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    统一、开放,交通信号控制系统的改良与变革

    2020-09-03 09:21:21 来源: ITS114 评论:
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    一、统一

    第一个统一。

    目前国内多数大中城市存在多个交通信号控制系统并存的情况,因为历史原因,早期一些大中城市多引进应用国外的信号控制系统,协议相对封闭,开放对接及研发面临很大困难,而国内信号控制企业考虑到安全、市场、保密等原因,不愿开放或仅部分开放,导致多家信号控制统一平台受到阻力,影响信号控制系统综合管理。

    信号集中管控的需求应该很早就有,主要是各大城市的信号机设备品牌较多,且不开放协议,无法做到从中心到前端的指令下达。在各地推进“两化”以及信号配时优化过程中,这种认识逐步被强化,只是囿于技术以及管理等方面的原因,需求一直是需求,但没有被满足。现在不管是前端路口的交通流采集技术(视频、视频+雷达、地磁等),还是区域路网的整体交通运行状态(移动互联网、手机信令、浮动车等多源数据),以及处理这些数据的大数据、云平台等技术,都逐步成熟,加上“交通大脑”的助推,信号集中管控从“概念”逐步进入探索、实践。

    因而,这两年交通信号控制一大趋势,就是要建立统一的信号控制平台,包括信号控制、业务管理、优化控制、配时评价等功能统一。显而易见,这些统一的技术前提是相关协议全方位的开放。

    2020年4月,ITS114对交通信号集中管控平台的发展趋势进行了调研,包括30余交警单位在内的75位受访人,都一致看好这一发展趋势。但因为受限于现实条件,信号集中管控平台的管理需求大于服务需求,也就是说路网的整体运行效率提升,并不在平台的主要考核目标中,让信号控制操作简化(傻瓜化、模块化)、打破某一系统的垄断/封闭、实现设备的运行监测、随时可根据需要完成交通特勤任务,这才是现阶段主要实现功能。

    但真正要建立信号控制统一平台,还有很多工作要做。首先除了基本参数定义、采集数据格式统一开放,还要保障信号控制优化逻辑统一、模型及调度算法统一。通过控制结构开放,融合不同信号控制系统的界面特点、选择全面而广泛的控制方式逻辑、嵌入深度的算法模型,以此来减少学习复杂多样的控制模型带来的困扰,深度专研统一开放的控制模型。

    第二个统一。

    各家信号控制系统控制结构多样,评价指标不统一。各信号控制厂家有自己独立信号控制评价系统,现有的各系统信号控制效能测评指标体系尺度不一,由此带来的测评结果难以令人信服。多数厂家信号控制评价系统在城市中使用过程中,前后优化对比提高比例动辄效果提高在20%、30%以上,甚至40%以上,被业内人士视为笑谈。各个厂家系统的对评价标准的理解不同、评价指标的对象单一,一些评价指标更偏向于控制模型所选用的优化指标来衡量整体优化效果,无法真实客观综合评价服务水平。

    公安部交通管理科学研究所副研究员代磊磊在日前举办的中国交通信号控制年会上也谈到了信控系统评价指标统一难,他认为评价指标统一难,是因为测评需求多样化,测评工作需要确定测评范围、测评对象、测评目标、测评主体四个方面的内容。做一个测评,首先要对优化前后的效果进行对比,要在每个方案稳定运行前后进行采集数据的,周期比较长;其次需要对通过人工采集、检测器采集、信号系统、互联网平台等多源数据进行交叉验证,来得到最准确的数据;三是要排除一些非信号控制措施所引发的干扰因素;四是部分参数需要依靠人工来补齐,交通检测设备主要采集断面交通流信息,涉及交通状态类信息较少。

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    二、开放

    盘点现有已建成的交通信号集中管控平台,实现了联网接入第三方信号机或系统,但功能上只实现了状态监视、特勤保障、简单配置等基础业务,对于干线、区域自适应控制等更智能的应用面临很大的挑战。要实现全方位的统一,效能提升,就需要全方位的开放,主要是两个开放,一是对“上”开放,二是对“下”开放。

