浅谈城市智能交通控制系统

彭宁

【摘 要】文章通过分析目前国内外关于智能交通控制系统的相关研究，归纳了目前城市智能交通控制系统领域的研究内容，概括了有关学者对该方面的一些研究观点，总结了智能交通控制方面的具体研究成果。从中找出目前研究的不足，同时指出智能交通控制系统在城市建设中有待解决的主要问题，为未来智能交通控制技术的研究指明了方向。

【关键词】城市智能交通;交通控制;自适应

伴随着我国城市化进程的不断加快，城市交通运输的压力也不断增大，这对城市基础建设提出了更高的要求。为了缓解城市交通运输的压力，研制功能完善的城市智能交通控制系统任重而道远。在设计和建设城市智能交通控制系统的过程中，需要立足我国城市交通的发展现状，充分发挥智能化技术的优势，将先进的计算机技术、传感器技术、自动控制技术、人工智能技术等有效地运用到交通服务、管理行业，建立起一套广域范围、多方位发挥作用的实时、高效的综合运输管理体系，解决日益严重的交通问题。

1 研究背景

伴随着我国城市化进程的不断加快及经济的快速发展，国内汽车保有量飞速增长，城市道路面临越来越严重的交通拥堵等问题。以往使用的单一交通控制方式已经不能满足当前城市交通的需求，智能交通控制系统应运而生，通过对交叉路口和相邻路段的交通流量动态变化自动调节红绿灯时长，最大限度地减少交叉路口通行车辆的排队时间，提升城市交通控制系统的整体效率。智能交通控制系统符合我国目前交通控制的发展需求，有着很好的应用和发展前景。

2 研究现状

2.1 国外研究现状

20世纪80年代，计算机技术得以飞速发展，自动控制技术也得到不断改良，城市交通控制技术的发展出现了新的方向，逐步由传统的人为干预转向机械智能化控制。此后，部分发达国家开始着手对智能化的交通控制系统进行持续的研究，将城市交通控制加入智能交通运输大领域中，城市交通控制成为先进交通管理系统的重要子系统。如今，各国使用较多的且最有代表性的交通控制系统包括澳大利亚的SCAT系统、英国的TRANSYT系统及SCOOT系统[1-3]等。

2.1.1 SCAT（Sydney Coordinated Adaptive Traffic Method）系统

SCAT系统使用了先进的计算机网络技术，呈现计算机分层递阶的形式，对于地区级控制采用联机方式，而对于中央级控制则采用离线和联机两种模式，并且这两种模式可以同时运行。该系统使用相位差、绿信比及周期3种參数，但对于参数的选取并没有联系实际的交通模型，不能完全反映实时路况。SCAT系统组成如图1所示。

2.1.2 TRANSYT（Traffic Network Study Tools）系统

TRANSYT系统自问世以来，随着交通工程的实践得到不断的改进和完善，到目前为止的最新版本是11版。该系统选取绿信比和相位差进行静态控制，被诸多国外城市使用，是公认的最成功的静态领域智能交通控制系统。但是，该系统在获得整体最优的配时方案时存在一定的困难，需要大量的交通流数据做支撑。TRANSYT方案流程图如图2所示。

2.1.3 SCOOT（Split Cyele and Offset Optimization Technique）系统

SCOOT系统通过利用实时联机的动态控制方式，对绿信比、周期及相位差3钟参数进行控制，该系统相对TRANSYT系统有更大的优势，但是SCOOT系统的相位不能自动调整，实地调整工作相当烦琐等问题也需要改善。SCOOT系统工作流程图如图3所示。

2.2 我国智能交通控制系统的发展

2.2.1 我国城市交通控制系统的发展现状

近年来，我国城乡建设步伐迅速、人口不断增多、道路车流量增幅巨大，目前国内道路网设计已无法满足近年来快速增长的交通需求。各级交通管理部门通过自主研究新的技术，并且积极从国外引进先进技术，目前已经逐渐替代了原来单一的交通控制方式，诸多先进控制技术不断应用到新的交通控制系统建设中。

在道路交通信号控制方面，王长君等人介绍了21世纪初国内有关信号控制技术的研究，通过研究表明了在实际使用效果上，单向协调的效果较好，双向协调的效果则不理想[4]。杨文臣等人基于模型交通控制、智能计算交通控制和数据驱动交通控制3个方面综述交通信号自适应控制方法应用研究的现状，分析其技术特征和差异，探讨在交通数据丰富的环境下，3类自适应控制建模方法的关键问题和技术发展趋势[5]。唐少虎等人对城市道路交通信号控制方案对降雨条件下道路交通运行参数特性欠缺考虑，尚未形成完善的降雨情景下城市道路交通信号控制方法的问题进行研究[6]。王嘉文等人研究了双相位信号控制交叉口人车交互时的避让行为，通过研究提出了避让率的概念[7];建立了考虑避让率的交通参与者总延误估计模型，对不同避让率下的行人专用相位设置效果进行灵敏度分析，针对不同城市区域分别给出设置条件。

