智能交通信号控制系统应用现状分析及展望 附让智能交通管理系统发挥更大效能.docx

智能交通信号控制系统应用现状分析及展望【摘要】随着经济持续高速发展，本世纪初开始，我国城市化、机动化进 程明显加快。由于交通基础设施的新建、改善速度始终无法跟上日益增长的机动 化交通需求，各大中城市先后出现了不同程度的交通拥堵问题，且大有向中小城 市蔓延之势。而作为最易发生交通拥堵的道路平面交叉口，交通信号控制是否科 学合理，直接关系到整个区域交通流的畅通有序。基于此，本文从道路交通信号 控制系统规划和使用者角度，对我国智能交通信号控制系统建设、应用现状及存 在问题进行了剖析，并对智能交通系统的发展趋势进行了展望。【关键词】智能交通；信号控制；应用现状；趋势展望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 lo 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； Expectation0引言道路平面交又口是甬条或两条以上道路的交汇处，是机动车流、非机动车流 和人流的汇集点，是道路交通的瓶颈，更是时空路权分配的重点和难点区域。而 道路交通信号控制作为道路平面交叉口时间路权分配的最主要手段，在交通工 程、交通管理工作中占有极其重要的地位。其系统构架是否科学、运行是否稳定、 控制策略选择是否合理，与一个区域整体交通服务水平的高低直接相关。同时， 随着各类交通流检测设备的不断完善，互联网、大数据、云计算、多维感知、人 工智能等信息化技术的高速发展迭代，给交通信号控制系统智能化水平的提升提 供了新的增长动力。近年来，国内智能交通信号控制系统发展呈百花齐放状态，除了深耕多年的 澳大利亚SCATS,英国SCOOT、美国西门子ACTRA等国际先进系统凭借先入 优势仍长期把持着国内大部分一二线城市外，海信、莱斯、中控、宝康等国内老 牌交通信号控制系统研发企业后来居上，抢占了大量新二线以及三四线城市信号 控制市场。而海康、大华等视频安防巨头也看好信号控制及其衍生行业，纷纷利 用自身视频硬件、算法优势，跨界研发各具特点的智能交通信号控制系统，并通 过道路智能化建设项目总包的形式逐渐抢占道路新建、改建市场。一时间，品类 繁多的各类智能信号控制系统提供了更大的选择余地，同时也给智能交通规划、 建设、决策部门的系统选型工作带来了不小的困惑。1我国主流智能交通信号控制系统应用现状虽然目前国内智能信号控制系统品类繁多，抛开价格因素难以取舍，但通过 追根溯源，我们不难发现，国内各厂家主推的智能信控系统大部分都是通过借鉴 国外成熟系统进行部分本土化，并增加了一些特色功能改进而来，例如，我国的 SMOOTH、NUTCS、Hicon以及大华、海康等等系统。国外主流的SCATS、SCOOT、 ACTRA等系统中，SCOOT系统功能构架最为先进、也最为复杂，借鉴难度较 大，因此国内除少数大企业外，绝大多数信控系统研发厂家均选择参照SCATS 和ACTRA等技术水平相对较低的智能信控系统进行改进研发。尤其是SCATS 系统，由于不牵涉更多的后端仿真模型和运算，技术门槛相对较低，更是成为国 内中小厂商竞相模仿的对象。据不完全统计，上述几类国外或国内借鉴国外智能 信号控制系统占据国内90%以上智能信号控制路口。其中，海康、大华等安防领 域巨头近年来高度重视并不断加大智能信号控制系统研发力度，由于占有后发和 数据采集硬件研发优势，其产品系统构架和衍生功能均较传统信号控制系统有较 大提升，系统采用较为先进的多级分布式递阶控制结构，如下图所示：同时该系统配合大量视频检测和多维感知设备，可以具备一定的区域感应协 调控制能力，包括路口排队溢出、特勤PAD领航、公交优先等个性化控制模块。