    对下开放比较容易理解,也就是目前攸亮科技、华为等企业正在推进的多源交通数据融合应用于交通信号控制,信号机能开放兼容各种前端交通流采集设备,包括视频、雷达、车路协同以及雷视一体等,路口信号机具备对多源数据处理的能力,也就是算力和逻辑算法。多源交通数据采集形成统一的数据格式,是建立形成功能齐全信号控制统一平台的基础。

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    图片来自攸亮科技

    这也是目前一些企业力推的全息路口、全息感知等解决方案在做的事情。公安部交通管理科学研究所这些年也一直在努力推动信号机和信号系统的数据开放,已发布的交通信号机国标和已通过审定的信号控制系统国标,都规定了信号端和中心端应该开放的数据项,希望信号机能够接入更多数据,信号系统能实现数据共享,提升数据应用价值,但现实并不太美好。

    这不仅仅是因为信号机企业不愿开放,也因为开放意味着要做更多的精细化工作。要做到多源数据融合应用于交通信号控制难度很高,首先是不同数据源采集频率不一致,数据格式不一致,汇聚到一起怎么用?数据融合也不是简单的累计和汇总,要统一采集频率、统一时效、统一格式。而且不同的路口,尤其是重点路口,以后采用不同的流量采集设备,或者两个及以上的流量采集设备,将会变得越来越常见,重点路口的交通环境复杂,会要求该路口信号机具备更为丰富的流量检测方式以及更为详细、复杂的放行方案。

    不仅是在国内有这方面的需求,国际上也是如此。2020年7月消息,西门子交通宣布加入了Q-Free发起的“FREEtheMIBS”活动。2019年,Q-Free发起的“FREEtheMIBS”,即开放交通信号软件的管理信息库(MIB,用于控制交通信号和其他感知设备所采集流量数据的编译),以支持不同信号企业的技术部件相互通信。简单理解就是控制信号机与感知设备所采集到数据之间的通讯协议。西门子表示,该开放会加速设备间的无缝通信实现,促进行业创新,并使ITS应用变得更强大、安全。

    对“上”开放,就是信号机与上位机的通讯协议开放。这部分工作基本上很少信号机企业会主动愿意去做,尤其是在市场上占据优势的信号机企业,这是其保持其存量市场竞争优势的法宝之一,只有一些新进入的信号机企业或者第三方集中管控平台在尝试。一些系统的封闭到了“固执”的地步,放行逻辑还停留在线圈感知基础上,举最简单的例子,前方路口拥堵,溢出到下一路口,现在虽有路口车辆滞留视频检测系统,能够检测路口拥堵,这个状态下,哪怕是直接切换全红清空路口,也比继续执行原有周期放行要更好,但就是这么简单的一个事件联动,一些传统系统都做不了,尤其是国外的几个系统。更不用说将通讯协议开放给集中管控平台,实现干线协调、区域绿波等更为整体的协调控制。

    即便是一些已建立统一交通信号集中管控平台,功能上只实现了状态监视、特勤保障、简单配置等基础业务,由此建立的平台的功能或许不及原来的交通信号控制系统。

    此外,还需要一个开放,即评价信号控制系统运行效能或者信号优化效果所需要的精细化数据。现有行业内的交通仿真评价系统,获取的道路交通数据不对外开放,各个厂家对于数据格式的定义不统一,由此也带来了人、车、路等信息交互的融合挑战。

    7月30日,滴滴智慧交通正式推出滴滴信控系统基础版,面向行业用户开放试用,该系统被定义为轻量级智慧信号控制分析平台,可以理解为基于海量浮动车大数据和前沿交通模型优化算法来对现有交通信号系统运行状况、交通信号优化效果进行评价的系统。整体提供实时交通状态感知、路口拥堵报警、路口拥堵排名、路口及干线协调优化,并生成分析报告,可全面掌握城市交通运行状况。管理者还可基于信控系统基础版自定义评估时段,对多类型评估指标数据进行量化对比分析,便捷实现信号控制的精细化设计与管理,更准确地验证交通信号优化及交通管控措施应用前后的效果变化。

