城市交通控制的演變
——政策與技術(shù)變更

Andrew Hamilton,Ben Waterson,Tom Cherrett,Andrew Robinson,Ian Snell著，王金秋譯

(1.南安普頓大學(xué)交通研究小組，英國(guó)南安普頓SO17 1BJ；2.西門子，英國(guó)普爾BH17 7ER；3.中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京100037)

0 引言

英國(guó)機(jī)動(dòng)車行駛英里數(shù)在過去60年中增長(zhǎng)約1 000%[1]，全世界范圍內(nèi)都存在類似的趨勢(shì)(例如，美國(guó)自從1940年以來，機(jī)動(dòng)車行駛英里數(shù)增長(zhǎng)500%[2])。面對(duì)道路上越來越多的車輛，控制城市內(nèi)交通流的需求變得愈加強(qiáng)烈，以期最大限度地滿足安全和通行能力的要求，同時(shí)盡可能降低延誤和擁堵對(duì)環(huán)境造成的影響。

從最早的煤氣信號(hào)燈[3]開始，城市交通控制(Urban Traffic Control,UTC)的演變一直受到3個(gè)關(guān)鍵因素的影響：道路網(wǎng)中車輛數(shù)量的增加、技術(shù)的進(jìn)步(或局限)，以及政策制定者對(duì)于可持續(xù)交通最大化的追求。

本文旨在說明，在某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)上那些主導(dǎo)性的交通控制系統(tǒng)均以其可獲得的技術(shù)所達(dá)到的承載量來定義，因此，交通控制系統(tǒng)在發(fā)展過程中不得不等待技術(shù)的進(jìn)步來實(shí)現(xiàn)性能方面的階段性改變。一個(gè)技術(shù)進(jìn)步速度快于交通控制系統(tǒng)開發(fā)速度的嶄新時(shí)代正在到來，它將重建政策、技術(shù)和交通控制系統(tǒng)之間的平衡關(guān)系。

1 過去

1.1 階段一——最初的交通信號(hào)燈(1868—1920)

最初的煤氣信號(hào)燈脫胎于鐵路設(shè)計(jì)，只有紅綠兩種顏色。這些信號(hào)燈由交通警察手動(dòng)操控，目的在于改善交通控制器的可見性，因此信號(hào)燈的燈柱有24英尺(約7.3 m)高，在道路交叉口的任何一個(gè)方向都能被看到[4]。但是，這一系統(tǒng)的問題在于技術(shù)方面的嚴(yán)重局限性，因?yàn)闆]有自動(dòng)控制，道路交叉口必須安排交警值班。不幸的是，英國(guó)的第一批交通信號(hào)燈沒能運(yùn)行多久，因?yàn)樵诎惭b后不到一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)就發(fā)生了爆炸事件[5]。

在目睹美國(guó)和德國(guó)的成功之后，英國(guó)于20世紀(jì)20年代首次引入電力信號(hào)燈。使用交通信號(hào)控制隱含著一系列政策性目的，其中首要目的是減輕交警在交通管理方面的負(fù)擔(dān)，因?yàn)殡S著交通量持續(xù)快速增長(zhǎng)，需要越來越多的交警來指揮交通。這是政策驅(qū)動(dòng)交通信號(hào)燈開發(fā)的第一個(gè)案例。首先，議員認(rèn)為這項(xiàng)舉措將有助于改善公共安全；其次，財(cái)政方面也有潛在收益：安裝信號(hào)燈的花費(fèi)約為100英鎊，而一個(gè)交警一周的工資即6～7英鎊。因此，當(dāng)?shù)卣畯闹锌吹酵顿Y資金可以迅速回籠[6]。

1.2 階段二——“固定配時(shí)控制”(大約為1920—1980)

1.2.1 發(fā)展概況

這一階段是城市交通控制的真正發(fā)端，不斷增多的交通擁堵使決策者們?cè)絹碓接X察到這一問題的嚴(yán)重性，并由此確立了所有信號(hào)控制系統(tǒng)的基本目標(biāo)。早在1964年的《布坎南報(bào)告》(Buchanan Report)中，英國(guó)的交通擁堵作為一個(gè)嚴(yán)重的問題開始受到關(guān)注，報(bào)告預(yù)測(cè)到2010年英國(guó)的機(jī)動(dòng)車保有量將達(dá)到4 000萬輛[7]；2009年實(shí)際登記的機(jī)動(dòng)車已超過3 400萬輛[8]。《布坎南報(bào)告》對(duì)于鼓勵(lì)政府尋求私人機(jī)動(dòng)車的替代交通方式起到重要作用。1969年英國(guó)明確提出建設(shè)更多的道路并非城市交通擁堵的解決方案[9]；與此相反，艾森豪威爾(Eisenhower)總統(tǒng)于1952年為美國(guó)制定了一個(gè)通過建設(shè)整體公路系統(tǒng)來減少城市交通擁堵的宏偉方案[10]。這展現(xiàn)了20世紀(jì)五六十年代解決交通擁堵的迥異策略。但是在這兩個(gè)案例中，政策的目標(biāo)仍然包括由交通控制系統(tǒng)引領(lǐng)以達(dá)到希望的結(jié)果。

20世紀(jì)50年代后期，開始出現(xiàn)通過實(shí)施聯(lián)動(dòng)交通信號(hào)來改善最初各自孤立的固定配時(shí)控制的建議。這需要確定相鄰道路交叉口的相位差以便能夠產(chǎn)生“綠波”，來減少主干路的交通延誤和擁堵[11]。為實(shí)現(xiàn)這種區(qū)域聯(lián)動(dòng)，多個(gè)道路交叉口被分區(qū)定義，這些分區(qū)內(nèi)的信號(hào)燈可以在綠信比(split)、周期(cycle)和相位差(offset time)等方面進(jìn)行優(yōu)化。但是對(duì)于固定配時(shí)控制來說，如果想調(diào)校準(zhǔn)確，信號(hào)周期必須是相同長(zhǎng)度或者整數(shù)倍，因此在一個(gè)區(qū)域里的信號(hào)周期通常依據(jù)交通量最大的道路交叉口來確定。

信號(hào)周期是一個(gè)道路交叉口完成信號(hào)的所有相位所需的全部時(shí)間。綠信比是在一個(gè)完整周期內(nèi)每個(gè)相位分配給綠燈的時(shí)間。相位差是相鄰道路交叉口為實(shí)現(xiàn)交通流的暢通而設(shè)置的綠燈時(shí)間延遲。最簡(jiǎn)單的形式是單向相位差為兩個(gè)道路交叉口之間的車輛行駛時(shí)間，這樣可以保證當(dāng)車輛到達(dá)下一個(gè)道路交叉口時(shí)剛好處于綠燈狀態(tài)[12]。如果某一方向的交通量明顯大于反方向的交通量，相位差可以偏重于交通量大的方向(如早高峰時(shí)段進(jìn)城與出城方向的對(duì)比)。

固定配時(shí)控制可用于構(gòu)建綠波、給出預(yù)先確定的優(yōu)先權(quán)，以及應(yīng)對(duì)如足球比賽之類可以預(yù)測(cè)的特殊事件。但是，固定配時(shí)控制無法應(yīng)對(duì)計(jì)劃外的事件，例如交通事故或者道路施工。固定配時(shí)控制很容易過時(shí)，特別是在交通量增長(zhǎng)特別迅速的區(qū)域。如果配時(shí)方案未能經(jīng)常更新，聯(lián)動(dòng)所帶來的優(yōu)勢(shì)將在3～4年后消失，而方案更新本身可能是一個(gè)耗費(fèi)很大的過程[11]。研究表明，固定配時(shí)控制的效果每年會(huì)降低約3%，因此，定期更新非常必要[13]。

在(可預(yù)測(cè)的)高需求的情況下，固定配時(shí)控制與很多聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)相比在平均延誤方面不相上下，但是擁堵的持續(xù)時(shí)間通常會(huì)更長(zhǎng)。但是，在交通量較低的情況下，固定配時(shí)控制的優(yōu)勢(shì)微乎其微，因?yàn)槿绻魂?duì)車輛頻繁的錯(cuò)過預(yù)先確定的綠燈時(shí)間，反而會(huì)造成更多的延誤。

1.2.2 交通網(wǎng)絡(luò)研究工具

交通網(wǎng)絡(luò)研究工具(TRANSYT)是一款開發(fā)最好并被廣泛應(yīng)用的固定配時(shí)控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)，目前仍然在使用。該系統(tǒng)假設(shè)交通流在一段固定的時(shí)間內(nèi)已知并且穩(wěn)定不變。TRANSYT使用歷史觀測(cè)的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行離線計(jì)算，并針對(duì)一周內(nèi)的特定日和一日內(nèi)的特定時(shí)間生成優(yōu)化方案。TRANSYT通常應(yīng)用于單獨(dú)的道路交叉口，不過也可以用于相鄰道路交叉口的聯(lián)動(dòng)[14]。英國(guó)交通研究實(shí)驗(yàn)室(Transport Research Laboratory,TRL)預(yù)測(cè)并觀測(cè)到，當(dāng)TRANSYT試用于格拉斯哥(Glasgow)相鄰道路交叉口的聯(lián)動(dòng)時(shí)，燃料耗費(fèi)減少了3%～5%[15]。

