城市道路交通信号控制系统的思考

杨超

【摘  要】随着经济的快速发展，以及城市汽车保有量持续增长，城市道路交通拥堵问题日益严重。城市道路交通是否拥堵受路网中各交叉口的制约，据有关资料统计，车辆在城市中的行程时间约有1/3耗费在交叉口。因此，在有限的空间、经济和环境条件制约下，如何提高交叉口通行效率是解决城市道路交通拥堵的关键，交通信号系统作为控制城市路网节点的重要设施，对解决交通拥堵起着举足轻重的作用。

【关键词】交通信号;控制系统

1.现状分析

在国内市场，一二线城市应用的主流信号控制系统绝大多数都是国外品牌，比如英国的TRANSYT，澳大利亚的SCATS，英国的 SCOOT等，但这些品牌信号机价位较高、二次开发受限、对基础建设要求较高，不符合大多数交通项目需求;国内生产研发信号机的厂家也达到100余家，但从整体水平来看，普遍存在科研水平不高、标准不统一、协议私有化等问题。

目前国内大部分城市都配置了信号机，提供不同需求的信号优化服务，同时面临各种挑战，比如一二线城市，面临价格、售后服务和协议私有化等问题;二线以下城市，面临重建设轻服务、设备和方案运维服务较差，智能应用较少等问题;乡镇级城市面临信号机功能缺失，产品故障率高，无售后保障等问题。

2.交通信号控制策略设计

交通信号控制，将辖区内的所有信号控制机在指挥中心统一管理，深度融合Big Data、Machine Learning、Cloud Computing及Edge Computing等先进技术，提供满足不同场景信号控制需求的系统功能，可实现单点定时控制、单点感应控制、单点自适应控制、绿波控制、红波控制、警卫路线（特勤路线）、公交优先、可变车道、潮汐车道、行人过街、环岛控制、匝道控制、瓶颈控制、区域控制等。

（1）单点定时控制。单点定时控制可分为两种形式：①单点固定定时控制：针对单个交叉路口的，采用的是单一的固定配时方式，一天只运行一个信号配时方案。②单点多时段定时控制：把一天按交通流大小分成若干时段，在不同峰值各执行高峰配时方案、低峰配时方案、平峰信号配时方案，从而提高交通信号的控制效率。

（2）单点感应控制。路口信号机根据设定的感应策略，接入前端不同感知设备，按照路口实时车辆感应情况，进行路口车流调控，关注的是当前运行相位的交通流，可随时改变绿灯时长，控制逻辑简单。

（3）单点自适应控制。单点自适应控制功能由作为关键扩展单元的本地自适应控制器来实现，该控制器通过以太网络，可以混合接入多路视频、线圈、无线地磁和雷达等多种类型的车辆检测器，直接在路口发起本周期的控制方案调整和改变下一周期的控制方案策略。

单点自适应控制功能的最大优势是能够在系统运行一两周后，自动推算出路口不同时段的优化配时方案，能够有效地降低交警的配时工作压力;同时，系统能够给出控制方案的优化指标，供配时维护人员参考。

（4）绿波协调控制。干线绿波控制是线控的核心技术，通过协调相邻交叉口之间的周期和相位差，来实现车辆在一定车速条件下通过相邻交叉口而无需等待，提高通行效率的控制策略。功能主要包括：绿波线路管理、协调路口管理、协调时段管理、绿波相位差管理和基本配时方案管理等。

（5）警卫、特勤路线。由于警卫路线的特殊性，所以警卫路线的信号协调控制要予以特殊考虑，因此只有在特定的情况下，才采用这种控制方式。由于警卫路线的车速是一定的，而且受其他道路影响较小，所以控制起来相对较为容易，只要保证好车队的前方到达路口时，车队不用减速的通过路口即可。

