目前海口投入使用了AI信号控制系统，打通了海口目前存在的SCATS系统、4家国产信号控制系统，实现1套信控系统控制所有的信号系统和信号机。

编者按：与国内其他很多城市一样，海口也是多种信号机和控制系统并存。为打通各个信控系统，突破壁垒，实现信号集中控制，经过2018年-2019年近两年的开发、测试以及优化工作，目前海口投入使用了AI信号控制系统，打通了海口目前存在的SCATS系统、4家国产信号控制系统，实现1套信控系统控制所有的信号系统和信号机。

海口交警支队陈冬详细介绍了城市大脑建设前海口信号控制工作的情况、现有信控系统和工作存在的问题、 AI信号控制系统（一期）的目标、应用成效、基本算法逻辑和控制模式。

1 城市大脑建设前海口信号控制工作的情况

信号控制系统：以SCATS系统为主，多种国产信号机和控制系统并存

海口自2005年引入SCATS信号机，之后新建、改造红绿灯路口都采用了SCATS信号机，并在2007年开始采购了SCATS控制系统。

到2018年，全市386个红绿灯路口中有295个使用SCATS信号机,占76%，并在2019年基本完成了SCATS信控系统的IP化改造。

2017年，海口交警开始筹划建设信号集中控制系统、信号调优系统、信号效果评估系统3个信控应用系统。

同时，考虑到成本、自主可控及SCATS开放性较差等因素，开始引入国产信号机，首先在主城区相对独立的地理单元海甸岛的2条主干道各3个路口分别使用了海信、大华信号机及控制系统，其后确定了主城区仍使用SCATS信号机，周边城区组团使用不同国产信号机的调整原则。

到2020年初已引入海康、大华、海信3家国产信号机，并都搭建了4家信控后台系统。

信号控制工作机制

结合多年的工作经验，海口支队形成了相对完整和规范的信号控制工作机制，并在2017年引入了ISO9001质量控制体系，申请并拿到了公安交警信号控制领域第一个的ISO9001认证证书。

通过将信号调优工作与质量控制体系对标，海口支队的各项信号控制工作都有闭环的规范流程以及对应的质量评估。

检测器设置情况

自2005年引入SCATS信号机后，海口支队一直在路口部署地埋的检测线圈，并在2014年建设了部分地磁检测器。

但由于海口道路质量、线圈施工质量以及管养水平等问题，检测线圈、地磁检测器都水土不服，故障率一直居高不下，采集的数据质量难以保障，应用效果也较差。

2016年开始，随着视频检测技术的成熟，海口交警开始确定了以视频检测为主的检测器建设原则，并在200多个路口逐步建设了卡口型电子警察、反向卡口、视频检测互为补充的交叉路口交通数据采集系统，目前各类视频检测设备覆盖红绿灯路口已达55%。

2 海口现有信控系统和工作存在的问题

路口规模飞速扩大，出行者对信号调优要求日益提高，技术队伍培养没有同步跟进，如果不改进管理方式提升管理效率，信控工作将陷入死循环

从2004年的25个红绿灯路口到2019年的386个路口，海口红绿灯规模增加到原来的15倍，但成熟的技术信控技术民警只从原来的2人增加到3人，虽然在2018年通过购买服务方式引入了海信的5人驻场信控服务，但技术人员人均管理路口仍增加到原来的5倍。

同时期海口机动车保留几乎每年都以10%-15%的速度增加，2019年的交通流量与2004年已不可同日而语。

路口规模指数级增加、交通流量飞速增加，同时群众对出行体验的要求也越来越高，技术团队建设受到客观条件限制，难以同步提升，如果不改进管理方式提升管理效率，信控调优工作将陷入死循环，这也是各地交警部门都面临的最严峻的问题之一。

在现有信控系统的技术条件下，干线协调控制都是“半死不活”

不论是SCATS系统，还是目前的国产信控系统，在进行干线协调控制时候都是在给定路口距离、车辆平均速度的前提下开展的。

但车辆平均速度是变量数据，在这种情况下干线协调只能在一定时间段内并在车辆平均速度接近给定值得情况下，才能有比较好的协调效果，稍有偏差就可能适得其反，难以应对交通流量变化剧烈的道路交通环境。

在这种情况下就必须采取人工方式进行周期性调优，但这种方式既工作量巨大，效果也差强人意，可以说是事倍功半。

在现有信控系统的技术条件下，区域控制基本无法实施

信控系统的区域控制是所有信控系统追求的目标之一，但由于城市道路交通系统的复杂性，利用传统技术手段，既难以针对城市区域交通构建一个较为精准的数学模型，又难以对区域内的交通状况进行实时感知、分析，传统的信控系统不论是在算法逻辑还是计算能力上都无法满足区域控制的要求，因此目前的区域控制基本无法实施。

