沈建惠：交通信号灯控制系统应用与展望
2016-06-21 09:13:28 来源：啸谈阡陌作者:沈建惠评论：0

　　路口红绿灯控制是属于马路边老头老太都能讲出一堆道理，又是一个到目前为止连院士都没能完美解决的问题。

　　今天更多地是希望通过之前征集的十多个问题的回复和交流，看看是否能对大家心中一直存在的困惑或已经有的想法有所帮助，限于本人水平，部分观点错误或片面、大家可随时指正。

　　首先大概介绍一下信号控制系统来龙去脉：

　　交通信号控制要面对的两个核心问题：安全和拥堵。路口通行安全是中国城镇化进程中最先遇到的问题，路口拥堵是城市发展过程中后续的产物。正是在这个背景下，交通信号灯最初设立的初衷是治乱，通过路口通行权分配，解决的是安全和秩序的问题，它牺牲了车辆的时间通行权、换来的是空间通行权的有序和安全。

　　所以信号灯出发点上是治乱不治堵，但在实际操作中，确确实实存在因为路口设立了信号灯，因为信号配时没有精雕细琢，反而产生了副作用引发了拥堵。所以现在很多老百姓在说，交警又在到处乱设红绿灯，人为增加拥堵。

　　我们再来看看路口交通拥堵的四种形态：

　　四种形态中前两种事故型拥堵和秩序混乱型拥堵，是可以通过硬件设施如信号灯、隔离、标志标线等措施规避或缓解，也是治理拥堵的基础手段。后两种配时不合理型拥堵、车多路少型拥堵是属于当前交警缓堵的工作重点。

　　与中国城镇化进程中这四种路口形态出现的先后顺序相对应，国内的信号控制系统优化技术也逐步产生并丰富起来。最早是固定配时信号控制，主要针对单个路口的安全秩序问题，中西部一些小城市目前还属于这个阶段；接下来是单点感应或干线绿波型信号控制，主要针对单个路口/单条道路配时不合理导致的排队或停车，以杭州为例，例如早在2005年中控就成功实施了国内真正意义上的第一条双向绿波带-杭州江南大道绿波带。

　　针对“车多路少型”拥堵，特别是晚高峰进城方向，关键瓶颈路口经常出现路段上车辆红灯排队堵到临近路口、平均等3-4个红灯过路口，就需要更多的从路口流量管控角度做文章，向上游路口要空间摊时间、再不行向上游的上游要空间摊时间。我拿我们做的其中一个项目做示例，希望能有所启发。

　　除了路口红绿等信号控制“争分夺秒”本身之外，我们还要充分利用路口的空间资源条件“寸土必争”。

　　我再列举两类常见的空间资源挖掘的手段：

　　征集问题答复

　　接下来针对之前群里之前征集的十多个问题重点和大家探讨一下，也基本代表了大家对目前信号控制系统存在的困惑和未来的发展趋势的期望：

　　征集问题一：感觉道路硬件设施的通行能力挖潜差不多了…向信号优化方向还是很期待的。

　　那是国内首创型的，现在的技术已经被兄弟单位“推广”了。

　　打个不恰当的比方，道路硬件设施是人的身体，有先天的基因（城市规划格局限制），也有后天的强身健体（路网的改造完善），但人一生病首先想到的肯定是医生和吃药，道路一堵首先骂的也是交警和信号灯。

　　从信号优化的角度来说，我认为关键的关键还是精细化，精细化的数据分析、精细化的问题根源剖析、精细化的信号配时、精细化的交通组织配套。深圳交警去年推出的信号灯配时全民建议，我个人觉得是一个不错的尝试，至少是一个很有勇气的担当。

　　征集问题二：低成本解决方案?

