交通信号倒计时读秒器在实时自适应通控制方式下合理显示及其控制方法的论述

摘要：针对区域实时自适应交通信号控制系统近年来在国内城市的不断使用，现有交通信号倒计时读秒器与智能化交通控制系统难以匹配的瓶颈性难题，新乡本地交通工程师结合自身工作实践，通过积极探索，独辟蹊径地提出了交通信号倒计时读秒器在实时自适应交通控制方式下如何合理显示及其控制方法。

关键词：

一﹑在实时自适应交通控制方式下现有定配时交通信号倒计时读秒器无法正常显示

区域实时自适应交通控制系统是目前世界上比较先进的交通信号控制技术，也是今后一个阶段交通控制系统的发展方向。从理论上讲，采用此系统所产生的效益较为明显：可以减少现有道路的交通拥堵和行车延误，减少交通事故的发生率和死亡率，同时可以使能源的消耗量减少，污染程度降低。

随着目前采用区域实时自适应交通控制系统城市的不断增加，随着城市对区域实时自适应交通信号控制系统的不断实践和运用，许多相关问题都需要重新认识和思考。其中最为重要的焦点问题就是：城市原有交通信号倒计时读秒器因无法与先进的控制技术相匹配而被停用，引起广大交通参与者的强烈不满和异议。

倒计时读秒器的工作原理如下：倒计时读秒器需要在某个阶段（相位）开始前，就得到该阶段的时长，然后在这个阶段开始时，开始倒计时并显示时间（剩余秒数）；倒计时读秒器得到该阶段的时长，可以通过记录上周期对应阶段时长，也可以通过通信方式获得；但不论那种方式得到时长，都必须是在该阶段开始之前，并且得到阶段时长和实际发生的时长一致，才能正常工作。

当前，国内城市交通信号倒计时读秒器主要用于定配时交通信号控制方式。由于定配时交通信号机在相同周期循环过程中输出的信号灯色时长是不变并且可知，因而倒计时读秒器能够通过相应的技术手段配合对应的信号灯全程同步跟踪显示，为到达路口的车辆，行人提供具体确切的等待和通行剩余时间长度，受到普遍的欢迎和认可。

在实时自适应交通信号控制方式，通过车辆检测器（或其它检测手段），实时采集交通量数据，在线求解最佳信号配时方案。在此控制方式下，每过几个周期就根据系统的计算结果对区域内所有路口的周期长度进行一次调整，即周期调整；每个周期都根据系统的计算结果对每个路口不同灯组的绿灯时间进行分配调整，即绿信比调整；每个周期都根据系统的计算结果对每个路口的周期开始时间进行调整，即相位差调整。周期、绿信比和相位差调整是互相影响和制约的，集中反映在绿信比的调整上，集中反映在每个路口交通信号放行周期内所有绿灯和红灯阶段放行时间的连续调整，造成绿灯或红灯开启时无法获知真实的放行时间。

因此，在实时自适应交通控制方式下，在某个阶段开始之前，并不知道该阶段将要维持多长时间，因为该阶段的时长，是由实时自适应中心控制系统根据感应线圈（或其它检测手段）得到的当前实际车流信息，实时进行调整的。而车辆的信息在该阶段开始前是未知的，因此中心控制系统在阶段开始前并不能知道该阶段的时长，也就不能通过任何方式告诉倒计时读秒器如何工作。

鉴于上述情况，现有定配时倒计时读秒器不具备相应的调整功能，无法跟踪实时自适应交通信号控制系统对正在正执行灯色阶段时间的变化。因此，定配时倒计时读秒器在城市交通控制系统采用实时自适应交通信号控制技术后均被停用。国内城市目前普遍采用信号灯"绿闪3秒+黄灯3秒"的方法对交通信号灯色转换进行提示。

二、交通信号倒计时读秒器存在相当大的交通服务价值

根据《交通安全法》，行车应以交通信号灯为导向，倒计时读秒器本身只是作为计时辅助提示作用，不具备法律上的交通指示作用。

但是就目前国内城市交通管理基础设施建设和驾驶员素质来看，交通信号灯读秒器的设置确实很必要。在绿灯时采用交通信号倒计时，驾驶人能够预先知晓绿灯剩余时间，避免了因害怕闯信号或盲目快速行驶而出现的压车、急刹等现象，能够有效预防追尾事故，提高路口的通行能力。在红灯时采用倒计时，驾驶人能够预先知晓绿灯启亮的时间，从而能及时发动、挂档和松开手制动闸等一连串的操作。当绿灯启亮时，能及时起步加速通过路口，从而减少延误，提高路口的通行能力。

