我國道路交通信號控制的發展與變遷

交通信號控制是狹義的交通控制，即路口和路段的交通紅綠燈控制。區域化協調的道路交通信號控制系統是智能交通系統的重要組成，同時也是智慧交通管理的主要支持系統。我國道路交通信號控制始于20世紀70年代，經歷了近50年的發展歷程，至今大致經歷了四個階段，即單點交通信號控制、區域協調交通信號控制、智能化交通信號控制、大數據驅動的交通信號協同控制。

一、單點交通信號控制

圖1 撥盤式交通信號控制機

20世紀70年代，我國的交通信號處于手動控制階段，交通信號控制機是一種機械式裝置，交通信號燈由崗亭的民警撥動控制機上的開關來控制紅綠燈的切換。1973年，當時的行業主管部門第四電子機械工業部提出“要將現代通信技術應用到交通管制和車輛調度上去”，自此我國開始了交通信號自動控制的自主技術研究與應用。1974年，啟動了我國第一個城市交通自動控制工程項目——首都自動化交通控制工程（又名北京前三門大街交通信號自動控制工程或7386工程）。1978年，北京地鐵沿線8個路口使用國產計算機DJS-130控制，實現了國內第一條交通信號離線協調線控。1980年前后，北京、上海、廣州、沈陽等大城市開始了單點定周期交通信號控制機的生產和應用，交通信號控制機成為一種電子自動控制裝置。

圖2 南京交通信號控制系統

二、區域協調交通信號控制

20世紀80年代，隨著我國一些大城市引進SCOOT、SCATS等國際上先進的交通信號控制系統，我國道路交通進入了點、線、面協調控制的交通信號控制系統階段。這一期間主要集中于大城市，通過引進應用國外先進系統，消化吸收交通控制技術，為我國自主研發積累相關經驗。國家“七五”重點科技攻關研發的“城市交通實時自適應控制系統”（“2443”工程）是我國自行研制開發的第一個實時自適應城市交通控制系統，總體上達到當時國際先進水平，在南京市中區的24個路口進行了區域交通協調控制示范應用。國家“八五”重點科技攻關研發的“城市交通控制系統應用技術”，重點解決了交通控制系統的工程化技術問題，提供了較為成熟的技術和設備，系統軟件也從AT&T UNIX移植到Microsoft Windows NT平臺，選擇在廣州市天河區示范應用。20世紀80年代及90年代初，我國的道路交通信號控制仍處于試點應用階段，全國信號燈路口總數8000多個，還達不到當時日本東京一個城市的安裝規模。

三、智能化交通信號控制

1997年，公安部交通管理局下發《關于印發〈公安交通指揮中心建設與發展的若干意見〉》（公交管〔1997〕231號）指導意見，2000年2月，國務院辦公廳轉發了公安部、建設部《關于實施全國城市道路交通管理“暢通工程”的意見》，有力促進了城市交通管理科學化、智能化的發展，我國開始進入智能交通管理系統建設與發展的階段。

國家“十五”重點科技攻關和“863計劃”持續支持新一代智能化交通控制系統的研發應用，緊跟國際趨勢，著重解決體現交通控制的多模式化、智能化、集成化等問題，逐步形成具有分布協同功能的集成化交通信號控制系統。

我國形成了一批有代表性的交通信號控制系統，如HT-UTCS、NATS、HiCon等，具備對于不同城市、不同區域、不同時段交通流特性的適應性和實時性，在交通通行效率、安全、秩序等多控制目標方面實現了協同優化。在交叉口群協調、公交優先控制、飽和交通控制、快速路出入匝道控制、有軌電車等特種車輛優先控制、大型活動交通安?？刂频榷鄳脠鼍胺矫鎸崿F了優先權導向控制。引入現代自動控制思想和技術，移植人工智能技術如遺傳算法、專家系統等，形成具有自學習功能的在線決策調優能力，從而提高交通信號控制智能化水平。為了實現不同控制系統的信息共享、不同控制硬件的互聯、跨系統的一體化集成控制，逐步制定交通信號控制機、交通信號控制系統、系統與設備通信等國家或行業技術標準，基本構建起統一的標準體系。

20世紀末及21世紀初，我國各地相繼建設了城市交通指揮中心，交通信號控制系統的建設與應用得到快速全面發展。到2017年，我國大多數大中城市都建設了交通信號控制系統，國產的交通信號控制機和控制系統已基本取代了國外的同類產品。據調查，全國82座樣本城市中心區交通信號機的燈控路口數量共有5.6萬多個。在此階段，由于智能化交通信號控制系統仍嚴重依賴自建的路面車輛檢測設備對車流量、占有率等數據的采集，維護成本高且難以更新，時間一長，交通感知就“半瞎半盲”甚至完全致盲失效，系統雖然擁有了一個“高知大腦”，但“身體已經跟不上靈魂的發展”，強大的功能往往嚴重浪費，即系統控制降級成固定配時等使用，全國在用的信號控制系統普遍存在著聯而不控、效能發揮不夠的問題。

圖3 新一代智能化交通信號控制系統

四、大數據驅動的交通信號協同控制

近年來，隨著物聯網、車聯網、移動互聯、大數據、云計算、人工智能、數據孿生等新一代ICT技術應用拓展，阿里、百度、華為等城市交通大腦和“互聯網+信號燈”出現，交通信號控制迎來了智慧化發展新時代。

首先，通過視頻AI、RFID、網約車、互聯網等多種新技術加持，不再受限于系統自采，基于隨時隨地都可低成本獲取的多源多維大數據的融合分析，可實現交通感知的快、精、準，真正做到交通全時空的“看得見、看得清”。第二，通過云計算、邊緣計算、機器學習、神經網絡等新技術移植，系統可不再依賴那些現代控制理論中公式變量繁多、邊界條件苛刻的復雜數據模型，可由大數據直接驅動交通信號的智能決策控制與迭代學習，真正做到信號配時“想得透、想得好”。第三，通過AR、VR、數據孿生等新技術應用，可實現交通信號決策控制在線并行仿真和即時效能評估，真正做到交通控制的實時自適應優化迭代。第四，通過物聯網、車聯網、移動互聯等新技術應用，交通信號控制逐步從交通后置響應到交通需求前置引導、交通信息主動服務轉變，真正實現人、車、路、控制等交通要素全時空高效配置、協同疏導。

據北京、杭州、上海等地報道，通過大數據在交通信號控制系統的應用，路口交通通行效率可進一步提高10%以上。同時，交通信號控制機、控制系統通用技術要求以及相關通信協議、信息服務等標準規范為適應技術發展和實際應用需求完成了制修訂工作，交通信號控制標準體系得到健全完善。

近期出臺的《公安交通管理科技發展規劃（2021-2023年）》《關于進一步加強城市道路交通信號控制應用工作的指導意見》，對交通信號控制提出了具體的要求，《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中也將“交通信號聯動”“公交優先通行控制”作為典型的智能交通數字化應用場景。近幾年，一些大中城市開展了交通信號統一管控平臺的建設，實現了城市全域交通聯網聯控，深化了多源交通數據與智能學習決策技術的融合應用，提高了平臺系統互聯與服務能力，有力提升了交通信號控制的精細化、智能化管控水平。

圖4 大數據時代的交通信號控制系統

我國城市交通擁堵這一“城市病”仍將長期存在，道路交通迎來智慧的路、聰明的車時代，這為交通信號控制的演變發展提供了嚴峻的挑戰和難得的機遇，交通信號控制是人民群眾追求暢通出行的重要手段，必須緊跟新時代、新技術要求，實現更全面、更智能、更綠色的發展之路。