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信控第一方阵 | 谢少平:对提高南昌市信控水平的思考

2018-12-29

来源 : 赛文交通网

作者 : 谢少平

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城市形象一看交通,二看卫生。

市民对城市道路交通的体验和直观感受的第一印象来自于交通秩序和交通信号灯的合理与否,因此智能交通、智慧交通建设的聚焦点和核心之一是交通信号灯的控制。

信号配时优化工作饱受诟病的主要问题有:配时不合理导致车辆排队失衡、平峰低峰时段绿灯空放、配时不满足行人过街的最短绿灯时间。

现有信号控制系统利用断面检测数据建立模型算法进行信号配时优化,类似“盲人摸象”。随着检测技术的发展、互联网企业高调介入以及大数据的应用,形势倒逼,现阶段信号控制系统处于创新求变的阵痛时期。

为了学习兄弟城市的先进经验,提高我市信号控制工作水平,从11月初开始,我们以开放的心态开展了交通信号控制工作的调研。

 一、调研过程 

1、11月5日,交管局向12个兄弟城市交警支队发函,以函询方式调研各地的信号控制工作,其中重庆总队和济南、广州、南京、福州、沈阳、海口、青岛、温州等8个支队向我局提供了所在城市的交通信号控制工作资料。

2、11月27日,甘伟民副局长在科研所组织所领导、各科科长和相关民警召开研讨会,听取科研所对兄弟城市交警支队信号控制工作函询情况汇报,研讨我市信号控制工作思路,指导信号控制工作调研。

3、11月28日,科研所在“信控中国”微信群公开邀请有实力、有影响力、有知名度的阿里、华为、海康、高德、百度、滴滴、平安等互联网公司和海信、易华录、银江、莱斯等传统信控企业对南昌的信号控制工作进行考察调研,提供信号控制系统包括但不局限于“发展方向、规划、建设、使用、运维、调优、电警卡口+信号、互联网+信号”等方面的解决方案供参考。

截止12月12日,华为、海康、平安、滴滴、海信、南昌金科、深圳中天、重庆攸亮、安徽科力、上海炎势科技、广州振业优控(专做信号调优服务)、PTV中国(专做交通仿真)等公司派出专业团队到我局考察调研。

 二、交通信号控制系统的发展趋势 

2017年3月,笔者在北京参加“中国交通信号控制发展论坛”作《基于实战的交通信号控制系统创新发展之路》报告时呼吁:交通信号控制系统应“基于交通管理实战需求,以应对拥堵常态化,直面社会普遍关注的排队长度为主线”,谋创新、求突破,着力在检测方式、控制思想和控制模式等方面进行突破,拥抱“互联网+大数据”,走出一条多源数据融合的创新发展之路。

本次来昌考察我局信号控制工作的公司中,华为、海康、平安、滴滴、海信、南昌金科、安徽科力、上海炎势科技等公司根据我市信号控制系统软硬件技术现状,提出了各自可落地,有典型项目或已在试点应用的解决方案,概括起来分为两种思路方向:

一种思路方向是华为、海康、海信、南昌金科、安徽科力、上海炎势科技等公司利用视频检测器或雷达检测器的多目标实时跟踪功能,将信号控制系统的模型算法从目前的“利用断面检测数据”,创新提升“利用红灯期间车辆排队、绿灯期间车辆到达、绿灯期间车辆驶离停止线以及出口溢出状态、路口内通行状态等检测数据,精准识别路口交通流和交通状态”进行信号配时优化控制,只是各自的技术细节和数据处理流程方法有不同之处。

比如:华为公司将现有电子警察视频和视频检测器视频进行图像结构化数据分析;海康公司利用其自产自建的电子警察、视频检测器数据进行分析;海信公司、南昌金科公司利用雷达检测器数据进行分析;安徽科力公司、上海炎势科技公司利用视频检测器数据进行分析。

另外一种思路方向是平安、滴滴等公司利用互联网轨迹数据和交管自有检测器数据、电警卡口数据进行数据融合,将信号系统与互联网平台打通进行信号配时优化控制。

综合起来看,交通信号控制系统的发展趋势将会是:由封闭系统走向开放系统、由断面检测走向局部面检测、由单一数据来源走向多源数据融合、由平峰低峰出效果走向全域全时出效果。

