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(yīng)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(jìn)城市道路交通信號燈配時(shí)智能化和道路交通標(biāo)志標(biāo)線標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，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(yīng)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(shí)現(xiàn)8個(gè)路口道路交通信號的計(jì)算機(jī)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(jì)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(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，經(jīng)過十年的技術(shù)研究，公安部交通管理科學(xué)研究所、同濟(jì)大學(xué)及當(dāng)時(shí)機(jī)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(gè)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(shè)主要集中于大型城市，以引進(jìn)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(shè)，道路交通信號控制系統(tǒng)進(jìn)入應(yīng)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(yīng)用，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也逐步發(fā)布實(shí)施。

但在這一時(shí)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(qiáng)，道路交通信號控制系統(tǒng)大多運(yùn)行于單點(diǎn)的多時(shí)段或感應(yīng)控制以及干線的固定配時(shí)協(xié)調(diào)控制。

近幾年來，隨著我國城鎮(zhèn)化、機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的加快，交通擁堵形勢日益嚴(yán)峻，對道路交通控制提出了智能化、精細(xì)化的更高要求，道路交通信號控制系統(tǒng)進(jìn)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(yīng)用，使系統(tǒng)可獲取更全面的道路交通信息，促進(jìn)了道路交通信號控制技術(shù)的進(jìn)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(shè)的“城市數(shù)據(jù)大腦”、滴滴公司基于網(wǎng)約車的浮動(dòng)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(dòng)。

在此期間單點(diǎn)自適應(yīng)控制、干線綠波動(dòng)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(yīng)用，面向飽和交通的區(qū)域均衡控制策略也已開始實(shí)施，同時(shí)有關(guān)道路交通信號控制機(jī)、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(biāo)準(zhǔn)相繼實(shí)施，有力地促進(jìn)了系統(tǒng)技術(shù)研究與實(shí)施應(yīng)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(shí)指南等標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用實(shí)施，結(jié)構(gòu)功能完善、控制方式多樣，基本滿足當(dāng)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(wù)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(yùn)不足、基礎(chǔ)理論及技術(shù)應(yīng)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(jì)80年代，跳過了國際上固定配時(shí)的研究階段，對道路交通流基礎(chǔ)理論及應(yīng)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(shí)仿真軟件。

此外，在動(dòng)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(shí)變的道路交通流進(jìn)行精準(zhǔn)建模，造成基于道路交通流模型的自適應(yīng)控制算法應(yīng)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(yīng)用效果，但隨著數(shù)據(jù)的日益豐富和計(jì)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(yīng)用上，產(chǎn)學(xué)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(yīng)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(dāng)今社會已邁入大規(guī)模生產(chǎn)、分享和應(yīng)用數(shù)據(jù)時(shí)代，新一代信息技術(shù)以其強(qiáng)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(jī)。

新技術(shù)的應(yīng)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(yīng)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(dá)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(dòng)車軌跡檢測的應(yīng)用也日趨廣泛。盡管后者數(shù)據(jù)在時(shí)空粒度上仍難以直接應(yīng)用于道路交通流實(shí)時(shí)控制。

但其提供的車輛行程時(shí)間、速度及飽和流率等信息可以進(jìn)行道路交通狀態(tài)分析，兩者數(shù)據(jù)的相互補(bǔ)充融合可以挖掘深層次的道路交通流運(yùn)行特征，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的道路交通流短期預(yù)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(dòng)駕駛等技術(shù)的應(yīng)用更是促進(jìn)了傳統(tǒng)道路交通檢測技術(shù)進(jìn)行一場大變革，發(fā)掘應(yīng)用數(shù)據(jù)價(jià)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(dòng)的道路交通控制是當(dāng)前的一個(gè)熱門發(fā)展方向。

以機(jī)器學(xué)習(xí)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(yùn)用諸如增強(qiáng)學(xué)習(xí)（也稱近似動(dòng)態(tài)規(guī)劃）、深度學(xué)習(xí)等機(jī)器學(xué)習(xí)中的一系列通用技術(shù)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析與學(xué)習(xí)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(dòng)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(yīng)道路交通流的變化特性，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)更主動(dòng)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(gè)發(fā)展方向，該方法類似于路面民警疏導(dǎo)交通擁堵的控制理念，以路口排隊(duì)可控為目標(biāo)，尋求實(shí)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(shí)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(jìn)行匯聚分析，研判路網(wǎng)交通流的宏觀運(yùn)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(jìn)行微觀控制，實(shí)時(shí)生成最優(yōu)信號配時(shí)方案，適應(yīng)路口間道路交通流到達(dá)的實(shí)時(shí)變化。

智能化的道路交通信號控制系統(tǒng)將是“真正”自適應(yīng)的控制系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)行系統(tǒng)控制中所需參數(shù)及方案的最優(yōu)估計(jì)，實(shí)現(xiàn)在無人工干預(yù)或很少干預(yù)下的自動(dòng)控制，減輕道路交通信號控制系統(tǒng)實(shí)施維護(hù)的工作量。

在未來無人駕駛車輛全面應(yīng)用的時(shí)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(luò)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(shí)代。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)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(yuǎn)。

作者 ｜ 趙永進(jìn) 公安部交通管理科學(xué)研究所 研究員