道路交通信號智能控制與優(yōu)化系統(tǒng)

方案簡介：

道路交通信號智能控制與優(yōu)化系統(tǒng)，綜合運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、4G/5G、北斗/GPS、GIS等先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的交通信號控制理論，利用先進(jìn)適用的智能算法，實(shí)現(xiàn)道路交通信號控制智能化，提升通行效率，提高管理水平，有效滿足大中小城市道路交通信號控制的需要。

系統(tǒng)采用面向服務(wù)（SOA）整體架構(gòu)，具有高可用性、高擴(kuò)展性、易維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)以圖形化的設(shè)計(jì)理念，基于GIS地圖的表現(xiàn)形式，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)優(yōu)化控制、干線綠波控制、區(qū)域協(xié)調(diào)控制、公交優(yōu)先控制、行人過街控制、特殊勤務(wù)控制、遠(yuǎn)程干預(yù)控制、應(yīng)急預(yù)案管理、故障告警管理等主要功能。

系統(tǒng)采用多級分布式控制模式：路口控制級、區(qū)域控制級和中心控制級。遵循“一城一策”的設(shè)計(jì)原則，針對城市道路交通狀況，劃分若干子區(qū)域，通過中心控制與區(qū)域控制相結(jié)合的管理模式，實(shí)現(xiàn)城市交通信號各點(diǎn)、干線、區(qū)域乃至整個城市的優(yōu)化協(xié)調(diào)。

方案特色：

n 基于人工智能技術(shù)的智能化算法，讓單點(diǎn)優(yōu)化、干線綠波、區(qū)域協(xié)調(diào)等控制模式更智能，最大限度提高通行效率。

n 特有的“雨天控制”模式，系統(tǒng)自動檢測到降雨，自動切換到“雨天控制”。

n 可視化的全景大數(shù)據(jù)動態(tài)展現(xiàn)功能，輔助用戶精準(zhǔn)決策。

n 交通信號控制策略/預(yù)案豐富，可滿足多種復(fù)雜交通管理的需要。

n 支持“一鍵設(shè)置”，圖形化的配置界面，通過鼠標(biāo)“拖拉拽”即可完成信號機(jī)配時方案。

n 特勤任務(wù)支持車載無線特勤控制器、手持遙控器、手機(jī)APP、視頻與地圖組合控制等模式，路線可控、安全可靠。

n 用戶可通過智能手機(jī)APP完成信號機(jī)配時、故障查詢、特勤與導(dǎo)航等功能。

n 故障告警采用有線網(wǎng)絡(luò)與4G/5G兩種上報(bào)方式，運(yùn)維更加快速、精準(zhǔn)、可靠。

n 基于GIS電子地圖的可視化資產(chǎn)管理，可提供便捷高效的運(yùn)維、控制功能。

n 可與“公安交通集成指揮平臺”及若干廠家平臺對接。

信號控制設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)原則

易擁堵路段：城市組團(tuán)間的主要連接道路、居住區(qū)與辦公區(qū)的主要通勤干道、大型場館周邊主要疏散通道、城市快速路上下匝道路段、橋面道路或交叉口間距較短（小于200m）的城市道路等，以上路段均具有上下游通行能力不匹配的特點(diǎn)，高峰或平峰期易發(fā)生交通擁堵，同時還需根據(jù)實(shí)時地圖路況（某時段內(nèi)交通擁堵指數(shù)），或路段排隊(duì)溢出情況判斷）。
3）信控布局細(xì)則
控制策略布局細(xì)則需要多種輸入?yún)?shù)，從全局出發(fā)劃分子區(qū)及時段，進(jìn)而在區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行合理的點(diǎn)、線等策略組合，最終形成完整的信控策略布局方案。

1.單點(diǎn)定時控制

單點(diǎn)定時控制可分為兩種形式：
1）單點(diǎn)固定定時控制：針對單個交叉路口的，采用的是單一的固定配時方式，一天只運(yùn)行一個信號配時方案。
2）單點(diǎn)多時段定時控制：把一天按交通流大小分成若干時段，在高峰時段執(zhí)行高峰配時方案，低、平峰時又分別執(zhí)行低峰、平峰信號配時方案，這樣有效地提高了交通信號的控制效率。
定義與控制原理：根據(jù)單個交叉口通行條件及交通運(yùn)行特征，預(yù)先設(shè)定好交叉口信號控制相位相序、信號配時等，形成固定的信號控制方案，由系統(tǒng)在特定時段調(diào)用并運(yùn)行。
適用場景：
1）在指定時間段交叉口各進(jìn)口道交通流向及其流量相對穩(wěn)定；
2) 交叉口在路網(wǎng)中與周邊交叉口空間相隔距離較遠(yuǎn)，或在路網(wǎng)交通中承擔(dān)相對次要功能。
控制算法設(shè)計(jì)：
定時控制主要基于英國Webster算法優(yōu)化確定，基于交叉口各進(jìn)口道各流向的交通流量確定信號相位方案基于交叉口的幾何線性等確定相序方案，再根據(jù)一個周期內(nèi)各相位的流量比與綠燈間隔時間確定最佳周期時長與周期內(nèi)各相位的綠燈時長。

