常熟道路交通信號控制的現狀及未來發展方向

胡治剛

(同濟大學交通運輸工程學院，上海 201804)

0 引言

城市交通擁堵的本質是城市交通供求的不平衡，是交通供給滯后于交通需求，因此，緩解城市交通擁堵，一方面是要通過道路及基礎設施的建設來增強交通供給能力;另一方面，要采取有效措施合理調控交通需求，從而總體上實現交通供給與需求的動態平衡。從供給的角度來看，由于城市道路網的建設受城市規劃、城市規模、土地利用以及財力、物力等諸多因素的限制，不可能無限擴張，因此單靠改善道路系統是不足以解決交通擁堵問題的，通過國內外交通發展的經驗，道路修建的速度遠遠無法趕上機動車發展的速度;從需求的角度來看，通過政策制定(如公交優先、擁堵收費等)來限制機動車需求，但目前國內尚不宜采取強制措施限制小汽車的購買和使用。因此，如何科學組織道路交通，充分發揮現有路網的通行效能，顯得尤為重要。近年來，常熟交巡警部門在這方面進行了有益的探索，也收到了較好的效果。

1 常熟市道路交通信號控制的現狀

設置交通信號燈是從時間上分離交通沖突點的主要方式，也是均衡路網交通負荷的重要手段。近年來，常熟市機動車數量迅速增長，到目前為止，汽車保有量突破22萬輛，現有道路的局限與行車需求之間的矛盾在進一步凸顯，交通擁堵隨之成為城市生活的一大問題。因此，常熟交巡警部門積極從交通信號控制入手，努力尋求道路通行效能的最大化。

1)通過增設交通信號燈和優化信號配時，提高對交通流運行的掌控能力。

首先在流量和事故達到有關標準的路口路段增設信號燈，確保路口和路段交通的安全與暢通;其次將部分路口的信號燈控制模式由傳統的二相位控制變更為多相位控制，并視交通流的流量流向特性，設置早斷或遲啟，以提高路口的通行能力。目前，全市已有530個信號燈控路口，在交通科學管理、優化我市交通組織方面發揮了重要的作用。在此基礎上，著眼宏觀優化整個路網信號燈的配時，提高整個路網的通行效能。我市較早建立了城市道路交通信號控制系統，并根據流量情況合理調整配時，極大地提高了路口的通行能力。同時還在主干道上設置了“綠波帶”，常熟市區已經形成了“三縱”(海虞北路、虞山北路、新世紀大道)和“七橫”(楓林路、珠江路、長江路、黃河路、富春江路、通港路、204國道)的“綠波帶”。目前全市已有437個路口納入了信號聯網控制系統，已形成14條綠波帶，主干道路車輛排隊縮短，交通延誤降低，城市道路暢通度明顯提高。

2)通過創新交通信號控制理念，用新手段、新措施反哺交通管理實際。

a．建立了全國縣級市第一個交通模擬實驗室。

該實驗室建立了交通規劃、渠化設計與信號控制模型，該模型不僅是常熟市交通管理水平的展示平臺，還是為交通管理人員提供業務學習和實戰培訓的教育平臺，其中的交通信號控制模型作為道路通行權中時間通行權的劃分，展示了交通信號控制的點控、線控、面控、行人過街請求、警衛線路設置等功能，所有的模型路口與實驗室中心服務器連接，通過實驗室中心服務器可以實現遠程實時監控和調整信號配時方案。

b．積極引進高科技管理技術軟件。

2009年，常熟交巡警部門為了進一步提高交通管理水平，專門從德國引進了目前世界上先進專業的交通仿真軟件(VISSIM)［1］，通過運用該軟件，可以對單點信號控制交叉口和協調控制的路網進行交通控制的評價和優化，還可以對比分析信號控制交叉口的交通設計方案，特別是對復雜的信號控制方案進行事先優化和測試。目前，該軟件已應用于實戰，這標志著常熟市的交通管理事業邁進了交通仿真的領域，為常熟市的交通管理的長遠發展打下了堅實的基礎。

