城市道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)的思考

楊超

【摘? 要】隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及城市汽車保有量持續(xù)增長，城市道路交通擁堵問題日益嚴(yán)重。城市道路交通是否擁堵受路網(wǎng)中各交叉口的制約，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，車輛在城市中的行程時(shí)間約有1/3耗費(fèi)在交叉口。因此，在有限的空間、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境條件制約下，如何提高交叉口通行效率是解決城市道路交通擁堵的關(guān)鍵，交通信號(hào)系統(tǒng)作為控制城市路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的重要設(shè)施，對(duì)解決交通擁堵起著舉足輕重的作用。

【關(guān)鍵詞】交通信號(hào);控制系統(tǒng)

1.現(xiàn)狀分析

在國內(nèi)市場，一二線城市應(yīng)用的主流信號(hào)控制系統(tǒng)絕大多數(shù)都是國外品牌，比如英國的TRANSYT，澳大利亞的SCATS，英國的 SCOOT等，但這些品牌信號(hào)機(jī)價(jià)位較高、二次開發(fā)受限、對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)要求較高，不符合大多數(shù)交通項(xiàng)目需求;國內(nèi)生產(chǎn)研發(fā)信號(hào)機(jī)的廠家也達(dá)到100余家，但從整體水平來看，普遍存在科研水平不高、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、協(xié)議私有化等問題。

目前國內(nèi)大部分城市都配置了信號(hào)機(jī)，提供不同需求的信號(hào)優(yōu)化服務(wù)，同時(shí)面臨各種挑戰(zhàn)，比如一二線城市，面臨價(jià)格、售后服務(wù)和協(xié)議私有化等問題;二線以下城市，面臨重建設(shè)輕服務(wù)、設(shè)備和方案運(yùn)維服務(wù)較差，智能應(yīng)用較少等問題;鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)城市面臨信號(hào)機(jī)功能缺失，產(chǎn)品故障率高，無售后保障等問題。

2.交通信號(hào)控制策略設(shè)計(jì)

交通信號(hào)控制，將轄區(qū)內(nèi)的所有信號(hào)控制機(jī)在指揮中心統(tǒng)一管理，深度融合Big Data、Machine Learning、Cloud Computing及Edge Computing等先進(jìn)技術(shù)，提供滿足不同場景信號(hào)控制需求的系統(tǒng)功能，可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)定時(shí)控制、單點(diǎn)感應(yīng)控制、單點(diǎn)自適應(yīng)控制、綠波控制、紅波控制、警衛(wèi)路線（特勤路線）、公交優(yōu)先、可變車道、潮汐車道、行人過街、環(huán)島控制、匝道控制、瓶頸控制、區(qū)域控制等。

（1）單點(diǎn)定時(shí)控制。單點(diǎn)定時(shí)控制可分為兩種形式：①單點(diǎn)固定定時(shí)控制：針對(duì)單個(gè)交叉路口的，采用的是單一的固定配時(shí)方式，一天只運(yùn)行一個(gè)信號(hào)配時(shí)方案。②單點(diǎn)多時(shí)段定時(shí)控制：把一天按交通流大小分成若干時(shí)段，在不同峰值各執(zhí)行高峰配時(shí)方案、低峰配時(shí)方案、平峰信號(hào)配時(shí)方案，從而提高交通信號(hào)的控制效率。

（2）單點(diǎn)感應(yīng)控制。路口信號(hào)機(jī)根據(jù)設(shè)定的感應(yīng)策略，接入前端不同感知設(shè)備，按照路口實(shí)時(shí)車輛感應(yīng)情況，進(jìn)行路口車流調(diào)控，關(guān)注的是當(dāng)前運(yùn)行相位的交通流，可隨時(shí)改變綠燈時(shí)長，控制邏輯簡單。