2.單點(diǎn)感應(yīng)控制

定義與控制原理：根據(jù)檢測器測得的交通流數(shù)據(jù)來改變信號顯示時間，關(guān)注的是當(dāng)前運(yùn)行相位的交通流，可隨時改變綠燈時長，控制邏輯簡單。
適用場景：
1）交叉口各進(jìn)口道車輛到達(dá)隨機(jī)性較強(qiáng)，各交通流向的交通流量變化相對較大；在交通量變化大而不規(guī)則、難于用定時控制處置的交叉口，以及在必須降低對主要干道干擾的交叉口上；
2）交叉口進(jìn)口車道全部或部分設(shè)置交通檢測器，實(shí)時準(zhǔn)確采集交通流特征數(shù)據(jù)；
3）主次道路相交或相交道路等級、交通流量差異較大時，易選用半感應(yīng)控制方式；主路相交、次路相交等相交道路等級相仿時，宜選用全感應(yīng)控制方式。
控制算法設(shè)計(jì)：
1）主路感應(yīng)控制
在主路上設(shè)置視頻車檢器，相位在感應(yīng)時間窗口內(nèi)接收到來自檢測器的請求，則增加一個延長綠的綠燈相位時間，以保證車輛能順利通過該交叉口。
感應(yīng)控制下默認(rèn)運(yùn)行最小綠燈時間，根據(jù)車輛檢測信號遞進(jìn)增加綠燈時間，直到?jīng)]有通行請求或增大到最大綠燈時間。
主路檢測半感應(yīng)控制流程圖
2）支路感應(yīng)控制
在每個交叉口的支路上安裝檢測器，支路檢測有車時，僅允許支路不影響主路連續(xù)通行的前提下，可得到基本配時方案內(nèi)的部分綠燈時間，并根據(jù)交通檢測的結(jié)果，支路的綠燈一有可能就盡快結(jié)束，初始原則按照最小綠燈時間給予放行；支路上沒有車輛時，綠燈將一直分配給主干線，保證主干線的通暢運(yùn)行。
同樣的設(shè)置下，也可支持相反邏輯的設(shè)置，即當(dāng)支路上一檢測到車輛信號就立即進(jìn)入轉(zhuǎn)換程序，給支路跳轉(zhuǎn)綠燈，確保支路上車輛的通行。這樣的應(yīng)用在一些特殊部門的出入口較適宜，如消防隊(duì)的出口道路。
　這樣的控制方式適用于不同方向車流差異非常大的交叉口。
支路檢測半感應(yīng)控制流程圖
3）全感應(yīng)控制
? 適用場合：道路等級相當(dāng)，交通量相仿且變化較大的交叉口。
在所有進(jìn)口道設(shè)置視頻車檢器，感應(yīng)信號相位在感應(yīng)時間窗口內(nèi)接收到來自檢測器的請求，則增加一個延長綠的綠燈相位時間以保證車輛能順利通過該交叉口。
其控制流程如圖：
全感應(yīng)控制流程圖

3. 單點(diǎn)自適應(yīng)控制

定義：根據(jù)交通流的狀況，在線實(shí)時地自動調(diào)整信號控制參數(shù)以適應(yīng)交通流變化的控制方式，關(guān)注的是所有相位運(yùn)行的交通流，一般要到未來周期才能改變配時方案，基于復(fù)雜算法模型進(jìn)行配時方案計(jì)算。
控制原理：根據(jù)當(dāng)前車流量與上一周期車流量變化情況，調(diào)整總周期時長。以“權(quán)重均衡”為核心思想，在相位相序不變的基礎(chǔ)上，動態(tài)調(diào)整每個相位的綠信比，實(shí)時協(xié)調(diào)控制相交道路通過交叉口的交通量和排隊(duì)狀況。
適用場景：
1）交叉口交通流量短時間內(nèi)交通流量變化較大；
2）交叉口設(shè)置所需的交通流檢測器，交通特征數(shù)據(jù)實(shí)時采集設(shè)備；
控制算法設(shè)計(jì)：
科威達(dá)單點(diǎn)自適應(yīng)控制配時方案核心算法是“權(quán)重均衡”理念：根據(jù)交叉口道路等級和車道功能劃分，計(jì)算相位的靜態(tài)權(quán)重；根據(jù)實(shí)時流量數(shù)據(jù)和排隊(duì)狀態(tài)，計(jì)算相位的動態(tài)權(quán)重。綜合二者，形成相位的綜合權(quán)重，以此作為綠信比的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。其次，根據(jù)流量最大的相位的流量情況來計(jì)算當(dāng)前最佳的周期時長。根據(jù)周期時長和綜合權(quán)重，計(jì)算每一個相位的綠燈時長，并生成下一個周期的配時方案。
算法執(zhí)行環(huán)境：目前我司已實(shí)現(xiàn)信號機(jī)端和平臺端兩種自適應(yīng)控制功能，前者算法內(nèi)置信號機(jī)中，信號機(jī)直接根據(jù)實(shí)時交通參數(shù)計(jì)算方案并下發(fā)，后者需要信號機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給平臺，由平臺每周期計(jì)算方案后下發(fā)至信號機(jī)。二者算法和效果接近，信號機(jī)端單點(diǎn)自適應(yīng)可有效避免網(wǎng)絡(luò)問題和傳輸時延，但目前缺少豐富的效果展示界面，平臺端單點(diǎn)自適應(yīng)應(yīng)用較為成熟，具有數(shù)據(jù)可視化效果展示界面，便于向用戶展示系統(tǒng)優(yōu)勢。