海口电动车出行分担率高，对交叉路口信控影响大，但传统信控系统难以考量电动车的干扰因素

不同品牌信号机和信控系统难以有效融合，只能划疆而治

长期以来，国内大多数城市的红绿灯建设都是政府公开招标，分批建设的。

往往是规划一批、采购一批、建设一批、使用一批，这样就造成普遍存在一个城市存在多个信号控制系统、多个信号机品牌的现象，城市的交通管理部门在工作中需要熟悉多个信控系统，给城市管理者日常工作带来极大的不便。

每家信号机厂家的信号控制系统往往都有自己的一套控制协议、自己的一套算法逻辑，并且不同信号控制系统之间互不兼容，这样在实际信号控制中，一些先进的技术往往很难应用。

以绿波控制为例，信号绿波协调技术在中低负荷的交通条件下被证明是一种非常有效的控制方式，但是如果一条线路上采用不同的信号机，很难进行有效的协调控制。

以海口市为例，目前城区存在scats信号控制系统、海信信号控制系统、大华信号控制系统、海康信号控制系统。

如何对这些不同的信号控制系统进行统一的管理，不同的信号机无法根据交通组织需求，进行有效的控制策略实施，是也摆在很多交通管理者面前的一个现实问题。

方案以专家生成为主，难以适应动态的交通需求变化

现有信号控制都是以专家凭借经验，结合数据生成的一段时间内的固定方案。即使是SCATS方案选择型的控制系统也依赖于专家预置的若干方案，算法不能自主可控，数据源单一。

依赖专家生成方案的控制模式主要是对历史规律的总结，很难适应动态交通需求的变化。

同时，采用专家生成方案，由于方案生效时间的限制，反馈和评价周期都是以天甚至周来计算的，这给方案的优化迭代带来了很大困难。

3 海口建设AI信号控制系统（一期）的目标

打通各个信控系统，突破壁垒，实现信号集中控制

打通海口目前存在的SCATS系统、4家国产信号控制系统，实现1套信控系统控制所有的信号系统和信号机。

为信控工作提供高效管理工具，完成信控工作基础调研-数据采集-数据分析-方案设置-效果评估-调优的全流程闭环工作的信息化，大幅提升信控工作效率

尝试动态干线协调控制

尝试利用城市大脑数据底盘，动态采集、计算车辆平均速度，并根据实时数据分时段进行动态干线协调控制。

尝试融合更多的道路交通数据，打破传统信控系统的数据瓶颈

尝试融合高德浮动车数据、路口视频检测器采集的排队长度、交通流量、车间距、车道占有率等数据、路段平均速度数据（卡口的断面速度、卡口电警分析的区间速度）等数据，拓展传统信控系统的数据来源，打破数据瓶颈。

尝试准实时的自适应控制

利用城市大脑的计算能力，基于融合的动态交通数据，尝试在条件符合的路口，引入自适应控制，使得路口的信号方案可以自动地动态匹配交通需求变化。

4 AI信号控制系统的应用成效

经过2018年-2019年近两年的开发、测试以及优化工作，目前海口AI信号控制系统已投入使用，具体成效如下。

打通了多家信控系统，初步实现了方案下发、勤务控制等集中控制功能

通过海口城市大脑互联互通接口将海口4种信号控制系统（SCATS、海信、海康、大华、）协议进行转换，对统一集成配置数据进行融合，并以GAT.1049.2协议进行信号数据上报和信号配时管控。

AI信号控制系统可实时获取各信号系统实时灯态、控制模式和配置参数，并具有实时信号配时方案下发、中心勤务控制，实现了信号控制全市“一盘棋”格局。

实现了信号控制全流程闭环的信息化

以海口交警“交通信号运营管理手册”为依据，对应开发了信号优化生命周期模块，该模块可展示交叉口信号优化足迹（路口、道路、区域）、优化过程，多维度展示海口市交叉口信号控制优化的变化过程演绎，并可结合交通信号业务管理子系统实时监测信号控制业务流执行情况，通过业务管理子系统的闭环监测构成信号控制全生命周期闭环管理。

初步融合了多源交通数据

系统将不同来源、不同格式的数据，在时间和空间维度进行多维校验、判别、修复和融合处理，进而得到路口、路段的流量、速度、占有率、排队长度4种交通参数，以及交通出行规律、主要车流路径、交通瓶颈节点和拥堵时空分布等宏观特征，进而为信号控制提供数据支撑。