TRANSYT主要由兩部分組成：交通模型和信號(hào)優(yōu)化模塊。交通模型代表交通行為，預(yù)測(cè)一個(gè)特定時(shí)間方案和每個(gè)路段上交通流平均狀況的性能指標(biāo)(Performance Index,PI)。PI衡量交通擁堵造成的全部損失，是車輛全部延誤和停止行駛次數(shù)的加權(quán)組合(Weighted Combination)[11]。模型需要與時(shí)間相關(guān)的歷史流量信息，同時(shí)一組離散模型被用以確定道路交叉口之間的相位差。信號(hào)優(yōu)化模塊不斷調(diào)校模型中的信號(hào)配時(shí)從而得到最優(yōu)PI。數(shù)據(jù)表明，與原有信號(hào)方案相比，TRANSYT使整個(gè)加利福尼亞州的出行時(shí)耗減少了7.4%～11.4%[16]。

1.3 階段三——獨(dú)立型車輛感應(yīng)交叉口(20世紀(jì)70年代至今)

1.3.1 發(fā)展概況

20世紀(jì)60年代，交通擁堵問題日益顯著，英國(guó)政府致力于尋求技術(shù)提升。政府為一些研究和開發(fā)的獨(dú)立權(quán)威機(jī)構(gòu)設(shè)立基金，用以尋求問題的解決方案；同時(shí)按計(jì)劃在倫敦和格拉斯哥進(jìn)行投資，以提高城市路網(wǎng)的運(yùn)行效率[17]。

隨著感應(yīng)線圈的出現(xiàn)并在路網(wǎng)上廣泛安裝，交通信號(hào)得以被通過道路交叉口的車輛所觸發(fā)。在英國(guó)，孤立的道路交叉口一般都采用車輛感應(yīng)控制[14]，檢測(cè)線圈是國(guó)際上最廣泛應(yīng)用的檢測(cè)方法[18]。系統(tǒng)依賴于交通檢測(cè)器，可以相應(yīng)地分配綠燈時(shí)間；這一方式與固定配時(shí)信號(hào)相比需要更多的基礎(chǔ)設(shè)施，所以采用車輛感應(yīng)的道路交叉口需要較高的初始投資，但是相對(duì)來說在流量監(jiān)測(cè)和時(shí)間校準(zhǔn)方面可節(jié)省很多開銷。更新改造固定配時(shí)控制需要大量的時(shí)間和資源的投入，例如，多倫多在決定升級(jí)到車輛感應(yīng)系統(tǒng)之前曾經(jīng)進(jìn)行估算，如果更新所有的固定配時(shí)信號(hào)燈，需要耗費(fèi)30個(gè)人年的努力[19]。

感應(yīng)線圈由纏繞的金屬絲組成，被埋入道路下方，在道路邊緣有檢測(cè)器，可以給金屬絲供電，并在線圈周圍形成一個(gè)磁性區(qū)域。線圈以一定的頻率共振，這個(gè)共振可以通過檢測(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)車輛經(jīng)過該磁力區(qū)域，共振頻率會(huì)增加，檢測(cè)器就可以監(jiān)測(cè)到車輛的出現(xiàn)[20]。一般來說，線圈通常放置在道路交叉口的上游，這樣當(dāng)車輛被檢測(cè)到之后，有充足的時(shí)間讓交通信號(hào)燈做出反應(yīng)。

1.3.2 車輛感應(yīng)優(yōu)化微處理器

車輛感應(yīng)優(yōu)化微處理器(Microprocessor Optimised Vehicle Actuation,MOVA)是一種高級(jí)車輛感應(yīng)控制器，可以分析各車道的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并控制信號(hào)配置以最小化延誤和停止行駛次數(shù)。整個(gè)英國(guó)約有3 000個(gè)道路交叉口采用MOVA，每年約安裝200個(gè)左右[21]。

MOVA被設(shè)計(jì)成能夠良好應(yīng)對(duì)較低和過飽和的交通流[21]。在道路交叉口飽和之前，MOVA以一種延誤最小化的模式運(yùn)行，但是當(dāng)交叉口達(dá)到飽和之后，它就會(huì)以通行能力最大化的模式運(yùn)行。由于沒有系統(tǒng)能夠有效處理僅僅因?yàn)榈缆飞嫌羞^多車輛而造成的飽和狀態(tài)，因此最大化通行能力是一個(gè)非常有益的特征。最新版本的MOVA能夠聯(lián)合兩個(gè)或更多的交叉口，它們就成為非獨(dú)立型交叉口，例如，MOVA可以應(yīng)用于設(shè)有信號(hào)燈的環(huán)形交叉口[21]。

2 現(xiàn)狀

感應(yīng)線圈改變了交通控制的運(yùn)行方式；但是，因?yàn)闆]有考慮對(duì)相鄰道路交叉口的影響，獨(dú)立型車輛感應(yīng)交叉口(例如MOVA)沒有在城市環(huán)境中發(fā)揮最大的潛力。本章主要指出目前具有發(fā)展?jié)摿Φ耐ㄟ^感應(yīng)線圈、雷達(dá)和紅外線檢測(cè)技術(shù)的車輛檢測(cè)方法，這些都是可以使相鄰道路交叉口實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)而使用的主要技術(shù)。

交通擁堵仍被認(rèn)為是持續(xù)增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)問題，但同時(shí)也被認(rèn)為是環(huán)境和社會(huì)問題[22]。有評(píng)估表明，每年交通擁堵所引起的時(shí)間延誤給英國(guó)造成的損失大約價(jià)值350億美元(220億英鎊)[22]。根據(jù)文獻(xiàn)[23]，2009年美國(guó)因交通擁堵造成的經(jīng)濟(jì)損失約為1 148億美元(約720億英鎊)。當(dāng)相關(guān)的政策驅(qū)動(dòng)者為此仍停留在最小化擁堵和延誤時(shí)，焦點(diǎn)已經(jīng)逐漸從單一問題轉(zhuǎn)變?yōu)槿纸嵌鹊娜说囊苿?dòng)。

2.1 階段四——聯(lián)動(dòng)型車輛感應(yīng)交叉口(20世紀(jì)70年代晚期至今)

在交通控制系統(tǒng)中通常被提到的車輛感應(yīng)系統(tǒng)都是指聯(lián)動(dòng)控制。全球范圍內(nèi)有很多不同的交通控制系統(tǒng)；有不少理論上的交通控制系統(tǒng)被提出，而本文主要聚焦于已經(jīng)投入商業(yè)化運(yùn)作并且在很多地方實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，見表1。

與階段三獨(dú)立型車輛感應(yīng)交叉口相同，用于聯(lián)動(dòng)交叉口的車輛感應(yīng)系統(tǒng)采用在線監(jiān)測(cè)措施來優(yōu)化信號(hào)配時(shí)，以周期循環(huán)為基礎(chǔ)來更好地滿足需求。這些系統(tǒng)可以通過一個(gè)中央計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，例如綠信比、周期、相位差優(yōu)化技術(shù)(Split Cycle Offset Optimization Technique,SCOOT)；或者通過智能分配在當(dāng)?shù)貙用鎸?shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，例如集成自動(dòng)化的城市交通優(yōu)化(Urban Traffic Optimization by Integrated Automation,UTOPIA)。中央控制系統(tǒng)使用相對(duì)不太復(fù)雜的本地控制器，相反，分散型系統(tǒng)給予地方更高的決定權(quán)，包括相鄰控制器之間一定程度的聯(lián)動(dòng)[11]。

所有的主流交通控制系統(tǒng)的運(yùn)行都是基于相似的基礎(chǔ)：調(diào)整綠信比、周期、相位差來優(yōu)化通行于一連串道路交叉口的交通流[11]。但是，每個(gè)交通控制系統(tǒng)都有不同的算法來調(diào)整變量，以獲得更高效的道路交叉口區(qū)域或網(wǎng)絡(luò)。

與聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)相比，獨(dú)立型車輛感應(yīng)交叉口在改變交通信號(hào)方面有更大的彈性，因?yàn)闊o須考慮對(duì)相鄰道路交叉口所產(chǎn)生的影響[27]。然而，如果每個(gè)交通信號(hào)都獨(dú)立運(yùn)行，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能存在潛在的問題。在弗吉尼亞(Virginia)進(jìn)行的一項(xiàng)對(duì)比研究表明，與最初的非聯(lián)動(dòng)感應(yīng)控制交叉口相比，聯(lián)動(dòng)感應(yīng)控制交叉口的車輛出行時(shí)間降低了30%[28]。

2.1.1 綠信比、周期、相位差優(yōu)化技術(shù)

