主动化、低碳化、智能化-现代交通信号控制系统的发展趋势

主动化、低碳化、智能化——现代交通信号控制系统的发展趋势交通信号灯起源于英国，并随着第二次工业革命的到来发展完善于欧洲和美国。今天，我们将从主动化、低碳化、智能化三个方面为大家介绍现代交通信号控制系统的发展趋势。01主动化目前既有的城市交通控制系统大都属于被动式控制，以在道路上的交通个体（车辆或人）为主体，通过事先调查或实时检测的方法（如线圈检测、卫星定位检测、视频检测等），了解其变化规律和实时状态，在此基础上选取或实时生成适当的控制方案来控制信号变化，使之适应交通流的需求。因此，目前大多数交通信号控制是根据交通需求的变化而变化的，即交通信号是被动式地控制交通流的变化。在城市路网中，从交通管理的主动性思想出发，也希望交通信号控制能够通过对路口交通流的调节作用来实现对交通流的主动控制，使交通流按照城市管理者的意愿去运行，从而控制或减少交通拥堵或事故的发生。尤其随着大数据、车联网、5G等技术的快速发展，交通信号控制中主动控制的思想将逐渐显现。02低碳化为了响应国家低碳生活的号召，交通信号灯也推出了超级低碳环保的太阳能信号灯。太阳能交通信号灯是一种将太阳能转换成电能的信号指示产品，与普通信号灯相比，太阳能交通信号灯更环保、节电，因具有蓄电功能，在安装时不需要铺设信号电缆，可以有效避免施工造成断电等情况的发生，因此得到了越来越广泛的应用。尤其在一些远离电网的市郊公路和高速公路的路口由于安装信号灯需要铺设很长的输电线路，成本很高，所以往往就不安装交通信号灯。还有一些地区供电较为紧张，导致该区域的路口红绿灯中途断电无法正常工作，就隐藏下莫大的交通隐患。太阳能交通信号灯就解决了这一难题，它与传统信号灯外形和功能完全一样，唯一不同的是供电方式不同，它以太阳能电池板供电，而传统信号灯以220V交流电网供电。这种新型的太阳能交通信号灯采用的是绿色能源太阳能，而且用之不尽，完全不受网电的制约，并且安装快捷便于移动。太阳能交通信号灯是现代交通信号控制的发展趋势，光源采用高亮LED，发出的光是单色光，因而不需要用色片来产生红、黄、绿的信号颜色，同时采用智能充放电控制器和无线传输信号，充满了未来科技的神秘感。03智能化人工智能、大数据、云计算等技术近年来在城市交通控制系统中的应用逐渐提高了城市交通控制系统的智能化水平。城市交通信号灯控制方式有定时控制、感应控制、自适应控制等不同的方式，由于计算机运算能力的提升，使得在交通控制系统中综合运用各种传统交通控制方法和智能控制方法的控制策略与模型成为可能。利用人工智能技术如遗传算法、强化学习、专家系统等，形成具有自学习能力的在线信号控制策略选择方法，从而形成相应的交通控制系统高层智能化决策机制，提高控制策略选择的智能化水平。同时，多个信号交叉口间的交通信号灯的联合配时形成有利于疏导交通的“绿波带”，从“点控”到“线控”再到“面控”，可以有效地缓解交通拥堵，改善城市的交通问题。此外，随着导航卫星系统的日趋完善，尤其我国自主建设北斗系统，使得卫星系统定位、路况查询、实时导航等功能日趋成熟。利用卫星导航系统结合各种路况信息，包括通过对终端数据统计实现实时路况监测，通过北斗卫星授时以及定位功能实现道路交通信号灯变化的预报，对用户提供线路规划方案，将路况信息反馈至交通管理系统，将车流较多的路口延长放行时间，减缓交通压力，同时在用户终端上显示拥堵道路的相关信息及当前路段的信号配时情况，并进行实时更新，从而为出行者提供便捷的出行信息服务。城市交通信号控制系统注重个性化和差异化的“私人定制”，即不同的城市、不同的交叉口、不同的道路环境都拥有独一无二的信号配时方案。通过建设主动化、低碳化、智能化的现代城市交通信号控制系统，让城市交通拥有智慧的决策大脑与快速反应的执行机制，从而为广大市民提供舒适、安全、高效的出行环境。城市交通信号控制系统困境与对策|实效比造势重要城市交通控制系统发展至今已有152年历程。中国交通信号控制系统技术水平到目前为止也与国外不相上下，但是实际效果却仍没有达到理想状态。浙江大学王殿海教授根据交通信号控制的三大要素，指出了当前面临的困境，并提出了应对之策。