我國智能交通信號控制系統應用現狀分析及展望

吳一昊　陳敖

【摘 要】隨著經濟持續高速發展，本世紀初開始，我國城市化、機動化進程明顯加快。由于交通基礎設施的新建、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。而作為最易發生交通擁堵的道路平面交叉口，交通信號控制是否科學合理，直接關系到整個區域交通流的暢通有序。基于此，本文從道路交通信號控制系統規劃和使用者角度，對我國智能交通信號控制系統建設、應用現狀及存在問題進行了剖析，并對智能交通系統的發展趨勢進行了展望。

【關鍵詞】智能交通；信號控制；應用現狀；趨勢展望

中圖分類號： U491.54 文獻標識碼： 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，更是時空路權分配的重點和難點區域。而道路交通信號控制作為道路平面交叉口時間路權分配的最主要手段，在交通工程、交通管理工作中占有極其重要的地位。其系統構架是否科學、運行是否穩定、控制策略選擇是否合理，與一個區域整體交通服務水平的高低直接相關。同時，隨著各類交通流檢測設備的不斷完善，互聯網、大數據、云計算、多維感知、人工智能等信息化技術的高速發展迭代，給交通信號控制系統智能化水平的提升提供了新的增長動力。

近年來，國內智能交通信號控制系統發展呈百花齊放狀態，除了深耕多年的澳大利亞 SCATS、英國SCOOT、美國西門子ACTRA等國際先進系統憑借先入優勢仍長期把持著國內大部分一二線城市外，海信、萊斯、中控、寶康等國內老牌交通信號控制系統研發企業后來居上，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，紛紛利用自身視頻硬件、算法優勢，跨界研發各具特點的智能交通信號控制系統，并通過道路智能化建設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提供了更大的選擇余地，同時也給智能交通規劃、建設、決策部門的系統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應用現狀

雖然目前國內智能信號控制系統品類繁多，拋開價格因素難以取舍，但通過追根溯源，我們不難發現，國內各廠家主推的智能信控系統大部分都是通過借鑒國外成熟系統進行部分本土化，并增加了一些特色功能改進而來，例如，我國的SMOOTH、NUTCS、Hicon以及大華、海康等等系統。國外主流的SCATS、SCOOT、ACTRA 等系統中，SCOOT系統功能構架最為先進、也最為復雜，借鑒難度較大，因此國內除少數大企業外，絕大多數信控系統研發廠家均選擇參照SCATS和ACTRA等技術水平相對較低的智能信控系統進行改進研發。尤其是SCATS系統，由于不牽涉更多的后端仿真模型和運算，技術門檻相對較低，更是成為國內中小廠商競相模仿的對象。據不完全統計，上述幾類國外或國內借鑒國外智能信號控制系統占據國內90%以上智能信號控制路口。其中，海康、大華等安防領域巨頭近年來高度重視并不斷加大智能信號控制系統研發力度，由于占有后發和數據采集硬件研發優勢，其產品系統構架和衍生功能均較傳統信號控制系統有較大提升，系統采用較為先進的多級分布式遞階控制結構，如下圖所示：

同時該系統配合大量視頻檢測和多維感知設備，可以具備一定的區域感應協調控制能力，包括路口排隊溢出、特勤PAD領航、公交優先等個性化控制模塊。

除此以外，國內也不乏一些院校、企業利用自身技術優勢，結合我國交通特點，研發出一類貼近城市交通管控實戰需求的特色智能信號控制系統。如廣州運星康安達和寧波鴻軒智能交通信號控制系統。該類系統以雙向綠波（雙向線協調）信號控制技術應用為最大特點，通過對道路交通流特征、流量、平均速度、相位差、排隊長度等數據進行采集分析，運用創新型研發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行雙向協調控制。

2 金華市區智能交通信號控制系統應用情況

筆者參與了2009年至今浙江省金華市區智能交通信號控制系統的建設和應用工作，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、海康、大華、金科在內的多種信號控制系統，通過多方面調研、對比、測試，最終于2012年完成了寧波鴻軒智能信號控制系統選型建設工作。

項目主要通過更新、升級市區110處路口交通信號控制機為智能綠波協調自適應交通信號控制機，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，實現市區交通信號由指揮中心聯網協調控制，如圖2所示。