SCOOT是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的交通控制系統(tǒng)(見表1)，已經(jīng)有超過250個(gè)城市和鎮(zhèn)區(qū)安裝該系統(tǒng)[21]。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的交通控制系統(tǒng)，采用實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)來確定合適的信號(hào)配時(shí)。SCOOT通常使用路段上游的動(dòng)態(tài)線圈檢測(cè)器來檢測(cè)周期內(nèi)交通流，估算實(shí)時(shí)需求。SCOOT有三個(gè)優(yōu)化過程來調(diào)整信號(hào)配時(shí)：綠信比、周期和相位差，通過不同頻率和不同程序進(jìn)行優(yōu)化[11]。一些早期針對(duì)SCOOT進(jìn)行的研究表明，相比最新的固定配時(shí)信號(hào)系統(tǒng)，SCOOT系統(tǒng)最高可以減少12%的延誤[29]；但是，最近的一些研究表明，與一些典型的沒有得到完全更新的固定配時(shí)信號(hào)系統(tǒng)相比，SCOOT可以減少高達(dá)20%的延誤[27]。

表1 交通控制系統(tǒng)安裝數(shù)量Tab.1 Number of UTC system installations

SCOOT要求高頻率的檢測(cè)信息更新以保證配時(shí)的時(shí)效性，每秒鐘表明車輛出現(xiàn)或者離開的二進(jìn)制信號(hào)都被送達(dá)SCOOT。SCOOT依賴參數(shù)的輸入質(zhì)量來保證精確地模擬和反映車輛行為[30]。當(dāng)車輛速度已知時(shí)，檢測(cè)器可用于確定事故或者擁堵的發(fā)生，一些典型的輔助軟件與SCOOT共同使用可以更好地處理這些問題，例如，Comet可以給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行者提供非常友好的交互性界面。SCOOT需要進(jìn)行大量的微調(diào)優(yōu)化決策，通常在一個(gè)由100個(gè)道路交叉口組成的網(wǎng)絡(luò)中每小時(shí)會(huì)進(jìn)行超過1萬個(gè)微優(yōu)化[27]，因此有大量的信息需要處理。

SCOOT具有系統(tǒng)上的彈性，可以重寫值并為不同區(qū)域、不同時(shí)間設(shè)置參數(shù)，例如，采用準(zhǔn)入政策(gating strategies)以確保某個(gè)區(qū)域遠(yuǎn)離過度交通量，或者通過公交優(yōu)先措施(bus priority measures)提升公共汽車的準(zhǔn)時(shí)性和規(guī)律性[11]。如果需要，SCOOT也可以提供不同的公交優(yōu)先權(quán)，通過撤回、跳過或延長(zhǎng)某個(gè)時(shí)段來確保公共汽車的通行優(yōu)先權(quán)[14]。

SCOOT可以遵從不同時(shí)間的交通流趨勢(shì)和地區(qū)性的短時(shí)間變化。但是，優(yōu)化過程只允許進(jìn)行綠信比、周期和相位差的小幅度調(diào)整，因此，SCOOT可能會(huì)在突發(fā)的交通流變化中受到限制(例如足球比賽)。然而，一項(xiàng)在多倫多進(jìn)行的研究表明，與之前的固定配時(shí)控制相比，SCOOT有效減少了棒球賽之后61%的交通延誤[19]。

2.1.2 悉尼自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)

悉尼自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System,SCATS)基于聯(lián)動(dòng)車輛感應(yīng)和固定配時(shí)控制的整合，使用一系列在特定情況下開發(fā)的固定配時(shí)方案。該系統(tǒng)在兩個(gè)基本水平下運(yùn)行：“高水平”，包括相位差方案的選擇；“低水平”，包括不同道路交叉口參數(shù)的優(yōu)化[11]，如綠信比和周期[31]。

SCATS在實(shí)時(shí)狀態(tài)下運(yùn)行，有許多分散式控制器。但是，它并非采用完全綜合的設(shè)計(jì)，而是采用很多小型的相位差和階段配時(shí)方案的組合。SCATS依靠漸增的監(jiān)測(cè)反饋來隨時(shí)間調(diào)整信號(hào)方案。系統(tǒng)采用覆蓋本地道路交叉口的中央控制，以便執(zhí)行漸增的配時(shí)方案，這些方案可以對(duì)之前的交通信號(hào)配時(shí)進(jìn)行2%的調(diào)整。每個(gè)區(qū)域都需要對(duì)某個(gè)關(guān)鍵道路交叉口進(jìn)行命名，周邊道路交叉口的配時(shí)方案都基于此。每個(gè)區(qū)域需要確定檢測(cè)流量與飽和流量的比率(V/C)，以便對(duì)擁堵水平進(jìn)行評(píng)價(jià)[32]。

SCATS通過“結(jié)合與分離”確定相位差；有一組外部相位差選項(xiàng)可以使用，“結(jié)合”是指兩個(gè)鄰近區(qū)域采用同樣的周期。內(nèi)部相位差由周期長(zhǎng)度確定，可以由工程師進(jìn)行調(diào)整[32]。如果道路條件發(fā)生顯著改變，SCATS可以在每個(gè)信號(hào)周期后改變周期時(shí)長(zhǎng)。

SCATS可以通過三層系統(tǒng)(高、中、低)為公共汽車或有軌電車提供優(yōu)先權(quán)。有軌電車可以獲得最高優(yōu)先權(quán)，這表明有軌電車可以跳過某些信號(hào)階段從而避免停止行駛；而公共汽車可以獲得中級(jí)優(yōu)先權(quán)，這意味著可以通過減少或延長(zhǎng)某個(gè)信號(hào)階段來減少公共汽車停止行駛的次數(shù)[14]。

SCATS最大的性能缺點(diǎn)是相位差的優(yōu)化，這會(huì)對(duì)區(qū)域間車輛的運(yùn)行產(chǎn)生影響。SCATS是基于停車線的檢測(cè)，這意味著系統(tǒng)對(duì)于隊(duì)列的長(zhǎng)度沒有概念[32]。但是，SCATS有一個(gè)非常有用的過飽和特性，當(dāng)?shù)缆妨髁窟_(dá)到飽和交通流時(shí)，SCATS會(huì)將所有額外的周期時(shí)長(zhǎng)都賦予最忙的相位，以減少擁堵的影響。因此，SCATS能夠很好地適應(yīng)包括接近飽和流量、復(fù)雜的流量以及不可預(yù)測(cè)的流量差異等類型的大交通流的情況[32]。

2.1.3 集成自動(dòng)化的城市交通優(yōu)化

UTOPIA是分層-分散交通信號(hào)控制策略。目標(biāo)在于使車輛的時(shí)間損失最小化；對(duì)公共交通工具給予優(yōu)先權(quán)，避免在信號(hào)控制交叉口停車。UTOPIA以費(fèi)用優(yōu)化函數(shù)為基礎(chǔ)，這一函數(shù)基于車輛的延誤和停止行駛次數(shù)、公共交通的延誤以及對(duì)基準(zhǔn)計(jì)劃和歷史信號(hào)配時(shí)的偏離。優(yōu)化既應(yīng)用于本地層面也應(yīng)用于整個(gè)路網(wǎng)；本地層面的優(yōu)化基于損耗函數(shù)確定信號(hào)配時(shí)，優(yōu)化在120 s的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行(每3 s重復(fù)一次)。在整個(gè)路網(wǎng)層面上，損耗函數(shù)要考慮相鄰的道路交叉口，以便建立一個(gè)動(dòng)態(tài)的信號(hào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制[14]。

UTOPIA有一個(gè)三層分級(jí)建構(gòu)系統(tǒng)：

1）本地層面。采用微觀模型評(píng)估道路交叉口的狀態(tài)，直接收集可以描述交叉口特征的數(shù)據(jù)(飽和流量、轉(zhuǎn)彎比例、延誤等)；

2）區(qū)域?qū)用妗２捎幂^籠統(tǒng)的交通模型監(jiān)測(cè)整個(gè)路網(wǎng)狀態(tài)。這一層面會(huì)確認(rèn)本地檢測(cè)，檢查交通數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)之間的變化；

3）城鎮(zhèn)管理者層面。集成由UTOPIA提供的擁堵信息和從其他系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，例如公共汽車出行時(shí)間。在這一層面上采用宏觀模型，它具有多渠道收集信息和覆蓋整個(gè)城市范圍的優(yōu)勢(shì)[27]。

UTOPIA的設(shè)計(jì)思想明確體現(xiàn)公共交通優(yōu)先[25]；因此，UTOPIA結(jié)合系統(tǒng)優(yōu)先和系統(tǒng)最優(yōu)化，通過使“綠色窗口”(green window)與公共汽車的預(yù)期到達(dá)時(shí)間保持一致來為公共汽車提供優(yōu)先權(quán)。公共汽車定位技術(shù)被應(yīng)用于信號(hào)控制交叉口的上游，系統(tǒng)可以逐漸使交叉口適應(yīng)車輛到達(dá)時(shí)間。UTOPIA采用在網(wǎng)絡(luò)上的關(guān)鍵交叉口布設(shè)線圈檢測(cè)器的方式，檢測(cè)器一般設(shè)在前一個(gè)交叉口的下游[14]。

