杨晓光教授：中国城市交通控制系统发展瓶颈与再发展之路
2016-12-06 16:11:37   来源：www.ladysslipper.com   作者:    评论：0

　　2016年11月16~18日，由国家科技部高新技术发展及产业化司、国家科技部高技术研究发展中心指导，中国智能交通协会主办、中国汽车工程研究院承办、公安部交通管理科学研究所、重庆长安汽车股份有限公司和北京易华录信息技术股份有限公司协办的“2016’第十一届中国智能交通年会”，在重庆悦来国际会议中心举办，本次大会有100多场演讲，1500余人与会。在17日的城市交通组织优化与控制技术论坛上，同济大学杨晓光教授发表《中国城市交通控制系统发展瓶颈与再发展之路》的主体演讲，本文为中国智能交通协会提供的速记整理稿，未经演讲者本人审核，特此鸣谢中国智能交通协会。
 

同济大学杨晓光教授

　　杨晓光：非常荣幸，今天能够在这里跟大家分享对于交通控制系统的思考，下面将从三个方面来展开叙述：第一，交通控制系统及其发展趋势；第二，中国交通控制系统的发展瓶颈；第三，中国交通控制系统之再发展。

　　一、交通控制系统及其发展趋势

　　1.交通控制系统

　　交通控制即是指利用具有法律意义的标志标识及交通信号，调节路面多模式交通流通行权及状态，实现交通进一步改善的方法和技术。交通控制的核心是运用交通信号或法定标识调节控制交通流的通行权，以达到最佳的效果或实现特定的功能，而非人们通常以为的控制交通信号灯色的改变。交通控制是交通管理的核心手段，须建立在交通流可控的基础之上。交通信号控制有几个重要的要数：信号周期、相位相序、绿信比，相位差。交通控制的目标有很多，但最核心目的是提高安全性、提高通行能力、提高时空资源协调性以及协调系统资源。此外，大家不能将交通控制系统的作用过分夸大，虽然它在改善安全性、调节交通流方面作用突出，但是在改善交通阻塞和污染方面却具有局限性（特别是系统控制的场合，只能达到15~30%的效果）。
 

　　下面谈一谈交通控制系统发展过程面临的实际问题和存在的理论问题。现实问题主要有城市道路交通堵塞和事故以及环境污染问题，交通能做些什么样的改变；路面公共汽车/电车交通及特殊车辆低效率行驶；城市快速道路交通及其衔接道路阻塞问题（北京、上海、广州等）。理论问题包括交叉口、行人过街横道及其协调控制，这也是世界性的难题；路面(公共或紧急)交通优先或插队优化控制理论与方法；连续交通流控制—高速道路进口匝道最佳流入动态控制等。

　　典型特殊需求包括大型活动、作业施工、异常事件、恶劣天气、紧急事件等，对于这些特殊情况就应该将控制和诱导整合在一起，采取非常态的交通对策，但这是很难的一件事情。

　　2.交通控制系统发展趋势

　　下面讲一下交通信号控制的发展趋势。从趋势上来说基础数据的发展可以归纳为五个字：物移云大智——即传感与感知技术、移动互联与通信、云平台与大数据、物联网与车联网、人工智能等。交通控制的对象与环境包括人、物体、交通设施、交通工具、政策与规则。输入信息变化主要有时空范围扩展、信息精度提高、信息粒度细化；调控手段变化则是从基于车流变为基于单车；由被动响应到主动引导。

　　采集交通状态信息并非一件易事。交通信号控制系统经历了很长的发展阶段，从定时控制到自适应控制、车联网主动控制，再到现在比较火热的自治控制，未来10年到30年，交通控制系统会发展到什么程度以及遇到什么样的挑战，诸如安全、效率、环保等基于车路协同的下一代的交通控制问题，这些都需要我们思考。

　　新一代交通控制系统在一定程度上可以做到红绿灯通行引导、安全车距监视、违章警告、危险避让提示、换道安全引导等，这里特别要讲一点，交通管理与控制及服务融合非常重要，这就需要融合物理信号(交通流量/OD)和社会信号(出行者意图/敏感性)；需要系统各层次之间双向信息流联系；需要对系统行为进行引导或影响。

　　3.交通控制系统发展现状

　　我国交通控制系统存在八国系统并存的情况，像北京、大连、青岛等城市采用的是英国SCOOT系统，上海、广州、杭州采用的是澳大利亚SCATS系统，深圳里用的是日本KYOSAN系统。于是就导致了“交通控制技术”带动其系统的输出，因为不适应于中国道路的混合交通情况，大部分的系统是低效的；这些系统用的是上个世纪80年代的“区域”交通控制技术，系统可靠性差（特别是应用于中国时），也存在交通控制系统失效或不能发挥应有作用的问题，综上所述，建立我国先进的城市交通控制与管理系统理论与应用技术迫在眉睫，建设的核心技术是交通控制模型、算法与核心软件。
 