　　交通信号机的成本实际上分为三部分组成：

　　第一部分大家最容易理解的信号机硬件生产成本，很多小型信号机厂商最主要投入的就是这部分成本，所以市场上几千块钱的信号机也为数不少，销量也不错，他主要解决的路口基本的安全通行问题；

　　第二部分是交通信号控制软件、信号算法、信号机硬件升级的研发投入摊算，以本人所在中控为例，纯信号控制系统研发人员约50人年，按照目前杭州研发人员的薪酬水平，投入可想而知，具备这些投入水平的企业大都是国内主流的信号机厂商，具备双向绿波带、区域协调控制、自适应算法控制等规模化应用能力，也是经常能入围信号机出货量前十或智能交通系统集成商前十的企业；

　　第三部分是信号配时优化等长期服务，我们目前信号控制系统应用交警满意度较高的城市，基本形成了常驻维护服务+信号优化团队定期服务的模式，这部分成本也是纯信号机产品型销售不需承担的费用。

　　软件和服务还不是太值钱的年头，一切价值要靠信号机这个铁家伙来体现。

　　所以一个信号控制系统要长期见效，往往第二部分和第三部分需要起到很大作用，所以很多情况下，买信号机很大一部分是在买信号优化服务。

　　低成本的交通信号控制系统解决方案更多要从现有交通数据的综合利用这个角度来考虑，信号机的“负担”实在太重了

　　征集问题三：您关注的信号机技术发展趋势和市场趋势有哪些。

　　征集问题四：人工智能与交通控制。

　　这两个问题归为一个回答吧

　　再来说信号机，前面提到的这么“贵”的信号机，其实在硬件的大格局上已经越来越千篇一律了，差异主要在产品精细程度方面。

　　个人认为未来技术上的创新重点是在控制系统软件和大数据算法应用方面，类似人工智能，既然能解决围棋的问题，为什么又不能对信号控制有所帮助呢？

　　但这些创新需要更多来自行业外特别是互联网行业的冲击，自我改革的进程是缓慢、可预见的，外部行业和技术革命才是推动生产力跳跃式发展的强心剂。中控最近就在和阿里合作推动类似AlphaGo的信号配时优化项目，包括城市级交通大数据融合、主动精准控制、效果评估反馈等，具体名称和内容因为项目关系在这里还不方便透露太多。

　　另外，绍兴柯桥已经完成了在交警系统内部将电警卡口等各种数据在中心进行融合分析，下发应用于信号控制算法试点，如果有兴趣可以私下具体交流。

　　每个路口都有一块动态速度提示屏，根据路况和信号协调相位差推荐下一个路段的车速。

　　另外在市场趋势方面，个人认为交警会更看重控制系统软件的实战应用、售后服务和控制效果，每年采购人工优化服务、算法自动优化也会逐步成为未来的热点之一，这几块在公安部交管局5月下发的文件中也有提及。

　　征集问题五：

　　1.互联网大数据对信号控制到底有啥实际应用？

　　2.公安部前几日出台的配时优化工作方案对服务市场有什么影响？

　　其实问题1和问题2实质指向的是当前各个城市红绿灯信号控制存在的同一个病症，也就是信号灯配时的粗放化管理，各地普遍存在的重建设轻维护，尤其是对信号灯配时这块，政府部门不愿意花太多精力和投入到没有显性收益的地方。

　　大数据本身不直接解决交通拥堵问题，主要是反映道路拥堵情况和信号配时评估；公安部5月出台的文件本身也是以排查问题上报数据为突破口，也是一种人工方式的调研道路拥堵和信号配时现状。这两个方式实质的目标都是倒逼和提醒各地交通管理部门重视信号配时存在的“放羊式”管理现状，分别通过大数据的“曝光式”公众检查和上级主管部门的“运动式”检查两个渠道，督促推进信号配时的精细化管理，并建立长效机制。

　　面对摆在公众面前和上级领导面前的信号配时成绩单，各地交管部门应该多少都会感受到压力和动力，信号优化服务或信号控制算法应用应该会在短期内迎来一定程度热潮。

　　征集问题六：我关心钱和服务，假设信号控制配时服务市场化，如何收费收多少比较合理？同时企业设计单位承担何种责任？

　　谈到信号控制配时服务的收费问题，首先粗略估计一下企业在这块需要投入的成本，中小城市城区信号灯路口数量目前基本在50个-200个路口规模，大城市主城区信号灯路口数量很多已经超过了500个，按照这个规模，小城市信号配时服务需至少常驻2人年，大城市需至少常驻4人年。