在都靈(Turin)，UTOPIA對(duì)出行時(shí)間產(chǎn)生了顯著影響，使公共汽車和其他車輛的出行時(shí)間分別降低了20%和10%～15%[11]。UTOPIA表現(xiàn)出對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)的適應(yīng)性，但是損耗函數(shù)相應(yīng)地有很多不確定性，因此可能需要常規(guī)維護(hù)以保證足夠的效率。UTOPIA主要依賴于準(zhǔn)確的出行時(shí)間預(yù)測(cè)和檢測(cè)技術(shù)，這樣公共交通的優(yōu)先權(quán)才能夠得到保障[14]。

2.1.4 實(shí)時(shí)、遞階、最優(yōu)化、分布式且可實(shí)施的系統(tǒng)

與UTOPIA類似，實(shí)時(shí)、遞階、最優(yōu)化、分布式且可實(shí)施的系統(tǒng)(Real-time Hierarchical Optimised Distributed and Effective System,RHODES)的建構(gòu)也基于三個(gè)層次：最高層次將交通量分配至路網(wǎng)以確定交通的基礎(chǔ)水平，這需要考慮交通需求和路網(wǎng)的幾何結(jié)構(gòu)；下一層次基于預(yù)測(cè)的交通流到達(dá)類型以確定信號(hào)配時(shí)；最后，在道路交叉口層次，對(duì)個(gè)體交通的運(yùn)行進(jìn)行建模。

RHODES對(duì)交通的自然隨機(jī)行為做出響應(yīng)[14]。包括兩個(gè)重要的階段：“評(píng)估及預(yù)測(cè)”和“決策系統(tǒng)”。第一個(gè)階段是基于收集到的上游實(shí)際數(shù)據(jù)，第二個(gè)階段是所在交叉口的相位差和周期被選定用于優(yōu)化給定的目標(biāo)(最短隊(duì)列長(zhǎng)度、每車延誤或車輛停止行駛次數(shù))[11]。

2.1.5 在線路網(wǎng)交通信號(hào)優(yōu)化方法

在線路網(wǎng)交通信號(hào)優(yōu)化方法(Method for the Optimisation of Traffic Signals in Online Networks,MOTION)有兩個(gè)主要的組成部分：MOTION中心(MOTION Central)和MOTION本地(MOTION Local)。“中心”的職能是制定方案，而“本地”可進(jìn)行調(diào)整[14]。MOTION在四個(gè)不同的功能層面運(yùn)行[27]：

1）數(shù)據(jù)獲取。應(yīng)用于不同的功能、路網(wǎng)事故識(shí)別和起訖點(diǎn)(OD)。

2）動(dòng)態(tài)交通模型。通過對(duì)最重要的個(gè)體交通流進(jìn)行評(píng)估以及根據(jù)目前交通狀態(tài)確定的交通分析來實(shí)現(xiàn)。

3）優(yōu)化控制變量。通過不斷調(diào)整常規(guī)信號(hào)周期和綠信比來確定最優(yōu)綠燈時(shí)長(zhǎng)。采用排隊(duì)模型來試驗(yàn)和優(yōu)化道路交叉口之間的相位差。

4）決策。將新的信號(hào)程序與當(dāng)前進(jìn)行比較。如果有顯著改善則改變信號(hào)程序；如果僅有微小改進(jìn)則沿用當(dāng)前的信號(hào)程序。

MOTION對(duì)本地和路網(wǎng)兩個(gè)層面都有考慮；然而，本地方案能對(duì)戰(zhàn)略性的網(wǎng)絡(luò)方案帶來多大改變尚不明朗。

2.1.6 全球范圍的交通控制系統(tǒng)

全球范圍內(nèi)有很多在固定配時(shí)系統(tǒng)方面做出重大改善的交通控制系統(tǒng)并沒有在文獻(xiàn)中被廣泛討論。新加坡采用的交通控制系統(tǒng)是綠色鏈接決策(Green Link Determining,GLIDE)，這是一個(gè)針對(duì)各種方法的綠燈時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。與固定信號(hào)配時(shí)系統(tǒng)相比，GLIDE可使早高峰時(shí)段平均出行速度提高8%[33]。

日本采用的交通控制系統(tǒng)是通用交通管理系統(tǒng)(UniversalTrafficManagement System,UTMS)，利用紅外技術(shù)檢測(cè)車輛并與車輛進(jìn)行通訊。因此，如果車輛安裝了紅外設(shè)備，UTMS可以對(duì)駕駛?cè)诉M(jìn)行路徑引導(dǎo)，正如長(zhǎng)野冬奧會(huì)所證明的，安裝紅外設(shè)備的車輛比未安裝此設(shè)備的車輛運(yùn)行速度提高了11%[34]。

2.2 關(guān)于交通控制系統(tǒng)的討論和總結(jié)

在對(duì)交通控制系統(tǒng)進(jìn)行比較時(shí)，無論是直接比較還是探討系統(tǒng)與政策驅(qū)動(dòng)者的符合性，最大的挑戰(zhàn)是缺乏對(duì)于兩種商業(yè)系統(tǒng)直接比較的實(shí)地調(diào)研資料。在查閱設(shè)計(jì)者公開出版的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，由于產(chǎn)品的商業(yè)性特征，通常都會(huì)有一項(xiàng)偏愛的要素。每個(gè)城市都存在差異，而且不同國(guó)家間相異的政策也決定了各自不同的需求，同時(shí)政策也會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化；例如，許多國(guó)家的環(huán)境政策鼓勵(lì)使用公共交通和自行車代替私人機(jī)動(dòng)車，而另外一些國(guó)家則不是這種情況。因此，對(duì)于交通控制系統(tǒng)的選擇是專業(yè)性很強(qiáng)的任務(wù)。文獻(xiàn)[27]指出促使地方管理機(jī)構(gòu)取舍交通控制系統(tǒng)的一些原因。這些原因在政策和技術(shù)兩個(gè)方面影響決策：

1）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和偏好；

2）為系統(tǒng)提供的專業(yè)技術(shù)或可獲得的支持；

3）在相似的運(yùn)行條件下有效性的有力證明；

4）安裝、運(yùn)行和維護(hù)的費(fèi)用；

5）交通特征(交通混合程度、增長(zhǎng)率、變化率、擁堵程度)；

6）與檢測(cè)系統(tǒng)相關(guān)的問題(維護(hù)費(fèi)用)；

7）發(fā)展前景。

當(dāng)城鎮(zhèn)或城市出現(xiàn)增長(zhǎng)時(shí)，固定信號(hào)配時(shí)系統(tǒng)會(huì)被某種形式的交通控制系統(tǒng)取代，以提高路網(wǎng)效率。但是，根據(jù)美國(guó)交通運(yùn)輸研究委員會(huì)(Transportation Research Board,TRB)的研究，當(dāng)固定信號(hào)配時(shí)系統(tǒng)被取代后，交通控制系統(tǒng)較之存在更多運(yùn)行方面的需求，因?yàn)檫\(yùn)行交通控制系統(tǒng)需要額外的技術(shù)性專業(yè)技能[35]。

交通控制系統(tǒng)與固定信號(hào)配時(shí)系統(tǒng)相比很明顯有很多優(yōu)點(diǎn)；但是，在TRB進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，交通控制操作者表示他們通常沒有被給予足夠時(shí)間或培訓(xùn)來學(xué)習(xí)如何完整地操作這些系統(tǒng)[35]。如果操作者不能理解如何工作以及重點(diǎn)在哪里，這對(duì)于交通控制系統(tǒng)的有效性來說是個(gè)嚴(yán)重問題，因?yàn)楫?dāng)技術(shù)進(jìn)步時(shí)，對(duì)運(yùn)用技術(shù)的一些額外的考慮也變得愈加重要。表2列出三種不同類型交通控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)也列出所需的檢測(cè)和通信系統(tǒng)。由于沒有直接比較交通控制系統(tǒng)，不可能很明確、客觀地指出哪個(gè)系統(tǒng)是最好的；但是，通過表2可以識(shí)別不同系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，以便根據(jù)需求來選擇系統(tǒng)。

本節(jié)描述的交通控制系統(tǒng)基于可用技術(shù)已發(fā)展成型。目前，受限于所采用的檢測(cè)技術(shù)(感應(yīng)線圈、紅外線、微波)，交通控制系統(tǒng)只能對(duì)道路上片段的交通狀態(tài)做出響應(yīng)。為使交通控制系統(tǒng)能夠超越目前的局限，更好地了解道路的狀態(tài)十分必要，這只有通過先進(jìn)的檢測(cè)和通信技術(shù)以改進(jìn)空間及暫存數(shù)據(jù)源才能實(shí)現(xiàn)。

2.3 階段五——整合交通控制和智能交通系統(tǒng)((11999977年至今))

