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中國交通信號控制系統的技術變遷

1978年到2018年,兩代人的時間,中國城市的面貌發生了翻天覆地的變化。40年,中國道路交通信號控制從人工扳動開關到自適應控制,開創了多個“第一”,交通信號控制行業由此發展崛起。

全手工操作

70年代末80年代初,大街上基本以自行車和公交車為主,車流量非常少,交通控制需求低,一些大城市啟用的多是手動控制信號燈。

大街上在一些主要路口都設有一個崗亭,執勤交警坐在崗亭里,時刻關注路口的車流量情況,手動控制著開關實行綠燈放行。

最早的信號控制機,控制端和鋼琴鍵一樣,綠燈、紅燈,哪一個方向,實際上它就是一個直接控制電流的開關。只要有車走,交警的手就不能停,全手工操作控制信號燈在當時比較普遍。

自動化控制開啟

北京7386工程,被視為中國城市交通自動控制的起源項目。源自1973年8月6日,時任第四電子機械工業部部長的王錚,給當時的北京市市長吳德寫信,“要將現代通信技術應用到交通管制和車輛調度上去。”,自此中國城市交通自動控制開始登上歷史舞臺。

總體組根據《北京市城市交通自動控制方案(草案)》提出了計算機集中控制的線控制系統(又稱綠波帶,意為把一條干線道路的多個交叉路口的信號機聯動控制,以優先保證干線交通流一路暢通)的總體技術方案。

1978年5月至11月,我國真正意義上的第一個交通信號自動控制系統在北京前門至象來街正式試驗。控制系統的檢測設備包括地磁式車輛檢測器、二次諧波式車輛檢測器等。

7386工程之后,交通信號自動控制的研究和工程在全國各主要城市迅速開展起來。

1986年,全國各地都在考慮建設交通控制系統的方案,在系統選擇上,北京曾經引起一場爭論。焦點是,在我國城市交通信號控制系統應用上,是靠引進,還是靠國產化。

1987年北京利用引進技術開通了SCOOT系統,1988年上海開通了SCATS系統,此后的十年內,深圳、沈陽、南京、廣州、天津、大連等城市相繼建設了不同系統、規模各異的交通信號控制系統。

同在1987年,公安部組織研發“七五”國家重點科技攻關項目《城市交通控制系統》。由公安部交通管理科學研究所、同濟大學、電子部28研究所、南京市交警支隊共同研發,該系統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。

在信號控制系統發展的前十年,道路交通信號控制系統建設主要集中于大型城市,以引進國外系統為主,著重于消化吸收國外相關技術。

在國外信號控制系統壟斷一段時期后,隨著交通的變化,國內意識到國外的信號控制系統在實際應用中有些差距,并且價格高、維修困難,一批信號機廠商開始誕生。

由于早期計算機控制能力薄弱,且交通流變化不大,當時控制方式主要靠經驗和歷史交通數據確定單臺信號機的信號周期和綠信比,有計算機實現自動控制,為定周期控制和多時段控制。

連云港杰瑞電子有限公司、上海寶康電子控制工程有限公司、南昌金科交通科技股份有限公司等企業初期研發的單點信號機正體現了這一時期的控制特色。

信號控制系統改革序幕拉開

2000年后的十年間,隨著“暢通工程”的開展及各地城市交通指揮中心的建設,道路交通信號控制系統進入應用發展階段,國內廠商研發了一系列的道路交通信號控制系統并在全國開始大范圍應用,相關標準也逐步發布實施。

2001年中,SMOOTH系統信號機、線圈車檢器樣機投入試點,運行感應控制;2002年末,系統平臺上線試運行,實現綠波控制等功能,率先采用了GPRS無線聯網;2003年末,信號機、車檢器升級為嵌入式平臺,實現自適應控制、公交優先控制等。

2004年,浙江浙大中控信息技術有限公司斥巨資研發了Intelliffic交通信號控制系統,主要為城市交通提供實時控制軟件及與軟件兼容的信號機。系統功能包括:多時段多相位單點配時控制、多時段多相位多點協調配時控制、多時段多相位多點聯網協調控制、單點感應控制、區域聯網協調感應控制、完全交通自適應控制。

2005年,中控信息信號控制系統成功應用于杭州市濱江區江南大道雙向綠波控制,實現全國第一條真正意義上的雙向綠波。

2005年12月,HiCon自適應交通信號控制系統以性能測試第一名的成績中標2008奧運城市北京市智能化交通管理投資建設項目,徹底打破國外公司在高端信號控制器的壟斷局面,在中國交通信號控制發展史上具有重要的里程碑意義。

HiCon交通信號控制系統采用多層次分布式控制結構,分為控制平臺層、控制中心層、通信層和路口層四層,具有完整的算法體系,包括區域協調控制算法、感應式協調控制算法、行人二次過街算法、城市快速出入口與城市路口的協調算法以及突發事件的檢測算法,支持NTCIP開放協議。