通过在警用带道车上安装带有定位模块的专网通讯设备，预设定行驶预案线路，信号控制系统可以根据实时车辆定位坐标，在中心地理信息基础应用平台（GIS）上实现动态追踪，并由信号控制系统根据车队位置、车速、车队长度情况，实时自动对前方路口下达“绿波”指令;当车队驶离道路交叉口时，信号控制系统自动向交通信号机（灯）下达复原指令。

（6）人工干预控制。由指挥中心或得到授权的分控中心操作员，通过控制系统发布指令，指挥信号控制机对信号灯进行控制;

（7）降级策略控制。系统能够实现系统能够实现自动降级处理功能，在区域计算机发生故障时，受影响的路口不会简单的关闭信号控制机，而是降级处理，最大限度的维持信号的正常运转，在故障消除后自动恢复联机运行，系统依次降为：系统控制→单点控制→黄闪。

（8）评价方法。根据交通信号控制系统建设的阶段性及建设特点，在未来交通信号控制系统的建设过程中，需要结合交通仿真与实地调查两种方法进行评价。

①交通仿真评价。交通仿真评價主要是针对项目实施之前，项目建设单位需要针对对道路交叉口交通流量的调查情况，给出典型交叉口配时策略及配时方案，并且在改造之前采用交通仿真的技术进行项目实施前的评价分析工作。

要求采用微观交通仿真模型进行评价。根据评价结果对提供的配时方案进行分析说明。

②实地调查评价。在项目实施前，由项目建设单位委托专门单位针对的典型交叉口及典型路段进行实地评价指标的调查工作，并形成相应的调查分析报告。

调查日期：选择多日（例如周一、周三、周五、周日）;

调查时段：覆盖早高峰、上午平峰、下午平峰、晚高峰。

在项目实施之后，要针对项目实施前同样的调查内容进行调查分析，对同样的周日、同样时段的同一参数进行调查对比。

③评价指标。针对交通现状特点，提出以下的评价指标客观评价信号系统产生的效益：

①延误及旅行时间。分为路口延误、某路段延误（跨多个路口，主要衡量协调控制的效果）及旅行时间。②停车次数。调查典型路口的停车次数进行对比。③平均车速。调查典型路段的平均车速进行对比。④交叉口通过能力。

3.方案特色

（1）标准化通信协议，兼容性更强。支持标准NTCIP协议，体系完整，通用性和兼容性好。

（2）智能化信号控制，配时更精细。信号控制系统根据交叉口交通流变化状况，以历史交通流流数据及实时交通流数据作为计算依据，实时调整信号配时方案以适应交通流变化，从而减少停车等待时间，降低交通延误，提高交叉口通行效率。

（3）可视化信号控制，应用更方便。传统交通信号控制，在配时调整时，需到交叉口现场，对照交叉口交通现状反复调整信号配时，新一代信号控制系统与交叉口视频监控进行融合，在指挥中心对照实时监控视频，掌握交通运行状况，完成信号配时优化调整，节约优化调整时间，不受交叉口外界环境影响，信号配时调整更加方便。

（4）一体化平台设计，安装更方便。基于WEB架构，集成信号管理、视频管理、车辆管理、违法管理、车辆侦查、电子地图、指挥调度、运维管理、前端管理、系统设置等十大模块，实现交通信息资源整合与共享、部署方便。

（5）互联网大数据接入，能力更强。能够提供互联网交通大数据接口，实现与互利网交通大数据的数据交换，实现系统交通 检测数据与来自互联网的交通大数据融合。

4.结束语

交通信号控制系统的本质是通过对路口信号灯的配时控制，解决路口不同交通状态下对各个方向交通流的路权分配问题，从而保障安全和提升效率。总之，一个城市道路通行，可以没有道路电警、卡口，但不能没有交通信号控制系统。

参考文献

[1]张磊.多智能体技术在交通系统中的应用研究[J].山西建筑，2016，42，07（18）：256-258.

[2]屈晓光.基于多智能体的城市交通控制系统研究[J].城市地理，2016，22（08）.