软件定义交通：架构、方法和实践

大家都比较了解，通信网络最初是基于电话网建立的链路，链路建立之后才可以实现通信。原始的通信网络好处就是质量好，劣势就是运行效率低。

伴随着信息基础设施不断升级，通讯网络也就随之升级换代，网络建设也不再是点对点的建设，而是在一个区域、市域范围建设，先把基础设施建起来。大家如果有了共同需求，相互之间要传播数据，数据包是通过路由在网络设备之间分组一个一个转发的策略。这样的好处是可以把基础设施和上层业务分开，同时可以实现快速调整、融合。但也面临一个很大的问题，就是网络基础设施和网络需求之间的匹配能力，基础设施有时候利用效率比较低，有时候就会超过设计需求，这就导致了基础设施和上层业务之间链接度很低。

为了迎接这个挑战，国内很早就通过数据和控制分离来处理，也就是把网络设备的控制量单独截出来形成一个应用层，只负责数据的转发，这样就可以面向全局，做一些全局的负载均衡和资源调度，来实现网络基础设施能力和需求之间高效的匹配，同时提升网络管控的效率，促进网络的智能化和硬件的标准化。

交通网络实际上也在进入到这个阶段。比如从乌鲁木齐到连云港的货运运输，最早要规划铁路、公路建设，就是按需建设基础设施。后来是先把基础设施建立起来，再来匹配需求，从而完成了从链路到分组的转换。

首先把基础设施与上层业务独立，一般规划是基于现有以及可能的业务开展，但业务会随实际情况有差异性，不可能完全满足需求。这个问题其实跟在分组交换时代，通信网络所面临的问题相似，所以我们团队也尝试着利用数据与控制分离的概念来解决交通网络现在面临的挑战和问题。

基于这个思路，我们提出来两套交通网的架构，把交通网络的数据控制——也可称之为流量控制，把控制抽离出来，连接应用层和设备层，设备层主要是策略的执行以及运算节点；控制层负责流量控制、设备管理等，但控制层可以向上、向下的监管，可以给上层业务提供横向的、开放的调度使用。

首先是设备层——路侧感知雷视一体设备。

实现全自动的三维道路空间重构，可以将视觉检测结果等投影到地面坐标系，统一异构传感器坐标系，来实现道路空间和车辆运行环境空间的数字化重构。

分布式信号机，适用于不便改造的路口以及改造成本较大的路口。可解决信控协议不统一的问题，建立信控平台之间的桥梁，并实现细粒度信号控制，且易于搭建自适应优化算法。

怎么做？其分布式架构将信号机功能拆分为多个控制执行单元（瘦CU）及控制通信单元（胖CU），其中瘦CU实现本条道路的信号灯逻辑控制、道路信息采集，数据透传、精准对时、电路自检及预定方案配置等功能，而胖CU，除可兼容瘦CU的功能外，间距5G通信及所辖红绿灯动态配时方案下方等功能。

基于网络表示学习大规模交通网络子区划分，实现对路口特征的精确表征，从而实现智能的、联动的优化。

基于动态时空图网络的灵活公交调度。

小结下，基于网络表示学习大规模交通网络子区划分，通过这套子区划分的方法来实现路口特征的精确表述，达成了三个目标，一个是实时调整，晚上车少车多的时候可以减少绿灯空放，减少人车交通的冲突。车路协同控制分别从车和路的角度，优化车速和信号配时，以及两者如何联动的问题。基于动态时空图网络的灵活公交调度，来给雄安新区居民提供绿色出行。

这是我们团队在相关领域开展的一些工作，在这些工作的理论、架构和方法之上开展了应用和实践。

在许昌市有一个示范工程，芙蓉湖基地，完成了设备层到应用层的构建，建成了7大子系统102个功能点。系统运营了两年多，完成了路口智能感知系统建设，形成包括Al交通摄像头、毫米波雷达等多种传感信息融合高准确度感知方案，有效提升了路口智能感知能力，行人、机动车、非机动车等数量、速度识别准确率达到95%以上。在为警力调度指挥提供及时全面的信息依据，帮助交管部门提高应对紧急及突发事件能力的同时，有效缓解道路交通压力，切实解决20余种实际场景下的交通问题，示范区道路通行效率整体提升40%以上。