道路交通信號控制系統(tǒng)是智能交通管理系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)應用系統(tǒng)，是公安交通管理部門緩解道路交通擁堵最主要的技術(shù)手段。

自2016年公安部交通管理局在全國部署推進城市道路交通信號燈配時智能化和道路交通標志標線標準化以來，道路交通信號控制系統(tǒng)受到了廣泛的關(guān)注；同時，隨著近年來物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展應用，道路交通信號控制系統(tǒng)也正處于技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的前沿。

發(fā)展現(xiàn)狀

從1978年北京市實現(xiàn)8個路口道路交通信號的計算機控制至今，我國道路交通信號控制系統(tǒng)已走過了整整四十年的發(fā)展歷程。

勞然所著的《中國城市交通控制三十年》中對前三十年間的道路交通信號控制系統(tǒng)發(fā)展做了全面的歸納總結(jié)。

1978年至19世紀末的二十年間，道路交通信號控制系統(tǒng)研究處于起步探索階段，依托國家“七五”、“八五”重點攻關(guān)項目，經(jīng)過十年的技術(shù)研究，公安部交通管理科學研究所、同濟大學及當時機電部南京二十八所等單位聯(lián)合研制開發(fā)了我國第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的道路交通信號控制系統(tǒng)，而期間道路交通信號控制系統(tǒng)建設主要集中于大型城市，以引進國外系統(tǒng)為主，著重于消化吸收國外相關(guān)技術(shù)。

2000年后的十年間，隨著“暢通工程”的開展及各地城市交通指揮中心的建設，道路交通信號控制系統(tǒng)進入應用發(fā)展階段，國內(nèi)廠商研發(fā)了一系列的道路交通信號控制系統(tǒng)并在全國開始大范圍應用，相關(guān)標準也逐步發(fā)布實施。

但在這一時期，國內(nèi)道路交通信號控制系統(tǒng)偏重于聯(lián)網(wǎng)控制管理功能，道路交通流優(yōu)化功能不強，道路交通信號控制系統(tǒng)大多運行于單點的多時段或感應控制以及干線的固定配時協(xié)調(diào)控制。

近幾年來，隨著我國城鎮(zhèn)化、機動化進程的加快，交通擁堵形勢日益嚴峻，對道路交通控制提出了智能化、精細化的更高要求，道路交通信號控制系統(tǒng)進入提高發(fā)展階段。

隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，尤其是視頻檢測的規(guī)模化應用，使系統(tǒng)可獲取更全面的道路交通信息，促進了道路交通信號控制技術(shù)的進步。

一些知名互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開始涉足這一傳統(tǒng)領(lǐng)域，阿里巴巴公司與杭州市政府建設的“城市數(shù)據(jù)大腦”、滴滴公司基于網(wǎng)約車的浮動車數(shù)據(jù)構(gòu)建的智慧信號燈等，給行業(yè)帶來了不小的觸動。

在此期間單點自適應控制、干線綠波動態(tài)協(xié)調(diào)、基于GPS北斗定位及RFID的特種車輛優(yōu)先控制得到廣泛應用，面向飽和交通的區(qū)域均衡控制策略也已開始實施，同時有關(guān)道路交通信號控制機、道路交通控制方式、道路交通信號控制系統(tǒng)術(shù)語等基礎(chǔ)性技術(shù)標準相繼實施，有力地促進了系統(tǒng)技術(shù)研究與實施應用工作。

目前，道路交通信號控制系統(tǒng)通用技術(shù)要求、道路交通信號配時指南等標準規(guī)范也正在積極制定之中。

四十年來，我國道路交通信號控制系統(tǒng)已得到大規(guī)模地應用實施，結(jié)構(gòu)功能完善、控制方式多樣，基本滿足當前的道路交通管理需求，成為道路交通管理中不可或缺的業(yè)務系統(tǒng)。

然而在道路交通信號控制系統(tǒng)技術(shù)層面上，還存在著底蘊不足、基礎(chǔ)理論及技術(shù)應用水平相對薄弱的問題。

我國道路交通信號控制技術(shù)發(fā)展起步于19世紀80年代，跳過了國際上固定配時的研究階段，對道路交通流基礎(chǔ)理論及應用方面的系統(tǒng)性研究不足，沒有形成類似于國外TRANSYT／SYNCRO／SIDRA配時仿真軟件。

