OpenATC开源架构驱动下的相位自由组合信号优化

如上我们所说，相位（阶段）、相序的生成一般为交通工程师、交警用户结合路口实战经验进行固定时间搭配生成的。如常见的对称放行的四相位、单口轮放的四相位等。举个简单例子，如下图，对于常规的有一定流量的路口，各方西进口道车道≥3，左转、直行分离，一般会标准的对称放行的四相位（东西左转、东西直行、南北左转、南北直行）。若是路口设置了待行区或者常规路口结构，相序也会受到相应约束，这样相位相序就形成了标准静态的搭配。特殊情况，对于单方向无左转专用灯的条件或是考虑双向交通流不均衡情况，采用单口方向四相位策略（东向通行、北向通行、西向通行、南向通行）。这样，我们对于接下来的信号配时优化时，相位相序就属于一种静态的属性。

再举一个案例，该点位属于城区里一个双向八车道大路口，该路口原始相位相序搭配是结合历史早高峰流量统计规律得出，发现该路口东西、南北方向流量在高峰时间里，上下行方向流量接近。于是用传统的定时定序的相位组合方法，生成标准的对称放行四相位（东西直行、东西左转、南北直行、南北左转）策略。

该路口全天相位相序是静态的，在实际运行的早高峰时单点优化时，每个相位关联各个车道的流量进行信号优化。在进行绿信比分配时候，结合算法时，一般从关联的各个车道中选择最大流量比（或流量需求）作为绿信比分配的依据，这也是传统相位相序组合很大弊端，属于一种被动的相位组合接受。

在早高峰观察期间发现极易出现双向流量不均衡现象，由于相位搭配固定，即使相位某一个方向车辆放行完成，也无法让该方向变为红灯状态，并使与正在放行绿灯方向的车流不冲突的信号灯并行绿灯，导致相位下绿灯不完全利用。

如下图便是该路口早高峰一段时间的视频截图，在放行东西左转相位下，东方向左转已绿灯空放,由于西方向仍有左转车流且相位属于静态组合，虽然是实时优化状态，路口仍然保持东西方向左转绿灯（东方向仍绿灯空放）状态。极大地限制了路口绿灯利用率。

我们可以看出，在相位无法自由组合情况下，即使控制算法多么牛逼，也不能避免路口绿灯空放现象。同时若是在历史统计规律中发现了不均衡现象，并采用了符合历史规律的相位搭接模式，但实际交通流变幻莫测，若出现了实际流量和预期流量相反的情形时（或者不均衡现象消失），固定的搭接相位反而成了绊脚石，极易出现单口一直空放，另外一边长距离排队现象，极大阻碍优化的空间。综上，我们可以看出机械的定时相位相序搭配局限了优化空间。

相位自由组合是在保证组合后的相位之间不发生冲突情形下进行，同时对于非机动、行人相位过街放行时间最小绿予以保证，守住安全底线。

相位组合是需要实时感知的数据融合，分析交通流量及分布的均衡性。每个周期内结合学习算法分析得出下一阶段最佳相位组合，实现实时动态变化，找出相位组合的最优解，再从时间分配上进一步深度优化。解决原有固定相位相序局限下的优化空间，实现了系统下的相位自由组合、绿信比精细化分配等多重视角结合下的实时信号优化技术变革与创新。

我们一般常规的算法验证是通过历史车流量数据统计，搭建基于仿真模型行为下的离线仿真，仿真模型极易忽略了本地驾驶员行为以及慢行交通（行人、非机动车等）的影响，然而这些因素在实际项目落地中具有很大效果影响因素。

OpenATC是结合前端路口实时感知信息与仿真模型实时交互，并打通实体信号机和虚拟信号机链路，组建OpenATC硬件/软件在回路平行系统仿真。实现信号控制从发现问题、优化控制到评价反馈的闭环。由此可看出，OpenATC平行系统下验证是对自由组合优化策略的可行性的权威认证。

OpenATC开源信控自发布以来已有两年多时间，团队依旧初心如磐，坚守开源，支持产学研融入，收获了很多技术创新与成果。“相位自由组合”是继2021年人工智能深度强化学习后，今年再添创新成果。同时关于相位自由组合，OpenATC团队正在研究从单点相位的自由组合下的信号优化向干线、区域动态协调优化进一步探索，基于路网多路口相位相序自由组合，结合路网实时速度、流量规律得出路网最优解，更好的匹配实际路网动态的交通流变化需求，最大可能地提高道路通行效率。