c．實現了中心控制與路面民警的互動。

通過城市交通信號控制系統，能迅速響應路面民警的需求，同時也能將中心控制決策和路面指揮有機的結合起來，做到了協同作戰。

3)通過探索新的交通信號控制手段，不斷提高道路通行能力。

a．提出“綠波帶組合”概念，解決干線綠波協調問題。當一條干線有十幾個路口時，如何科學地設置“綠波帶”成為了一個問題，如果全線設置成一條“綠波帶”的話，到“綠波帶”最后幾個路口時車流將變得非常發散，通行能力將直線下降，“綠波帶”的效果也將大打折扣。為此，常熟交巡警部門經過不斷的實踐研究，根據路口之間的距離將一條干線合理劃分成若干個“綠波帶組合”，可實現在經過一到兩個“綠波帶”后，車流能再次聚集，能以飽和流量重新開始新的綠波行程，從而大大提高干線交通的通行能力。

b．提出“紅波帶”概念，通過控制約束上游車流的技術手段，解決節假日大交通流量集中進入中心區域的交通組織問題。所謂“紅波帶”就是讓機動車行駛到每一個通往中心區域的路口時都讓其遇到紅燈，把交通流合理分配到路段上的各個路口，控制進入中心區域的機動車的數量，減輕中心區域關鍵路口的壓力，同時讓出中心區域的車輛遇到綠燈，盡快駛出中心區域。通過大膽地引入“紅波帶”控制，我市在節假日及重大活動的交通組織中，能夠靈活地通過流量監測設備所檢測到的中心區域流量數據，根據其是否大于承受能力，利用“紅波帶”控制進入中心區域的機動車的數量。

c．運用全紅控制方式解決路口滯留車輛的疏散問題。通過城市交通信號控制系統能遠程直接加載全紅控制方式到路口，讓路口滯留車輛快速駛離交叉口，避免了因為交叉口的堵塞而導致整個區域交通的癱瘓。

d．開發應用交通警衛線路信號自動控制程序。該程序基于城市交通信號控制系統的基礎上，可完全實現警衛線路的預設，并將信息存儲，待執行警衛任務時直接選取執行。此外，該程序還實現了多條警衛線路的同時運行，滿足多個車隊同時通行的需求，經投入使用，最大限度地節約了警力資源，確保了各項警衛任務的順利進行。

2 常熟市道路交通信號控制成效的評估

通過引入多種全新的交通信號控制理念，將數字化、網絡化相互協調、有機地融入到交通管理的實踐中，擺脫了以往交通組織依賴“人海戰術”的陳舊模式，將警力充分解放出來，真正發揮了交通信號控制“四兩撥千斤”的“巧勁”，可謂“運籌于帷幄之中，疏浚于千里之外”，其成效是顯而易見的。

首先，城市交通信號控制系統自動協調和控制了整個控制區域內交通信號燈的配時方案，均衡路網內交通流運行，使停車次數、延誤時間及環境污染減至最小，交叉口通行能力提高了15%，我市交叉口高峰期的周期時間控制在130 s左右，不超過兩次綠燈就能通過路口，平峰期的周期時間控制在90 s左右，基本一次綠燈就能通過路口，充分發揮道路系統的交通效益。

其次，城市交通信號控制系統提高了我市交巡警部門處置各種交通事件的能力，特別是發生突發事件(如交通事故、大型活動、重大節假日等)時，可通過控制中心人工干預，直接控制路口信號機執行指定相位，強制疏導交通，能將聚集的交通流快速疏散出去，避免交通事故的發生，尤其值得一提的是，在大雪等自然災害和近幾年的大型活動中，由于城市交通信號控制系統的成功應用，我市未發生大規模的交通擁堵，保障了通行安全。

再者，極大地節省了人力支出。過去在交通警衛時，大路口至少需要安排4名警力維護秩序，小路口至少需要2名警力。現在，通過應用交通警衛線路信號自動控制程序，大路口一般只需安排1名警力，而小路口則不用專門安排警力執勤，這樣極大地節約了基層的警力資源，使基層警力解放出來從事其他工作任務，從而大大提高了工作效率。此外，通過城市交通信號控制系統，能迅速檢查前端信號機的工作狀態，方便維修人員及時發現和排除故障，極大提高了維護的工作效率，使得信號機能始終處于正常的工作狀態。