    以上可见,统一和开放其实是相辅相成,缺一不可。

    三、变革

    前面所说的开放、统一,实际上也就是变革的一个发展方向,是在现有信号控制应用条件下进行的改良,也在为交通信号控制系统变革打下基础。

    同样是在中国交通信号控制年会上,浙江大学王殿海教授发表演讲,他表示交通数据是控制策略制定、算法设计的基础,决定了信号控制系统的适用性、可靠性和可测度性。城市交通信号控制系统面临着原有传感系统失效、数据与系统失配、控制策略提升、控制算法设计等困境,对于应用领域、研发团队、主管部门都构成了新的挑战。

    南昌市交管局科研所谢少平科长也曾表示其一直在思考“信控是不是到可以抛弃传统数学模型,信号控制(特别是拥堵场景的信控)应该是(到了)基于逻辑关系进行控制的时候了”这一问题。

    事实上,目前新技术的发展目前是非常迅速的,大数据、云计算、雷视一体、车路协同、智能视频分析等等在交通领域逐步普及,但信号控制系统发展极其缓慢,现有的交通信号控制系统很难和车路协同等最新技术形成互联互通,虽然已经有企业在往这方面去突破,推出了具备车路协同功能的信号机。当然,这里面也有信号控制系统固有的特点,其与出行安全高度相关,所有创新都不能撇开这一点,不像交通视频监控领域,几年一次变革,因为智能视频图像分析在交通管理领域主要解决的识别的广度和精确度,让流量采集更为准确、违法行为识别更为丰富和精确,信号控制系统要进行变革,其首先要考虑设备、系统运行的安全性,其次才是逻辑、算法的重构,最后才是新技术的应用,让信号机仅成为一个执行命令的通道、终端,在现阶段还是不可能实现的。

    那么未来的信号机、信号系统应该具备哪些特点和功能?也许第一点就应该是开放,信号机与上位机协议开放,平台开放接入不同品牌信号机,信号机开放接入不同流量采集设备,并具备处理多源数据融合的能力,还要预留车路协同、5G通信等接口;其次,应是硬件设备的模块化,提高设备安装、维护、组装的便捷性;再次,信号机具备较强的算力,不仅能处理前端不同流量采集设备所采集到的多源数据,实现自适应控制,还能接受控制中心或区域下发的互联网交通流量数据并应用,以及相关特勤指令。因此要解决类似智慧路口、全息路口、全息路网等等先进感知手段与信控模型融合的问题,系统要基于可计算路网配合物联网感知网络+人工智能信控模型+大数据、交通仿真预测,形成一个完整的闭环体系。

    那么要打造这样的产品,首先要做什么?

    为保持已有产品优势,现有基本上每个信号机厂家都是从信号机硬件到软件到平台自成一体,但本质上不可能存在一个厂家在硬件、软件、逻辑算法、平台、运维等每个环节都做得非常好,实际情况也确实这样,除了个别长期积累的企业,整体行业基本属于低水平重复研发、投资,从行业整体出发,这样的状态需要被打破。

    如果有一两家企业其信号机的软件、平台的软件都是开源的,对外不设置任何壁垒,成为一个标准的开源工程,在这个体系下,各类型企业各司其职,让能做好设备的去做设备,能做好算法的去做算法,能做好业务的去做业务,让专业的人去做专业的事情,您认为这样的设想有可能成功吗?

    若是现阶段有企业已经这样做了,您看好吗?若您有兴趣,可关注下面这个公众号,9月8日起,将正式发布开源交通信号控制系统,是真开源,还是假开源,还请您亲自鉴定,那么,您觉得会是何方英雄率先破局?

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  • 关键字: 交通信号控制
  •    责任编辑:刘艳
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