 三、交通信号控制的策略、原则和目标 

交通信号控制,实际是在路口空间资源已经分配确定的情况下,对路口的时间资源进行再分配(信号配时优化),可以理解为“在时间上对路口不同行驶方向的机动车、非机动车、行人的通行权利进行合理分配”。

1、在路口空间资源已经分配确定的情况下,每个路口的最大通行能力(交通供给保障能力)是一个确定数(临界点)。

信号配时优化工作只能满足交通供给保障能力(临界点)以下的交通出行需求,当高峰时段的交通出行需求大于交通供给保障能力(临界点)时,必然会产生交通拥堵。

因此,高峰时段交通拥堵情况下的信号控制策略应该是:防溢出,缓进快出,有保有压,保主干方向畅通,追求的是路网运行效率最优。

2、平峰低峰时段信号配时优化工作应坚持“公平原则”,尽量做到路口各流向的排队长度均衡,不能明显失衡;尽量提高绿灯利用率,绿灯不能空放(绿损);保证行人安全过街的绿灯时间。

3、信号配时优化工作须以“交通参与者良好的交通体验和交通管理者高效的管理体验”为目标。

(1)绿波协调控制给交通参与者的体验是最好的,因此,有条件的道路(路口)要尽量设置信号绿波带;

(2)对于比较孤立的单个路口要尽量实行感应控制;

(3)当出现排队溢出时,要防止路口里面堵死,及时进行截流,同时下游路口及时进行信号疏导(增加绿灯时间);

(4)当路口排队失衡比较严重时,信号机能够及时处理失衡问题,尽量做到路口各流向的排队均衡;

(5)当路口出现交通事故、车辆故障、临时占道施工等情况时,检测设备能够及时识别突发事件,系统及时采取相应的控制方式进行信号疏导;

(6)通过LED控制信息发布屏,将信号控制信息告知交通参与者,主动接受社会监督。

 四、我市交通信号控制工作的基本情况 

1、统计截止2018年12月12日,不含三县一区(新建区),全市建成区有信号灯路口972个,其中实现联网接入的路口有503个。

2、174个路口采用视频车辆检测器(500万像素高清相机)采集机动车流量和时间占有率,建立交通强度模型作为信号配时优化的依据;安装了67块LED控制信息发布屏,将信号控制信息告知交通参与者,主动接受社会监督。

3、设置了26条绿波带(覆盖132路口);在14条路段28个距离较近的路口实行了信号联动控制;在10个路口实行了单点自适应控制;在11个路口实行了感应控制;在34个路口设置了68个机动车待行区,通过LED待行提示屏引导机动车进入待行区;在3个路口实行了左转机动车借道通行;在30个路口实行了行人非机动车比机动车提前放行5~9秒的迟启早断控制;在7个路口实行了行人过街按钮控制。

4、建立了交通信号值班制度,在交管局指挥中心和红谷滩大队分控中心,安排海信、金科的项目运维人员对高德地图、百度地图反映的交通拥堵信息,以及事故致堵、车辆故障致堵、施工致堵等突发情况,通过中心远程相位驻留控制、预案控制、一键绿灯控制等控制方式进行信号干预和疏导处置工作,实现拥堵报警信息的“消红变绿”。

自2018年2月1日建立信号值班制度以来,统计截止至12月12日,信号值班人员通过中心远程相位驻留控制、预案控制、一键绿灯控制等控制方式,完成了1902次信号干预和疏导处置工作,实现拥堵报警信息的“消红变绿”,其中信号干预和疏导处置事故致堵330次、施工致堵136次、车辆故障致堵63次、车辆违停致堵6次、极端天气原因致堵(道路积水等)13次、其他突发事件致堵8次;实行预案控制280次、一键绿灯控制277次;全年优化调整信号配时1440次。

通过建立交通信号值班制度,红谷滩大队辖区的所有信号灯路口(占全市三分之一)已经取消了路面民警的手动控制,信号灯全部由大队分控中心进行集中统一管理,达到均衡交通流的目的。

5、我局在世界VR产业大会期间布置了“智慧交通安保系统平台”,采用“信号自动控制+精准定位”,头车移动警务终端定位设备进行车队的精准定位,以头车移动视频监控为主,固定点的视频监控自动跟随为辅,呈现交通安保任务的智慧管控模式。智慧交通安保系统平台专线接入市公安局指挥中心和VR大会现场指挥部。