除此以外，国内也不乏一些院校、企业利用自身技术优势，结合我国交通特 点，研发出一类贴近城市交通管控实战需求的特色智能信号控制系统。如广州运 星康安达和宁波鸿轩智能交通信号控制系统。该类系统以双向绿波（双向线协调） 信号控制技术应用为最大特点，通过对道路交通流特征、流量、平均速度、相位 差、排队长度等数据进行采集分析，运用创新型研发的绿波配时软件对道路不同 时段不同路口条件下的车流进行双向协调控制。2市区智能交通信号控制系统应用情况笔者参与了 2009年至今省市区智能交通信号控制系统的建设和应用工作， 在此期间，也同时接触到了兄弟地市和周边县市包括SCATS、麦肯富顿、宝康、 HICON、浙大中控、莱斯、海康、大华、金科在内的多种信号控制系统，通过 多方面调研、对比、测试，最终于2012年完成了宁波鸿轩智能信号控制系统选 型建设工作。项目主要通过更新、升级市区110处路口交通信号控制机为智能绿波协调自 适应交通信号控制机，并依托已建成的交通指挥中心平台实及新建的交通信号控 制专用物理网，实现市区交通信号由指挥中心联网协调控制，如图2所示。2.1项目主要内容（1）110个路口交通信号机智能化更新。（2）中心两台交通信号控制服务器以主备形式通过交通信号控制专用物理 网实现市区交通信号中心集中协调控制。（3）实现交通信号控制与交通指挥中心系统、交通视频监控系统以及警用 地理信息系统的嵌入和融合。（4）完成市区14条主干道交通信号双向绿波协调控制。（5）实现重大交通事件及特勤警卫指挥中心集中动态远程控制。（6）前端流量采集设备应用安装后具备绿波自适应调整升级能力。2.2项目技术革新鸿轩智能信号控制系统术革新主要体现在：（1）打破了传统的双向绿波建设严苛的路口间距条件，实现任意路口间距、 任意道路长度的多时段、多模式双向绿波协调。（2）形成双向绿波群及双向绿波网络，三条及以上相交干线道路均同时实 现双向协调控制。（3）具备双向绿波中部分路口双周期和大小周期插入能力。（4）动态添加和删除信号机到运行中的双向绿波带中，不影响绿波运行。（5）动态调整信号机相位差，动态调整信号机绿波相位。（6）绿波掉线重连，中心控制服务器软件运行故障重启功能。通过6年的不断建设完善，截至2018年9月，市区智能信号控制系统联网 智能信号控制机数量已增加至280台，已建成包括八一南街、双龙南街在内的 37条双向绿波带，基本涵盖了主城区所有主干道。十字相交、什字相交的两条 甚至多条双向绿波带将传统意义上的线双向协调控制提升到了区域协调控制的 新高度。在基础上，分别于2016和2017年就点完成了双向绿波条件下的BRT 信号优先，以及慢进快出不等速双向绿波等多项全国领先的技术创新工作。3我国主流智能交通信号控制系统存在问题分析在看到我国交通信号控制系统研发应用取得长足进步的同时，我们也应当清 醒的认识到，现阶段无论何种智能信号控制系统，在我国复杂道路交通条件，尤 其是非机动车、行人占比较高的城市高峰期交通流条件下的应用仍然存在很多问 题。归纳起来有以下几点：（1）有别于传统非智能信号控制系统，智能交通信号系统对通讯网络和数 据采集子系统高度依存，虽然我国部分大城市大量使用国外先进智能信号控制系 统已有相当长的时间，但与之配套的信号控制网络和数据采集分析体系建设却长 期滞后，导致很长一段时期智能信号控制机联网率（近年来有明显提升）和自适 应智能化控制能力仍处在较低水平。（2）基于国外单纯机动化交通环境研发的算法和感应控制方式很难完全适 应我国日益复杂的城市交通环境。该类系统对我国现阶段普遍存在混合交通比例 较高、交通干扰因素多、高峰期各方向饱和交通特征适应性较差等问题。（3）系统构架及控制方式很难有效针对一些特定交通控制需求进行定制开 发、升级，甚至一些较为常用的控制策略调整都需经厂家授权、专业技术人员现 场烧录更改软件等繁复的程序，导致系统优化改进针对性和及时性不佳。