任何事物都有其两面性，当前认为安装倒计读秒器"弊大于利"的主要论据在于：国内外众多专家认为，路口倒计时信号灯既有可能是提醒驾驶人慢行的"闹钟"，也有可能是驾驶员超速的"动力"。在交通信号灯上安装倒计时装置虽然比较直观，但它会给驾驶员带来心理压力，使驾驶员在绿灯尾通过路口的临界时间时进行加速抢行，另一个方向的车辆又会提前起步，这会带来交通安全隐患，造成严重交通事故，甚至恶性交通事故。

倒计时装置会给驾驶员带来心理压力，这是客观存在的事实，但是这种心理压力与无法获知现有交通信号放行情况引起的茫然无助心理压力相比，还是有益处的。

安装倒计时读秒器有助于交通安全，交通出行者在通过灯控路口时能做到心中有数，不至于因错误估计绿灯时间强行通过路口而诱发交通事故。

其实，诱发交通事故的真正原因不在与是否安装倒计时装置，在未安装倒计时装置的灯控路口上述事故发生的概率远高于已使用倒计时装置的灯控路口；诱发此类交通事故的根本原因在于城市交通管理职能部门对灯控路口相位组织设置和配时的不合理，对交通安全性考虑不足所致。交通信号控制作为城市交通管理最基础，最核心的工作，必须认真深刻的重视和对待，而不应将诱发交通事故的责任归咎于是否安装倒计时装置。

依据《交通安全法》，机动车行经路口时，无论是否有灯控，都必须减速瞭望，避让行人，所以是否有读秒器并不应成为驾驶员违法的理由。但是从社会进步的角度来看，安装倒计时读秒器可以唤醒出行者的遵法和行车安全意识。如果没有倒计时读秒器，出行者每次经过灯控路口因心里没谱，无经验可循，即使多次违法被处罚也不能改变他的遵法和行车安全意识。此问题也是广大交通出行者对倒计时读秒器的交通服务价值深厚依赖性以及对"闯红灯"行为要求交通执法"人性化"的根源所在。

2008年4月，新乡市区共有41个平交路口纳入区域实时自适应交通信号控制（Itaca）系统，其核心采用西班牙先进的交通信号控制技术。截止目前，此控制系统已发挥出其应有的基本功能，除了车辆排放物和燃油消耗量指标尚需进一步的测定外，一般路口的通行能力、路口车辆排队长度、停车次数、停车时间都有不同程度的改善,对缓解交通压力，改善交通环境起到了一定的积极作用。

结合Itaca系统在新乡的具体运用，最为被动的问题是无与此控制系统配套的自适应倒计时读秒器。此被动主要体现在交通信号绿灯放行末期，车辆因担心电子警察抓拍故意压低车速，影响车辆通行能力，影响实时自适应控制效果。尽管在绿灯与红灯转换期间设置了提示灯色（"绿闪3秒+黄灯3秒"），但交通出行者依然强烈要求倒计时上岗工作。在Itaca系统运用两年来，交通参与者呼吁不断：交通信号控制不仅要智能化，更要人性化；重新启用红绿灯"读秒器"，给市民、司机一个高效、安全的交通习惯。

从工作原理上讲，Itaca系统软件根据道路上的实际交通状况，使用特定的算法实时计算并生成下个周期路口应当使用的控制计划。此生成的新计划是在正在执行的计划基础之上进行的适当幅度的调整，但此新计划仅为下周期使用的预测值，此预测值在下周期执行时，依然会根据实时交通实时变动。针对上述情况，按照西方人的理念，无法解决自适应倒计时数字显示的问题。新乡本地交通工程师认为，按照中国人的认知心理，随着对实时自适应控制技术的逐步实践和认知，其解决是有途径的。

三、实时自适应交通信号倒计时读秒器的合理显示及其控制方法

为解决现有交通信号倒计时读秒器与实时自适应交通信号控制系统难以匹配的瓶颈性难题，有利于实时自适应控制系统在国内城市的正常使用和发展。新乡本地交通工程师结合自身工作实践，通过两年的积极探索和实践，现提出交通信号倒计时读秒器在实时自适应交通控制方式下如何合理显示及其控制方法。

交通信号倒记时读秒器正常工作的定义：阶段开始时显示正确的阶段时长（剩余秒数），并随着时间的流逝，总是显示正确的阶段剩余时长（秒数），直到该阶段结束。

本实时自适应交通信号倒计时显示控制方法可以跟踪实时自适应交通信号运行周期内灯色阶段时长变化，并具备相应的调节功能，符合交通参与者的交通认知心理。可以合理显示交通信号等待和通行剩余时间长度。参见图1：实时自适应交通信号倒计时显示控制方法工作流程示意图。

图1

本实时自适应交通信号倒计时显示控制方法是在实时自适应交通信号控制基础上，首先将每个实时显示的绿灯阶段G分为一个绿灯可调段Ga和一个辅助性的固定绿灯段Gf；将每个实时显示的红灯阶段R分为一个红灯可调段Ra和一个辅助性的固定红灯段Rf。