目前最先進(jìn)的交通控制系統(tǒng)越來越多地與其他交通管理系統(tǒng)進(jìn)行中央整合，從而減少道路運(yùn)行管理者的工作量并提高路網(wǎng)效率。進(jìn)行交通控制時(shí)有不同的要素需要考慮(見圖1)，通過有效整合，可以減少運(yùn)行者的參與。這些已通過一系列的技術(shù)進(jìn)步得以實(shí)現(xiàn)，多數(shù)技術(shù)進(jìn)步包括改善檢測(cè)技術(shù)或者改進(jìn)與駕駛?cè)说耐ㄓ嵎绞健?/p>

2.3.1 城市交通管理和控制系統(tǒng)

英國(guó)交通部(UK Department for Transport)構(gòu)建了城市交通管理和控制系統(tǒng)(Urban Traffic Management and Control,UTMC)，目的是幫助地方政府從他們集成的交通控制系統(tǒng)和智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transport Systems,ITS)中獲得最大效益。UTMC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)允許交通管理系統(tǒng)內(nèi)不同的應(yīng)用程序相互關(guān)聯(lián)、信息共享[36]。這有助于建立一個(gè)更加動(dòng)態(tài)、智能、基于實(shí)時(shí)信息的交通管理系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代，英國(guó)交通政策主要致力于實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)[37]：1)安全有效的交通系統(tǒng)；2)更好、集成度更高的公共交通系統(tǒng)；3)環(huán)境更可持續(xù)的交通系統(tǒng)；4)交通與土地使用規(guī)劃政策性整合度更好。這些目標(biāo)可以說相當(dāng)普通，但是很顯然，整合是這一時(shí)期政策的關(guān)鍵，這也正是UTMC的目標(biāo)。

表2 不同類型交通控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)Tab.2 Summary of advantages and disadvantages of different types of UTC system

基本上，UTMC系統(tǒng)被認(rèn)為是模塊化的開放性系統(tǒng)，可以基于交通控制和其他交通系統(tǒng)已有的功能建立并與之配合[11]。交通控制系統(tǒng)是UTMC系統(tǒng)的核心，而通過提供附加信息可顯著增加UTMC系統(tǒng)其他特征的益處。準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)更新的信息是成功的UTMC系統(tǒng)的關(guān)鍵。例如，操作者可以向道路使用者提供路網(wǎng)內(nèi)擁堵或事故方面的信息并據(jù)此為其重新導(dǎo)航，或者給駕駛?cè)颂峁┏鞘兄行膮^(qū)可使用的停車設(shè)施信息。UTMC系統(tǒng)由很多智能交通系統(tǒng)組成(見圖1)。

對(duì)于道路使用者來說UTMC有很多優(yōu)點(diǎn)[39-40]：

1）建議。系統(tǒng)可以給駕駛?cè)颂峁┬谐虝r(shí)間建議，例如，使用車牌自動(dòng)識(shí)別相機(jī)，可以確定平均速度并在可變信息板(Variable Messaging Signs,VMS)顯示行程距離。

2）警告。通過可變信息板，駕駛?cè)丝梢缘玫接嘘P(guān)路網(wǎng)內(nèi)存在危險(xiǎn)的警告。“強(qiáng)風(fēng)”信息可以在橋梁上顯示，給駕駛?cè)颂峁┚尽?/p>

3）引導(dǎo)。通過可變信息板，駕駛?cè)丝梢粤私獾缆飞弦驌矶禄蚴鹿识a(chǎn)生的延誤。同時(shí)，許多城市在城市中心區(qū)的入口處使用停車可變信息板，以便駕駛?cè)藢?duì)使用何處的停車設(shè)施進(jìn)行計(jì)劃。

對(duì)于操作者來說，UTMC的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是建立了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以不同的智能交通系統(tǒng)組件之間的通訊交互變得更加容易。標(biāo)準(zhǔn)化是一種政策引導(dǎo)方法，用于處理最初各自獨(dú)立的交通控制和智能交通系統(tǒng)之間復(fù)雜互動(dòng)帶來的問題，同時(shí)這也給予了地方權(quán)威機(jī)構(gòu)更廣泛并有可能更便宜的產(chǎn)品選擇[39-40]。一種通用語言被開發(fā)出來用于更快捷的信息共享，因此，交通網(wǎng)絡(luò)可以利用其他形式的通訊方式而不必支付高昂的安裝費(fèi)用。例如，閉路電視網(wǎng)絡(luò)可用于發(fā)送信息[39-40]。當(dāng)需要單獨(dú)的檢測(cè)器和通信設(shè)施時(shí)，智能交通系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用比較高，而現(xiàn)在，檢測(cè)器通常都用于一種以上目的。全感應(yīng)式交通控制系統(tǒng)的發(fā)展潮流已經(jīng)創(chuàng)造出更加具有競(jìng)爭(zhēng)性的市場(chǎng)，系統(tǒng)和供應(yīng)商的選擇范圍都更加廣泛。由于UTMC系統(tǒng)本質(zhì)上是共享數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)格式，因此數(shù)據(jù)之間的交互式操作更加容易。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一些系統(tǒng)，例如CUTLAS或者Comet，管理從不同的交通控制和ITS資源得到的數(shù)據(jù)，試圖獲得運(yùn)行優(yōu)勢(shì)[41-42]。

美國(guó)也開發(fā)了一個(gè)非常類似的系統(tǒng)——國(guó)家智能交通系統(tǒng)通信協(xié)議(The National Transportation Communicationsin ITS Protocol)，重點(diǎn)是一系列為使計(jì)算機(jī)和智能交通系統(tǒng)組件之間實(shí)現(xiàn)有效通訊而設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[43]。

3 展望

城市對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)交通的持續(xù)政策訴求近期不會(huì)改變，其核心驅(qū)動(dòng)力是保持較低消耗和較小環(huán)境影響。本章將闡述未來一段時(shí)間交通控制如何受到即將應(yīng)用于交通產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)進(jìn)步的影響而改變。但是，很顯然，政策措施不可避免地要與技術(shù)發(fā)展同步，或者技術(shù)滲透的速率將更加緩慢且對(duì)路網(wǎng)性能的影響也會(huì)更小。交通控制方面技術(shù)集成得到改善之后，對(duì)于通勤者來說，智能連接的交通網(wǎng)絡(luò)意味著更好的出行信息、更少的出行延誤和更少的壓力；對(duì)于環(huán)境來說，意味著更少的排放[44]。

圖1 UTMC系統(tǒng)組成Fig.1 Schematic illustration of a UTMC system

3.1 近期可能使用的技術(shù)

檢測(cè)技術(shù)一直在不斷完善，一項(xiàng)由歐洲資助的車路協(xié)同系統(tǒng)(Cooperative Vehicle-Infrastructure System,CVIS)項(xiàng)目對(duì)很多新技術(shù)進(jìn)行了測(cè)試。這一項(xiàng)目已經(jīng)研發(fā)出一種新的通訊架構(gòu)，可以使車輛之間以及與周邊設(shè)施實(shí)現(xiàn)通訊。通訊媒介是通過無線局域網(wǎng)(WLAN)、紅外線、蜂窩技術(shù)(GPRS/UTMS)或數(shù)字廣播通訊[45]實(shí)現(xiàn)，使整個(gè)系統(tǒng)具有最大的潛在適應(yīng)性。采用CVIS架構(gòu)和交通控制系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試表明，車輛可以節(jié)約15%左右的出行時(shí)耗，次要道路上每輛車在每個(gè)道路交叉口最多可節(jié)約5 s[45]。

在不遠(yuǎn)的將來，新的通信技術(shù)將對(duì)交通控制系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響。通過精準(zhǔn)的檢測(cè)和通信技術(shù)，可以迅速定位路網(wǎng)中的車輛，車速也可以迅速被感知。這有助于改善車隊(duì)離散模型的算法(platoon disperison modelling algorithms)，以減少不確定性。隨著越來越多的信息和數(shù)據(jù)源對(duì)操作者開放，這一領(lǐng)域的研究具有非常大的潛力。同時(shí)，如果車輛之間可以互相通訊，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重?fù)矶聲r(shí)，相關(guān)信息可以迅速向上游傳播。歐洲的項(xiàng)目COOPERS采用駕駛模擬器證明當(dāng)提前獲得有關(guān)嚴(yán)峻駕駛狀況的警示時(shí)，駕駛?cè)藭?huì)改變駕駛行為，并且平均車速下降了14%[46]。因此，通過獲取這些信息，車輛可以避免加入排隊(duì)或進(jìn)入擁堵區(qū)域，從而使路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)得到改善。

“物聯(lián)網(wǎng)”(internet of things)是另一種可以使車輛收發(fā)數(shù)據(jù)的技術(shù)。個(gè)體車輛都有獨(dú)有的身份信息，可以成為一個(gè)信息發(fā)送系統(tǒng)，其他車輛、行人以及交通控制操作者都可以讀取由這個(gè)車輛發(fā)送的信息。這些信息可以是車輛到過哪里、將要去哪里、之前行駛路段的天氣如何，以及其他很多可能會(huì)被用到的信息[47]。