　　二、中国交通控制系统的发展瓶颈

　　交通控制系统发展的瓶颈，总而言之就是尚无系统。基本认识缺乏，交通控制系统的作用与价值认识不知、信号控制系统还是交通控制系统不清；评价体系缺失，良莠技术与系统没有评价、工程验收缺乏有效评价、评价技术与机制缺乏；科学技术瓶颈，现实鲜见能控制好一个交叉口（不科学渠化基础上的控制、控制技术的简单化）；产学研用脱节，理论研究与实际应用严重脱离（各自水平都很高）、产业自成体系、应用上怎么都可以，“理论与实际无需结合”分向而行；市场亟须规范，交通控制价值不确定，招投标体系不利于国内外系统的竞争、重硬不重软、重建不重服务；发展不可持续，行业无自律机制、管理部门无持续发展机制、维护服务无保障机制。

　　以上讲了很多我国交通控制系统发展的瓶颈，其中本人认为中国城市道路交叉口不可控问题是最大的瓶颈，因此也造成交通阻塞与事故，交通无序与低效，交通混合与混乱等问题。针对交叉路口不可控的原因，个人做了一点归纳，首先是中国式道路，道路出问题了；其次，是中国式管理；然后是中国式执法；最后是中国式行为。

　　下面大家可以看到北京中关村改造的案例，通过案例我们可以发现“交叉口+”几乎可以呈现所有的交通现象和交通问题以及交通科技，因此，交叉口控制的重要性就不言而喻了。

　　网络拥堵的形成开始于交叉口，也终止于交叉口，交叉口的问题，是影响全局的核心问题，现实情况是美国70%以上的交叉口资源没有得到充分利用，而中国的形势则更严峻；公交行程时间的20%左右是交叉口的延误，交叉口的优化对于公交优先战略的实现也至关重要。

　　看一个很简单的案例，分析一下交叉口出行者的行为。这是北京街头的照片（下图所示），路面上交叉口的行人和直行的骑自行车者逼停了本该正常行驶的机动车，骑自行车的人已经侵占了机动车道，但是骑行者不听从协管员的劝阻，认为行人都可以过去为什么自己不能过去，这就是冲突所在。所以本人一直支持这种交叉口通行模式，即行人和骑车者走同一个通道，这种通行模式最大的好处是可以缓解上述的冲突。
 

　　另外一个问题，做交通信号控制的同仁知道，经常会遇到直行车辆将左转车的车道霸占的情况，这个时候就应该对于相位、相域、相序等问题进行重新设计和管理，交通设计的意义和重要性需要被重新认识。要实现交通的安全、通畅、环保、便捷、高效的目标，就需要注重交通网络与交通组织设计；交通流有序化设计；交通安全设计；提高通行能力设计；提高设施资源效能设计；公交优先与枢纽设计；交通语言系统设计等，此外，这些设计是相互协调、融为一体的。

　　三、中国交通控制系统之再发展

　　下面开始讲讲中国交通控制系统之再发展。

　　第一点就是紧迫感与使命感，我们需要更高的大楼，但我们的地基还在沙滩上，交通控制是优化改善路面交通的不多潜能；破混合交通等于交通混乱的魔咒；中国必须要建立自己的交通控制系统；无第一代交通控制系统难有未来系统；在未来，政产学研资用必须相向而行再合作。

　　第二点就是面向需求和发展上下结合再出发，以建高楼为导向，强基础，面向下一代交通控制系统需求，自上而下发展；面向应用需求自下而上发展；面向中国及其同类需求，上下结合发展；政产学研资用再结合、协同创新。

　　交通规划、交通设计、设施设计、交通管理，这是一环扣一环的，如果交通规划和设计本身就不合理，或者按照土木工程的设计理念来设计，那么之后的交通管理与控制遇到的问题就可想而知了。上世纪80年代就流传着这么一个概念：交通设计是实现交通功能、性能和系统最佳的设计，不同于基于力学和材料学的土木工程设计（道路与机场工程及铁道工程设计）。
 

　　中国新一代交通控制系统包含先进的交通信号系统，先进的交通管理系统，先进公共交通系统，先进的车辆控制系统以及紧急救援管理系统，因此，应该将新一代交通控制系统考虑进来，进行整合与研究，当然，车路协同交通控制系统现在正迅速的发展，目前已经实现了对于一些特殊车辆的智能控制。接下来我们需要面对的问题是，如何将这一系统与既有的控制系统相结合。

　　其中，有反馈的交通信号控制系统是考虑全息交通信息环境下状态和信息的互动机理，基于系统感知终端的再感知技术，形成各种感知手段和感知技术的动态调整，最终满足和适应交通状态的动态变化，为交通管理和决策服务。此外，基于车路联网与协同的交通信号控制系统能够实现重点紧急车辆的优先通行。（图）这是现在已经做到了的，同济大学车路协同系统下的交通信号控制系统，通过对路口红绿灯的智能控制，使救护车得以优先通行。

　　四、结语

　　交通控制信号是调节交通通行权和时空关系，是改善交通通行效率和安全性的重要手段，必须以改善交通为根本；先进的交通控制系统应建立在科学的时空协同设计/管理，以及规范、合符标准的信号灯具和标志标线等基础之上；基于可预见的高新技术，在改善城市与交通困局的同时，构建交通运输系统2.0，发展新兴的巨型产业；新一代交通控制系统的革命已在途中,在新一轮的国际竞争中，我们必须抢占制高点，但沙滩上是建不起高楼的，我们还须创新求实、天地合一的发展中国的新一代交通控制系统。

　　以上是我的报告，请大家批评指正，谢谢。