4.干線綠波控制

干線綠波控制是線控的核心技術(shù)，通過協(xié)調(diào)相鄰交叉口之間的周期和相位差，來實(shí)現(xiàn)車輛在一定車速條件下通過相鄰交叉口而無需等待，提高通行效率的控制策略。根據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方式和控制的方向，干線綠波控制分為四個控制方案：單向綠波、潮汐綠波、雙向綠波和動態(tài)綠波。
協(xié)調(diào)干線的選取主要遵循以下原則：
1）交叉口間距：間距越大，車隊(duì)離散現(xiàn)象越嚴(yán)重，線控效果越差，通常不超過1000m；
2）非機(jī)動車影響較?。罕M量選擇設(shè)置有非機(jī)動車專用車道的道路，減小對機(jī)動車正常運(yùn)行干擾；
3）車隊(duì)平均行駛速度：根據(jù)道路特征及車速分布確定不同路段的設(shè)計(jì)車速；
4）協(xié)調(diào)方向交通流量：交通流量較低或過飽和均不利于協(xié)調(diào)控制。
需要注意的是，干線綠波控制策略在過飽和狀態(tài)下實(shí)施效果較差，因?yàn)槁房谂抨?duì)車輛清空會占用一部分綠燈時間，削減綠波帶寬度。此情況下應(yīng)先對綠波控制子區(qū)邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行截流控制，降低道路飽和度水平，進(jìn)而結(jié)合綠波控制疏導(dǎo)干線交通流，實(shí)現(xiàn)干線車輛平均延誤和停車次數(shù)降低的目標(biāo)。

5. 干線紅波控制

紅波帶控制屬于干線擁堵協(xié)調(diào)控制的一種策略，通過信號控制實(shí)現(xiàn)車隊(duì)在干線交叉口群運(yùn)行中連續(xù)停車，減少單位時間內(nèi)到達(dá)下游交叉口的車輛數(shù)，降低下游瓶頸交叉口排隊(duì)溢出概率，平衡交通壓力分布。紅波帶策略的生成、啟動與執(zhí)行的邏輯流程如下：
1）策略生成：通過路口間距、交通流量、平均行程車速等路口信息和車輛運(yùn)行參數(shù)，確定紅波帶執(zhí)行范圍、公共周期、綠燈時長、相位差等信號配時方案。
2）策略啟動與執(zhí)行：通過前端車輛檢測器采集沿線路口實(shí)時交通流量、運(yùn)行速度、排隊(duì)長度等車流運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合紅波帶啟動閾值判斷是否啟動紅波帶控制，增加車輛通過沿線路口的時間，削減擁堵區(qū)域的高峰流量水平。
紅波帶控制效果及邏輯展示圖

6.區(qū)域協(xié)調(diào)控制

區(qū)域協(xié)調(diào)控制是信號控制中“面控”的關(guān)鍵技術(shù)，我司方案采取戰(zhàn)略級和戰(zhàn)術(shù)級兩層控制策略。在戰(zhàn)略級，我們以交叉口群概念來劃分控制子區(qū)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)控制宏觀策略制定。我們根據(jù)實(shí)時流量數(shù)據(jù)分析來評估在物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和流量關(guān)聯(lián)度兩個方面都很高的交叉口，將其劃分在一個交叉口群內(nèi)，并根據(jù)流量水平來評估其中的一個關(guān)鍵交叉口。在戰(zhàn)術(shù)層，我們針對每一個交叉口群，以該群里的關(guān)鍵交叉口流量均衡（或延誤最小化）為目標(biāo)，協(xié)調(diào)周圍交叉口的控制策略，在外圍逐層限流，保證內(nèi)部車流平穩(wěn)通行，平衡交通流，緩解區(qū)域內(nèi)部交通壓力。區(qū)域邊界需求控制，區(qū)域內(nèi)部協(xié)調(diào)控制，最終達(dá)到區(qū)域控制的目的，整體思路架構(gòu)如下圖所示。
區(qū)域協(xié)調(diào)控制運(yùn)作流程

7.特勤路線控制

特勤線路控制方式，信號機(jī)可立即或按時間表方式執(zhí)行特勤控制功能，也可完全由中心進(jìn)行控制。系統(tǒng)能夠按預(yù)定時間和預(yù)定路線進(jìn)行綠波信號推進(jìn)，以滿足各種重大活動、重大事件及特殊警衛(wèi)勤務(wù)的通行需求。系統(tǒng)能響應(yīng)特殊情況下的警務(wù)、消防、救護(hù)、搶險(xiǎn)等特種車輛的緊急請求，使車輛迅速通過沿線路口。信號機(jī)還提供對各種突發(fā)事件和交通需求的控制管理功能。
特勤車輛一般會設(shè)置特勤級別一級和二級，一級特勤優(yōu)先為鎖定制定的放行通道為綠燈，二級特勤優(yōu)先為跳轉(zhuǎn)到特勤放行的通道所對應(yīng)的通道。特勤優(yōu)先的檢測器配置對應(yīng)的每個特勤優(yōu)先檢測都可設(shè)置特勤放行的時間，特勤檢測到車輛到達(dá)則根據(jù)其特勤級別執(zhí)行對應(yīng)的過渡時段，過渡完成后則執(zhí)行對應(yīng)的放行策略。
目前，我司可在信控聯(lián)網(wǎng)平臺或終端APP實(shí)現(xiàn)特勤路線的配置和監(jiān)控。信號控制聯(lián)網(wǎng)平臺可配置多條特勤路線，包括上下游路口的鎖定間隔時間、每個路口的鎖定時間等，既可按計(jì)劃自動執(zhí)行，也可人工根據(jù)視頻手動啟動或解鎖，特勤通過通道鎖定實(shí)現(xiàn)。
終端APP：信號機(jī)利用公安專網(wǎng)、終端APP通過專用VPN連接到后端信號控制聯(lián)網(wǎng)平臺。系統(tǒng)邏輯是先由終端配置特勤線路、各路口特勤方向、各路口觸發(fā)距離，形成特勤方案，上報(bào)中心平臺審批。平臺審批后，該特勤方案即生效，但還未啟動。警衛(wèi)人員隨車出發(fā)后，當(dāng)車隊(duì)接近第一個路口時，特勤方案自動啟動，當(dāng)檢測到車隊(duì)達(dá)到預(yù)設(shè)的距離閾值時，自動觸發(fā)特勤路線方向的燈色變?yōu)榫G燈，檢測到車隊(duì)駛離路口后，解除該路口的特勤路線，路口恢復(fù)正常運(yùn)行。在特勤執(zhí)行期間，交警可隨時手動控制特勤方向的燈色變化，作為應(yīng)對突發(fā)情況的預(yù)備方案。
無線特勤導(dǎo)航控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)由工業(yè)級平板電腦及導(dǎo)航控制系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)支持兩種特勤控制模式：一種是無預(yù)案單方向特勤控制模式，另一種是有預(yù)案自定義特勤控制模式，兩種控制模式都在特勤預(yù)案界面中實(shí)現(xiàn)，均有【開啟特勤】按鈕實(shí)現(xiàn)，點(diǎn)擊【開啟特勤】按鈕后，系統(tǒng)首先判斷是否選中預(yù)案，如果沒有選中的預(yù)案則進(jìn)入無預(yù)案特勤控制模式，如果有選中的預(yù)案則進(jìn)入預(yù)案控制模式。如要切換兩種控制模式需先關(guān)閉特勤，然后重新開啟特勤。特勤預(yù)案界面如下圖。
信號機(jī)車載軟件的特勤預(yù)案界面