藍(lán)牙傳感器在出行時(shí)間估算方面的使用越來越廣泛，倫敦交通局(Transport for London)曾經(jīng)做過試驗(yàn)，探求藍(lán)牙是否可以用于在關(guān)鍵的城市主干路上向駕駛?cè)税l(fā)送信息[48]。藍(lán)牙傳感器存在的一個(gè)問題是車內(nèi)的滲透率缺乏確定性，這使得交通流的測(cè)算不夠精準(zhǔn)；但是，它的確能夠提供很好的車速和檢測(cè)方面的數(shù)據(jù)[49]。

浮動(dòng)車數(shù)據(jù)已獲測(cè)試(例如ITIS Holdings plc和Opus[50])，有望在近期成為一種被更廣泛使用的檢測(cè)技術(shù)。在這種方式下活躍的移動(dòng)電話可以被用作交通傳感器；由此可推測(cè)車輛的位置和速率，從而為路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者提供道路條件方面的信息。這種技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)之一是不需要額外的硬件設(shè)施；但是，需要開發(fā)一種新的構(gòu)架來將新的信息源整合到交通控制之中，因?yàn)榕c連續(xù)的數(shù)據(jù)流相比，現(xiàn)狀系統(tǒng)使用的是單一的檢測(cè)點(diǎn)。目前，較難對(duì)交通控制系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定和校核比較，但是當(dāng)采用浮動(dòng)車數(shù)據(jù)時(shí)，這種標(biāo)定和校核將因?yàn)閿?shù)據(jù)獲取的簡(jiǎn)便而變得更加容易[51]。

最近一個(gè)應(yīng)用于高水平交通系統(tǒng)、非政府主導(dǎo)的商業(yè)創(chuàng)新案例是谷歌公司的谷歌地圖(GOOGLE Map)。自2007年以來，谷歌地圖開始為在出行前規(guī)劃路線的使用者提供實(shí)時(shí)交通信息。它采用眾包數(shù)據(jù)(crowdsourced data)收集匿名者的位置和速度數(shù)據(jù)，由此推測(cè)道路狀況[52]。然后谷歌對(duì)這些信息處理后以一種可視化的輸出方式來表現(xiàn)道路的擁堵或暢通程度(盡管在2011年夏天這一功能被谷歌以“太不準(zhǔn)確”為理由移除[53])。

考慮到數(shù)據(jù)是通過移動(dòng)電話或者衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)獲取，本文所描述的定位技術(shù)存在的最大問題是隱私問題[54]。收集到的數(shù)據(jù)在用來描述道路狀況之前都已經(jīng)進(jìn)行匿名化處理；但是，大眾不相信或者不能理解收集這些信息背后所隱含的原因[55]。很多公眾想了解有哪些數(shù)據(jù)被收集，是否會(huì)反追蹤到個(gè)人，為什么交通部門需要這些數(shù)據(jù)，是否會(huì)因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)而被處罰？這些疑問都需要被著重說明，以便公眾確信自己的隱私?jīng)]有受到任何形式的破壞。

目前，可變信息板是向駕駛?cè)藗鬟f路網(wǎng)信息的主要方式。然而，當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)交通信息變得越來越平常，道路管理者可以通過車載技術(shù)向駕駛?cè)颂峁┯嘘P(guān)延誤和路線重新引導(dǎo)的任何信息。根據(jù)CVIS項(xiàng)目，未來理想的智能交通系統(tǒng)需要一個(gè)具有如下特征的通訊子系統(tǒng)[56]：

1）無論何時(shí)何地車輛出現(xiàn)在交通網(wǎng)絡(luò)中都可以使用該系統(tǒng)；

2）可以以清楚明確的方式實(shí)現(xiàn)車與車之間以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通訊；

3）使用者無須了解通訊方式設(shè)置和管理；

4）采用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和全球通用標(biāo)準(zhǔn)(IPv6)；

5）為數(shù)據(jù)傳輸速度、通訊距離、費(fèi)用和其他參數(shù)提供多種可能性。

3.2 階段六——自動(dòng)化城市交通管理和控制

如果技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和政策的成本動(dòng)因朝向不斷減少交通控制系統(tǒng)的人力需求發(fā)展，一個(gè)合理的結(jié)論是交通控制系統(tǒng)未來將越來越趨向于一個(gè)無須人力協(xié)助的直觀系統(tǒng)，但是可以識(shí)別系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的任何問題并傳送至控制中心。這些自動(dòng)化系統(tǒng)可以有效管理交通控制系統(tǒng)和智能交通系統(tǒng)技術(shù)，減少運(yùn)行過程中出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤。擁有完全自動(dòng)化系統(tǒng)的好處是減少費(fèi)用支出，通過使用類似浮動(dòng)車數(shù)據(jù)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等這些基于已有硬件設(shè)施的檢測(cè)技術(shù)，會(huì)減少對(duì)道路上硬件設(shè)施(感應(yīng)線圈、紅外線感應(yīng)器)的需求，人力資源費(fèi)用和系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用都將相應(yīng)有所降低。

在采用智能自動(dòng)化系統(tǒng)的情況下，如果能夠監(jiān)測(cè)每輛車的平均延誤，計(jì)算機(jī)可以學(xué)習(xí)如何最好地控制交通信號(hào)。基于邏輯回歸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)出來。這種自動(dòng)化系統(tǒng)在仿真建模方面優(yōu)于MOVA，但還需要在真實(shí)的路網(wǎng)上進(jìn)行測(cè)試[57]。

雖然完全自動(dòng)化的系統(tǒng)很顯然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是并不意味著在不久的將來可以完全不需要人的參與。如上所述，目前的交通控制系統(tǒng)還不能進(jìn)行全盤考慮和預(yù)測(cè)大流量。若未事先對(duì)短時(shí)間內(nèi)的大量交通流建立對(duì)策，類似足球比賽這樣的事件將給周圍的交通控制系統(tǒng)帶來相當(dāng)大的麻煩。由于交通流會(huì)驟增，交通控制系統(tǒng)將一直需要人為更新這些事件的發(fā)生時(shí)間。

目前的交通控制系統(tǒng)也有一個(gè)缺點(diǎn)，即需要將路網(wǎng)劃分為比較小的“片區(qū)”(regions)。當(dāng)一個(gè)片區(qū)內(nèi)建立了聯(lián)動(dòng)之后，隨著交通量不斷增加，片區(qū)之間交界處的交通狀況將變得更加糟糕。由于更好的定位技術(shù)和連續(xù)的通訊將有助于建立上游道路狀況更翔實(shí)的描述，新技術(shù)將能夠改善所有道路交叉口之間的通訊。這一問題帶來的挑戰(zhàn)是構(gòu)建可以有效使用新數(shù)據(jù)的控制算法。

當(dāng)對(duì)交通管理進(jìn)行歷史性回顧時(shí)，單個(gè)道路交叉口的效率可能因整體路網(wǎng)改善而受損。這就是“閘門概念”(the concept of gating)，即有意增加次要道路交通延誤，來維持主要道路較高的通行率和更可靠的出行時(shí)間。例如，2012倫敦奧運(yùn)會(huì)期間應(yīng)用這一理論以改善關(guān)鍵性通道的出行時(shí)間可靠性[58]。如果控制系統(tǒng)為全自動(dòng)，對(duì)于識(shí)別交通癱瘓比人工迅速，因此可以給主要道路以優(yōu)先權(quán)從而減少整體的時(shí)間損失。當(dāng)?shù)缆窢顩r接近飽和時(shí)，控制系統(tǒng)可以給主要道路以優(yōu)先權(quán)從而維持盡可能長(zhǎng)的暢通交通流。盡管這改善了道路上大多數(shù)使用者的交通狀況，但是仍然可能給一小部分駕駛?cè)嗽斐奢^大的延誤，而被認(rèn)為是不公平的。

3.3 信息豐富性

如果類似于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)和車輛間通訊等新技術(shù)在不遠(yuǎn)的將來得到應(yīng)用，以配合交通控制，那么對(duì)于交通控制的運(yùn)行者來說，一個(gè)具有典范意義的轉(zhuǎn)變將是從數(shù)據(jù)匱乏的時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)數(shù)據(jù)豐富的時(shí)代。目前，通過傳統(tǒng)的感應(yīng)器(感應(yīng)線圈、紅外線、微波檢測(cè)器)只能獲得有限的數(shù)據(jù)，運(yùn)行者希望了解更多路網(wǎng)信息，無論是通過車輛自動(dòng)識(shí)別相機(jī)還是閉路電視攝像頭得到的出行時(shí)間數(shù)據(jù)。但是，如果所有潛在的新技術(shù)都得以應(yīng)用，則需要增加運(yùn)行資源的分配來解釋這些數(shù)據(jù)，否則額外獲得的一些信息將成為巨大的資源浪費(fèi)。

