本文阐述了交通信号控制系统的现实困境，分析了交通信号控制系统的实战本质，指出传统交通信号控制系统存在的问题，从行业用户的角度，探讨基于实战的交通信号控制系统创新发展思路。
1、前言
传统的交通信号控制系统是从国外较为理想的机动车交通模式，从上世纪六十年代发展起来的。我们国家的交通信号控制系统是上世纪八十年代在北京、上海小范围、试验性引进的基础上逐步发展起来的。由于受交通条件、技术条件、经济条件等历史局限，时至今日，传统交通信号控制系统已无法适应交通拥堵常态化的控制需求，也无法满足交通管理的实战需求。现今交通检测技术、数据分析技术、互联网技术的飞速发展，倒逼交通信号控制系统走到了创新求变的发展阶段。
笔者从行业用户实战的角度，对交通信号控制系统的创新发展作了一些思考，以此抛砖引玉。
2、交通信号控制系统的实战本质
2.1实战本质
（1）交通信号控制系统是 “民警交通指挥的延续”。只要多想想人在现场会怎么管？交管部门的领导早晚高峰是怎么指挥调度路口民警的？想想这些问题，技术上怎么去实现就行。因此，交通信号控制系统需要贴近实战、贴近管理。从某种意义上可以理解为：人在现场怎么管，那么人不在现场的话，系统也应该怎么管、怎么控。
（2）建设交通信号控制系统的目的是“实现对道路交通可视可控的目标”，包括“日常交通流的可视可控、交通事态（交通拥堵）的可视可控、警卫特勤的可视可控”三个方面。“可视”不是所谓视觉上的视频监控，是指对于路面上的交通流、交通拥堵事态怎么去检测？如何去判定？
2.2 战略目标与关键抓手
（1）战略目标
交通信号控制系统成功与否，就是看系统建成以后，是不是还离不开手控？是不是还离不开现场民警的管控？是不是还离不开中心民警的指挥调度？因此，交通信号控制系统需要高举“让执勤民警下岗”的大旗。
（2）关键抓手
中国特色的基本国情决定，交通信号控制系统应该以缓解“交通拥堵事态的可视可控”为关键抓手，政府领导是因为意识到城市堵了，所以才拍板作出决策，所以才花钱搞智能交通。
2.3交通拥堵的场景类型
（1）信号配时不合理导致的拥堵；
（2）交通秩序混乱（干扰因素多）导致的拥堵；
（3）恶劣天气通行效率低下导致的拥堵；
（4）早晚高峰流量饱和导致的拥堵；
（5）瓶颈溢流（路口间距太近或通行能力不匹配）导致的拥堵；
（6）节假日进出城主要通道流量突变导致的拥堵；
（7）重大活动集中散场流量突变导致的拥堵；
（8）交通事故等突发事件导致的拥堵；
（9）学校、医院、商业街区、景区周边道路的区域性拥堵甚至路网瘫痪；
（10）警卫特勤导致的拥堵。
3、交通信号控制系统的现实困境
3.1市场乱象
优秀的交通信号控制系统生产商一定是研发投入大、研发周期长、 深耕运维重效果。而现实中的交通信号控制系统市场却是乱象丛生：
一是行业门槛低、发展参差不齐、实战意识差。《智慧交通》杂志社2016年对中国交通信号控制系统及设备应用调查结果显示：对信号控制系统应用运行不满意的比例接近六成；对提供服务的信号控制企业不满意的达到了四成。
二是概念满天飞：智慧城市、智慧交通、智能交通、大数据、互联网+、物联网、车联网等等“高大上”概念轮番炒作，层出不穷，似有淡忘交通信号控制系统初心之端倪，亦有方向迷失之困扰。
3.2现实困境
