常熟道路交通信號控制的現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向

胡治剛

(同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 201804)

0 引言

城市交通擁堵的本質(zhì)是城市交通供求的不平衡，是交通供給滯后于交通需求，因此，緩解城市交通擁堵，一方面是要通過道路及基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)來增強(qiáng)交通供給能力;另一方面，要采取有效措施合理調(diào)控交通需求，從而總體上實現(xiàn)交通供給與需求的動態(tài)平衡。從供給的角度來看，由于城市道路網(wǎng)的建設(shè)受城市規(guī)劃、城市規(guī)模、土地利用以及財力、物力等諸多因素的限制，不可能無限擴(kuò)張，因此單靠改善道路系統(tǒng)是不足以解決交通擁堵問題的，通過國內(nèi)外交通發(fā)展的經(jīng)驗，道路修建的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法趕上機(jī)動車發(fā)展的速度;從需求的角度來看，通過政策制定(如公交優(yōu)先、擁堵收費(fèi)等)來限制機(jī)動車需求，但目前國內(nèi)尚不宜采取強(qiáng)制措施限制小汽車的購買和使用。因此，如何科學(xué)組織道路交通，充分發(fā)揮現(xiàn)有路網(wǎng)的通行效能，顯得尤為重要。近年來，常熟交巡警部門在這方面進(jìn)行了有益的探索，也收到了較好的效果。

1 常熟市道路交通信號控制的現(xiàn)狀

設(shè)置交通信號燈是從時間上分離交通沖突點的主要方式，也是均衡路網(wǎng)交通負(fù)荷的重要手段。近年來，常熟市機(jī)動車數(shù)量迅速增長，到目前為止，汽車保有量突破22萬輛，現(xiàn)有道路的局限與行車需求之間的矛盾在進(jìn)一步凸顯，交通擁堵隨之成為城市生活的一大問題。因此，常熟交巡警部門積極從交通信號控制入手，努力尋求道路通行效能的最大化。

1)通過增設(shè)交通信號燈和優(yōu)化信號配時，提高對交通流運(yùn)行的掌控能力。

首先在流量和事故達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的路口路段增設(shè)信號燈，確保路口和路段交通的安全與暢通;其次將部分路口的信號燈控制模式由傳統(tǒng)的二相位控制變更為多相位控制，并視交通流的流量流向特性，設(shè)置早斷或遲啟，以提高路口的通行能力。目前，全市已有530個信號燈控路口，在交通科學(xué)管理、優(yōu)化我市交通組織方面發(fā)揮了重要的作用。在此基礎(chǔ)上，著眼宏觀優(yōu)化整個路網(wǎng)信號燈的配時，提高整個路網(wǎng)的通行效能。我市較早建立了城市道路交通信號控制系統(tǒng)，并根據(jù)流量情況合理調(diào)整配時，極大地提高了路口的通行能力。同時還在主干道上設(shè)置了“綠波帶”，常熟市區(qū)已經(jīng)形成了“三縱”(海虞北路、虞山北路、新世紀(jì)大道)和“七橫”(楓林路、珠江路、長江路、黃河路、富春江路、通港路、204國道)的“綠波帶”。目前全市已有437個路口納入了信號聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，已形成14條綠波帶，主干道路車輛排隊縮短，交通延誤降低，城市道路暢通度明顯提高。

2)通過創(chuàng)新交通信號控制理念，用新手段、新措施反哺交通管理實際。

a．建立了全國縣級市第一個交通模擬實驗室。

該實驗室建立了交通規(guī)劃、渠化設(shè)計與信號控制模型，該模型不僅是常熟市交通管理水平的展示平臺，還是為交通管理人員提供業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)和實戰(zhàn)培訓(xùn)的教育平臺，其中的交通信號控制模型作為道路通行權(quán)中時間通行權(quán)的劃分，展示了交通信號控制的點控、線控、面控、行人過街請求、警衛(wèi)線路設(shè)置等功能，所有的模型路口與實驗室中心服務(wù)器連接，通過實驗室中心服務(wù)器可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控和調(diào)整信號配時方案。

b．積極引進(jìn)高科技管理技術(shù)軟件。

2009年，常熟交巡警部門為了進(jìn)一步提高交通管理水平，專門從德國引進(jìn)了目前世界上先進(jìn)專業(yè)的交通仿真軟件(VISSIM)［1］，通過運(yùn)用該軟件，可以對單點信號控制交叉口和協(xié)調(diào)控制的路網(wǎng)進(jìn)行交通控制的評價和優(yōu)化，還可以對比分析信號控制交叉口的交通設(shè)計方案，特別是對復(fù)雜的信號控制方案進(jìn)行事先優(yōu)化和測試。目前，該軟件已應(yīng)用于實戰(zhàn)，這標(biāo)志著常熟市的交通管理事業(yè)邁進(jìn)了交通仿真的領(lǐng)域，為常熟市的交通管理的長遠(yuǎn)發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

c．實現(xiàn)了中心控制與路面民警的互動。

通過城市交通信號控制系統(tǒng)，能迅速響應(yīng)路面民警的需求，同時也能將中心控制決策和路面指揮有機(jī)的結(jié)合起來，做到了協(xié)同作戰(zhàn)。

