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明察 | 国内外交通信号控制系统优劣评价与发展空间

2018-03-21

来源 : 赛文交通网

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从初期的手动控制到现在的自适应控制系统,城市交通信号控制系统一直是智能交通的重要一环。

我国智能交通建设初期,主要引进了国外信号控制系统,如SCATS、SCOOT等,后期随着我国科学技术水平的提升,国内企业界开始也逐步形成一些有代表性的交通信号控制系统,如南京莱斯城市交通控制系统、海信Hicon交通信号控制系统等。

面对多样的信号控制系统,各个系统都有自己的特点,在选择适合城市交通状况的系统的时候首先要了解系统的功能。

交通信号控制系统优劣评价

除单点控制之外,在协调控制方面,交通信号控制系统分为基于时间的协调控制、联网控制系统、交通调节控制系统、交通响应控制系统、自适应控制系统。

如何去评价信号控制系统?一个优秀的信号控制系统应具备什么样的特征?

北方工业大学城市道路交通智能控制技术北京市重点实验室研究员张福生认为,从系统功能角度,联网控制系统可分为3个等级:

  • L1:信号机联网,中心系统可监视信号机运行状态,可网络授时,可人工通过网络修改信号机配时,并通过中心手动干预信号运行(类似中心勤务控制)

  • L2:在L1基础上,中心可根据交通数据自动方案优化、或自动选择方案,并下发方案到信号机,由信号机运行

  • L3:在L2基础上,方案可实时优化,并且方案可在中心运行并实时控制信号机状态(秒级优化秒级控制)

张福生表示,目前国内信号控制系统处于L1水平的比较多,只要路口装机量过千并且通讯正常的系统都应该是这个水平;

L2等级的系统目前大概上海、北京、天津等城市有;

L3水平的目前没见过哪些城市能有过千路口这样运行。

重庆攸亮科技股份有限公司总经理戴高表示,从工程角度,目前评价信号控制系统,单点控制主要看绿灯利用效率,包括在一个时刻行人绿灯利用率;如果是区域,涉及的方面更广,比如协调运行时用于协调的绿信时长百分比,包括溢出是否能被有效管控、排队长度是否被按需管控等。整体来看,区域交通排出效率是主要考虑指标。

从需求的角度,国内信号控制系统以满足用户基本需求为主,用户需求也是牵引技术发展核心动力之一。国内比较知名的几家信号控制系统应该能满足多数要求,特别是研发投入较多的信号系统技术水平提升很快,并且能根据国内实际交通情况研发出针对性的功能。此外,国内信号控制系统厂商在价格和服务上也占有优势,但是成熟度稍差一些。

国外几家知名系统,有理论基础及基本的算法模型,有较长时间的成熟应用,只是目前在国内优势体现不明显,主要包括数据环境和服务方面。

数据环境与信号控制系统能检测到多少数据及数据的质量有关;服务方面主要体现在实时性与成本问题,信号控制系统是城市交通控制皇冠上的明珠,需要24小时保姆式服务,而某些国外信号控制系统反应时间较长。此外,配件提供速度,也是实时性一方面。

福州大学物理与信息工程学院电子信息工程系副主任孙旭飞认为,如果是遥测遥控系统,控制效果的好坏主要取决于信号机的性能和坐在指挥中心的优化工程师的能力,剩下的主要是使用体验。

如果是自适应系统,必然有很多系统工作模式,但常态是自适应模式,在这种模式下,系统的效能体现在它的动态协调线路是否跟主流交通流一致,周期信号和各路口绿信比以及相位差是否与实际符合?系统一定是多模式的,这些模式能否应付现实中出现的各种极端交通情况?