上海駿碼交通科技有限公司總工程師周永順認為,該系統投入之后,國內信號控制系統主要出現了幾大變化:首先是聯網;第二是設備處理能力提升,相位由8位上升到32位,設備處理能力提升才可以實現智能化;第三是檢測手段提升;第四是算法的提升。

2008年,國家標準GB/T20999-2007《交通信號控制機與上位機間的數據通信協議》正式出臺,該標準適用于交通信號控制系統信號機與上位機間的通信,此項標準的發布,對我國信號控制系統來說無疑是一大進步。

這一時期,國內道路交通信號控制系統偏重于聯網控制管理功能,道路交通流優化功能不強,道路交通信號控制系統大多運行于單點的多時段或感應控制以及干線的固定配時協調控制。

互聯網數據融入

2010年以后,隨著公安部“兩化”工作的推進,交通信號控制的智能化和互聯網+、視頻圖像處理技術的結合又有了很大的發展。

周永順表示,近幾年的發展主要在于檢測手段的提升,地磁、視頻、雷達等新檢測方式開始出現,檢測精度也在不斷提升,明顯變化是互聯網+,控制系統中逐漸加入互聯網數據。

在2016杭州·云棲大會上,城市數據大腦發布。王堅認為:世界上最遠的距離是攝像頭到信號燈。城市大腦通過各類數據感知交通態勢進而優化信號燈配時。此外,融合高德、交警微波和視頻數據去感知交通事件,包括擁堵、違停、事故等,并觸發機制進行智能處理。并實現了120救護車等特種車輛的優先調度,事件報警、信號控制與交通勤務快速聯動。

2017年,滴滴智慧交通 “互聯網+信號燈”首個項目在濟南落地。滴滴的加入主要為行業帶來了海量互聯網軌跡數據和先進算法,可以評估區域實時車流量。之后,滴滴互聯網+信號燈相繼在武漢、貴陽、成都等多座城市落地。

受互聯網影響,傳統智能交通企業也在信號控制系統上發力。北京易華錄信息技術股份有限公司發布“易慧”和“易策”產品,通過結合大數據,利用人工智能技術,實現區域路網路權調控,對路口情況進行分析,讓警力跟著警情走,包括干線信控評價等。海信“智慧心臟”的著力點則就在信號上,目的是實現全城信號控制的自動無人化。

在此期間,單點自適應控制、干線綠波動態協調、基于GPS北斗定位及RFID的特種車輛優先控制得到廣泛應用,面向飽和交通的區域均衡控制策略也已開始實施。

相關標準也逐步落實,2017年7月21日,公安部交通管理科學研究所在無錫組織召開交通信號控制系列標準征求意見會,國家標準《道路交通信號控制系統通用技術要求》對系統結構、功能要求、性能指標、通信要求、安全要求、測試要求、運維管理作出了規定,適用于信號系統的規劃、設計、建設、測試及應用整個生命周期。

幾點遺憾

四十年來,我國道路交通信號控制系統已得到大規模地應用實施,成為道路交通管理中不可或缺的業務系統,然而從控制器和控制系統的水平來看,尚未形成可與國外知名系統比肩的國產道路交通信號控制系統,在中心系統化控制層面比較弱。

信控中國俱樂部會員王小剛表示,主要原因在于目前對于控制系統的研發還屬于項目驅動型;其次是國內研發力量較分散,各廠家之間的競爭無序,沒有形成集體開發的態勢;三是信號控制系統難以考核,導致研發動力不足,雖然中心系統能做的事情很多,但是可以量化的很少;四是目前研發仍以企業為主導,國家還未形成主導研發機構。

此外,浙江大學王殿海教授曾提到當前信號控制系統在我國面臨的幾個問題:一是數據問題,傳感器布設密度低,損壞率高;二是交通問題,達到擁堵程度,傳感器失去判別作用,另外是混合交通;第三基礎問題,基礎工作不充分,還包括運維問題。

王殿海認為實際上我們擁有各種很好的信號控制系統,包括SCOOT、SCATS,但是沒有一個系統真正發揮了作用。現在需要創新,包括大學、企業都需要創新,但是更需要把我們已有的系統用好,我們投入巨資建成的系統,還沒有用好。

寫在最后

經過幾十年的市場驅動發展,信號控制系統在逐步完善,但行業整體技術進步緩慢。有業內人士認為,到目前為止互聯網的介入帶來的是行業受到了更大關注,項目體量急劇擴大,各種花式層出不窮,但是不可忽視的是:標準和規則不斷被打破,基礎工作不受重視;喊“新”口號,重復舊套路。

中國交通信號控制系統走過了40年不平坦的路,未來道路交通信號控制系統智能化發展之路仍任重道遠。

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