6、2018年交通信号控制系统升级改造项目(还未招标,预算946万元),计划在70个路口安装视频车辆检测器288套、安装15块LED控制信息发布屏、研发“互联网+信号控制优化平台”等。

总体来说,我市的交通信号控制工作在国内属于比较先进的第一方阵,初步实现了信号控制的智能化和具备对道路交通流、道路交通拥堵事态可视可控的能力。

 五、我市交通信号控制系统存在的不足与提升建议 

在城市交通拥堵日渐成为常态的形势下,为了实现领导和市民对信号控制工作的新期待、新要求,提高城市路网运行效率,根据信号控制系统的发展趋势,对照信号控制策略、原则和目标,我市交通信号控制系统的智能化水平和应用水平有待进一步提高,感知设备也需要进一步增加和完善,有关各方更需要凝神聚力、解题破题。

(一)交通信号控制系统的智能化水平有待进一步提高

1、交通信号控制系统的模型算法需要有实质性的提升改变

随着具有多目标实时跟踪功能的视频检测器、雷达检测器的技术成熟和实战实用,交通信号控制系统的模型算法需要做实质性的提升改变,才能适应城市道路交通拥堵日渐常态化的控制需求。

我市交通信号控制系统的模型算法需要从目前“利用离停止线30米处的断面检测数据”,提升改变到“利用红灯期间车辆排队、绿灯期间车辆到达、绿灯期间车辆驶离停止线以及出口溢出状态、路口内通行状态等检测数据,精准识别路口交通流和交通状态”。

(类似于从断面检测的“盲人摸象”提升到局部面检测的“睁眼看大象”)

2、交通信号控制系统平台有待集成整合和数据融合

我市的信号控制工作平台比较分散,比如交通状态监测平台就有高德、百度、滴滴3家公司的平台;还有信号控制系统平台和智慧交通安保平台等2个平台。

需要将这些平台进行集成整合、数据融合,统一到 “交通信号控制系统”平台,由“交通态势研判、交通信号控制、交通安保、交通仿真、设备运维与数据质量监测”等功能模块构成,以利提高信号控制效果并方便信号调优人员开展工作。

“交通态势研判”功能模块的基本建设思路是:以即将建设的“2018年交通信号控制系统升级改造项目”中 “互联网+信号控制优化平台”为基础,融合互联网轨迹数据、信号配时数据、电警卡口过车数据。

主要作用是:

(1)实现全域路网交通状况的自动感知;

(2)对于无检测器的路口,实时监测路口的排队长度和失衡指数、溢出指数,以“排队长度”作为信号控制系统配时优化的参数之一;

(3)监测到路口有比较严重的排队失衡、排队溢出的情况,信号控制系统实时自动进行信号联动和信号疏导,实现“消红变绿”;

(4)对信号配时优化控制效果进行前后比较和评价;

(5)通过OD分析和车速分析,为制定局部区域、干线、路口的信号控制策略提供参考依据;

(6)灵活选择拥堵区域、道路、路口,按照不同的时间粒度,“情景再现”式的还原拥堵发生与演变过程,发现源发性交通拥堵,从拥堵源头、拥堵苗头上进行管控;

(7)对日常交通组织和大型活动的决策提供数据支持;

(8)对交通安保重点道路的平均车速进行监测,为安保任务开始前的信号疏导提供参考依据;

(9)及时发现城市建成区范围内市政工程新开通又未移交的信号灯路口,主动监管、提前介入信号配时优化工作;

(10)对舆情、投诉等各种渠道反映的交通信号方面的需求进行建档管理和可视化管理。

“交通信号控制”功能模块的基本建设思路是:密切跟踪关注深圳市交警局正在研发的“统一开放的通信协议和信号控制系统平台,实现各厂家信号机的联网联控”。

为了促进市场竞争,激发创新活力,根据我市实际,在不影响全局信号机联网联控的情况下,逐步引进其他1~2家行业先进、自适应控制水平高于我市现有系统的智能联网信号机的企业。