8.公交優(yōu)先控制

公交優(yōu)先控制是在時間空間上給予公交通行優(yōu)先權(quán)，如果不在交通信號管理中配以相應(yīng)的優(yōu)先控制策略，則公交在交叉口處的運(yùn)行速度和穩(wěn)定性受到影響，公交運(yùn)行服務(wù)質(zhì)量難以保證，公交專用道的作用難以得到充分發(fā)揮。
公交通行權(quán)優(yōu)先的系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示：
交叉口公交優(yōu)先控制原理
1）公交車輛檢測/優(yōu)先請求系統(tǒng)
在公共汽車上安裝固定頻率的專用信號發(fā)射器，公交優(yōu)先信號交叉口上、下游分別設(shè)相應(yīng)頻率的信號檢入、檢出檢測器，信號檢測器與交通信號控制機(jī)相連。當(dāng)檢入檢測器檢測到有公交車輛到達(dá)時，將到達(dá)信息迅速傳遞到信號機(jī)控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)決定優(yōu)先策略，然后發(fā)出指令給信號機(jī)，以便實(shí)現(xiàn)公交車輛無阻滯、優(yōu)先通過交叉口。設(shè)置檢出檢測器的目的是為了讓控制系統(tǒng)知道何時公交車輛離開交叉口，不再需要優(yōu)先權(quán)。控制系統(tǒng)通過計(jì)數(shù)器記錄檢入和檢出檢測器之間的公交車輛數(shù)，當(dāng)檢入檢測器被激活時，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)加1，當(dāng)檢出檢測器被激活時，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)減1。在檢測器正常工作情況下，僅當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)大于或等于1時才考慮公交優(yōu)先的問題。當(dāng)入口檢測器出錯或計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)異常時對計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位。
2）通信系統(tǒng)
公交信號優(yōu)先控制通信系統(tǒng)將檢測器的輸出信號傳輸?shù)奖镜亟徊婵诘男盘柨刂葡到y(tǒng)或地區(qū)的交通管理中心，作為信號控制決策的輸入?yún)?shù)；同時將控制策略從本地或交通管理中心傳輸給信號控制器，來控制信號燈的顯示。
3）交通信號控制系統(tǒng)
對于公交優(yōu)先信號控制而言，必須將交叉口的信號控制從簡單的定時控制改進(jìn)為交通感應(yīng)控制。信號控制系統(tǒng)應(yīng)該具有系統(tǒng)控制、無電纜協(xié)調(diào)控制、感應(yīng)控制、優(yōu)先控制、緊急情況控制、手動控制等工作方式。具有燈泡損壞監(jiān)測、檢測器錯誤監(jiān)測、綠燈沖突監(jiān)測等自檢功能。當(dāng)檢測到交叉口上游有公交車輛時，可采用延長綠燈時間、縮短目前相位、插入公交專用相位三種途徑實(shí)現(xiàn)公交通行權(quán)優(yōu)先。
目前我司系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)針對單交叉口單線路優(yōu)先請求，在運(yùn)行社會車輛感應(yīng)控制基礎(chǔ)上，根據(jù)RFID閱讀器檢測公交車到達(dá)交叉口進(jìn)口道時，采用綠燈延長、紅燈早斷、插入公交相位三種途徑實(shí)現(xiàn)公交通行權(quán)相對優(yōu)先，絕對優(yōu)先通過通道鎖定實(shí)現(xiàn)。

