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王殿海:城市交通信号控制系统困境与对策 |实效比造势重要

2020-09-10

来源 : 赛文交通网

作者 : 王殿海

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编者按:城市交通控制系统发展至今已有152年历程。中国交通信号控制系统技术水平到目前为止也与国外不相上下,但是实际效果却仍没有达到理想状态。浙江大学王殿海教授根据交通信号控制的三大要素,指出了当前面临的困境,并提出了应对之策。他认为,走出困境,决策者的理念是核心,内容比形式更重要,实效比造势重要。

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本文为王殿海的演讲实录,赛文交通网进行了不改变原意的整理(有删减)。

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一、城市交通信号控制系统之要素

交通信号灯发展到至今已有152年历程。

中国从1980年代开始自主研发信号控制相关内容,到目前为止,交通信号控制系统技术水平与国外不相上下,但是实际使用效果还是不尽如人意。

控制系统三要素包含控制策略、控制算法和交通数据。

控制策略体现城市交通控制系统功能、城市交通控制理念,综合反映城市交通控制系统水平。控制策略可以分为三个视角,一是控制范围视角,比如点、线、面控制;二是自动控制视角,比如在线控制、离线控制;三是交通流适应性视角,比如自适应控制和定时控制。

控制算法是逻辑模型和计算模型的综合体系,是实现控制理念、优化控制效果、生成控制参数的核心。大概分为三大类:一是控制系统本身的优化目标、评价指标;二是子区划分;三是信号配时参数优化。 

交通数据是控制策略制定、算法设计的基础,决定了系统的适用性、可靠性和可测度性。这三要素决定了控制系统的水平。

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二、城市交通信号控制系统之困境

数据方面,原有传感系统失效,新数据系统脱节。

首先是传感器,原来的线圈布设稀疏,到现在损毁严重,并且有了视频、RFID等新数据以后,线圈维护停顿,最后导致数据在线率低。其次是大量布设断面有标识数据,但由于标准、通信协议等原因这些数据未能很好地直接用于信号配时。三是专业队伍建设不足。主要问题就是重建设、轻运维;专业化配时人才缺失;持续更新与评价不足。

当前,交通大数据快速发展,有断面标识数据、大规模轨迹数据、全方式出行链数据。大数据驱动旧系统更新换代,控制算法需要适应数据变化,大数据+人工智能重构算法。

另外,有的城市信号机品牌种类复杂,如何统一数据接口通讯协议也是难点。数据平台先进,但信号机无法接入,执行控制困难,这就是当前的困境。

从控制策略来看,交通管控需求变化,促使控制策略提升。

城市交通治理需求包括常发性拥堵的大范围疏解策略、拥堵瓶颈的精细化管控、特殊性/大型活动管控。还有多方式交通管控需求也是未来控制的重点。

从算法层面看,现在大家经常提到城市大脑,我一直强调脑壳和智商是分开的,脑壳不经过训练没有智商,所以大脑还需要我们给它增加智商。大脑建设完成后,就是如何利用现有设施的问题,也就是云-边-端的协同,端的优化是基础。

第二,AI算法层出不穷,但是缺乏大规模实地验证。

第三,传统的交通参数是基础,接纳AI,但不迷信AI,人工策略与配时仍然需要。

总之,解决城市交通信号控制系统之困境,需要应用领域、研发团队、主管部门三者同时努力。

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三、城市交通信号控制系统之对策

首先理解下基本控制,控制对象有行人、自动车和机动车,归根结底就是控制人的行为。人经过选择方式、路径和时间后进入路网,然后形成交通状态,交警凭经验制定控制方案。所以,基本控制就是时空分离,交叉口实现安全、有效的目标。

系统本身是靠数据,交警主要凭借经验,人工智能就是想通过计算模拟交警的行为,达到人的水平,但是人的水平是孤立的,人工智能还要超过交警水平。

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二是适应控制,就是信号机升级之后,通过感知数据进行仿真、建模,经过优化以后制定控制方案,控制方案再影响路网交通运行状态,人根据信号的变化重新选择,形成迭代平衡。

需要注意的是,适应控制不等于自适应控制,自适应控制是自动化现代化的实现。固定配时也是适应控制,只是适应交通的变化是快还是慢,是实时的还是固定的,这些都称为适应控制。

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三是主动控制。适应控制还是一种被动控制,如果在控制优化的同时,形成一套反应管理策略的管理方案,使之一部分通过控制系统的配时参数实现其目的,另一部分通过管理方案直接作用于人,达到调整人的行为目的。未来的控制系统应该是这种模式,现在应该是条件具备,但是却还没有实现,就是由于当前面临的一些困境,我们有哪些应对之策呢?

第一,城市之利旧之策。

高级策略就是已有控制器降级使用;实施中心配时(用新数据);中心下发方案,舍弃已有系统的自适应控制功能、增加专业配时队伍;中心还可以实施实时控制、协调控制。

低级策略就是已有控制系统功能降为最低;利用新数据为每一个交叉口制定固定配时方案。

第二,企业之创新之策。

企业要运用新数据,确定新策略,设计新算法,研发新一代城市交通信号控制系统。

第三,行业之规划之策。

行业主管部门要制定政策,引导城市交通治理方向与对策,完善系统效果评价标准、鼓励企业研发投入等。还要形成标准,标准不是简单对过去的总结,而是对未来的引导。

最后做个总结,走出困境,决策者的理念是核心,内容比形式更重要,实效比造势重要。

希望同行沉下心来干实事,将控制系统真正的推下去,使得中国交通控制在国际上走在前面。

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