他认为，走出困境，决策者的理念是核心，内容比形式更重要，实效比造势重要。一、城市交通信号控制系统之要素交通信号灯发展到至今已有152年历程。中国从1980年代开始自主研发信号控制相关内容，到目前为止，交通信号控制系统技术水平与国外不相上下，但是实际使用效果还是不尽如人意。控制系统三要素包含控制策略、控制算法和交通数据。控制策略体现城市交通控制系统功能、城市交通控制理念，综合反映城市交通控制系统水平。控制策略可以分为三个视角，一是控制范围视角，比如点、线、面控制；二是自动控制视角，比如在线控制、离线控制；三是交通流适应性视角，比如自适应控制和定时控制。控制算法是逻辑模型和计算模型的综合体系，是实现控制理念、优化控制效果、生成控制参数的核心。大概分为三大类：一是控制系统本身的优化目标、评价指标；二是子区划分；三是信号配时参数优化。交通数据是控制策略制定、算法设计的基础，决定了系统的适用性、可靠性和可测度性。这三要素决定了控制系统的水平。二、城市交通信号控制系统之困境数据方面，原有传感系统失效，新数据系统脱节。首先是传感器，原来的线圈布设稀疏，到现在损毁严重，并且有了视频、RFID等新数据以后，线圈维护停顿，最后导致数据在线率低。其次是大量布设断面有标识数据，但由于标准、通信协议等原因这些数据未能很好地直接用于信号配时。三是专业队伍建设不足。主要问题就是重建设、轻运维；专业化配时人才缺失；持续更新与评价不足。当前，交通大数据快速发展，有断面标识数据、大规模轨迹数据、全方式出行链数据。大数据驱动旧系统更新换代，控制算法需要适应数据变化，大数据+人工智能重构算法。另外，有的城市信号机品牌种类复杂，如何统一数据接口通讯协议也是难点。数据平台先进，但信号机无法接入，执行控制困难，这就是当前的困境。从控制策略来看，交通管控需求变化，促使控制策略提升。城市交通治理需求包括常发性拥堵的大范围疏解策略、拥堵瓶颈的精细化管控、特殊性/大型活动管控。还有多方式交通管控需求也是未来控制的重点。从算法层面看，现在大家经常提到城市大脑，我一直强调脑壳和智商是分开的，脑壳不经过训练没有智商，所以大脑还需要我们给它增加智商。大脑建设完成后，就是如何利用现有设施的问题，也就是云-边-端的协同，端的优化是基础。第二，AI算法层出不穷，但是缺乏大规模实地验证。第三，传统的交通参数是基础，接纳AI，但不迷信AI，人工策略与配时仍然需要。总之，解决城市交通信号控制系统之困境，需要应用领域、研发团队、主管部门三者同时努力。三、城市交通信号控制系统之对策首先理解下基本控制，控制对象有行人、自动车和机动车，归根结底就是控制人的行为。人经过选择方式、路径和时间后进入路网，然后形成交通状态，交警凭经验制定控制方案。所以，基本控制就是时空分离，交叉口实现安全、有效的目标。系统本身是靠数据，交警主要凭借经验，人工智能就是想通过计算模拟交警的行为，达到人的水平，但是人的水平是孤立的，人工智能还要超过交警水平。二是适应控制，就是信号机升级之后，通过感知数据进行仿真、建模，经过优化以后制定控制方案，控制方案再影响路网交通运行状态，人根据信号的变化重新选择，形成迭代平衡。需要注意的是，适应控制不等于自适应控制，自适应控制是自动化现代化的实现。固定配时也是适应控制，只是适应交通的变化是快还是慢，是实时的还是固定的，这些都称为适应控制。三是主动控制。适应控制还是一种被动控制，如果在控制优化的同时，形成一套反应管理策略的管理方案，使之一部分通过控制系统的配时参数实现其目的，另一部分通过管理方案直接作用于人，达到调整人的行为目的。未来的控制系统应该是这种模式，现在应该是条件具备，但是却还没有实现，就是由于当前面临的一些困境，我们有哪些应对之策呢？第一，城市之利旧之策。高级策略就是已有控制器降级使用；实施中心配时（用新数据）；中心下发方案，舍弃已有系统的自适应控制功能、增加专业配时队伍；中心还可以实施实时控制、协调控制。低级策略就是已有控制系统功能降为最低；利用新数据为每一个交叉口制定固定配时方案。第二，企业之创新之策。企业要运用新数据，确定新策略，设计新算法，研发