9.瓶頸控制

1）應(yīng)用場景
在城市道路交通管控中，某些路段由于空間條件限制，如短連線路段，橋、隧道、下匝道連接路段，或道路等級要求，需要嚴(yán)格控制其車流運(yùn)行狀態(tài)及排隊(duì)長度，當(dāng)排隊(duì)超過某個閾值時，需要快速疏散路段車流，以免造成其他嚴(yán)重后果。這樣的路段稱為“瓶頸路段”，排隊(duì)長度閾值對應(yīng)的點(diǎn)位稱為“瓶頸點(diǎn)”，應(yīng)對該情況快速疏散排隊(duì)車輛的控制策略稱為“瓶頸控制”。當(dāng)路段瓶頸點(diǎn)位于上游路口出口道，即路段車流排隊(duì)至出口道時，存在溢流風(fēng)險(xiǎn)（路段車流溢出至上游路口，影響路口其他車流正常通行的風(fēng)險(xiǎn)），控制溢流風(fēng)險(xiǎn)是瓶頸控制的特殊情況。如下圖所示，若M點(diǎn)為B路口西進(jìn)口道的臨界排隊(duì)閾值對應(yīng)點(diǎn)位。當(dāng)排隊(duì)超過M點(diǎn)時，應(yīng)啟動瓶頸控制。
2）控制策略
瓶頸控制的總體思路為“截流疏導(dǎo)”。截流即對路段上游路口進(jìn)行截流，減少進(jìn)入瓶頸路段車流的綠燈時間，疏導(dǎo)即對路段下游路口進(jìn)行疏導(dǎo)，增加駛離瓶頸路段車流的綠燈時間，達(dá)到快速消散瓶頸路段排隊(duì)車流的目的。瓶頸控制邏輯流程如下：
瓶頸控制邏輯流程圖
根據(jù)交通信息前端采集設(shè)備獲取路段實(shí)時交通流信息，例如車流量、空間占有率、時間占有率、平均車速、排隊(duì)長度等，判斷車輛排隊(duì)長度是否已達(dá)到瓶頸點(diǎn)斷面，或其他閾值條件，進(jìn)而決定是否啟動瓶頸控制功能。
根據(jù)瓶頸控制“截流疏導(dǎo)”的思想，對瓶頸路段的上下游路口運(yùn)行方案進(jìn)行一定程度的調(diào)整，消減排隊(duì)滯留長度。
瓶頸控制以“單位周期”為時間間隔進(jìn)行判斷，若當(dāng)前周期結(jié)束時瓶頸點(diǎn)擁堵問題得到解決，則下一周期恢復(fù)原策略，否則將繼續(xù)執(zhí)行瓶頸控制策略，最終消除瓶頸點(diǎn)擁堵現(xiàn)象。
10.行人過街信號控制系統(tǒng)
1）應(yīng)用場景
路段過街行人與機(jī)動車相互干擾一直是交通控制與管理的難題。行人是基數(shù)最大、最容易違背交通規(guī)則的交通參與者，同時也是交通活動中的弱勢群體。解決過街行人與機(jī)動車的相互干擾一般有兩種途徑：一種是建設(shè)行人過街天橋或地下通道，實(shí)現(xiàn)兩者空間上的分離；另一種是建設(shè)行人、機(jī)動車信號燈，實(shí)現(xiàn)兩者時間上的分離。過街信號控制可以有效的分離人、車沖突，保障行人安全，是目前應(yīng)用最廣泛的行人過街設(shè)施，因此也成為本方案分析的對象。
（a）行人過街天橋
（b）行人過街信號控制
不同場景行人過街需求
目前行人過街信號控制系統(tǒng)主要采用定周期控制，更多地考慮機(jī)動車的通行權(quán)，行人過街定周期控制會導(dǎo)致綠燈時間大量損失，不合理的行人過街信號控制，往往造成行人過街等待時間過長，引發(fā)行人違章過街，導(dǎo)致行人與機(jī)動車嚴(yán)重沖突，進(jìn)而導(dǎo)致交通事故頻發(fā)。根據(jù)規(guī)范《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》（C00021 GB 50220-95），當(dāng)路段寬度超過4條機(jī)動車道時，行人過街橫道應(yīng)在路段中央分隔帶設(shè)置行人安全島，行人可以在安全島上駐足等待，分兩次完成過街。因此，路段行人過街信號控制系統(tǒng)的應(yīng)用場景可以分為兩種：行人一次過街與行人二次過街。
（a）行人一次過街                      （b）行人二次過街
路段行人過街信號控制系統(tǒng)的應(yīng)用場景
2）控制策略
路段行人過街信號控制方式可以選擇定時控制、感應(yīng)控制與自適應(yīng)控制三種，分別適用于不同的場景和用戶需求。
在平峰期，如普通工作日白天的非上下班高峰期或夜晚，路段行人過街的需求一般較小或過街行人頻次及人數(shù)波動較大，為了避免出現(xiàn)定周期中綠燈空放的現(xiàn)象，減少頻繁切換行人相位對路段機(jī)動車流的干擾，宜采用行人過街感應(yīng)控制或自適應(yīng)控制方案，即根據(jù)實(shí)時行人過街需求切換行人相位，否則將一直放行主路車流。采用行人過街自適應(yīng)控制方案，即在同時考慮行人忍耐時間及機(jī)動車最小綠燈時間的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)時行人過街人數(shù)調(diào)整行人等待時間，實(shí)現(xiàn)行人蓄水式放行——等待行人越多，人均等待時間越短，否則將一直放行主路車流。行人感應(yīng)過街控制與自適應(yīng)過街控制的區(qū)別在于：感應(yīng)過街控制只要有行人過街需求即切換為行人綠燈，不考慮等待行人數(shù)量；而自適應(yīng)過街控制會根據(jù)等待行人人數(shù)自動調(diào)整機(jī)動車綠燈時間，追求機(jī)動車與行人延誤的最小化，實(shí)現(xiàn)等待行人越多，行人等待時間越短的行人蓄水式放行。不管從智能化水平還是從系統(tǒng)整體效益上來看，行人自適應(yīng)過街控制均優(yōu)于傳統(tǒng)的行人感應(yīng)過街控制。
1)   未檢測到行人過街需求時，機(jī)動車燈綠燈，行人過街紅燈；
2)   當(dāng)檢測到行人過街需求后，可能機(jī)動車綠燈剛剛放行不久，為了保證機(jī)動車的必要通行時間，需要判斷機(jī)動車是否到達(dá)最小通行時間，機(jī)動車最小通行時間會根據(jù)不同的行人等待人數(shù)自動調(diào)整。同時，如果機(jī)動車最小通行時間設(shè)置過長，可能導(dǎo)致行人的等待時間過長，研究表明當(dāng)行人等待時間超過最大等待時間后，行人闖紅燈的概率會大幅增加，因此系統(tǒng)還需要判斷行人的等待時間是否到達(dá)最大等待時間。綜合考慮機(jī)動車通行效率和行人過街安全兩個因素，達(dá)到“機(jī)動車的通行時間大于等于最小通行時間”或“行人等待時間大于等于最大等待時間中”的任一條件即觸發(fā)行人過街相位；
3)   執(zhí)行“行人放行延遲時間”，目的在于為機(jī)動車相位由綠變紅提供安全間隔時間，機(jī)動車信號燈會按照綠燈、綠閃、黃燈的順序改變狀態(tài)，行人信號燈保持紅燈狀態(tài)；
4)   執(zhí)行完行人放行延遲時間后，交通信號控制機(jī)執(zhí)行行人綠燈相位，此時機(jī)動車信號燈按照黃燈?紅燈的順序改變狀態(tài)，行人信號燈按照紅燈?綠燈改變狀態(tài)；
5)   當(dāng)執(zhí)行完行人綠燈時間后，行人綠燈切換為行人綠閃，目的是保證已經(jīng)進(jìn)入人行橫道的行人安全到達(dá)另一側(cè)道路。綠閃時間根據(jù)行人過街速度、距離等參數(shù)計(jì)算后在配置客戶端設(shè)定；
6)   行人過街綠閃相位放行結(jié)束后，即恢復(fù)主路通行，機(jī)動車信號燈由紅燈?綠燈，行人信號燈由綠閃?紅燈，行人過街信號周期結(jié)束。如此循環(huán)往復(fù)，不斷檢測行人過街需求，滿足行人過街需求。
實(shí)時行人過街需求根據(jù)前端檢測設(shè)備采集得到，本方案主推視頻采集等待行人流量，可以實(shí)現(xiàn)行人自適應(yīng)控制和感應(yīng)控制；也可以根據(jù)交警需求采用行人過街按鈕采集行人過街請求，如果采用行人過街按鈕采集行人過街請求，則只能實(shí)現(xiàn)行人感應(yīng)過街控制。使用相機(jī)的設(shè)備布設(shè)方案如下圖所示：