公安部交管局、业界专家学者以及广大交通参与者视交通信号控制系统为城市智能交通的核心，寄望发挥更大作用，社会关注度越来越高，媒体报道越来越频繁。然而恰恰相反，作为交通信号控制系统建设和使用管理的各地公安交管部门，则在有意无意中，将交通信号控制系统边缘化（从各地公安交管的投资构成和投资比重即可窥见一斑），导致交通信号控制系统在我国虽然发展建设了几十年，但是在整个公安交管指挥体系中，仍是不受待见、不被重视、处境尴尬。
4、传统交通信号控制系统存在的问题
4.1 传统交通信号控制系统的检测方式与技术思路
图一 传统交通信号控制系统断面检测器布设示意图
图一表示的是传统交通信号控制系统三种断面检测器的布设形式，一是以SCATS为典型代表，检测器布设在路口停止线处的断面检测；二是以SCOOT为典型代表，检测器布设在路口上游或上游路口出口处的断面检测；三是以国产海信、莱斯为典型代表，检测器布设在离路口停止线30米左右的断面检测。
图二 传统交通信号控制系统的技术路线示意图
图二表示传统交通信号控制系统的技术思路是：主观确定控制策略、时段划分和控制方式，通过断面检测、建模寻优，得出信号配时方案，是一种被动控制的技术路线。
4.2 传统交通信号控制系统的问题
（1）控制策略、控制功能不切实际，战略战术理念缺失。
传统交通信号控制系统事先主观制定控制策略、划分时段、选择控制方式。感应控制方案受制于事先主观确定的最大绿；自适应控制方案受制于过去5分钟甚至10分钟、15分钟的“历史”流量数据，无法通过“直接检测判断实时交通状态”的方式确定控制方案。在节假日进出城主要通道流量突变、重大活动集中散场流量突变等突发交通流面前，战略战术理念的缺失，导致路口拥堵、路口失衡现象屡屡发生。
传统交通信号控制系统的断面检测，建模寻优，无法直接检测判断不同路口、不同时段，节假日与平日，不同气象条件的实时交通状态。无法区分和精确掌握每个路口的干扰与通行效率。不知晓、不考虑社会普遍关注的排队长度。
从实践情况看，传统交通信号控制系统基于算法建模或预测，对路网交通状态难预知，应对过饱和交通状态乏力，拥堵控制效果不佳。并且信号系统生产商所建立的拥堵模型、拥堵算法不透明，给用户留有不可信、不可靠的印象。面对拥堵常态化，现有交通信号控制系统给人带来束手无策的感觉。
（2）控制信息不发布，领导及市民对交通信号控制系统的控制策略、控制方式无感知、不知情。
交通信号控制系统如果不能把系统控制信息主动告知交通参与者，领导及市民对交通信号控制系统的控制策略、控制方式无感知、不知情，那么他们对系统的作用也就难免会有各种各样的主观评议、甚至质疑。这些主观评议和质疑，虽然不客观，但是也确实暴露了现有交通信号控制系统忽视“如何给决策者、如何给交通参与者留下直观感受”这个问题。
（3）控制效果评价不接地气，与系统建设割裂。
UTC平台无控制效果统计分析模块，系统建设、信号调优效果无客观定量的数据对比，遇质疑时，仍是主观对主观。
（4）重建轻管、调优维护跟不上，制约系统效果。
目前的交通信号控制系统在设计时，其设计成果仅仅是对系统建设的设计，没有将信号调优纳入设计方案中，没有对系统建成以后的维护管理以及信号调优保持进行设计，因此也就制约了交通信号控制系统效果的发挥。
5. 基于实战的交通信号控制系统创新发展思路
5.1 路面民警的管理理念
图三 灯控路口之间的联系示意图
图三表示的是灯控路口与上下游路口之间的联系示意图。路面民警在实际管理中，除了疏导路口交通外，必然还要时刻观察、判断，并及时果断处置交通拥堵事态。
（1）民警需要观察判断进口道的车辆是不是很多？车辆排队有多长？排队多的话，则要尽快放行。如果观察判断车辆排队过长，路口消化不了，民警则会通过电台，呼叫上游路口的民警少放点车过来，或者向指挥中心报告。
