基于我国GB25280-2010与美国NEMA TS2，比较了中美交通信号控制器在功能、分类、技术要求、参数设置、控制逻辑等方面的差异性，对典型交叉口的交通信号相位、灯组及接口端子进行了标准化配置，并对我国基于色步理念的配时体系提出了标准化改进的建议。
1 引言
交通信号控制的标准化一直是国内外讨论的热点，我国从90年代相继制定了交通信号灯、信号灯安装、交通信号控制机、交通信号控制器与上位机通信协议等系列标准，为我国城市交通信号控制系统的制造、建设及维护起到很重要的指导作用。在该领域，美国、欧洲也都出台了相应的技术指南和规范。本论文主要比较了中美交通信号控制器在功能、分类、技术要求、参数设置、控制逻辑等方面的差异性，为推进国内交通信号控制器的标准化提供一些研究支撑。
2 交通信号控制器功能及技术规定项差异
我国道路交通信号控制机国家标准（GB25280-2010）中基于功能将信号机分为4类：行人请求式信号机、多时段定时式信号机、感应控制式信号机、协调控制式信号机。协调控制式信号机功能最为强大，具备感应控制式信号机的全部功能，带有通信接口，可与上位机或其它信号机联接，构成线协调或区域协调控制系统，能实现至少6个相位控制，至少6个独立信号组输出，能进行机动车流量统计，并记录统计数据。
美国的交通信号机主要遵循NEMA TS2标准（NEMA，National Electrical Manufactures Association，美国电气制造商协会）。NEMA TS2中最高级的信号机称为感应协调式信号机，支持多模式信号控制方式，可以多时段、单点感应、协调感应。
我国的交通信号控制器标准从物理结构性能要求、文字图形和标志要求、电源和电气装置要求、基本功能要求、故障监控功能要求、电气安全要求7个方面规定信号控制器的技术要求，NEMA TS2标准则主要从控制器单元、故障管理单元、总线接口单元、机箱供电单元、开关、黄闪器、检测器7个方面进行了技术规定。
3 交通信号配时参数的标准化研究
我国的交通信号控制标准及相关的参考书中经常用到的基本参数包括：周期（cycle time）指信号灯色按设定的相位顺序显示一周所需的时间；相位（phase）指在一个信号周期内，同时获得通行权的一个或多个交通流的信号显示状态；相位差（offset）指协调控制中，指定的参照交叉路口与协调交叉路口相位的起始时间或结束时间之差；信号灯组（signal light group）指一个完整的车辆红、黄、绿三头灯或行人红、绿二头灯的组合。信号组（signal group）指具有同一灯色序列的所有信号灯组的集合。其他的参数还有包括最小绿灯时间，最大绿灯时间、绿冲突、全红、黄闪等。
美国的交通信号控制器在硬件上遵循NEMA TS2标准，在参数及软件系统操作时主要参考NEMA TS2 和NTCIP协议（National Transportation Communications for ITS Protocol，美国智能交通电子设备间数据传输通信协议），其中交通信号控制方面常规的周期、相位、相位差与我国定义都相同，但有几个参数值得重点理解：interval、overlap和ring，这三个重要参数使得我国和美国的配时设置标准化方面存在很大的差异性。
“interval”的定义和应用
Green interval , 其中interval解释为The part or parts of the signal cycle during which signal indications do not change，是指信号指示不变的一段时间，所以green interval应该理解为绿灯持续时间，或者绿灯显示时间，而非我们常规理解的绿灯间隔，因为绿灯间隔的意思是一个相位的绿灯结束到相邻下一个绿灯相位开启的时间，包含了黄灯时间和红黄同亮。Yellow Change Interval（The first interval following the green interval in which the signal indication for that phase is yellow）则是黄灯时间。
“overlap”的定义和应用
Overlap：A Green indication that allows traffic movement during the green intervals of and clearance intervals between two or more phases，两个或多个相位绿灯时间和清空时间允许车辆行走的部分，在国内一般翻译成搭接相位。