（3）單點(diǎn)自適應(yīng)控制。單點(diǎn)自適應(yīng)控制功能由作為關(guān)鍵擴(kuò)展單元的本地自適應(yīng)控制器來實(shí)現(xiàn)，該控制器通過以太網(wǎng)絡(luò)，可以混合接入多路視頻、線圈、無線地磁和雷達(dá)等多種類型的車輛檢測器，直接在路口發(fā)起本周期的控制方案調(diào)整和改變下一周期的控制方案策略。

單點(diǎn)自適應(yīng)控制功能的最大優(yōu)勢(shì)是能夠在系統(tǒng)運(yùn)行一兩周后，自動(dòng)推算出路口不同時(shí)段的優(yōu)化配時(shí)方案，能夠有效地降低交警的配時(shí)工作壓力;同時(shí)，系統(tǒng)能夠給出控制方案的優(yōu)化指標(biāo)，供配時(shí)維護(hù)人員參考。

（4）綠波協(xié)調(diào)控制。干線綠波控制是線控的核心技術(shù)，通過協(xié)調(diào)相鄰交叉口之間的周期和相位差，來實(shí)現(xiàn)車輛在一定車速條件下通過相鄰交叉口而無需等待，提高通行效率的控制策略。功能主要包括：綠波線路管理、協(xié)調(diào)路口管理、協(xié)調(diào)時(shí)段管理、綠波相位差管理和基本配時(shí)方案管理等。

（5）警衛(wèi)、特勤路線。由于警衛(wèi)路線的特殊性，所以警衛(wèi)路線的信號(hào)協(xié)調(diào)控制要予以特殊考慮，因此只有在特定的情況下，才采用這種控制方式。由于警衛(wèi)路線的車速是一定的，而且受其他道路影響較小，所以控制起來相對(duì)較為容易，只要保證好車隊(duì)的前方到達(dá)路口時(shí)，車隊(duì)不用減速的通過路口即可。

通過在警用帶道車上安裝帶有定位模塊的專網(wǎng)通訊設(shè)備，預(yù)設(shè)定行駛預(yù)案線路，信號(hào)控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)車輛定位坐標(biāo)，在中心地理信息基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)（GIS）上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)追蹤，并由信號(hào)控制系統(tǒng)根據(jù)車隊(duì)位置、車速、車隊(duì)長度情況，實(shí)時(shí)自動(dòng)對(duì)前方路口下達(dá)“綠波”指令;當(dāng)車隊(duì)駛離道路交叉口時(shí)，信號(hào)控制系統(tǒng)自動(dòng)向交通信號(hào)機(jī)（燈）下達(dá)復(fù)原指令。

（6）人工干預(yù)控制。由指揮中心或得到授權(quán)的分控中心操作員，通過控制系統(tǒng)發(fā)布指令，指揮信號(hào)控制機(jī)對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行控制;

（7）降級(jí)策略控制。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)降級(jí)處理功能，在區(qū)域計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，受影響的路口不會(huì)簡單的關(guān)閉信號(hào)控制機(jī)，而是降級(jí)處理，最大限度的維持信號(hào)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在故障消除后自動(dòng)恢復(fù)聯(lián)機(jī)運(yùn)行，系統(tǒng)依次降為：系統(tǒng)控制→單點(diǎn)控制→黃閃。

（8）評(píng)價(jià)方法。根據(jù)交通信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)的階段性及建設(shè)特點(diǎn)，在未來交通信號(hào)控制系統(tǒng)的建設(shè)過程中，需要結(jié)合交通仿真與實(shí)地調(diào)查兩種方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

①交通仿真評(píng)價(jià)。交通仿真評(píng)價(jià)主要是針對(duì)項(xiàng)目實(shí)施之前，項(xiàng)目建設(shè)單位需要針對(duì)對(duì)道路交叉口交通流量的調(diào)查情況，給出典型交叉口配時(shí)策略及配時(shí)方案，并且在改造之前采用交通仿真的技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施前的評(píng)價(jià)分析工作。

要求采用微觀交通仿真模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)提供的配時(shí)方案進(jìn)行分析說明。