（2）民警需要观察判断车辆是否能够顺利进入路口？是否有干扰因素导致车辆行驶缓慢？民警如果观察到干扰因素多，并且干扰影响很大，有可能堵在路口里面，则要让车辆在停止线内停下来，先把路口里面清理干净。
（3）民警需要观察判断出口是否通畅？下游路口车辆排队是否会影响到我这个路口？民警如果判断有可能会影响到我这个路口的话，则会通过电台，呼叫下游路口的民警，把下游路口的车辆多放点、快放点；或者我这个路口也要把车截一截；或者向指挥中心报告。
通俗来讲，路面民警的管理理念是：路口不堵，万事大吉！路口太堵，排队过长，会招骂的。早点排完堵，还能早点下班回家。总结起来就是四个字：“疏堵要快”。
5.2 基于实战的交通信号控制系统创新发展思路探讨
交通信号控制系统是民警交通指挥的延续。交通信号控制系统应“基于交通管理实战需求，以应对拥堵常态化，直面社会普遍关注的排队长度为主线”进行创新发展。非饱和交通状态下，仍然以追求协调、降低延误为主要控制目标；过饱和交通状态下，则要以追求路网交通均衡，实现交通流的高效调度为主要控制目标。
5.2.1 检测方式需要创新突破
随着社会发展和检测技术的进步，传统交通信号控制系统断面检测的思维需要摒弃，建立如图四所示，根据路面执勤民警的管理理念，基于实战需求的“局部面”检测方式。
图四 “局部面”检测器布设示意图
1、“局部面”检测方式的设计
通过进口道实线端往上游延伸的“局部面”检测，我们可以实时判断红灯期间、绿灯期间的车辆到达和排队情况，以及车辆的离散、间距、速度等交通特性指标。
通过停止线处的检测，我们可以判断绿灯期间，车辆的干扰与通行效率情况。
通过出口检测，我们可以判断出口道是否通畅，是否需要及时截流。
（1）路口停止线往后的车道分道线，施划有实线段和虚线段。国标规定，分道实线长度不小于30米。以南昌市为例，实线段的长度分30米、50米两种，也有个别路口70米的情况。30米长度为支路的进口道；50米长度为主、次干道的进口道。
（2）根据实地观测，南昌市机动车排队等红灯时的平均车头间距是6.25米。50米长度的实线段车道内可以排8辆机动车。在没有干扰的情况下，排队的8辆车通过路口停止线需要23秒绿灯。
由于每个路口绿灯放行时，都要确保行人安全过街所需要的最短绿灯时间，那么红灯期间实线段车道内是否有车的问题，则显得无关紧要，也无足轻重。我们需要重点考虑的是红灯期间、绿灯期间虚线段车道内的车辆到达与排队情况。
（3）表2所示的是在没有干扰的情况下，排队长度对应的车辆通过路口停止线所需要的绿灯时间。考虑干扰因素将导致车辆通行效率降低，绿灯损失时间会增加，因此，一个信号周期一次绿灯所能消散、放行的最大车辆排队长度，我们可以认为是200米。也可以说，路口信号控制机所能处理的车辆最大排队长度是200米。
综合上述分析，根据路面执勤民警的管理理念，基于实战需求的“局部面”检测范围需要覆盖自分道实线端开始，往上游延伸150米。
2、“局部面”检测方式的可实现性
现有的视频车检器、广域雷达车检器都可进行局域检测，并且在检测域内，还可以划分多个检测断面。因此，视频车检器、广域雷达车检器将会成为交通信号控制系统“局部面”检测方式创新突破的主要载体。
3、“局部面”检测方式的可复用性
间距小于250米的路口可以认为是短间距路口；间距大于250米的路口可以认为是长间距路口。