一次過街行人闖紅燈相機(jī)（左）人員密度相機(jī)（右）架設(shè)俯視圖

二次過街行人闖紅燈相機(jī)（左）人員密度相機(jī)（右）架設(shè)俯視圖

在高峰期，路段行人過街需求和機(jī)動車流量都較大且穩(wěn)定，行人過街信號控制需要考慮與上下游交叉口信號控制進(jìn)行協(xié)調(diào)，此時的主要問題在于避免由于機(jī)動車在路段停車導(dǎo)致下游交叉口綠燈空放或車輛排隊(duì)溢出，應(yīng)采用定周期協(xié)調(diào)控制方案。根據(jù)前期調(diào)研確定行人放行和清空時長，同時根據(jù)上下游交叉口信號配時方案得到路段信號控制周期及機(jī)動車綠燈時長，盡可能優(yōu)先保證高峰期交通不擁堵，再保證行人的過街需求。

11.環(huán)島控制

1）應(yīng)用場景
環(huán)島路口是在幾條相交道路的平面交叉口中央設(shè)置一個半徑較大的中心島，使所有經(jīng)過交叉口的直行和左轉(zhuǎn)車輛都繞著中心島作逆時針方向行駛（靠左行駛的國家或地區(qū)則為順時針方向），在其行駛過程中存在多股車流交織。根據(jù)環(huán)形路口中心島直徑，可將環(huán)形路口分為3類：
常規(guī)環(huán)形路口：直徑≥25m
小型環(huán)形路口：4m≤直徑≤25m
微型環(huán)形路口：直徑≤4m，此時中心島可以不做成圓形凸起，通過標(biāo)線施畫圓圈代替，此類環(huán)形交叉口可按常規(guī)平面路口處理
由于環(huán)形/井字路口的通行能力受其交織段通行能力限制，隨著車流量的增加，環(huán)形路口的交通流自組織運(yùn)行狀態(tài)將趨于不穩(wěn)定，任何微小的擾動都足以引起交通紊亂，出現(xiàn)環(huán)島交通擁堵。此時需要對環(huán)島/井字路口進(jìn)行信號控制，從時間層面對入環(huán)及環(huán)內(nèi)車輛分配通行權(quán)，減少車流交織增加環(huán)島通行能力。有一種環(huán)形交叉口的變體——井字形交叉口，也可以把井字中間的部分看做環(huán)島，按照環(huán)形交叉口的交通組織策略來處理。
1）控制策略
信號控制環(huán)島路口的通行原則為：入環(huán)車輛讓環(huán)內(nèi)及出環(huán)車輛先行。環(huán)島路口信號控制方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于相位方案設(shè)計(jì)。根據(jù)對左轉(zhuǎn)車輛的控制方式，可將機(jī)動車信號相位設(shè)計(jì)分為兩種：單重信號控制和雙重信號控制。
單重信號控制
對左轉(zhuǎn)車輛只做入環(huán)控制，左轉(zhuǎn)車輛與同進(jìn)口的直行車輛在同一相位入環(huán)。需要在各進(jìn)口車輛入環(huán)處設(shè)置停車線。以兩路相交的四岔環(huán)形路口為例，常規(guī)相位方案為：兩相位（對稱進(jìn)口同時放行），不適應(yīng)左轉(zhuǎn)流量較大的情況；四相位（單口放行，一般為順時針放行），相位圖如下所示。
單重信號控制相位設(shè)計(jì)
雙重信號控制
對左轉(zhuǎn)車輛做兩次控制（入環(huán)控制和出環(huán)控制）。左轉(zhuǎn)車輛與同進(jìn)口直行車輛在同一相位入環(huán)，左轉(zhuǎn)車輛出環(huán)則在后續(xù)相位完成。對于每個進(jìn)口的左轉(zhuǎn)車流需要設(shè)置兩處停車線，第一停車線設(shè)置在各進(jìn)口處，在進(jìn)口導(dǎo)向島的角頂，做入環(huán)車流的停止線；第二停車線設(shè)置在各進(jìn)口道上游方向的環(huán)道上，近右側(cè)導(dǎo)向島的前端角頂，做環(huán)內(nèi)車流的停止線，左轉(zhuǎn)車流出環(huán)時需要在第二停車線等候，在專用相位中完成出環(huán)。以兩路相交的四岔環(huán)形路口為例，常規(guī)相位方案設(shè)計(jì)如下：
雙重信號控制相位設(shè)計(jì)
采用雙重信號控制方式需要保證左轉(zhuǎn)車輛在環(huán)島路口內(nèi)部排隊(duì)空間充足，環(huán)道車道數(shù)必須大于1。一般而言，當(dāng)中心島直徑大于25m時，車輛有足夠空間在環(huán)道上繞行和排隊(duì)，建議采用雙重信號控制方式。