3 未來常熟道路交通信號控制的發展方向

到2012年年底，常熟市將實現所有信號燈路口與交通控制中心聯網，聯網率達到100%，同時路口視頻監控設置率也將達到100%，在這種背景下，經過這些年的發展和探索，筆者認為常熟市道路交通信號控制的未來發展方向應是:交通信號控制系統與基于警用地理信息系統(PGIS)的交通指揮集成控制平臺［2］完美結合，有效緩解交通擁堵，提高交通效率。

具體有以下幾個方面:

1)針對可能發生的交通擁堵，利用交通預警與交通信號控制的動態關聯實現有效預防。

交通預警分為常態預警和動態預警。常態預警是指通過對轄區主要道路、學校、旅游場所、商場、大型企業等主要交通發生和吸引點，并結合節假日、天氣等因素進行分析，將預期可能發生的擁堵地點在PGIS地圖上報警。動態預警是指對交通流的歷史數據分析研判之后，對周期性的擁堵點、大型活動、交通管制、道路施工等可能產生的交通擁堵在PGIS地圖上進行預警。交通信號控制首先提示是否需要進行交通信號控制干預，然后根據不同的預警內容，分別給出不同的交通信號控制的建議干預方案，并實時評價干預后的交通運行結果，根據結果再給出新的建議干預方案，這樣，由于提前進行了交通干預，可以有效的避免交通擁堵的發生，從而實現了交通預警與交通信號控制的動態關聯。

2)針對已經發生的交通擁堵，利用交通指揮集成控制平臺的集成控制功能實現有效緩解。

當路口或路段出現交通事故或堵塞等突發事件時，在PGIS地圖上定位交通事故或堵塞點，快速啟動交通事故或堵塞點周圍的電視監控視頻圖像、交通信號控制界面，在PGIS地圖上顯示路段擁堵的狀態、警力、急救等信息以及交通、建筑分布狀況等信息，然后進入交通信號控制系統界面，顯示對應的路口信息，通過改變相關路口的信號配時方案達到快速反應決策與統一調度指揮。

3)針對日益增多的警衛特勤任務，利用交通警衛任務的可視化和自動化執行提高工作效率。

借助警用地理信息系統(PGIS)地圖，使得參與決策的人員能夠直觀地了解警衛任務路線規劃、人員數量、車輛布置等信息，并能夠將大量計算機可以處理的工作如各個交通管理子系統間的聯動交給計算機完成，節省決策參與人員的精力和時間，從而再為警衛和特勤任務提供專用路線，為消防、救護車隊提供快速通道以及大型活動交通組織與指揮等交通組織工作提供決策輔助服務，其特點如下:

a．自動完成警衛路線控制方案的預設:操作人員不需要掌握各種信息，只需在PGIS地圖上畫出警衛任務的行走路線，即可自動生成警衛任務的控制方案。

b．自動調用警衛線路的視頻圖像:操作人員只需在PGIS地圖上通過折線將從起點到終點的警衛線路畫出來，即可自動根據警衛車隊的GPS位置將警衛任務沿線的所有電視監控圖像按順序調用并切換到大屏上，實現實時監控。

c．自動執行警衛路線控制方案:開道車實時的經緯度信息顯示在警用地理信息系統上，交通控制中心可隨時掌握開道車的具體位置，當警衛車隊到達信號路口時，交通信號控制系統按照觸發系統信息，通過交通信號控制系統的優化算法，改變相應路口的交通控制方案，進行疏導交通。

4 結語

我市交巡警部門通過近年來的不斷探索，在應用科技手段優化交通組織，提升交通管理能力方面嘗到了甜頭，通過創新理念，深挖潛能，極大地解放了警力資源，進一步實現了交通管理向“精細化”的深入轉變。未來，常熟交巡警將繼續秉承“科技化、數字化、網絡化”的發展理念，大力建設并完善交通指揮集成控制平臺的集成控制功能，努力通過交通預警與交通信號控制的動態關聯實現有效預防，利用交通警衛任務的可視化和自動化執行不斷提高工作效率，不斷在科技管理手段上做文章，力爭在交通管理科技創新上取得更多更新的突破。

［1] 楊兆升，王 爽．基于Vissim仿真軟件的交通信號配時研究［J］．交通與計算機，2005(1):7-11．

［2] 王超杰．基于GIS的可視化交通管理系統的研究［J］．大眾科技，2006(2):7-11．