（4）系统使用后期投入大，对交通流检测采集设备完好率、准确率要求高。 严谨先进的系统算法需要大量实时准确的交通流数据导入，但我国较为恶劣的道 路环境及长期以地感线圈为主的交通数据采集方式（近年来随着视频、地磁、多 目标雷达、激光等更为先进的数据采集手段逐渐成熟，上述情况有所改善），系 统部署以来极少有城市数据准确性和完整性能达到完全自适应控制需求，从而导 致系统设计功能无法充分发挥。（5）以SCATS为代表的方案选择式单点自适应控制方式，仍高度依赖专业 工程师预设配时方案能力。其以现阶段技术水平评判只能归于算半自动感应控制 模式，无法称之为真正的全自动智能控制。同时其强调单个路口最优控制效能， 而忽略线控、面控等多路口协调控制的设计理念，导致其对我国现阶段交通环境 适用面较窄。此外，智能交通信号控制系统能否完全发挥其应有的控制效能，除了与产品 研发思路、系统构架、自身功能直接相关外，还与诸如城市交通特征、道路交通 工程水平、系统管理维护能力、交通数据采集方式、操作人员专业水准等多个方 面密切相关，而我国现有已采用智能交通控制系统的城市或多或少在以上方面存 在问题，进一步影响了智能交通信号控制系统效能的发挥。4结论与展望随着十三五期间，我国5G通信、云计算、人工智能等技术的高速发展以及 无人驾驶技术的不断成熟，以城市大脑驱动的交通智能化步伐将出现重大跨越。在这样的大趋势下，可以预见：(1)智能交通控制系统仍将是智能交通系统的核心组成部分。(2)阿里、百度等互联网巨头将越来越多的借助其掌握的海量数据资源， 在传统信号控制企业的积极配合下深度介入智能交通信号控制领域。(3)随着多维感知和5G无线通信技术的逐渐普及，我国智能交通信号控 制技术将在十三五末从国外先进技术的跟随者转变领跑者。(4)相对薄弱的城市道路交通工程基础和管理水平以及缺乏系统性、前瞻 性的城市交通规划现状是阻碍智能交通信号控制系统效能发挥的重要因素。(5)随着人工智能、车路协同、无人驾驶技术的不断发展推进，最终实现 无信号灯城市交通控制将是广大交通参与者的终极目标。【参考文献】山王晶，盛建平，杨厚云.中国交通信号控制系统的现状分析及发展思考J. 工业控制计算机,2014, 27 (04)： 33-35.2李群祖，夏清国，巴明春，潘万鹏.城市交通信号控制系统现状与发展J. 科学技术与工程,2009, 9 (24)： 7436-7442+7448.3毕海滨，刘玉德，林建龙，杨昊，熊光洁，梁乙朝.交通信号控制系统的 现状与发展对策J.北京工商大学学报(自然科学版)，2008 (01)： 29-32.让智能交通管理系统发挥更大效能当前，交通拥堵、停车难等问题凸显，仅靠增加基础设施建设和应用传统的 管理方法，己无法满足人们对于安全便捷、高质量出行的需求。智能交通管理系 统的应用实现了对道路交通的动态化、智能化管理，大大提高了道路交通管理的 效率和质量。然而，而对道路交通环境的日益复杂多变，智能交通管理系统的发 展如何适应大数据建设应用浪潮，不断向高效化转变？目前，我国智能交通管理系统发展呈现哪些特点？应该从哪些方面着手促进 其提档升级？我国智能交通管理系统经过数十年的发展，正处于稳步上升期，但仍面临诸 多问题与挑战。简单归纳为五个特点：一是机动车等交通工具保有量的剧增、人 们出行需求的多样化等，对智能交通管理系统的发展提出迫切需求和更高要求。 二是各级政府及主管部门对交通管理科技有足够的重视，推动了整个行业的发展 扩大。三是信息通信领域技术的发展、交通运输领域理论方法的进步，为智能交 通管理系统的发展提供了技术支撑，出现了越来越多的解决方案。四是虽目前已 建成众多应用系统，并在交通管控、服务、宣传教育等领域发挥重要作用，但与 日益增长的需求相比，还存在巨大的提升空间。