　　小城市信号配时优化服务需投入50万-100万，大城市信号配时优化服务需投入200万以上，这其中人工成本占了很大的比重，因此很多真正在为信号配时服务的往往是“教授老板”带队的本科生和研究生。

　　个人认为，如果没有产品化、互联网化的规模效益，而是靠目前这种堆人的项目型服务方式，进入这个市场的企业仍然过的很艰辛。

　　中控也赶时髦开发了一个信号控制配时算法工具软件，希望“机器换人”提高效率更高、更标准化的信号优化服务，目前工具已经支持一键计算生成双向绿波、单向绿波、单向红波、一侧红波一侧绿波等7种不同控制策略的信号配时方案，现场应用下来效果还不错。

　　关于企业提供信号优化服务需要承担的责任，我个人觉得既然是市场行为，那最好还是通过市场化的手段来考核吧。我把国内某个城市对于信号优化服务的绩效考核方式附在下面，供大家参考吧。

　
　
这应该算是信号优化服务的评价考核体系了。

　　征集问题七：中国交通信号控制在标准制定和实施方面的主要问题有什么？?可否介绍交通信号优先在中国城市有哪些案例？

　　征集问题八：请介绍一下公交优先中的信号优先在实践中的应用，国内成功的案例。

　　目前国内涉及信号控制系统的标准不少，涉及信号机、信号通讯协议、设置标准、安装规范、效益评价等等，群里有好几位无锡所的专家在，具体内容可以向他们请教。

　　总体觉得目前国内很多企业做信号控制系统标准检测是用来拿项目而不是做项目的，这个现状也与国内目前项目招投标环境有密切关系，之前听说所里在做信号控制系统项目验收规范的事后抽检，应该是一个新的尝试。

　　关于交通信号优先的案例，本人研究有限，有一篇文章可以推荐你读一下，相信会对您有一定帮助http://www.its114.com/html/2012/investigate_0801/2516.html

　　征集问题九：信号机相互不兼容，接口协议不开放的问题如何解决，或者说有效的解决思路是怎么样的，未来有可能出台统一的信号机规范标准嘛。

　　其实信号机、信号系统的统一规范标准从来就不缺，官方层面早就发布了《GB/T20999-2007交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》、《GA/T1049.2-2013公安交通集成指挥平台通信协议第2部分:交通信号控制系统》标准，前几年也听说无锡所在考虑把信号机通信协议放到《GB25280道路交通信号控制机》的强制检测项中。

　　但我个人认为解决不同厂家信号机兼容性的问题不是仅仅依靠官方的标准或检测就能高枕无忧的，核心问题是目前国内信号控制系统厂商的盈利模式还是以销售信号机及配套工程为主获利的硬件产品销售模式

　　国内的信号控制优化服务、软件服务市场还远远没有打开，哪一天中国城镇化进程基本完成、国内也再没有那么多可新建可升级的信号控制路口、政府职责的主要目标在管理基础上更多考虑为民服务，到那时候也没有现在这么多信号机厂商，这个事情就水到渠成了，很好的例子就是美国和日本这些国家。当然政府或行业主管部门的推动也会从一定程度上加快这个速度。

　　征集问题十：对黄灯问题怎么看。

　　首先说明一下，我个人在开车时是属于经常打擦边球的那类人，但不代表我一定完全认同“闯黄灯”这种做法。以下观点纯属个人意见，如有不当请各位专家指正：

　　黄灯是信号红绿灯之间的一个过渡灯色，设置初衷是提醒人们注意危险，有点类似很多无信号灯路口的停车让行标志牌，在国内目前大部分司机连停车让行都没有严格遵守和处罚的情况下执行“闯黄灯”处罚，确实是一个争议较大的话题。

