城市交通信号控制系统分层解耦及标准化级联的东莞探索

本文为东莞市公安局交通警察支队副支队长叶柏伦在2023中国智能交通大会（ITSAC 2023）道路交通数字化创新应用论坛上进行主题分享的录音摘要整理而来，未经本人审核，如有错漏，敬请谅解。

今天我分享的内容是城市交通信号控制系统分层解耦以及信控联网在东莞的一些探索经验，主要还是从4个方面来进行一个解说，一是行业的现状，第二个是分层解耦的系统架构，三是东莞一个新的建设情况，最后是我们建设的成效。

一、东莞交通信号控制的现状和挑战

伴随着我国经济社会高速发展以及城镇化进程的明显加快，城市形成了庞大的一个机动车驾驶员群体，给道路交通管理带来了巨大的挑战。

交通信号灯诞生已经有100多年的历史，在车少路少人少的场景下，信号灯的出现让稀疏的交通流变得井然有序。在当前，车多路密人多的情况下，传统的信号控制方式显得已经力不从心。信号控制是柄双刃剑，有信号灯的路口，信号灯为通行分配路权，使得交通秩序井然，如果信号灯管理使用得不好，可能导致城市交通拥堵点。所以，现在城市交通出行需求产业化、复杂化、个性化与传统交通信号固定式、粗放式控制之间的矛盾很尖锐。

东莞交通现状及特点。

经过这十几年的发展，东莞已经成为了一座超大城市，GDP已经达到了11200多亿，常住人口超过1800万。东莞的道路交通特点也比较复杂，地处珠江东岸，北接广州，南联深圳，处于广深经济走廊之间，是全国文明城市，也是广东重要的交通枢纽和外贸口岸。此外，东莞这个城市也比较有特点，一是行政架构跟大部分城市不一样，地级市下面没有区县，直接就到镇一级，33个镇街/园区，管理起来比较碎片化，包括道路交通管理也是如此。

机动车保有量方面，到2023年10月底，东莞汽车保量已经达到410万辆，已经超过了深圳，是广东第一，全国第十。全国前十的汽车保有量城市里，只有东莞是地级市。除了410万本地车之外，还有170万长期在东莞行驶的外地车辆，所以整个东莞的汽车保有量应该是接近600万。

东莞的道路里程有7952公里，每公里道路车辆数达到512辆，远高于国内其他的城市。

东莞还一个特点就是停车位特别少，近600万辆汽车，但登记的停车位只有170万。

所以，东莞市的交通管理难度特别大，全市交通民警1472人，辅警4000多人，警力10年来是负增长，民警的平均年龄达都接近46岁了。

信号方面的现状。

一个典型特点，就是“七国八制”。本人是2002年参加工作，当时全市的灯控路口大约在1000个左右，到现在已经接近2000个，接近翻了一倍。但是，东莞有33个镇街/园区，因为历史原因，交通设施、智能化系统等都是各自为政，缺乏统筹，所以导致东莞市的信号控制系统就是“七国八制”，相互间难以沟通，极大限制了信号控制水平的提升。

据统计，东莞有接近2000套信号机，但却有25个品牌，而且信号机的联网率低，协议不开放，数据也不统一，无法适应复杂交流交通场景。2006年，东莞才实现第一台信号机的联网联控工作，2006年，东莞交警购买了澳大利亚SCATS信号机，实现了城区接近300个路口的联网联控。但在其他的30个镇/园区，其信号机没有实现联网联控，所以整个东莞的交通信号联网联控水平很低。东莞交警也是从2023年开始规划，利用两年的时间实现全市2000个灯控路口的联网联控，来提高路口交通管理水平。

其次，控制策略精细化程度不高。传统的信号控制理论和模型，针对多元海量的数据应用不足，控制策略精细化程度不高。

三是设计建设标准不统一，业务应用缺乏客观有效的评价，未能形成良性循环的闭环。三十个镇街都是独立进行管理控制，一是硬件设备跟不上，二是在镇一级的交警大队没有信控民警来做专业性的工作，所以很难形成工作闭环。

四是路口基础设施没有统一的档案管理，网络以及控制线缆铺设杂乱，多杆多线成本高，故障不易定位，运维、监管困难。

五是无法有效支撑车联网、车路协同等创新应用，边云数据不能实现横向赋能。

二、集中信控分层解耦系统架构

相信东莞面对的问题其实也是全国大部分城市面对的一些共性问题。为了改变我们现在落后被动局面，很有必要从顶层设计上来解决问题。公安部交管局这几年也是出台了很多的文件，给未来的信控工作指明了方向。

在公安部302号文中，鼓励各地将不同品牌交通信号控制系统接入到交通信号统一管理平台，推进城市各区域信号控制系统的统一管理和跨区域的一个统筹优化，从而推进信号联网联控。其次，在《公安交通管理科技发展规划(2021-2023年)》中提到，要深化道路交通联网联控的技术应用，推进城市交通精细化组织，夯实城市道路交通组织、交通流信息检测、信号配置等三位一体的交通管控技术体系。再有，公安部26项便民措施提到，要推广路口交通精细化组织方式，持续的优化交通信号配时。

从政策来看，行业主管部门就更加强调已有信号机的整合、完善、应用，同时也非常注重信控业务的数据驱动和精细化治理。因此东莞交警也是结合了本地交通特点，启动了分层解耦的信控体系探索和建设。

来看一下东莞在分层解耦信控系统方面的一些做法。

对于信控系统未来的发展趋势，个人认为一定是把复杂的问题简单化，也就是说系统会是标准化的分层解耦，类似小朋友玩的乐高玩具，能跟随信号机接入规模的扩大，业务需求的演进，进行不断的升级，功能不断的累加。

