2023优秀案例丨道路交通智慧信控应用管理

道路交通智慧信控应用管理

杨  奎

浙江嘉兴数字城市实验室有限公司

建设智慧城市是贯彻党中央、国务院关于创新驱动发展、推动新型城镇化、全面建成小康社会的重要举措。而随着我国城市化进程的加快，城市交通面临越来越大的压力。各道路路口信号灯系统也随之增加，道路通行效率被进一步压迫，城市干道拥堵问题迫在眉睫。

城市道路交叉口的信号控制系统已成为城市道路交通管理的基础，合理的信号控制策略提高了交通通行效率，同时也极大地缓解了城市交通的拥堵，提升了交通用户的满意度。2020年10月23日，公安部交通管理局正式签发了《关于进一步加强城市道路交通信号控制应用工作的指导意见》（公交管〔2020〕302号），其中主要工作措施中的第1条提出“研究出台交通信号控制策略”，以提升交通项目控制管理的精细化程度。强调城市交通信号控制管理的重要意义，并从国家层面给予各地方交通信号配时中心建设以政策支持。因此，设计智能高效的信号控制优化系统成为交通管理部门的核心需求，这也促使生产调试工作需要有质的升级。同时，交叉口交通流的时态变化及失衡问题急需动态或自适应的信号配时方案。于是新形式的信号控制系统的智能化管理与控制应运而生，依靠远程干预控制手段可极大地优化调试过程，实现智能化和便捷化。另外，由于不同厂家的信号机（如麦肯信号机、20999信号机、其他厂商信号机）的差异及其信号控制平台差异，因此开发针对区域内所有信号机的交通信号统一控制平台是重要且必要的。

评估信号配时方案的效果及对路网交通运行情况的影响对于信号配时方案的优化及交通管理部门进行管理决策至关重要。因此，探索利用前端感知设备，运用数据分析技术，从多个维度、多种指标对指定路口、路径、区域的信号控制效果进行科学全面的评估，具有重要的理论意义和实际应用价值。

道路交通智慧信控应用管理可以总体概括为一改造、两模块、两平台。一改造就是路口智慧化改造，两模块就是数据采集分析服务模块和信号优化控制模块，两平台就是交通信号控制效益评估平台和交通信号统一控制平台。

1. 路口智慧化改造

开展信号控制精细化和联调联控建设工作，实现信号控制路口联网，并以路口为基础，布设微波雷达交通数据感知设备，全天候对交叉口大区域内的车辆进行精准感知。

微波雷达检测器（见图1）是指利用微波信号沿发射方向可靠地检测区域内每个车道的目标（主要是车辆），并提供被检测目标的编码（ID）、二维坐标位置（X，Y）、瞬时车速（Vx，Vy）、所在车道编号、车辆长度等数据，可对统计时间（设置时限范围为1～3600s）范围内的交通状态数据进行监测统计，包含车辆数、道路平均速度、车辆时距等参数。该检测器还支持检测静止和动态的车辆排队长度，同时还可对道路交通非正常事项进行监测，包含非正常停放、变道、逆行、排队溢出、超车、堵塞等。

卡口、电子警察的前端影像捕获模块，还包括了高清一体化嵌入式摄像头、高清镜头、室外防护罩、摄像机内部的网络信号防雷器、电源适配器。可通过软件采集交叉口过车的车牌、车型、速度等信息，以便进一步计算车辆的区间车速与流量预测。

2. 数据采集分析模块

数据采集分析模块包括数据采集、数据诊断和数据分析。数据采集主要使用微波雷达检测器采集交叉口实时车流量、平均车速、时间占有率、排队状态等数据，并以交叉口卡口、电子警察的过车数据为辅，提供如车牌、经过交叉口时间等信息。数据诊断分析是判定所采集的数据是否有异常。若实时流量为0，实时流量与历史同期流量的差异百分比超过降级处理阈值，检测设备状态为脱机，则该车道存在2级异常；实时流量与历史同期流量的差异百分比超过预警阈值，该车道存在1级异常；无车道存在异常，则认为该设备无异。数据分析是从宏观、中观、微观多层次分析交通流特征及规律。

3. 信号优化控制模块

信号优化控制模块是通过精细化交通流状态信息，如绿灯初排队长度、红灯起亮排满时间、绿灯末排队长度、路段内车辆数等，在早高峰、晚高峰、平峰、夜间等不同的交通场景及不同进口道车流方向，以降低车辆出行占用道路时空资源、均衡路网通行需求为目标，通过单点、干线两个维度的信号优化，如红绿灯时长延长或者缩短，减少路口“空待空放”、排队溢出等现象，实现交通信号的智能化管控。