五是科技投入无法有效解决交通 管理上存在的一些突出问题和薄弱环节，智能交通管理系统发展日渐面临真正发 挥实效的压力。科学技术的进步与发展亦在有效促进智能交通管理系统的不断发展。从两个 维度概括地说，一个是业务维度，主要包括建设更为精准有针对性的高效感知网 络体系，完善准确数据支持、高效计算保证的数据中心及知识平台，提升数据驱 动业务整合的交通管理指挥体系，改进实用见效、智能可靠的综合交通管控体系, 建立精准、实用、个性化的交通信息综合服务体系等。一个是发展策略维度，主 要包括结合现实需求重视系统建设的针对性、有效性，结合精细化的交通工程工 作实现全方位优化，推动各类出行者交通文明意识的提升，重视交通管理智慧化 发展中的社会性因素，建立完善的评估体系促进智能交通管理系统效能的发挥 等。在道路交通体系中，人是最核心的要素。围绕“人”这一要素，智能交通管理 系统应如何与人的现代化相得益彰？在秉承“以人为木”的根本原则下.，首先，应以人的需求为系统发展的根本驱 动。在智能交通管理系统的建设过程中，需要重视对于需求的分析，尤其要重视 对各类主体需求的综合分析，包括城市决策者、交通发展决策者、交通管理者、 各类出行者等多个角度，从各类人员的需求出发来规划、设计、建设和运营各类 智能交通管理系统。其次，应充分重视人在系统建设中的影响。智能交通管理系统的应用主体是 交通系统的各类参与者，因此，需要考虑社会域因素的存在和影响。例如，在系 统发展建设过程中，除尽可能发挥技术的能力和优势外，有经验的管理者、交通 工程师等的作用也绝对不可忽视，良好的系统加上高水平人才是能够实现更好效 果的基本保障。第三，应以人的反馈作为系统评估的重要依据。智能交通管理系统建设终究 要为各类用户服务，因此，应当建立起良好的智能交通系统建设效果评估机制， 并以各类用户的反馈作为系统评价的重要依据。例如，在当前不断提升市民幸福 感的阶段，市民出行过程中对交通管理系统的体验和感受应当作为效果评估的重 要组成部分，以反映系统建设的真实成效。第四，系统的发展应与人的文明交通意识水平提升相同步。在当前全社会文 明程度不断提升的时期，以规则意识为核心的交通文明也需要相应地加强和提 开，智能交通管理系统的发展应当有助于文明交通意识水平的提升。同时，文明 交通意识的提升，可以更好地促进智能交通管理系统效能的发挥。当前影响和制约智能交通管理系统效能发挥的因素有哪些？有什么建议？一是交通管理理念。受制于整个社会经济发展环境的影响，当前的交通管理 理念难免偏于重视机动化交通而忽略人本的需求，进而影响到智能交通管理系统 的着力点等。建议转变交通管理理念，简单而言，从“以车为本”向“以人为本”转 变。二是交通工程基础设施的完善程度。当前，交通工程基础设施与智能交通管 理系统同步发展，而交通工程基础设施的科学完善是智能交通管理系统效能发挥 的重要基础。建议在发展智能交通管理系统的同时，必须同时从宏观和微观两个 层面入手，以科学的交通工程技术为支撑，实现交通组织的系统性优化。三是交通参与者交通行为的规范化、按照交通规则出行的规则意识。出行者 良好的交通安全意识、秩序意识、守法意识等有助于降低交通系统运行的不可控 性，以形成良好的交通运行秩序，从而有利于智能交通管理系统效能的发挥。建 议未来通过多种途径、多种方式的终身交通文明教育方式等，包括发挥部分智能 交通管理系统的作用，来不断提升出行者的交通文明意识。四是详实、可靠、精准的数据采集和应用。数据是认识交通系统进而改善交 通系统的根本基础，而目前支撑智能交通管理系统的交通大数据尚存在数据采集 范围不足、精度不够、利用不充分、不深入等问题，在很大程度上制约着智能交 通管理系统的功能的实现和发挥。建议结合实际需求，因地制宜地建设性价比高 的道路交通感知体系，并从专业的角度出发，结合交通工程的基本原理和方法， 实现对数据的深度应用和挖掘。