交通控制目前在考慮使用那些并非專門為其設(shè)計(jì)的技術(shù)[49]。例如，Wi-Fi在歐洲有交通專用帶寬，但Wi-Fi在設(shè)計(jì)之初并沒有考慮要應(yīng)用于交通控制。蜂窩數(shù)據(jù)目前在估算出行時(shí)耗方面可用，同時(shí)，基于智能手機(jī)的高使用率有很多應(yīng)用程序被開發(fā)，并通過眾包數(shù)據(jù)在手機(jī)上顯示目前路網(wǎng)的狀態(tài)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開發(fā)之初并沒有預(yù)期要為交通控制提供眾包數(shù)據(jù)。然而，交通控制趨向于使用這些并非專門為其開發(fā)的技術(shù)是出于財(cái)政考慮，這些技術(shù)費(fèi)用低廉且無須額外的基礎(chǔ)設(shè)施，或許未來的政策將提倡這些更加經(jīng)濟(jì)的方法。

在新的政策實(shí)施之前，需要采用成本效益分析工具對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)[59]。收益通常以車輛節(jié)省小時(shí)數(shù)、支付意愿和減少的維護(hù)成本等形式進(jìn)行評(píng)價(jià)，而成本則包括初始成本和運(yùn)行費(fèi)用。縱觀本文，政策是以通過施行新技術(shù)來減少成本呈現(xiàn)，但金錢不是唯一的影響要素。一個(gè)實(shí)際的挑戰(zhàn)是對(duì)其他效益的量化，但是“支付意愿”的價(jià)值在業(yè)內(nèi)已得到廣泛接受[60]；然而，類似道路安全等問題的貨幣評(píng)估有很強(qiáng)的主觀性，因此，在決定一個(gè)項(xiàng)目的價(jià)值之前有必要進(jìn)行敏感性分析。

在交通行業(yè)內(nèi)信息的傳播方式也在改變；當(dāng)前不僅僅是本地的相關(guān)部門需要收集和傳播信息。社會(huì)化網(wǎng)絡(luò)對(duì)于人們的出行也在產(chǎn)生影響，它是一種與大眾分享交通信息的簡(jiǎn)易途徑。許多本地相關(guān)部門注冊(cè)Twitter和Facebook賬號(hào)，以便將有用的信息發(fā)布給本地居民和游客。同時(shí)，由于智能手機(jī)數(shù)量的增加，有很多應(yīng)用程序可以向使用者提供實(shí)時(shí)擁堵信息，方便使用者選擇其他路徑[61]。盡管該產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展初期，商業(yè)化出行信息傳播(即不是直接由本地權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布)還在不斷增加，特別是越來越多的開發(fā)以及使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)車載導(dǎo)航系統(tǒng)的支持。

4 結(jié)語

由于受到政策持續(xù)推動(dòng)的技術(shù)進(jìn)步影響，城市交通控制發(fā)生了顯著改變。但是目前的聯(lián)動(dòng)型交通控制系統(tǒng)仍然受到數(shù)據(jù)的限制，隨著不久的將來引入多種技術(shù)改善檢測(cè)技術(shù)，將使發(fā)展向數(shù)據(jù)的豐富性方面轉(zhuǎn)變。目前，交通控制系統(tǒng)沒有從已有的數(shù)據(jù)得到足夠的反饋，所以對(duì)于改善配置只做了最基本的嘗試(運(yùn)行者自行決定)。在進(jìn)行交通控制更新?lián)Q代之前，需要對(duì)整個(gè)城市路網(wǎng)的檢測(cè)和通信技術(shù)的改善進(jìn)行政策性評(píng)估。

近期，對(duì)交通控制產(chǎn)生重要影響的一個(gè)政策變化是歐盟白皮書2011(European Union 2011 white paper)，其中倡導(dǎo)到2050年實(shí)現(xiàn)城市中心區(qū)交通系統(tǒng)零碳排放[62]。這可能是政策刺激帶來變化過程的開始。交通控制系統(tǒng)決策方面的潛在改變是每個(gè)道路交叉口碳排放的最小化，這有可能帶來社會(huì)氛圍方面的重大變化。

下一個(gè)階段所需要的檢測(cè)和通信技術(shù)方面的支持(Wi-Fi、藍(lán)牙、蜂窩數(shù)據(jù)、車輛間通訊)均已實(shí)現(xiàn)，但是相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)建構(gòu)尚未到位。建設(shè)這些系統(tǒng)(特別是從基于基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)榛谲囕v檢測(cè))需要大規(guī)模的投資，這是進(jìn)行下一代交通控制系統(tǒng)建設(shè)過程中最關(guān)鍵的障礙。因此，交通政策也需要進(jìn)行修改以適應(yīng)交通網(wǎng)絡(luò)方面的這些新技術(shù)，但是很不幸，在這些變化完全發(fā)揮作用之前還需要漫長(zhǎng)的引導(dǎo)時(shí)間(以年計(jì)或者以10年計(jì))[22]。這是交通控制發(fā)展歷史上首次不是由政策作為下一階段發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力；直到歐盟白皮書將零碳排放寫入其中，未來將繼續(xù)有并非專門為交通控制設(shè)計(jì)的新技術(shù)出現(xiàn)來引導(dǎo)政策。

未來的挑戰(zhàn)將是如何建立一種更加集成、直觀的交通控制系統(tǒng)，將對(duì)人力投入的需求最小化。新技術(shù)將有助于更好地了解車輛的位置和目的地；但是，目前的交通控制系統(tǒng)尚不能使用這些新信息。需要構(gòu)建創(chuàng)新的控制算法來利用新的數(shù)據(jù)源，幫助我們進(jìn)入城市交通控制變革鏈的下一階段。

[1]DfT(Department for Transport).Transport StatisticsGreatBritain:2011Roadsand Traffic[R/OL].2010[2012-09-14].assets.dft.gov.uk/statistics/releases/transport-statisticsgreat-britain-2011/roads-and-traf fi c-summary.pdf.

[2]US Census Bureau.Trends in Vehicle Miles Travelled[EB/OL].2005[2012-09-14].www.pewclimate.org/global-warming-basics/facts_and_ fi gures/us_emissions/vmt.cfm.

[3]Day L,McNeil I.Biographical Dictionary of theHistory ofTechnology[M].London:Routledge,1996.

[4]The Engineer.Street Signals,Bridge Street,Westminster[R/OL].1868[2012-09-14].www.ukroads.org/ukroadsignals/articlespapers/18681211_theengineer.pdf.

[5]BBC.The Man Who Gave Us Traffic Lights[EB/OL].2009[2012-09-14].www.bbc.co.uk/nottingham/content/articles/2009/07/16/john_peake_knight_traf fi c_lights_feature.shtml.

[6]Royal Commission on Transport,Great Britain.Control of Traf fi c on Roads:The First Report[R].3365,London:HMSO,1929.

[7]Buchanan C D.Britain’s Road Problem[J].The Geographical Journal,1964,130(4):470-478.

[8]DfT(Department for Transport).Vehicle Licensing Statistics,Great Britain:Quarter 2 2012 Vehicles[R/OL].2012[2012-09-14].assets.dft.gov.uk/statistics/releases/vls-q2-2012/vlsq2-2012.pdf.

[9]Ministry of Transport,Great Britain.Roads for the Future:A New Inter-Urban Plan[R].4369,London:HMSO,1969.

[10]Connery R H,Leach R H.The Federal Governmentand Metropolitan Areas[M].Cambridge:Harvard University Press,1960.

[11]Papageorgiou M,Ben-Akiva M,Bottom J,Bovy P H L,Hoogendoorn S P,Hounsell N B,Kotsialos A,McDonald M.ITS and Traffic Management[C]//Barnhart C,Laporte G.Handbook in Operations Research and Management Science.Amsterdam:Elsevier B.V.,2007:715-774.

[12]U.S.DoT(U.S.Department of Transport).Signal Timing on a Shoestring(FHWAHOP-07-006)[R/OL].2005[2012-09-14].www.cedengineering.com/upload/Signal%20 Timing%20on%20a%20Shoestring.pdf.

[13]Bell M C,Bretherton R D.Ageing of Fixed-Time Traffic Signal Plans[C]//IEE.Proceedings of the Second International Conference on Road Traffic Control,1986:77-80.

[14]Gardner K,D’Souza C,Hounsell N B,Shrestha B P,Bretherton D.Review of Bus Priority at Traffic Signals Around the World[R/OL].2009[2012-09-14].www.trg.soton.ac.uk/research/bus/UITP_WORKING_GROUP_Interaction_of_buses_signals_at_road_crossi ngs-FINAL_REPORT_V2.0-April_2009.pdf.

[15]Robertson D I.Coordinating Traffic Signals to Reduce Fuel Consumption[R/OL].1982[2012-09-14].www.jstor.org/stable/2397455.

[16]Skabardonis A.ITS Benefits:The Case of Traffic Signal Control Systems[M].Washington:District of Columbia,2001.