海口AI信控系统的智能化能力

目前实现了单路口方案自适应和自动下发，部分路口实现了实时自适应控制，并正在推进动态干线协调控制。

海口AI信控系统的应用范围

截止到2019年底，海口已经在中心城区的海甸岛和府城片区2个区域共59个路口直接使用，这两个片区都是海口中心城区人口密度最高的区域之一。

据统计，AI控制系统接管海甸岛的红绿灯之后，对比接管前的1个月，海甸岛交通压力最大的海甸五西路车辆平均速度提高7%，车辆平均延误时间降低7.91%，其他海甸六路、世纪大道等海甸岛主干道车辆的平均速度提高6.1%，平均延误时间降低7.3%，早高峰经由海甸岛出岛通勤车辆时间减少了5分钟，晚高峰进岛时间减少了10分钟 。

海甸岛人工智能+信号灯运行后，海甸岛片区道路整体通行效率明显提升。

5 AI信号控制系统基本算法逻辑和控制模式

AI算法逻辑

基于城市数据大脑的AI信号控制系统，是一种数据+算法驱动的人工智能系统，具备全局认知、主动决策、自主学习进化的能力。

AI信号控制系统将视频、卡口、浮动车等设备感知到的多源交通信息进行融合处理，从中挖掘交通流多维度特征规律，实时判断交叉路口的交通状态，并对路口上下游区域内出现的拥堵问题进行综合分析，辅助智能决策。

同时，AI信号控制系统采用强化学习、知识图谱、概率图模型等技术建立学习机制，通过与交通管理者的交互、控制方案执行效果的反馈迭代、路网交通流特征规律等知识持续积累，实现控制模型的不断学习进化，使得AI信号控制系统的场景认知、优化决策能力和信号优化的效果持续提升。

两种特殊控制模式

通勤路线控制模式：系统可配置多条通勤路线，还可从通勤路线预案库中选择，为执行警卫任务的车队和其它特勤车辆（如消防车、紧急救护车、工程抢险车等）提供快速通行路线。

紧急车辆优先控制：交通信号控制机接收到紧急优先请求时，立即给予紧急优先请求方向放行绿灯，实时响应特殊情况下的警务、消防、救护、抢险等特种车辆的紧急请求，使特种车辆迅速通过沿线路口。

6 AI信号控制系统在海口的近期演进计划

AI信控系统近期计划增加功能

1、增加相位选择和相序选择功能

城市大脑一期的AI信号控制系统已完成对相位时长和周期的调整，下一步将增加相位相序的自定义选项。通过数据分析，结合交叉口路段交通流的时空变化规律，自动推荐不同放行策略的相序组合，更灵活方便的制定信号放行方案。

2、增加车道匹配评估功能

不同的道路渠化、车道形式造成道路具有不同的通行能力，交叉口不同道路车道渠化的组合具有不同的通行能力值。因此，加护增加交叉口车道匹配评估功能，将使得信号配时优化方案更具有科学性。

3、增加交通组织评估功能

交通组织是对交通流量、流速、流速的有效组织，城市大脑二期将对交通规则禁左、禁右、单行线、公交专用车道等交通组织措施进行评估，对道路施工和交通事故等特殊事件的交通组织进行评估。

4、增加动态干线协调控制功能

融合交叉路口之间的浮动车速度数据、路段卡口速度数据、卡口型电子警察区间速度数据，实现动态干线协调控制功能。

5、增加动态区域协调控制功能

根据融合的动态车流量数据、速度数据、延误数据，动态研判区域状态，实现区域交通高效、稳定地运行。

二期计划全面提升智能控制级别

下一步计划建立对海口交通网络规律的深度认知与全局优化能力，实现90%以上交叉路口基础方案的自动下发，充分调动和分配路权资源，提高区域的交通通行效率，依据车流规律优化路口间的协调。

7 结束语

未来车路协同技术、自动驾驶等技术大规模应用后，信号控制系统必然走向智能控制的模式。

与传统信号控制系统相比AI信号控制系统拥有不可比拟的优势，它可以利用城市大脑对实时处理超大规模全量多源数据超强的计算能力和系统本身不停迭代、快速进步的人工智能算法优势，能够洞悉城市交通复杂隐藏规律。

同时，AI信号控制系统还能结合未来交通需求预测，进而对区域信号进行优化控制，缓解区域交通拥堵。

作者 | 陈冬，海口交警支队，信控中国俱乐部会员