图1 overlap搭接相位
如图1所示，在相位2， 右转是允许相位，鉴于右转车辆比较多，在相位3又给予右转车一定的通行权，并且是保护相位，而且是两个不冲突相位（西向右转和南向左转）同时绿灯，右转就是搭接相位。搭接处理的原因主要是西向右转车多，在2相位不能完全放行，所以借用3相位的北向左转，更重要的一条是他们不冲突，2和4就不能搭接，因为他们冲突。
“ring”的定义和应用
Ring（环）也是美国交通信号控制中重要的一个参数，目前国内很多信号控制也直接采用环进行配时。Ring: A ring consists of two or more sequentially timed and individually selected conflicting phases so arranged as to occur in an established order。一个环，是指含有两个或多个独立冲突相位的预定序列组合，也就是说环是相位的集合，这样是便于缩小范围进行相位安排。8个相位两个环，每个环可以独立运行，但是在barrier点必须统一。
图2 双环8相位控制器流程图
如图2所示，8个相位，两环，两环可以独立向前推进，1、5同时起亮，但是不必同时终止，可以出现1、6同时显示，或者2、5同时显示，因为它们互不冲突，如果1、5不是同时终止，就出现了搭接相位，但是在barrier点左侧的两环必须同时推进到右侧3、4、7、8相位，因为barrier两侧的相位是冲突的。
图3 双环控制器的相位顺序
图3显示了8相位双环控制器不同的相位顺序，除了附加的可选择的过渡相位（直行和左转同时进行）外，它比较类似于4相位控制器，过渡相位是否存在主要依赖于相位1、5的终止时间，左转车比较多的时候，就要用到搭接相位。1、5同时结束。就到2、6相位组合，2、6相位是在barrier左侧，必须同时推进，也就是说同时截止，3、7如果也是同时结束的话，到4、8相位，这样就是4相位，否则就可能5相位，6相位。可以清晰的看出，环“ring”优势就在于可组合，根据交通状况需要组合相位。
4 基于色步的交通信号控制器的标准化改进研究
国内有些交通信号控制器基于色步（step）的理念进行配时，色步也是一个很实用的参数，类似于美国的interval，也就是一个灯色持续的时间（步长）。从以上的美国NEMA标准看出，采用统一的相位编号、灯组编号、接口端子编号，会使得配时和点灯标准化，易操作，而且可以打破交通信号控制器设备设施间的不兼容问题。采用“双环”的理念设计，可以既避免相位冲突，又容易形成搭接相位，操作起来标准且简单。
交通信号控制器的标准化改进方面主要有以下几个突破点：
1）参数及通信协议上兼容NTCIP协议，遵守NEMA的部分标准，功能上满足“双环、8个车辆相位、4个行人相位，4个搭接相位”。美国的econolite 的ASC/2070信号控制器具有“双环、12个车辆相位（右转也保护）、12个行人相位（包含2次过街和左转）、16个搭接相位、8个并行组”。
2）色步与端口、端子紧密相连，其实，绿灯、黄闪、全红3个色步构成1个相位，通过对相位的标准化，同时将灯组编号标准化，可以参照NEMA标准的相位编号、端子编号、检测器编号规则。
3）在配时软件的标准化改进上， 改进做到直接导入已经渠化的交叉口CAD图，通过系统内置的编号标准，只需点击哪条为主干道，双方向是否保护左转，就会自动生成标准的信号相位配置以及对应的路口灯端子编号、检测器编号；在色步的上一层增加相位标准化，在相位、绿闪时间、黄灯时间设定后直接生长色步图表。
5 结论
基于我国GB25280-2010与美国NEMA TS2比较了中美交通信号控制器在功能、分类、技术要求、参数设置、控制逻辑等方面的差异性，我国的交通信号控制器标准从物理结构性能要求、文字图形和标志要求、电源和电气装置要求、基本功能要求、故障监控功能要求、电气安全要求7个方面规定信号控制器的技术要求，NEMA TS2标准则主要从控制器单元、故障管理单元、总线接口单元、机箱供电单元、开关、黄闪器、检测器7个方面进行了技术规定。
作者简介：
乔建明 上海市公安局交通警察总队
马 斌 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司
保丽霞 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司