[17]Ministry of Transport,Great Britain.Transport Policy[R].3057,London:HMSO,1966.

[18]Box S,Waterson B.Signal Control Using VehicleLocalization ProbeData[R/OL].2010[2012-09-14].http://eprints.soton.ac.uk/73751/1/UTSG10BoxWaterson.pdf.UTSG Plymouth.

[19]Quan B Y,Greenough J C,Kelman W L.The Metropolitan SCOOT Demonstration Project[R].Toronto:Municipality of Metropolitan Toronto,1993.

[20]Marshproducts.The Basics of Loop Vehicle Detection[R/OL].2000[2012-09-14].www.marshproducts.com/pdf/Inductive%20Loop%20Write%20up.pdf.

[21]TRL.MOVA.2011[2012-09-14].www.trlsoftware.co.uk/products/traffic_control/mova.

[22]Eddington R.The Eddington Transport Study(Volume 2:Defining the Challenge)[R/OL].2006[2012-09-14].www.hm-treasury.gov.uk.

[23]Bloomberg(Carol Wolf).Traffic Cost U.S.$114.8 Billion in 2009,Texas Institute Says[EB/OL].2011[2012-09-14].www.bloomberg.com/news/2011-01-20/traffic-jams-cost-u-s-114-8-billion-in-time-fuel-in-09-institutesays.html.

[24]Jhaveri C S,Perrin Jr J,Martin P T.SCOOT Adaptive Signal Control:An Evaluation of Its Effectiveness over a Range of Congestion Intensities[R/OL].2003[2012-09-14].www.ltrc.lsu.edu/TRB_82/TRB2003-002166.pdf.

[25]KonSULT.Urban Traf fi c Control Systems[R/OL].2009[2012-09-14].www.konsult.leeds.ac.uk/private/level2/instruments/instrument014/l2_014c.htm.

[26]Mueck J.The German Approach to Adaptive Traf fi c Control[R].Germany:Siemens,2008.

[27]Hounsell N B,McDonald M.Urban Network Traffic Control[J].Journal of Systems and Control Engineering,2001,215(4):325-334.

[28]Byungkyu B,Chen Y.Quantifying the Benefits ofCoordinated Actuated TrafficSignal Systems:A Case Study[R/OL].2010[2012-09-14].www.virginiadot.org/vtrc/main/online_reports/pdf/11-cr2.pdf.

[29]Hunt P B,Robertson D I,Bretherton R D,Winton R I.SCOOT:A Traffic Responsive Method of Coordinating Signals[R/OL].1981[2012-09-14].www.trl.co.uk/online_store/reports_publications/trl_reports/cat_traffic_engineering/report_scoot_-_a_traffic_responsive_method_of_coordinating_signals.htm.

[30]Wylie M.Aimsun to Siemens SCOOTLINK Application[R/OL].2009[2012-09-14].Siemens_SCOOT_Link.pdf.

[31]SCATS.Products:Adaptive Control[EB/OL].2012[2012-09-14].www.scats.com.au/product_adaptive_control.html.

[32]Martin P.SCATS,An Overview[R/OL].2001[2012-09-14].www.signalsystems.org.vt.edu/documents/Jan2001AnnualMeeting/SCATS_TRB2001_PeterMartin.pdf.

[33]Keong C K.The GLIDE System:Singapore’s Urban Traffic Control System[J].Transport Reviews:A Transnational Transdisciplinary,1993,13(4):295-305.

[34]Kitamura O M.Overview of the UTMS on the Nagano Winter Olympic Games[C]//ITS Japan.Proceedings of the 5th ITS World Congress.Seoul:ITS Japan,1998.

[35]NCHRP.Adaptive Traffic Control Systems:Domestic and Foreign State of Practice[R/OL].Synthesis 403,Washington DC:NCHRP,2010.

[36]DfT(Department for Transport).The UTMC Initiative[EB/OL].2009[2012-09-14].www.utmc.uk.com/background/02.php.

[37]Glaister S.UK Transport Policy 1997-2001[R/OL].2001[2012-09-14].www.cts.cv.ic.ac.uk/staff/wp21-glaister.pdf.

[38]DETR(Department of the UK Environment,Transport and the Regions).The‘SCOOT’Urban Traffic Control System[R].Traffic Advisory Lea fl et 7/99,London:DETR,1999.

[39]UTMC.FAQS[EB/OL].2009[2012-09-14].www.utmc.uk.com/background/pdf/UTMCFA QsBeginnerGuide.pdf.

[40]UTMC.Welcome to UTMC[EB/OL].2009[2012-09-14].www.utmc.uk.com.

[41]Envitia Plc.Interoperability[EB/OL].2012[2012-09-14].www.envitia.com/sectors/sectordetails.aspx?id-17,628,0.

[42]Siemens.Comet[EB/OL].2012[2012-09-14].www.siemens.co.uk/traffic/en/index/productssolutionsservices/systems/comet.htm.

[43]AASHTO(American Association of State Highway and Transportation Officials).National Transportation Communications for ITS Protocol:The NTCIP Guide[R/OL].2009[2012-09-14].www.ntcip.org/library/documents/pdf/9001v0406r.pdf.

[44]Siemens.Traffic Solutions:Equipment,Installation,Maintenance and Operation for Traffic Control[R/OL].2010[2012-09-14].www.siemens.co.uk/careers/pool/apprenticeships/siemens-traf fi c-brochure.pdf.

[45]CVIS.CVIS Mobility 2.0:The New Cooperative Era[EB/OL].2010[2012-09-14].www.cvisproject.org/download/ERT_CVIS_Final Project_Bro_06_WEB.pdf.

[46]COOPERS.Project Presentation[EB/OL].2010[2012-09-14].www.coopers-ip.eu/fileadmin/results/deliverables/D1-A1100_COOPERS_Project_Presentation_052010.pdf.

[47]EPoSS.Internet of Things in 2020[EB/OL].2008[2012-09-14].www.iot-visitthefuture.eu/fileadmin/documents/researchforeurope/270808_IoT_in_2020_Workshop_Report_V1-1.pdf.

[48]TfL.Transport for London’s Test of Value Added Services to Support DSRC Road Charging Trials[EB/OL].2006[2012-09-14].www.t fl.gov.uk/assets/downloads/TfL-valueadded-test.pdf.

[49]ITS.Welcome to the Jungle[J].ITS International,2011,17(2):48-49.

[50]PR Newswire.Nationwide Traffic System Deployed in Australia Using ITIS Traffic ScienceCFVDTechnology[R/OL].2009[2012-09-14].www.prnewswire.co.uk/newsreleases/nationwide-traf fi c-system-deployedin-australia-using-itis-trafficsciencetm-cellularfloating-vehicle-data-cfvd-technology-152765845.html.

[51]CVIS.Cooperative Urban Mobility[EB/OL].2010[2012-09-14].www.cvisproject.org/download/CVIS_Handbook_FINAL%20Version.pdf.

[52]Barth D.The Bright Side of Sitting in Traffic:Crowdsourcing Road Congestion Data[R/OL].2009[2012-09-14].http://googleblog.blogspot.com/2009/08/bright-side-of-sittingin-traf fi c.html.

[53]Schwartz B.Google Maps Removes Driving with Traffic Estimates[R/OL].2011[2012-09-14].www.seroundtable.com/google-mapstraf fi c-13702.html.

[54]Leduc G.Road Traffic Data:Collection Methods and Applications[R/OL].2008[2012-09-14].http://ftp.jrc.es/EURdoc/JRC47967.TN.pdf.

[55]Cruickshanks S,Waterson B.Are Privacy Fears Associated with Intelligent Transport Systems Justified?[R].UTSG 2011-01,UK:Milton Keynes,2010.

[56]CVIS.CALM:Communication Access for Land Mobiles,CVIS 2.0:The Future of Intelligent Transport Systems[R/OL].2010[2012-09-14].www.cvisproject.org/download/qfree_cvis_brosjyre.pdf.

[57]Box S,Waterson B.An Automated Signalized Junction Controller That Learns Strategies from a Human Expert[J].Engineering Applications of Artificial Intelligence,2012,25(1):107-118.

[58]SCOOT.SCOOT MMX Service Pack 1[EB/OL].2008[2012-09-14].www.scoot-utc.com/SCOOTMMXSP1.php?menu=Versions.

[59]DfT(Department for Transport).Cost Benefit Analysis[EB/OL].2011[2012-09-14].www.dft.gov.uk/webtag.

[60]SafetyNet.Cost-Benefit Analysis[EB/OL].2009[2012-09-14].ec.europa.eu/transport/road_safety/specialist/knowledge/pdf/cost_bene fi t_analysis.pdf.

[61]ITS.Traffic Services Booming from Explosion of Data[J].ITS International,2011,17(6):51-52.

[62]European Commission.White Paper on Transport[R/OL].2011[2012-09-14].http://ec.europa.eu/transport/strategies/doc/2011_white_paper/white-paper-illustrated-brochure_en.pdf.