②實(shí)地調(diào)查評(píng)價(jià)。在項(xiàng)目實(shí)施前，由項(xiàng)目建設(shè)單位委托專門單位針對(duì)的典型交叉口及典型路段進(jìn)行實(shí)地評(píng)價(jià)指標(biāo)的調(diào)查工作，并形成相應(yīng)的調(diào)查分析報(bào)告。

調(diào)查日期：選擇多日（例如周一、周三、周五、周日）;

調(diào)查時(shí)段：覆蓋早高峰、上午平峰、下午平峰、晚高峰。

在項(xiàng)目實(shí)施之后，要針對(duì)項(xiàng)目實(shí)施前同樣的調(diào)查內(nèi)容進(jìn)行調(diào)查分析，對(duì)同樣的周日、同樣時(shí)段的同一參數(shù)進(jìn)行調(diào)查對(duì)比。

③評(píng)價(jià)指標(biāo)。針對(duì)交通現(xiàn)狀特點(diǎn)，提出以下的評(píng)價(jià)指標(biāo)客觀評(píng)價(jià)信號(hào)系統(tǒng)產(chǎn)生的效益：

①延誤及旅行時(shí)間。分為路口延誤、某路段延誤（跨多個(gè)路口，主要衡量協(xié)調(diào)控制的效果）及旅行時(shí)間。②停車次數(shù)。調(diào)查典型路口的停車次數(shù)進(jìn)行對(duì)比。③平均車速。調(diào)查典型路段的平均車速進(jìn)行對(duì)比。④交叉口通過能力。

3.方案特色

（1）標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議，兼容性更強(qiáng)。支持標(biāo)準(zhǔn)NTCIP協(xié)議，體系完整，通用性和兼容性好。

（2）智能化信號(hào)控制，配時(shí)更精細(xì)。信號(hào)控制系統(tǒng)根據(jù)交叉口交通流變化狀況，以歷史交通流流數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整信號(hào)配時(shí)方案以適應(yīng)交通流變化，從而減少停車等待時(shí)間，降低交通延誤，提高交叉口通行效率。

（3）可視化信號(hào)控制，應(yīng)用更方便。傳統(tǒng)交通信號(hào)控制，在配時(shí)調(diào)整時(shí)，需到交叉口現(xiàn)場，對(duì)照交叉口交通現(xiàn)狀反復(fù)調(diào)整信號(hào)配時(shí)，新一代信號(hào)控制系統(tǒng)與交叉口視頻監(jiān)控進(jìn)行融合，在指揮中心對(duì)照實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻，掌握交通運(yùn)行狀況，完成信號(hào)配時(shí)優(yōu)化調(diào)整，節(jié)約優(yōu)化調(diào)整時(shí)間，不受交叉口外界環(huán)境影響，信號(hào)配時(shí)調(diào)整更加方便。

（4）一體化平臺(tái)設(shè)計(jì)，安裝更方便。基于WEB架構(gòu)，集成信號(hào)管理、視頻管理、車輛管理、違法管理、車輛偵查、電子地圖、指揮調(diào)度、運(yùn)維管理、前端管理、系統(tǒng)設(shè)置等十大模塊，實(shí)現(xiàn)交通信息資源整合與共享、部署方便。

（5）互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)接入，能力更強(qiáng)。能夠提供互聯(lián)網(wǎng)交通大數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)與互利網(wǎng)交通大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)交通 檢測數(shù)據(jù)與來自互聯(lián)網(wǎng)的交通大數(shù)據(jù)融合。

4.結(jié)束語

交通信號(hào)控制系統(tǒng)的本質(zhì)是通過對(duì)路口信號(hào)燈的配時(shí)控制，解決路口不同交通狀態(tài)下對(duì)各個(gè)方向交通流的路權(quán)分配問題，從而保障安全和提升效率。總之，一個(gè)城市道路通行，可以沒有道路電警、卡口，但不能沒有交通信號(hào)控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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