3、学习借鉴深圳、济南等兄弟城市的先进经验,交管局协同相关技术企业、高校成立交通联合创新实验室,针对我市短间距路口比较多的路网特点以及复杂的机非混合交通环境,探索人工智能、5G、互联网、车路协同等前沿技术,为开展新型信号控制模式的落地应用提供实验环境,进一步提升我市的交通信号控制系统智能化水平,将我市的交通信号控制工作从国内比较先进的第一方阵逐步发展成为交警信控领域的典型标杆。

(二)交通信号控制系统的感知设备需要进一步增加和完善

1、在交通信号控制系统模型算法得到实质性的提升改变以后,逐步提高信号灯路口车辆检测器的覆盖率,从小范围的局部区域控制逐渐过渡到局部区域之间的协调联动控制。

函询调研的9个兄弟城市交警支队信号灯路口检测器的平均设置率是44.47%,目前我市972个信号灯路口中,174个路口设置了车辆检测器,检测器的设置率只有17.9%,对比兄弟城市还有比较大的差距。

2、考虑性价比的合理性,在市区比较大的信号灯路口(缺乏行人立体过街设施或行人二次过街设施或行人驻足区),逐步推广行人过街按钮。在白天平峰和夜间低峰时段可实行行人过街按钮控制,减少信号周期和行人、机动车等红灯的时间。

3、根据左转流量情况或外围路口,试点将“多相位信号控制路口的左转信号灯”改为“左转与满屏复合信号灯”。

白天左转流量大,亮左转信号灯,实行多相位控制;夜间低峰左转流量小,亮满屏信号灯,减少相位,缩短信号周期,作为机动车等红灯时间长问题的解决办法之一。

(三)强化交通信号控制系统的使用,进一步提高系统应用水平。

1、条件成熟时,适时开展信号配时优化服务外包工作。

函询调研的9个兄弟城市交警支队,有7个支队开展了信号配时优化服务外包工作。省委常委、市委书记殷美根视察我局时指出:“要坚持市场原则,购买第三方技术服务,坚持花钱买服务。”

目前我市的信号配时优化工作由青岛海信公司(2015年信号系统升级改造项目,111个路口信号调优质保三年)和南昌金科公司(2017年信号系统升级改造项目,66个路口信号调优质保三年)的项目运维人员进行信号值班(交管局指挥中心3人、红谷滩大队分控中心3人),并顺带对项目以外的全市其他路口提供免费的信号配时优化服务。

2、函询调研的9个兄弟城市交警支队共有84个信控民警(含协警),管理8157个信号灯路口的配时优化,平均每个信控民警(含协警)负责97个信号灯路口。

参照兄弟城市交警支队信控岗位民警(含协警)的平均配备标准计算,我局科研所现已负责管理约650个信号灯路口的配时优化,需要配备6~7个信控民警,而目前科研所交通控制科只有4个信号控制岗位民警(含工人),建议交管局给科研所交通控制科增加2名信号控制岗位民警。

在全局范围内公开遴选的信号控制岗位民警到位以后,科研所将以民警在指挥中心带班的方式,进一步加强信号值班工作,有力有效的督导、指导信号配时优化工作。信号值班民警的主要工作职责是:

(1)负责交通流量规律的分析研判,制定区域控制策略,逐步启动小范围的局部区域控制。比如:抚河路中山路口周边、中山路瓦子角周边、八一广场与中山路、阳明路八一大道青山南路、悦城小区、秋水广场、万达购物广场、万达旅游城等局部区域。

(2)落实对信号机已经联网、有检测设备、有视频监控的路口逐步取消路面民警的手动控制,实现老城区信号灯路口全部由指挥中心进行集中统一控制,达到均衡交通流的目标。

(3)监督、指导交通拥堵信息的信号处置工作,实现拥堵信息的“消红变绿”。

(4)监督排查、整改配时方案不合理的路口,重点排查整改时段划分不合理或全天只有1个配时方案、信号周期大于180秒、配时不满足行人过街的最短绿灯时间、配时不合理导致路口空放严重或车辆排队失衡比较严重。