　　我个人觉得处罚不处罚闯黄灯其实不是最关键，关键是让在路上所有驾驶员对黄灯通行权有一个统一的认识，就像红灯不可以通行、绿灯在确保安全的情况下优先通行一样，减少因为“闯黄灯”引发的路口相交方向的交通事故或者因为“前面司机认为不可以闯黄灯、后面司机认为可以闯黄灯”引发的停车线位置追尾，黄灯时间段到底是在确保安全的前提下可以通行还是必须停车，目前需要官方和媒体给出一个统一的、深入人心、普遍共识的解释。

　　只要形成共识了，黄灯也就和红灯、绿灯一样，没有那么多争议了。

　　征集问题十一：我的问题，单点远控，SCATS两种信号机的优缺点和适用范围。

　　价格差异、服务支持力度、接口开放程度、操作满意度、定制化响应效率是国内信号机和国外信号最大的几个差异点。

　　说的直白点，怕挨骂又不差钱的用国外系统（大部分领导和百姓眼里国外总没错），想省心又省钱的用国产系统，但是行业内普遍认为国产取代国外信号机是未来几年的大趋势。

　　所以群里的各个信号机厂家，你们准备好接手了么

　　征集问题十二：如何实现以主要节点的自适应控制下的区域动态协调控制。

　　区域协调是有关键基准路口的，而所有的动态协调都必须考虑方案切换过程中的衔接过渡问题，基准路口频繁的自适应变化也会引起整个区域其他路口信号配时特别是相位差的震荡，关键路口实时响应还是区域各路口间协调哪个为主，这也是我们需要取舍和平衡的，算法细节有需要可以私聊。

　　征集问题十三：交通信号控制如何与仿真模拟软件有效融合

　　交通仿真软件原来只是出现在部分高校的交通专业学习中，现在越来越多的商业仿真软件开始进入规划设计单位、信号控制厂商、交管部门。

　　交通仿真软件的用途也由解决以前学生没条件到实际路口下发控制方案验证理论算法，更多地开始偏向于交通信号控制或管理的事前、事中、事后评价。

　　用途和目标的改变，也对仿真模拟软件在与其他软件的对接、对实时数据模拟的真实性、道路交通效果评估的准确性等提出了更高的要求。

　　交通信号控制与仿真模拟软件的应用交集，主要是出现在事前和事中两个阶段：事前的方式更多是离线式的结合，主要是对道路交通现状模拟、信号控制方案验证等；事中的方式更多需要在线实时对接，包括路网实时流量数据对接、信号控制接口对接、信号控制方案优选、信号控制效果实时评估反馈等等。

　　事前评估受限于路网建模、软件操作的专业性，大部分使用还是在高校、厂家或设计单位，而最终客户领导更愿意在大屏上看车辆仿真运行效果

　　事中应用需要对交通控制理解较深的专业软件对接开发，技术门槛更高，受限于国外很多交通仿真软件内置的许多理论假设模型，在工程项目现场实施风险较大，目前仿真软件应用于信号控制反馈控制方面大部分还是停留在实验室阶段。

　　我们之前做过好多城市的路网级仿真，传不上来，有需要可以跟我要。

　　征集问题十四：我有个问题，快速路南侧有条辅道，双向通行，快速路主线是高架形式，地面平交，主线和辅道与相交道路（主干路）形成的两个相邻路口特别近，同一方向停车线之间的距离仅105米，考虑两个路口可能要进行联控，但是怎么控制？两个之间的相位如何配合？

　　好细节的一个问题，证明您已经开始精细化控制了。

　　手画了一个图

　　首先这不是我们常见的错位交叉口，可以采用一台信号机父子灯控制模式，但相位方案建议还是按照两个路口来联动考虑。

　　两个路口停车线前后距离105米，什么概念，扣掉路口间距，路段上单车道蓄车数量估计估计不超过15辆。首先要考虑的是路口很容易出现的排队溢出打结问题，建议可设置感应式排队溢出感应设备。如果主线和辅道进口车道有条件，可以考虑左右转单独控制，在相交道路方向红灯时禁止主道和辅道左右转。

　　如果主线和辅道进口车道数量不够划出单独的左右转车道，那就要估算左右转进入相交主干道的车辆占比，控制主线和辅道方向的绿灯放行时间，上游绿灯早断留给下游多点清空时间，再不行就要考虑某个方向禁左甚至禁右了。