此外，在動態(tài)協(xié)調(diào)控制技術(shù)上，由于前期數(shù)據(jù)的匱乏，難以對非線性時變的道路交通流進行精準建模，造成基于道路交通流模型的自適應控制算法應用效果不佳，國內(nèi)的道路交通信號控制系統(tǒng)則更多地采用基于規(guī)則流程的啟發(fā)式控制算法，雖然取得了一定的應用效果，但隨著數(shù)據(jù)的日益豐富和計算能力的提升，具有道路交通流優(yōu)化控制理論支撐的控制算法必將取得更好的控制效果。

在系統(tǒng)研究應用上，產(chǎn)學研圍繞課題研究的合作多，但研究成果轉(zhuǎn)化少，缺乏深入的持續(xù)性技術(shù)研究與測試應用，尚未形成可與國外知名系統(tǒng)比肩的國產(chǎn)道路交通信號控制系統(tǒng)。

技術(shù)展望

當今社會已邁入大規(guī)模生產(chǎn)、分享和應用數(shù)據(jù)時代，新一代信息技術(shù)以其強大的滲透力和融合力為道路交通信號控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的契機。

新技術(shù)的應用首先體現(xiàn)在道路交通流檢測數(shù)據(jù)的一體化集成應用方面。

目前面向道路交通控制的交通流檢測手段已呈現(xiàn)多樣化態(tài)勢，除基于線圈、視頻、雷達等技術(shù)的傳統(tǒng)道路交通流斷面及區(qū)間檢測外，基于車輛定位技術(shù)的浮動車軌跡檢測的應用也日趨廣泛。盡管后者數(shù)據(jù)在時空粒度上仍難以直接應用于道路交通流實時控制。

但其提供的車輛行程時間、速度及飽和流率等信息可以進行道路交通狀態(tài)分析，兩者數(shù)據(jù)的相互補充融合可以挖掘深層次的道路交通流運行特征，實現(xiàn)準確的道路交通流短期預測和信號控制效益評估分析。

即將到來的車聯(lián)網(wǎng)及未來無人自動駕駛等技術(shù)的應用更是促進了傳統(tǒng)道路交通檢測技術(shù)進行一場大變革，發(fā)掘應用數(shù)據(jù)價值將成為提高道路交通信號控制系統(tǒng)控制水平的重要技術(shù)手段。

在控制算法技術(shù)上，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的道路交通控制是當前的一個熱門發(fā)展方向。

以機器學習為代表的人工智能技術(shù)為道路交通控制提供了新的解決方法，即運用諸如增強學習（也稱近似動態(tài)規(guī)劃）、深度學習等機器學習中的一系列通用技術(shù)方法進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析與學習仿真，從而使道路交通控制從傳統(tǒng)的模型控制轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動的智能決策優(yōu)化，在豐富數(shù)據(jù)支撐下該方法能更好地適應道路交通流的變化特性，實現(xiàn)更精準更主動的道路交通控制。

基于資源調(diào)度分配算法的道路交通信號自組織控制是另一個發(fā)展方向，該方法類似于路面民警疏導交通擁堵的控制理念，以路口排隊可控為目標，尋求實現(xiàn)信號相序的優(yōu)化及去中心化、非周期式的最優(yōu)信號控制。

在大規(guī)模路網(wǎng)條件下遞階分散式控制結(jié)構(gòu)仍是系統(tǒng)發(fā)展的主流，通過控制中心與路口終端的分工協(xié)作實現(xiàn)系統(tǒng)整體控制功能。

控制中心依據(jù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)平臺，對各類相關(guān)數(shù)據(jù)進行匯聚分析，研判路網(wǎng)交通流的宏觀運行態(tài)勢，評估及生成路口控制決策所需的參數(shù)及策略方案；路口終端則進行微觀控制，實時生成最優(yōu)信號配時方案，適應路口間道路交通流到達的實時變化。

智能化的道路交通信號控制系統(tǒng)將是“真正”自適應的控制系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析進行系統(tǒng)控制中所需參數(shù)及方案的最優(yōu)估計，實現(xiàn)在無人工干預或很少干預下的自動控制，減輕道路交通信號控制系統(tǒng)實施維護的工作量。

在未來無人駕駛車輛全面應用的時代，消除了人類駕駛行為帶來的不確定影響，道路交通信號控制將演變?yōu)轭愃朴谕ㄐ啪W(wǎng)絡中的流量控制，道路交通信號控制系統(tǒng)將會有顛覆性的變革，那將是全面智能的時代。

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展進步，人民生活水平和質(zhì)量日益提高，公眾對于安全暢通的道路交通出行環(huán)境提出了更高的要求，道路交通信號控制系統(tǒng)智能化發(fā)展之路任重道遠。

作者 ｜ 趙永進 公安部交通管理科學研究所 研究員