12.潮汐車道控制

1）應(yīng)用場景
城市道路交通由于城市用地布局規(guī)劃、特殊活動開展等可能產(chǎn)生階段性、定時性、規(guī)律性的單向交通擁堵（路段一個方向流量較大，一個方向流量較?。?，且在不同時段道路擁堵方向不同，我們將這種不均衡的交通現(xiàn)象稱之為潮汐交通。潮汐交通主要發(fā)生在工作日早晚高峰期，假日高峰期以及重大活動節(jié)慶日等時段。解決潮汐交通問題，主要通過設(shè)置潮汐車道進(jìn)行信號控制，并輔以交通組織等管控措施共同實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)行潮汐車道控制不僅需要達(dá)到路段雙向車流分布不均衡的要求，還應(yīng)滿足一定的道路設(shè)施、車道設(shè)置、交通組織等條件。例如，設(shè)置潮汐車道的道路一般不能設(shè)有中央分隔帶或路面電車軌道等不可移動設(shè)施，便于潮汐車道分隔帶移動。路段機(jī)動車車道數(shù)目必須至少為雙向3 車道，存在車道改變的余地，具體詳見《可變車道信號控制解決方案》V1.0。
2）控制策略
潮汐車道信號控制系統(tǒng)由前端子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)以及后端管理子系統(tǒng)三大部分組成。前端子系統(tǒng)主要由信號機(jī)、車道燈、交通誘導(dǎo)屏、視頻車檢器等組成，根據(jù)后端平臺潮汐車道控制方案進(jìn)行相應(yīng)變化，后端子系統(tǒng)進(jìn)行控制指令下發(fā)和監(jiān)控等功能。目前支持定時切換、人工切換兩種模式。

若判斷可實(shí)施潮汐車道信號控制時，除了車道燈、誘導(dǎo)屏等硬件設(shè)備，還需注意配套的交通標(biāo)志標(biāo)線、標(biāo)牌等附屬設(shè)施安裝。

13.可變車道控制

1）應(yīng)用場景
可變車道控制與潮汐車道控制場景類似。潮汐車道指在不同時刻，該車道可以供對向車輛使用，可變車道指在不同時刻，該車道可供該進(jìn)口不同轉(zhuǎn)向的車流（如左轉(zhuǎn)車道和直行車道間切換）使用。兩種方式均是當(dāng)?shù)缆凡煌飨虻慕煌ㄐ枨蟀l(fā)生較大變化時，通過改變該車道功能，實(shí)現(xiàn)車道資源動態(tài)分配，更好的匹配新的交通流特征。本方案主要介紹可變交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，闡述具體信號控制方法及配套交通管控措施。
可變導(dǎo)向車道控制涉及交通組織調(diào)整，屬于非常規(guī)信號控制，對日常駕駛行為習(xí)慣帶來一定挑戰(zhàn)，是否采用可變導(dǎo)向車道控制需要嚴(yán)格論證，包括道路條件、交通流條件、信號控制條件、交通標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置。例如，要求直行和轉(zhuǎn)向交通流呈現(xiàn)一定的互補(bǔ)性，某一導(dǎo)向方向車輛排隊(duì)過長嚴(yán)重影響駕駛?cè)俗儞Q車道和路段通行，通過信號配時優(yōu)化不能有效適應(yīng)交通流量變化和改善車輛排隊(duì)過長狀況。進(jìn)口應(yīng)具有專用轉(zhuǎn)向相位，同方向?qū)蜍嚨罃?shù)不大于相應(yīng)的出口車道數(shù)等。
2）控制策略
本方案應(yīng)用于可變導(dǎo)向車道特征的信號控制平面交叉口，方案需要通過視頻車檢器檢測不同轉(zhuǎn)向車流的實(shí)時流量、排隊(duì)長度、占有率等數(shù)據(jù)，用于方案評估與方案設(shè)計(jì)，故所有進(jìn)口布設(shè)視頻車檢器；可變車道燈用于指示實(shí)時車道功能；誘導(dǎo)屏提示駕駛員安全駕駛信息；視頻車檢器、車道燈、交通誘導(dǎo)屏與前端信號機(jī)、后端平臺共同組成可變導(dǎo)向車道信號控制系統(tǒng)。目前支持定時切換、人工切換兩種模式。
若判斷可實(shí)施潮汐車道信號控制時，除了車道燈、誘導(dǎo)屏等硬件設(shè)備，還需注意配套的交通標(biāo)志標(biāo)線、標(biāo)牌等附屬設(shè)施安裝。