从建设的角度,上海市城市建设设计研究总院智能交通所所长高翔表示首先考虑的是系统稳定性和可靠性。作为7乘24小时运行的系统,若无很好的稳定性与可靠性,即便功能与性能、算法再强大也无法发挥作用。这也是早期进口系统的优势所在,但现在主流国产系统也做到了较高的水平。

其次是适应性,每个城市都有各自的交通特点,因此信号控制系统需要适应各城市交通的需求。例如某国外系统虽然比较先进,但在国内水土不服,其国内技术人员受国外总部限制而难以针对国内情况做调整或定制开发,又缺少第三方的有效优化,导致其自适应控制的功能不敢开启。

第三,系统的后期运维服务能否跟上。不少城市早期引入的进口系统,因其国内运维服务水平不足,若由国外技术人员运维则成本较高、时效无法保证,而逐渐被国产系统所取代。

第四,能否适应一些新增的特定需求。目前很多城市的信号控制对公交信号优先、有轨电车信号优先提出新的需求,若系统无法适应,则面临改造与更替。

上海骏码交通科技有限公司总工程师周永顺同样认为稳定性是前提,其次在效率方面要考虑数据补偿。

国内交通信号系统发展的提升空间

目前来看,相比国外几款信号控制系统,国内信号控制系统在算法、功能等方面发展更加完善,互联网企业的加入也为信控行业带来了转变,但仍然处于自给自足阶段,自动化程度低、配时不合理,不兼容、标准化程度低等是行业的基本现状。

张福生认为应该从以下几方面去完善国内的交通信号系统:

首先要完善基础设施建设。通信、检测是基础,目前绝大多数城市信号控制系统是单点控制居多、定周期控制为主,没有通信没有检测。

第二要加强运维管理。智能控制系统不是全自动无人系统,同样需要持续的参数优化。

第三要提升产品水平,加强标准化。

从产品方面来看,灵活的控制方法、可靠的控制优化策略,正确的控制效果的评价方法,有效的交通数据分析工具等也需要改善。

未来随着大数据、人工智能等技术的发展,交通控制领域产品技术的发展趋势主要是硬件标准化和软件开源化,未来的系统是智能化系统。

戴高认为国内信号控制发展到一定水平,标准化是必然之路。从技术发展方向来看,数据环境变化会带来创新机会。数据来源会逐渐丰富,包括传统断面检测数据、互联网众包数据等,数据需要过滤、融合为系统服务,会推动技术创新、进步,有一个从量变到质变的过程。

除此之外,未来的交通信号控制系统将是互联互通的,自动驾驶一定是在智能网联车和智慧道路同步发展的情况下才能达到,需要人工智能来改造信号控制新体系。“城市大脑”、“智慧心脏”、“超能计算平台”等新产品也侧面反映了当代技术的发展趋势。

国内外交通信号系统对比评价

尽管国外信号控制系统发展较早,但是周永顺认为国内的信号控制系统更为领先,主要差别在于拥堵控制。十年前基本以协调为主,但是随着车辆增多首先要解决拥堵控制,而国外某些系统当拥堵达到一定程度,周期可能也会出现问题,例如一直亮红灯。此外,国外的系统本地化较差。

总体来说,国内的信号控制系统在算法、性能、适用性等方面更好,目前存在的主要问题是规范性,国外系统通信协议的规范性比较成熟。

以SCATS系统为例,高翔认为主要优势在于系统的可靠性,另外是规模效应。由于SCATS系统早期就进入到国内,并在一些城市占据了大量重要路口,城市交通信号控制效果如果要达到规模效应,从系统兼容性、投资效益的角度出发,很难再做颠覆性的系统变更或多种系统的并存。其实,从技术角度,SCATS系统的功能性已经不属于非常先进,但在这种背景下仍然会继续占有较大市场。

孙旭飞表示系统的好坏不仅仅靠算法,深谙交通信号控制技术的软件框架设计才是决定性因素。就自适应控制系统来看,日本的交通控制系统与SCATS一样,可以随交通流变化来定绿波协调路线,国内多是固定的或通过人工来连接。

此外,国内的自适应系统非常依赖检测器,而日本的系统可以识别什么位置的检测器坏了,能代替则代替,不能代替的改为自动选择方案,或降到国内常用的预先安排的固定配时方案。

结语

好产品是基础,但是不一定能出好效果;好工程师能有很多控制策略和方法,但没有好产品支撑就无法施展。

张福生认为在项目应用效果上产品能起到的作用40%,60%以上要依靠交通工程师的智慧。

一个好的控制系统应该给交通工程师提供开放的、丰富的接口资源、以及可自定义的、可二次编程的空间,否则系统内置的有限的控制方法永远应付不了无限的控制需求。 

注:本文特别感谢信控中国俱乐部会员张福生、高翔、孙旭飞、戴高、周永顺的支持! 

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