边缘计算技术在智能交通信号控制中的应用

周毓

摘 要：基于交通信号控制基础理论，结合交叉口交通信号控制实施流程，探讨边缘计算技术在交通信号控制配时方案计算、通行状态评价、控制效益评估及信号配时优化等方面的作用。较传统的交通信号控制、优化而言，基于边缘计算技术的交通信号控制、优化和评价数据精准，传输、计算延时小，传输效率高，可大大提高交通管理的智能化、精细化水平。

关键词：边缘计算;智能交通;交通信号控制;交通管理

中图分类号：U491.54 文献标识码：A

0 引言

为有效治理城市交通拥堵，交通信号控制与优化在交通管理中愈发被重视，为提升交通信号管控应用精细化、智能化水平，部分先进地区纷纷组建成立交通信号配时中心，强化专业人才与科技设备的高效协同能力以促进城市疏堵保畅。当前的交通信号配时优化主要依托云计算、大数据等技术，在中心侧实现对历史数据的分析研判，在固定周期、分时段控制下使得信号配时更符合交叉口交通运行实际;同时，受数据分析时耗、数据上传和方案下发传输网络延时等因素影响，难以实现交叉口交通信号配时的实时优化和下发，边缘计算技术的低带宽、超低延时等特点则为交通信号配时实时优化和交通信号自适应控制提供了可能。

1 交通信号控制基础理论

交通信号控制理论是在交通流理论的基础上，对交通路网上行驶的车辆、行人进行合理的管理、调节、引导，使之能够安全高效地获得通行权，在现有路网的基础上，对交通流进行智能化管理控制。交通信号控制主要有定时控制、感应控制（半感应控制、全感应控制）和自适应控制三种方式[1]。

交通信号控制过程中需对控制通行状态和控制效益进行评估，以便于不断优化交通信号控制配时，主要指标[2]如下表2：

数据采集是进行信号控制、优化及评价的基础，传统交通信号控制主要依赖于线圈、地磁、视频等，采集手段、采集要素单一，已无法满足愈发精细化的交通管理需求。在5G、大数据等技术不断发展的背景下，机动车流量、非机动车流量、行人过街数据、机动车车牌、车辆类型、速度、转向、单车道流量等全要素交通数据采集已经成为交通信号控制数据采集的必然趋势。

2 边缘计算技术在智能信号控制中的应用

2.1 边缘计算的特点

边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台，就近提供边缘智能服务。边缘计算具备高实时性计算能力、超低时延、高带宽、高安全可靠性等特点，具备对海量、异构、多样性数据接入和实时分析处理能力;海量的数据靠近终端设备或者直接在终端设备上运行，不再需要上传至云端进行处理，降低了网络时延，核心网传输压力下降，传输速率大大增加[3]。

2.2 技术架构

基于边缘计算的智能交通信号控制主要由云端控制平台和边缘计算节点组成。在边缘侧，以一个交叉口为单位，按照计算需求建设边缘计算设备，并实现与交叉口已建设的电警、交通视频监控、雷达等交通信息采集设备的对接。通过边缘计算设备分析计算后将相关交通参数输出至交通信号机，交通信号机根据参数计算配时方案，并将控制指令下发至交通信号灯，实现交通信号控制和优化。

2.3 边缘计算设备可采集参数

利用传感器技术、高精地图技术、AI算法、大算力芯片、边缘计算技术，通过边缘计算设备实现交叉口雷达数据、视频分析数据、路口渠化数据的拟合，实时掌握车辆轨迹、车道流量、车道饱和度、延误停车次数、排队长度等重要交通参数，通过多源数据的融合，实现路口的全方向、全天候、全要素的全数字化。通过边缘计算设备，可在边缘侧实现以下交通数据的采集：

2.4 边缘计算在智能交通信号控制中的应用

根据交叉口交通信号控制实施流程，结合表2～表4可见，边缘计算技术在交通信号控制、评估和优化中均发挥着重要的作用：

2.4.1 支撑交通信号控制配时方案精准计算

通过边缘计算设备对现有交通设备数据的融合分析，综合交叉口渠化信息、交叉口交通流量数据，为研判交叉口交通运行规律、划分交叉口信号控制时段，确定相位相序，计算信号控制配时方案提供更全面、更精准的基础数据，实现配时方案精准计算[4]。

2.4.2 支撑交通信号控制通行状态评价

根据相位流量、周期流量、小时流量、日流量等流量数据，绿/红灯启亮时刻排队长度、周期平均排队长度、交叉口占有率、交叉口饱和流量等指标，实现交叉口流量比最大的进口车道及交通状况、交叉口排队拥挤程度最大的进口车道及排队状况、积压状况的自动判别，实现对交叉口交通信号控制通行状态的评价。

2.4.3 交通信号控制控制效益评估

根据边缘计算设备计算的最大流量比变化率、绿/红灯启亮时刻最大排队长度变化率、单位绿灯时间通过量、饱和度、平均停车次数、平均信号控制延误等数据，实现对交叉口流量比最大进口车道的交通流量增减程度，交叉口排队最大进口车道的拥挤改善程度，交叉口信号放行压力最大进口车道的积压缓解程度，进口车道或交叉口绿灯放行效率等控制效益进行评估。

2.4.4 交通信号控制配时方案优化

如图1，边缘设备计算的指标参数可直接与路口交通信号控制机进行对接，将相关参数直接输入至信号机，由信号机根据配时方案计算逻辑，对配时方案进行实时优化调整。

3 结论与展望

通过在交叉口部署边缘计算设备，融合路口各类设备数据，可实现交通运行参数的实时采集并直接与交通信号控制机对接，减少数据上传、中心计算和方案下发等一系列过程导致的传输延时。相对于传统的交通信号控制而言，基于边缘计算技术的交通信号控制数据更全面、更精准，交通信号控制配时优化也将从传统的定時控制优化向全感应控制和自适应控制优化转变，通过多路口边缘计算设备

的互联互通，为交通信号的干线自动协调控制、区域自动协调控制奠定了良好的基础。边缘计算技术不仅在智能交通信号控制中具有良好的应用效果，基于边缘计算技术实现的交通事故、交通违法和交通事件等实时交通运行情况，也为交通管理中事件的及时发现、及时处置、实时指挥调度、交通安全防控等实战应用及未来车路协同等相关的应用提供有利支撑。

参考文献：

[1]王炜，陈峻，过秀成.交通工程学[M].南京：东南大学出版社，2019.

[2]道路交通信号控制方式第2部分：通行状态与控制效益评估指标及方法：GA/T527.2-2016[S]

[3]赵明.边缘计算技术及应用综述[J].计算机科学，2020（S1）：268-272.

[4]徐琛辉，马明，辉王栋.城市道路混合交通流道路交叉口信号配时优化方法[J].农业装备与车辆工程，2021（4）：106-109.