14.不停車關(guān)聯(lián)路段控制

1）應(yīng)用場景
在城市道路交通網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常需要對某些特殊路段進(jìn)行不停車控制要求的規(guī)定，例如橋面、隧道等路段，出于行車安全因素考慮需要盡可能避免車輛停車排隊(duì)現(xiàn)象。當(dāng)路段車流運(yùn)行受上下游路口信號控制影響較大時，需要對關(guān)聯(lián)路口進(jìn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動控制，以達(dá)到路段車輛停車次數(shù)最小化的目標(biāo)。因此，本文主要介紹對有不停車管理需求的路段的上下游路口的信號控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
2）控制策略
為了盡可能實(shí)現(xiàn)車輛不停車通過路段，需要對路段上下游路口進(jìn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動控制，重點(diǎn)在于信號控制方案的制定，包括相位相序、相位差、綠燈時間、周期時長等參數(shù)確定。通常情況下，多個路口進(jìn)行協(xié)調(diào)控制時需要為每個路口各配置一臺信號機(jī)便于進(jìn)行相位差等參數(shù)設(shè)置。但在路口間距較小的情況下，也會出現(xiàn)用同一臺信號機(jī)控制上下游路口的情況。因此，解決思路可以根據(jù)信號機(jī)設(shè)備是否共用分情況制定。
上下游路口各用一臺信號機(jī)
基本思路為：對上下游路口進(jìn)行綠波協(xié)調(diào)控制，根據(jù)綠波方案是否隨著交通量實(shí)時調(diào)整可分為靜態(tài)綠波與動態(tài)綠波兩種。靜態(tài)綠波：綠波方案根據(jù)歷史流量生成，方案參數(shù)（周期、相位差、綠信比）不隨實(shí)時交通量的變化而變化。動態(tài)綠波：綠波方案根據(jù)實(shí)時交通流量生成并不斷調(diào)整，適用于交通流波動較大的情況。
上下游路口共用一臺信號機(jī)
當(dāng)上下游路口間距較小共用一臺信號機(jī)時，無法通過設(shè)置相位差進(jìn)行綠波協(xié)調(diào)控制，此情況可以通過設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)路口的相位相序盡可能實(shí)現(xiàn)路段不停車、排隊(duì)長度最小的控制效果。由于路口間距較小，可將二者看做一個路口同步放行，同時需要根據(jù)情況增加清空相位使橋面停車及時清空。

15.人工干預(yù)控制

在特殊道路交通環(huán)境或特定交通控制需求下，通過遠(yuǎn)程或現(xiàn)場人員，直接干預(yù)交通信號控制系統(tǒng)或信號。適用條件與適用場景包括手動控制相位轉(zhuǎn)換、強(qiáng)制執(zhí)行特定相位、信號燈黃閃、全紅控制等。
人工干預(yù)控制方式是在路口極為擁堵的狀態(tài)下，或單個路口出現(xiàn)突發(fā)事件后對路口產(chǎn)生明顯交通影響下采取的非常規(guī)手段，中心人工干預(yù)可以通過視頻圖像等手段分析交通問題所在，從路口乃至路段區(qū)域全局考慮下發(fā)人工干預(yù)命令；而路口人工干預(yù)控制的瓶頸在于控制人員觀察范圍有限，不能對全局進(jìn)行有效掌控。
目前現(xiàn)場手動控制支持2種模式，一種是機(jī)箱按鍵模式，一種是遙控器模式。手動控制主要包括三項(xiàng)功能：
1)   黃閃；
2)   全紅；
3)   步進(jìn)。
步進(jìn)，信號燈按照相序執(zhí)行下一個綠燈相位，按下步進(jìn)后，信號燈會進(jìn)入切換狀態(tài)，當(dāng)前綠燈相位進(jìn)入綠閃，再跳轉(zhuǎn)紅燈。即原先設(shè)定的相位過渡機(jī)制保留不變的前提下，提前執(zhí)行下一個相序動作。

16.降級策略控制

信號機(jī)發(fā)生異常時提供如下降級運(yùn)行：
1）與中心計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)發(fā)生脫機(jī)，自動轉(zhuǎn)換為多時段定時運(yùn)行；
2）車輛檢測器異常產(chǎn)生時，停止感應(yīng)控制，自動轉(zhuǎn)換為中心控制或多時段定時運(yùn)行；
3）信號機(jī)運(yùn)行中若檢測出配時異常，自動轉(zhuǎn)換為固定配時方案運(yùn)行；
4）信號機(jī)運(yùn)行中若產(chǎn)生綠-綠沖突或某一信號燈組紅燈熄滅，立即自動轉(zhuǎn)換為執(zhí)行黃閃或熄燈運(yùn)行；
5）信號機(jī)運(yùn)行中檢測出AC220V電源電壓超出高、低壓限范圍時，立即自動轉(zhuǎn)換為執(zhí)行黃閃或熄燈運(yùn)行；
6）信號機(jī)運(yùn)行中若檢測出微處理器異常時，立即執(zhí)行固定配時運(yùn)行；
7）信號機(jī)運(yùn)行中若檢測出某一個燈組的紅燈與綠燈同時點(diǎn)亮?xí)r，立即執(zhí)行黃閃運(yùn)行；
8）信號機(jī)運(yùn)行中若檢測出輸出管理模塊與微處理器模塊通信異常時，執(zhí)行開機(jī)時的信號配時；
9）信號機(jī)運(yùn)行中若檢測出輸出管理模塊異常時，立即執(zhí)行黃閃運(yùn)行。