2.1 項目主要內容

（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器以主備形式通過交通信號控制專用物理網實現市區交通信號中心集中協調控制。

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

（4）完成市區14條主干道交通信號雙向綠波協調控制。

（5）實現重大交通事件及特勤警衛指揮中心集中動態遠程控制。

（6）前端流量采集設備應用安裝后具備綠波自適應調整升級能力。

2.2 項目技術革新

鴻軒智能信號控制系統術革新主要體現在：

（1）打破了傳統的雙向綠波建設嚴苛的路口間距條件，實現任意路口間距、任意道路長度的多時段、多模式雙向綠波協調。

（2）形成雙向綠波群及雙向綠波網絡，三條及以上相交干線道路均同時實現雙向協調控制。

（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）動態調整信號機相位差，動態調整信號機綠波相位。

（6）綠波掉線重連，中心控制服務器軟件運行故障重啟功能。

通過6年的不斷建設完善，截至2018年9月，金華市區智能信號控制系統聯網智能信號控制機數量已增加至280臺，已建成包括八一南街、雙龍南街在內的37條雙向綠波帶，基本涵蓋了金華主城區所有主干道。十字相交、艸字相交的兩條甚至多條雙向綠波帶將傳統意義上的線雙向協調控制提升到了區域協調控制的新高度。在基礎上，分別于2016和2017年試點完成了雙向綠波條件下的BRT信號優先，以及慢進快出不等速雙向綠波等多項全國領先的技術創新工作。

3 我國主流智能交通信號控制系統存在問題分析

在看到我國交通信號控制系統研發應用取得長足進步的同時，我們也應當清醒的認識到，現階段無論何種智能信號控制系統，在我國復雜道路交通條件，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用仍然存在很多問題。歸納起來有以下幾點：

（1）有別于傳統非智能信號控制系統，智能交通信號系統對通訊網絡和數據采集子系統高度依存，雖然我國部分大城市大量使用國外先進智能信號控制系統已有相當長的時間，但與之配套的信號控制網絡和數據采集分析體系建設卻長期滯后，導致很長一段時期智能信號控制機聯網率（近年來有明顯提升）和自適應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境研發的算法和感應控制方式很難完全適應我國日益復雜的城市交通環境。該類系統對我國現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性較差等問題。

（3）系統構架及控制方式很難有效針對一些特定交通控制需求進行定制開發、升級，甚至一些較為常用的控制策略調整都需經廠家授權、專業技術人員現場燒錄更改軟件等繁復的程序，導致系統優化改進針對性和及時性不佳。

（4）系統使用后期投入大，對交通流檢測采集設備完好率、準確率要求高。嚴謹先進的系統算法需要大量實時準確的交通流數據導入，但我國較為惡劣的道路環境及長期以地感線圈為主的交通數據采集方式（近年來隨著視頻、地磁、多目標雷達、激光等更為先進的數據采集手段逐漸成熟，上述情況有所改善），系統部署以來極少有城市數據準確性和完整性能達到完全自適應控制需求，從而導致系統設計功能無法充分發揮。

（5）以SCATS為代表的方案選擇式單點自適應控制方式，仍高度依賴專業工程師預設配時方案能力。其以現階段技術水平評判只能歸于算半自動感應控制模式，無法稱之為真正的全自動智能控制。同時其強調單個路口最優控制效能，而忽略線控、面控等多路口協調控制的設計理念，導致其對我國現階段交通環境適用面較窄。

此外，智能交通信號控制系統能否完全發揮其應有的控制效能，除了與產品研發思路、系統構架、自身功能直接相關外，還與諸如城市交通特征、道路交通工程水平、系統管理維護能力、交通數據采集方式、操作人員專業水準等多個方面密切相關，而我國現有已采用智能交通控制系統的城市或多或少在以上方面存在問題，進一步影響了智能交通信號控制系統效能的發揮。

4 結論與展望

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

（1）智能交通控制系統仍將是智能交通系統的核心組成部分。

（2）阿里、百度等互聯網巨頭將越來越多的借助其掌握的海量數據資源，在傳統信號控制企業的積極配合下深度介入智能交通信號控制領域。

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

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

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

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