信控分层解耦系统架构分了四层，其中第二层是管理层，形成了统一信控优化服务平台，实现软硬件资源的统一，业务涵盖统一信号控制、智能信控优化、交通研判分析，智能运维管理，系统应用评价以及系统管理中心，形成一体化的业务闭环。统一信控平台对路口和对第三方应用平台都是标准化的接口体系，不同的品牌你只要满足接口需求，都可以接进来。

在路口层，可以叠加边缘系统的一些设备和算法，实现秒级自适应信号控制，同时也在一些新建路口建设“全光路口”，具有平滑演进、安全可靠、施工简易以及故障定位精准等优势。

东莞交警支队组织建设了交通信号控制统一优化评价平台，接入各类具备联网技术条件的智能化信号机，承载智能信号联网控制、优化评价以及一体化运营、大数据研判等核心功能。

同时，还打造了面向未来的开放式接入规范、标准接口，以及科学客观合理的利用评价的标尺，构建了建设管理运营一体化应用的闭环。

整个工作分三个阶段。

一是打造东莞版本的国标协议制定，2022年已经完成。

二是对各品牌信号机进行适配测试，到今年为止，已经实现了大华、莱斯、海康三个信号机厂家的适配测试。

三是在33个镇街推进使用。东莞的信控工作以交警支队为中心，各个镇街大队为二级分中心，各个分中心按照地标实现各镇街信号机与中心的直连，从而实现了支队对全市所有智能信号机的联网联控。目前已经实现了石碣、石排、石龙等将近10个镇的升级改造。

现在东莞主城区已有绿波带41条，覆盖率达40%。在统一联网的基础上，下一步将实施全市跨镇街多品牌的绿波，以及区域性的信号协调工作。

三、交通信号优化与评价

交通信号评价优化系统也融合了多源交通流数据，包括了互联网、卡口、雷达、全息路口等数据，并以这些融合数据为基础，主动判别路口各种信号控制问题，包括失衡、溢出、死锁、拥堵，并根据不同的问题自动输出优化方案，实现了信号控制系统的实时监测、动态调优，让信控路口形成实时监控、问题分析、模型优化以及效果评价的良性闭环管理。

东莞主城区共采集了390公里道路的高清地图数据，形成了可关联、可融合、可计算的一个交通大数据，在高精道路数据的基础之上再融合互联网数据和交管数据，能够更好的判断道路交通拥堵特征以及发展趋势。

其中互联网数据覆盖了全部路段。而交管数据能够获取实时性更高的车道交通流数据，交管数据来源于272台智能信号机，748个电子卡口，5个全息路口以及其他相关雷达检测数据。

以数据融合的方式可以盘活交警现有的数据资源，并实现数据共享和开放，服务多项业务的应用。

系统可以利用多源感知数据，对路口交通状态进行实时判别，是否可以根据实时流量以及针对失衡溢出拥堵等不同的路口，主动决策，生成控制方案，实时下发给信号机，实现了信号路口自适应控制，缓解交通拥堵。

此外，东莞交警对不同的路口采用不同的感知手段。核心路口采用全息感知技术，利用雷视拟合实现全面精准的轨迹流量事件检测，更多的路口是在电警卡口的基础上增加了雷达设备，提供较为精准的流量检测数据。在一些比较偏僻的路口，主要以互联网数据为主。

不同的路口，由于前端采集设备不一样，就会使得接入的数据有所不同。东莞主城区基于全息路口全量、全域、全时的精细化；基于互联网+交管数据的路口有54个；基于互联网数据的路口进行优化的有213个。

系统在进行动态绿波优化时，在绿波方案基础上会根据检测的交通流特征，以交通流平均车速为基准，动态调节绿波的相位差、协调范围、协调时段/方向、设计速度等，实现绿波带动态调优，减少停车次数，使得绿波体验达到最优。

目前，东莞城区接近300个路口是采用莱斯的统一信号控制平台，经过这半年的不断磨合和调优，运转还是比较不错的。

系统在进行区域联动控制时，能够精准掌握区域上下游路口的交通指标、数据，根据实时交通状态信息选择控制策略，以达到区域多路口联动的控制目的。

图为东莞大道的一个十字路口，也是东莞最繁忙的一个路口，该路口一天的交通量大概接近15万辆次。

交警平时的信号调优工作，包括固定配时调优以及信号方案的动态调优。我本人从事信控工作接近20年，最开始没有第三方来做信号调优，自己就带了一个团队从无到有，所以对信控调优工作也有比较深的感情。

调优工作做完后，系统可以持续的提供多维的交通指标数据，包括交通拥堵指数、平均速度、排队长度，交通流量、停车次数、延误时间等，实现对路口信号控制水平的评价、干线绿波的评价，以及各镇街信控管理水平的评价。

四、工作成效

统一信号控制联网平台，解决了全市25个信号机品牌“七国八制”这种难以联网的问题，为东莞信号控制系统下一步发展打下坚实的基础。过去，不同型号系统都有自己的控制界面和操作模式，现在有了统一的操控使用界面。

如上图，就是一个路口的信号控制界面，可以看到，绿波、勤务等功能都已经实现整合，也规避了指挥中心在控制路口各系统平台切换时的复杂操作，同时也提升了故障维护的效率。

从系统运行近半年以来，已经完成了城区272个路口的实时监控，平均拥堵指数从8月份的1.48已经下降到现在的1.4，下降幅度为5.4%。然后主要绿波道路的平均速度提升了4.6%，平均停车系数下降了8.5%。