　　这就是典型的二郎神出生时没遗传好多长了一只眼睛，走路很容易头晕摔跤，要让医生下药解决头晕的问题，其实最根本方法还是把额头上的眼睛给封起来，一路绿灯是因为道路条件好，堵上了是因为信号灯没调好，有些问题和观点真的是难为交警同志了。

　　征集问题十五：科普下信号灯倒计时机制的应用趋势，因为现在有的交叉口没有倒计时器，有的是全周期倒计时，有的又是读秒倒计时。究竟哪种为方向？

　　征集问题十六：人行灯自主式使用情况。

　　目前国内各个城市的信号灯灯色从绿灯末尾的切换提醒方式主要包括倒计时、绿闪等方式，其中倒计时又可以分为学习型、触发型、通讯式、学习+触发型等等，由于学习型全程倒计时在控制方案时段转换时会出现倒计时错误，并且随着各个城市开始推广应用自适应或感应控制算法，这种错误发生频率会更高。

　　从中控信号控制系统目前工程实施中配套的信号灯来看，以带触发或通信功能的半程或9秒倒计时为主，当然也有一些城市为了实现更精细化化实时感应控制，直接拆除了路口的倒计时装置，采用绿闪作为提醒方式。

　　关于人行灯的情况，本人研究不深，可向群里信号灯厂家的老师咨询一下。

　　我今天的分享到此结束，谢谢大家捧场！有问题可以在接下来继续探讨。

　　互动交流

　　郭敏：信号控制方面，我们和发达国家厂商的差距有没有，如有主要在哪里？

　　沈建惠：应该说，很多方面主流国产信号机在技术上应用上甚至已经超过了国外信号机

　　沈建惠：说到差距，主要是经验和习惯。

　　东方肃...：对的。

　　沈建惠：经验是时间累计的结果，国外厂商做信号机快半个世纪了，而且专业做信号机。

　　徐耀賜：中國須有自我技術、品牌，因中國市場夠大。

　　沈建惠：国内主流信号机企业大部分不到20年的时间。因此在稳定性、细节角度与国外还是有差距，另一方面是做事的习惯，老外做事不求快，因为他们的市场没么大，没那么多需求，因此习惯研究的深和细，国内需求大，喜欢快速响应，也会带来一些副作用。但是整体来看，中国信号控制系统的整体技术水平提升进步速度，在最近几年是远远超过国外的提升速度的。另外安全性角度，国外信号机考虑的会更周到细致。

　　邵庆：Scats路口电压210v以下自动黄闪。需要人工到现场维护，也是为了安全性。但它肯定考虑不到国内的非机动车和速度超快的二线城市电瓶车。

　　陈天德：沈总的信号优化评价有点像我们市的，还有没有什么改善意见？最近要改需求。侵权说不上，就想有专家指点一下。

　　沈建惠：广州的信号控制服务优化算是国内做的比较早和比较规范的了。

　　陈天德：按现在的规模速度发展，这次工作不外包根本就忙不过来。

　　沈建惠：还有城市交警自己招专门做信号优化工作的，年薪30多万，引进个带头人，然后自己招人培训带队伍。

　　郭敏：嗯，公安部这次文件我也觉得不外包完不成，但好像没怎么听到外包的事。

　　沈建惠：广州有1000个路口，规模大，适合外包团队做信号优化。其他100个路口规模以内的城市怎么办，总预算不够养一支常驻的外包团队。

　　东方肃...：这个方法行不通。还是外包合适

　　沈建惠：嗯，把我们这个群里的老板、专家、教授组织在一起，估计可以把全国主要城市的信号优化工作都可以搞的妥妥的。

　　陈天德：昨天给我们省的同行做培训交流时提倡服务外包，自己转行搞这个，有前途。

　　刘干：绝对好前途。

　　唐飚：请教一个问题3D斑马线阴影部位的涂料颜色怎么确定呢？在施工图中怎么注明和表达？