（1）短间距路口可以采用图五所示，用“局部面”检测器同时覆盖相邻路口的进口和出口，提高复用性和经济性。
图五：短间距路口“局部面”检测器的复用
（2）长间距路口可以采用图六所示，用“局部面”检测器覆盖本路口的进口和出口，省略出口断面的检测器，提高复用性和经济性。
图六：长间距路口“局部面”检测器的复用
5.2.2 控制思想和控制模式需要创新突破
1、摒弃传统交通信号控制系统“点→线→面”的控制思想，建立“面←→线←→点”且相临路口“点←→点”双向互动的控制思想。
从前面图三所示，我们知道，路口信号控制和民警现场管理的理念是一致的，既要关注本路口4个进口、4个出口，还要关注上下左右相邻4个路口的出口。实际就是“面←→点”以及“点←→点”双向互动的控制思想。
2、摒弃传统交通信号控制系统建模寻找最优解的控制模式，建立以交通状态实时检测判断为基础的反馈控制模式。
路口信号控制机应该主要是对红灯末期的交通状态进行分析判断，制定相位绿灯时长预案。绿灯运行期间根据本相位方向的车辆到达、放行效率以及路口其它方向的交通状态反复判断（动态反馈），实时调整绿灯时长。具体判断过程包括：
局域路网交通状态判断（上下左右相邻交叉口的出口道是否有溢出？）；
本路口交通状态判断（四个进口方向交通状态是否饱和？车辆排队是否超出本路口的处理能力？）；
本相位进口方向交通状态判断；
本相位进口方向的干扰与通行效率判断。
图七 控制逻辑示意图
3、基于交通管理实战，在交通状态实时检测判断基础上的UTC平台和路口信号控制机的角色定位。
（1）UTC平台主要是对路网交通状态信息进行分析，判断是否具有区域性交通拥堵甚至路网瘫痪的风险，做出区域拥堵控制策略的选择；判断是否符合线控条件，做出绿波控制策略的选择。
（2）路口信号控制机除了要与UTC平台实现联网外，相临路口的信号控制机可通过无线方式，也应互联，实现溢出控制策略、快速消散控制策略的本地化处理。
5.2.3 拥抱“互联网+大数据”，走多源数据融合的创新发展之路
行业用户基于多重考虑以及投资压力，交通信号控制系统自身不可能实现全部路口各类检测器的全覆盖。此外，市政工程围挡开挖不断，检测器作为技术产品，其本身也会出故障，完好率不可能100%。因此，交通信号控制系统必然需要融合多方数据。
（1）前面图三所示的停止线处，用于判断绿灯期间车辆干扰与通行效率的断面检测，需要融合电子警察的过车数据。
（2）前面图三所示，超出“局部面”检测范围的排队长度，需要融合“互联网+大数据”，准确掌握实际排队长度，判断交通拥堵的严重程度。
（3）无检测器的路口，需要融合“互联网+大数据”，及时发现路口堵车情况、路口失衡情况。
（4）区域性交通拥堵特征与发展趋势，甚至路网瘫痪风险的分析研判、评估预警，区域拥堵控制策略的启用，需要融合“互联网+大数据”。
（5）系统控制效果评估以及绿波控制方案的制定，离不开路段行程车速，需要融合“互联网+大数据”。
传统交通信号控制系统生产商要摒弃一家独大、龙头老大的传统观念，主动拥抱“互联网+大数据”公司，优势互补，融合发展。“互联网+大数据”公司也要认清其在交通信号控制系统市场的辅助作用和从属地位，甘当配角，而不是拿概念造势、唬人。
6、结语
交通信号控制系统是民警交通指挥的延续。交通信号控制系统应“基于交通管理实战需求，以应对拥堵常态化，直面社会普遍关注的排队长度为主线”，谋创新、求突破。着力在检测方式、控制思想和控制模式等方面进行突破，拥抱“互联网+大数据”，走出一条多源数据融合的创新发展之路。
