我国智能交通信号控制系统应用现状分析及展望

吴一昊　陈敖

【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

中图分类号： U491.54 文献标识码： A 文章编号： 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 金华市区智能交通信号控制系统应用情况

笔者参与了2009年至今浙江省金华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，金华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，基本涵盖了金华主城区所有主干道。十字相交、艹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年試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】

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