(tǒng)，智能交通信號(hào)系統(tǒng)對(duì)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(guó)部分大城市大量使用國(guó)外先進(jìn)智能信號(hào)控制系統(tǒng)已有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，但與之配套的信號(hào)控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集分析體系建設(shè)卻長(zhǎng)期滯后，導(dǎo)致很長(zhǎng)一段時(shí)期智能信號(hào)控制機(jī)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(guó)外單純機(jī)動(dòng)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(guó)日益復(fù)雜的城市交通環(huán)境。該類系統(tǒng)對(duì)我國(guó)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

16、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(duì)一些特定交通控制需求進(jìn)行定制開發(fā)、升級(jí)，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(chǎng)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(duì)性和及時(shí)性不佳。（4）系統(tǒng)使用后期投入大，對(duì)交通流檢測(cè)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(shí)時(shí)準(zhǔn)確的交通流數(shù)據(jù)導(dǎo)入，但我國(guó)較為惡劣的道路環(huán)境及長(zhǎng)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(jì)功能無法充分發(fā)揮。（

17、5）以scats為代表的方案選擇式單點(diǎn)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(shí)方案能力。其以現(xiàn)階段技術(shù)水平評(píng)判只能歸于算半自動(dòng)感應(yīng)控制模式，無法稱之為真正的全自動(dòng)智能控制。同時(shí)其強(qiáng)調(diào)單個(gè)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(jì)理念，導(dǎo)致其對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段交通環(huán)境適用面較窄。此外，智能交通信號(hào)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(hù)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(gè)方面密切相關(guān)，而我國(guó)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(hào)控

18、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(guó)5g通信、云計(jì)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(dòng)的交通智能化步伐將出現(xiàn)重大跨越。在這樣的大趨勢(shì)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(hào)控制企業(yè)的積極配合下深度介入智能交通信號(hào)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(guó)智能交通信號(hào)控制技術(shù)將在十三五末從國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的跟隨者轉(zhuǎn)變領(lǐng)跑者。（4）相對(duì)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(hào)控制系統(tǒng)效能