(5)负责收集指挥中心、执勤大队、市民、媒体等渠道反映的信号需求信息,并指导调研、落实整改。

(6)负责落实常态化的信号配时问题每日分析研判机制,研究信号控制策略,监督、指导信号配时方案的优化调整,逐步减少老城区路面比较随意的手动控制现象。

(7)负责调研路口渠化或车道分布不合理等原因导致通行能力不足的路口,提出如何进行改善的意见建议。

(8)负责落实交通安保任务的信号控制方案制定。

 六、近期工作计划 

基于我市现有的信号系统平台、信号机、视频检测器等软硬件技术环境,结合我市短间距路口比较多的路网特点,以及复杂的机非混合交通环境,根据 “交通参与者良好的交通体验和交通管理者高效的管理体验”信号控制目标,青岛海信公司、南昌金科公司、深圳中天公司等我市信号系统软硬件产品提供商、承建商,以及与我局有战略合作的滴滴公司,本着同心聚力、无条件支持我局信号控制工作的态度,经过深入交流研讨,计划近期开展以下工作:

(一)在海信公司承诺开放通信协议的基础上,研讨并着手推进将我市路面上已有的金科信号控制机联网接入中心平台,实现应联尽联、联网联控的目标。

(二)青岛海信公司、深圳中天公司、滴滴公司以抚河北路中山路口周边9个路口作为局部区域控制试点。

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1、深圳中天公司将试点区域内现有的14套视频车辆检测器,由虚拟线圈的断面检测流量和占有率,免费升级到多目标实时跟踪检测流量、占有率、排队长度、密度、车道内车辆数,并将检测数据实时提供给海信信号控制机。

2、滴滴公司开发接口协议,打通海信信号控制系统,免费将试点区域内的排队长度、失衡指数、溢出指数等数据实时提供给信号系统平台,并对试点区域的调优效果进行评价。

3、海信公司融合视频检测器多目标实时跟踪数据和滴滴互联网平台数据,开发基于多元数据驱动的能够落地见效的信号控制方案,提升试点区域的控制效果,并免费升级我局现有的信号控制系统平台软件。

4、控制策略:根据试点区域的路网特点和交通流量规律,首先是防止短间距路口车辆排队溢出,在无溢出的情况下进行协调控制,并尽可能实现排队均衡,提高绿灯利用率,减少路面民警的手动控制,为逐步取消老城区路面民警的手动控制提供经验。

5、春节前完成试点区域的各项工作,实现局部区域内9个路口按照既定控制策略进行联调联控。

(三)南昌金科公司、滴滴公司以站前西路的抚河中路口、前进路口、绳金塔街路口等3个路口作为局部区域控制试点。

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1、试点利用多目标雷达检测器作为信号控制机的输入参数进行控制。一台多目标雷达检测器可以同时实现一个方向的“出口溢出状态、停止线处绿灯期间分车道的过车数据、进口道内红灯末期的排队长度数据以及绿灯期间的车辆到达流量、密度、速度等数据”。

2、滴滴公司对试点区域的调优效果进行评价。

3、控制策略:根据试点区域的路网特点和交通流量规律,首先是防止短间距路口车辆排队溢出,在无溢出的情况下进行协调控制,并尽可能实现排队均衡,提高绿灯利用率,减少路面民警的手动控制,为逐步取消老城区路面民警的手动控制提供经验。

4、元旦前完成试点区域3个路口的设备安装调试,实现3个路口现有控制方式的平稳运行。元旦后按照既定控制策略进行联调联控。

(四)着手对全市其他主要局部区域以及老城区路面民警手动控制比较频繁的路口开展调研,根据我市短间距路口比较多的路网特点以及复杂的机非混合交通环境,制定针对性的信号控制策略,逐步从小范围的局部区域控制,过渡到局部区域之间的协调联动控制。

对即将招标的“2018年交通信号控制系统升级改造项目”中视频检测器的安装点位进行适当调整,由经过公开招标程序确定的项目承建商进行建设和信号优化,并要求项目承建商把视频检测器由虚拟线圈的断面检测流量和占有率,提升到多目标实时跟踪检测流量、占有率、排队长度、密度、车道内车辆数。

致谢:清华大学李瑞敏副教授、同济大学李克平教授、北方工业大学张福生教授先后对本报告初稿提出了宝贵的意见建议,在此向三位老师表示衷心感谢!

作者简介:谢少平,南昌市公安交管局科研所交通控制科科长,江西省城市道路交通文明畅通提升行动计划专家,信控中国俱乐部会员。

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