4. 交通信号统一控制平台

交通信号统一控制平台包括消息处理模块和协议适配模块。消息处理模块的控制指令通过协议适配模块向对应的信号机发出信号配时调整方案，信号灯即会过渡到新的配时方案，达到远程控制的目的。该平台通过微波雷达、电警、卡口系统采集交通感知信息，整合互联网交通路况信息，利用大数据挖掘技术，完成公交优先控制、动态绿波控制、可变车道控制等多领域的信号控制方案配置，从而提高道路的行驶通畅性。

（1）基础设施

与各类交通流检测器以及控制设备进行对接，实现实时交通信息的采集和对设备的联网控制，同时支持不同厂商多类型设备的集成。

（2）采集存储

依托视频专网存储资源，实现设备信息、交通流量、公交定位、信号方案等信息的存储。

（3）支撑平台

利用地理信息服务平台和视频统一接入平台，为智能化信号控制系统提供地图和视频服务的支撑，实现控制设备上图操作、交通运行状况查看等功能。

（4）控制应用

一方面通过实时监控和配置管理功能，实现对控制设备的监控、维护和管理（见图2）；另一方面基于大数据分析实现智能化的信号方案生成能力，支撑公交优先控制、可变车道控制、绿波协调控制、警卫任务等功能。

图 2 交通信号统一控制平台的信号配时实时监控

5. 交通信号控制效益评估平台

交通信号控制效益评估平台通过多源交通检测设备分析道路交叉口进出口各车道的车辆速度、车辆数、车辆延误等基础信息，对信号控制策略做出合理评价判断，并根据判断的结果，经过自主学习，实现了控制-评价-分析-优化-控制的自适应功能，在保证道路交通安全的情况下，合理使用道路的时空资源，有效地提升了道路状态。

（1）数据来源

该平台汇聚来自交通信号统一控制平台的设备、信号控制方案等信息，以及电警、卡口、雷达等检测器的交通流数据。

（2）数据处理

该平台采集的数据统一存储在大数据平台中，利用大数据技术实现多源数据的融合，并结合交通运行状态模型，计算平均车速、旅行时间、交通流量等基础指标信息。

（3）数据分析

基于基础指标信息，结合信号控制方案，进一步分析交通流量、平均车速、路网饱和度等变化趋势，针对路口、路径、路网进行效益评估分析（见图3）。

（4）评估优化

基于分析结果开展评估，提出信号控制优化方案建议，并实时发现检测器的异常。

嘉兴市公安交通管理部门大力开展信息化建设，升级联网型智能信号灯，部署以上道路交通智慧信控应用管理系统（见图4），并取得了良好的运行效果。实现了对多品牌信号机的统一管控，并对市本级495个路口的信号机接入，信号机联网率达到 100%。实时信号灯状态及交通运行数据传送至远程监控平台，交通管理人员可以实时查看全市信号控制交叉口的信号灯运行情况及配时方案，并可根据路网态势需求，同时开展多任务操作：不同调试人员分配了不同的操作任务，每名调试人员登录监控系统操作与之对应的调试内容。截至2023年6月，系统累计采集雷达过车数据、排队24.09亿条，信号机数据6069.3万条。路口总体拥堵指数下降5%，排队长度下降约20%，绿灯利用率提升约15%。

该平台的创新应用点如下：

1. 数据质量诊断

系统获取检测器设备实时检测数据与该设备历史同期数据差异比，并与异常阈值进行比较，确定检测器设备状态。检测各交叉口执行的控制方式，分析信号机执行方案与期望执行方案是否匹配，监测统计各类配时方案的执行情况。

2. 智能优化控制

全息控制通过部署在路口的雷达检测器在红灯末段、绿灯末段分别采集渠化区域内车辆过车数据和排队长度分析计算流量、平均车头时距等。通过交通流状态信息，结合基于场景智能控制算法，以降低车辆出行占用道路时空资源、均衡路网通行需求为目标，通过单点、干线两个维度的信号优化，并在出口道即将发生溢出时进行溢出应急处置，实现交通信号的智能化管控。

3. 控制效益评估

根据不同的评价指标，形成路口、路径、路网三层效益评估分析，针对信号系统提出信号优化方案建议。

基于嘉兴市本级道路交通智慧信控应用管理系统的调试、现场应用，验证了该系统可以满足现场信控交叉口信控设备的调试的需求，既支持远程操作、多任务操作，也支持特勤任务、公交优先、干线绿波监测等，极大地提高了管控效率和智能化水平。不仅可以减少管控作业人员数量，而且提高了管控效率，具备全面推广的应用前景和价值。

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