其中Ga和Ra，为实时自适应控制下的绿灯段和红灯段，随着实时自适应交通信号控制系统的调整变化增加或减少；Gf和Rf为人为设置的辅助固定段，其取值大小可根据路口交通需求而定，数值确定后是固定不变的。固定阶段Gf和Rf的设置利用绿灯和红灯（红灯和绿灯）之间的过渡阶段设置，不会违背自适应交通控制相关原理，不会影响实时自适应交通控制的功能。

其二，对正在执行的绿灯或红灯阶段，倒计时器首先显示灯色放行时长的预测值，并在此基础上递减显示；

其三，倒计时器在显示过程中，根据接收到的交通信号机发出的信号Gs或Rs（Gs为Ga和Gf之间的转换信号；Rs为Ra和Rf之间的转换信号）对显示数据进行调节：。

（1）如果当前灯色放行时长大于预测值，则倒计时器在显示固定绿灯段Gf或固定红灯段Rf前将会暂停数据递减，等待一段时间以补足缺少时长，然后显示固定绿灯段Gf或固定红灯段Rf时长并递减至零。

（2）如果当前灯色放行时长等于预测值，则倒计时器直接显示预测值时长并递减至零。

（3）如果当前灯色放行时长小于预测值，倒计时器则在显示固定绿灯段Gf或固定红灯段Rf之前减去预测值多余时长，然后显示辅助性的固定绿灯段Gf或固定红灯段Rf时长并递减至零。

依据新乡针对Itaca系统实时自适应交通控制系统进行的现场测试情况，本倒计时显示控制方法，对正在执行的绿灯或红灯阶段交通信号倒计时读秒器的显示过程分三个阶段完成：

第一阶段在灯色开启时倒计时读秒器首先显示本周期绿灯或红灯灯色显示时长的预测值，并在此基础上递减；

见图2中，Ga+Gf=G两者共同组成一个完整的绿灯阶段。在绿灯阶段开启时，倒计时器显示的是上周期G值，鉴于Itaca实时自适应交通控制为小步长调整，Itaca系统如果决定增加或者减少一个与周期，绿信比和相位差计算相关的阶段的长度，立即在本周期结束之前付诸实施，改变后的阶段长度即为下周期同一阶段的初始预测数值。本显示控制方法将上周期G值作为本次周期阶段时长的预测值。

图2

见3中，Ra+Rf=R两者共同组成一个完整的红灯阶段。在红灯阶段开启时，倒计时器显示的是上周期R值。本显示控制方法将上周期R值作为本次周期阶段时长的预测值。

图3

第二阶段，倒计时读秒器在收到路口交通信号机发出的信号Gs或Rs前后对显示数据进行调节：

如果本次灯色放行时长大于预测值，则倒计时器在显示辅助性的固定段前将会暂停数字递减，等待一段时间补足缺少时长（然后显示固定绿灯段Gf或固定红灯段Rf时长并递减至零）；

如果本次灯色放行时长等于预测值，则倒计时器直接显示预测值并递减至零；

如果本次灯色放行时长小于预测值，倒计时器则在显示固定绿灯段Gf或固定红灯段Rf之前减去预测值多余时长（然后显示辅助性的固定绿灯段Gf或固定红灯段Rf时长并递减至零）。由于Itaca软件的交通实时控制策略旨在最大化交通信号网络的控制效率，最平缓化处理由于网络中车流量的短期起伏和长期增长所需要进行方案调整的次数，交通参数的小步长调整为其基本原则和策略,因此数据显示不会有大幅度的跳动，并且此时距离倒计时器"0字段"显示较远，不会对路口通行者造成影响,也不会引起通行者的过度关注；

第三阶段是进入固定阶段（Gf或Rf）显示后，由于这段时间长短是固定不变的,倒计时器递减显示剩余放行时长，可以与本灯色运行同步到零，在通行者最关注时刻为通行者显示确切的灯色转换剩余时间，能够达到高效与安全通行的目的。上述三个阶段显示是一个有机整体。

综合上述，本显示控制方法可以满足实时自适应交通信号控制系统在实时自适应控制方式下以及系统降级后的定配时控制方式下的使用：在绿灯时交通出行者能够预知绿灯剩余时间；在红灯时，交通出行者能够预知绿灯启亮的时间；并且能够合理显示灯色阶段从开启到结束的全过程。

尤其是实时自适应交通信号控制系统加装了配套倒计时读秒器后，系统对灯色时长的调节情况可以在倒计时读秒器上反映出来，大家都可以通过倒计时读秒器监督和了解控制系统是否发挥了相应的调节作用，可以对其运行情况进行客观评价。这对于提高城市实时自适应交通控制系统的运行质量，创建高效和谐的交通环境具有重要的时代意义。