在智能交通控制平台设计方面，张立立等人针对传统城市道路交通信号控制仿真存在的诸多问题，通过重构开源交通仿真引擎和信号控制设备软件、硬件框架，设计和开发了基于场景驱动的交通信号控制一体化仿真平台，并研究了其仿真效果[8]。通过对仿真结果的分析可以得出，基于场景驱动的交通信号控制一体化仿真平台的仿真规模大、实时性能良好、性能稳定、运行可靠，可用于需要大规模实时性仿真的城市交通信号控制，解决了传统城市道路交通信号控制仿真出现的一些问题，对道路交通的仿真有很好的实际应用效果。

龙琼等人针对当前城市举办大型活动时市区内部区域交通控制问题，提出了面向大型社会活动的个性化区域交通控制方法，以解决大型活动下的区域交通控制问题[9]。徐恩炷等人针对城市智能交通信号控制领域存在的控制效果差、算法收敛速度慢等问题，提出了一种基于异步优势行动者—评论者算法的深度强化学习的城市智能交通控制算法。该方法不仅解决了多个交通路口之间的协作问题及强化学习状态空间的表达，并且有效控制方案的时间得到了降低，有效地提高了城市交通路网中路口的通行效率[10]。

2.2.2 我国集团控制系统的发展思路

我国交通控制系统的发展，有必要打破传统信号控制的研究方法，要有迎难而上的精神。控制技术的研究可以借助现代科技逐渐向智能化方向发展;控制模式要从静态转型向动态发展，按照我国实际情况调整发展方向，使之适应我国的交通控制系统。具体的研究发展思路如下：研发城市交通智能控制总控系统;研制公交优先的城乡交通控制系统;研制混合交通流的信号控制模拟评价系统;研制信号控制管理信息平台;不断提升信号机智能化水平。

3 个人评述

国内有关智能交通控制系统的研究主要集中在信号控制、智能平台设计优化及符合城市自身属性发展建设方面，研究方法主要有以下几种：基于模型交通控制、基于智能计算交通控制及基于数据驱动交通控制3个方面的交通信号自适应控制方法;基于智能交通系统（ITS）的人工智能技术（AI）;设计各类智能交通控制系;等等。从目前所有关于智能交通控制方面的研究内容来看，多数研究是局部的、个案的、针对理论或理想环境下研讨问题，有关实地应用到交通控制的研究文献较少，特别是智能交通控制平台设计完成后后期系统的优化与完善方面的研究缺乏，而针对研制功能完善的符合我国目前发展趋势的智能交通控制系统研究具有重要的意义，需要相关学者深入探索。

4 发展展望

在分析国内外城市交通控制系统后，结合我国国情，笔者提出未来我国道路智能交通控制系统应具有如下功能。

（1）智能化。随着信息时代的来临，道路交通控制系统不仅要对交通流量进行相应的引导，还要具备引导车辆获取实时道路交通信息等功能。

（2）多模式化。根据不同区域的实时交通状况，以交叉口最大通行能力和最短延误时间作为选择不同系统的参考标准。

（3）最佳化。在建立了交通路网的动态交通分配模型后，可以在一定的地理范围内调整交叉口的控制参数，实现对交通流的动态协调控制。

（4）规整化。在我國尚未建立起完整的道路交通控制体系之时，有必要根据道路状况和交通流量制订多种交通引导和道路使用计划，使交通和道路更加有序。

5 总结

国内智能交通控制系统的研究起步相对较晚，随着国家一系列良好政策的实施，我国交通基础设施建设规模逐渐扩大。我国的交通运输部门和相关研究人员要不断研究和采用新技术，学习更先进的理论知识，实现多个学科的综合应用，促进城市智能交通系统的不断完善与发展。

参 考 文 献

[1]Hunt P B，Robertson D I，Bretherton R D.The SCOOT on-line traffic signal optimisation technique（Glasgow）[J].Traffic Engineering & Control，1982，23：190-192.

[2]Trabia M B，Kaseko M S ，Ande M.A two-stage fuzzy logic controller for traffic signals[J].Transportation Research Part C（Emerging Technologies），1999，7（6）：353-367.

[3]Gartner N.OPAC：a demand -responsive strategy for traffic signal control[Z].Transp.Res.Board，W-ashington，D.C.，1983.

[4]王长君，袁建华，邱红桐，等.交通信号控制技术在国内的应用情况[J].中国交通信息化，2004（10）：44-46.

[5]杨文臣，张轮，田毕江，等.城市道路交通信号自适应控制方法研究综述[J].交通科技，2017（4）：152-157.

[6]唐少虎，周进，尚春琳，等.降雨情景下城市道路交通信号控制优化模型与方法[J].系统仿真学报，2020，32（2）：149-156.

[7]王嘉文，陈超，金杨，等.考虑人车交互的两相位信号控制交叉口行人专用相位设置条件[J].公路交通科技，2020，37（1）：96-103.

[8]张立立，王力.基于场景驱动的交通信号控制一体化仿真平台设计[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2020，39（1）：1-7.

[9]龙琼，胡列格，张蕾，等.面向大型社会活动的个性化区域交通控制[J].铁道科学与工程学报，2018，15（10）：2692-2699.

[10]徐恩炷，朱海龙，刘靖宇，等.基于异步深度强化学习的城市智能交通控制方法[J].智能计算机与应用，2019，9（6）：164-167.