3)通過探索新的交通信號控制手段，不斷提高道路通行能力。

a．提出“綠波帶組合”概念，解決干線綠波協(xié)調(diào)問題。當(dāng)一條干線有十幾個路口時，如何科學(xué)地設(shè)置“綠波帶”成為了一個問題，如果全線設(shè)置成一條“綠波帶”的話，到“綠波帶”最后幾個路口時車流將變得非常發(fā)散，通行能力將直線下降，“綠波帶”的效果也將大打折扣。為此，常熟交巡警部門經(jīng)過不斷的實踐研究，根據(jù)路口之間的距離將一條干線合理劃分成若干個“綠波帶組合”，可實現(xiàn)在經(jīng)過一到兩個“綠波帶”后，車流能再次聚集，能以飽和流量重新開始新的綠波行程，從而大大提高干線交通的通行能力。

b．提出“紅波帶”概念，通過控制約束上游車流的技術(shù)手段，解決節(jié)假日大交通流量集中進(jìn)入中心區(qū)域的交通組織問題。所謂“紅波帶”就是讓機(jī)動車行駛到每一個通往中心區(qū)域的路口時都讓其遇到紅燈，把交通流合理分配到路段上的各個路口，控制進(jìn)入中心區(qū)域的機(jī)動車的數(shù)量，減輕中心區(qū)域關(guān)鍵路口的壓力，同時讓出中心區(qū)域的車輛遇到綠燈，盡快駛出中心區(qū)域。通過大膽地引入“紅波帶”控制，我市在節(jié)假日及重大活動的交通組織中，能夠靈活地通過流量監(jiān)測設(shè)備所檢測到的中心區(qū)域流量數(shù)據(jù)，根據(jù)其是否大于承受能力，利用“紅波帶”控制進(jìn)入中心區(qū)域的機(jī)動車的數(shù)量。

c．運(yùn)用全紅控制方式解決路口滯留車輛的疏散問題。通過城市交通信號控制系統(tǒng)能遠(yuǎn)程直接加載全紅控制方式到路口，讓路口滯留車輛快速駛離交叉口，避免了因為交叉口的堵塞而導(dǎo)致整個區(qū)域交通的癱瘓。

d．開發(fā)應(yīng)用交通警衛(wèi)線路信號自動控制程序。該程序基于城市交通信號控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可完全實現(xiàn)警衛(wèi)線路的預(yù)設(shè)，并將信息存儲，待執(zhí)行警衛(wèi)任務(wù)時直接選取執(zhí)行。此外，該程序還實現(xiàn)了多條警衛(wèi)線路的同時運(yùn)行，滿足多個車隊同時通行的需求，經(jīng)投入使用，最大限度地節(jié)約了警力資源，確保了各項警衛(wèi)任務(wù)的順利進(jìn)行。

2 常熟市道路交通信號控制成效的評估

通過引入多種全新的交通信號控制理念，將數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化相互協(xié)調(diào)、有機(jī)地融入到交通管理的實踐中，擺脫了以往交通組織依賴“人海戰(zhàn)術(shù)”的陳舊模式，將警力充分解放出來，真正發(fā)揮了交通信號控制“四兩撥千斤”的“巧勁”，可謂“運(yùn)籌于帷幄之中，疏浚于千里之外”，其成效是顯而易見的。

首先，城市交通信號控制系統(tǒng)自動協(xié)調(diào)和控制了整個控制區(qū)域內(nèi)交通信號燈的配時方案，均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流運(yùn)行，使停車次數(shù)、延誤時間及環(huán)境污染減至最小，交叉口通行能力提高了15%，我市交叉口高峰期的周期時間控制在130 s左右，不超過兩次綠燈就能通過路口，平峰期的周期時間控制在90 s左右，基本一次綠燈就能通過路口，充分發(fā)揮道路系統(tǒng)的交通效益。

其次，城市交通信號控制系統(tǒng)提高了我市交巡警部門處置各種交通事件的能力，特別是發(fā)生突發(fā)事件(如交通事故、大型活動、重大節(jié)假日等)時，可通過控制中心人工干預(yù)，直接控制路口信號機(jī)執(zhí)行指定相位，強(qiáng)制疏導(dǎo)交通，能將聚集的交通流快速疏散出去，避免交通事故的發(fā)生，尤其值得一提的是，在大雪等自然災(zāi)害和近幾年的大型活動中，由于城市交通信號控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，我市未發(fā)生大規(guī)模的交通擁堵，保障了通行安全。

再者，極大地節(jié)省了人力支出。過去在交通警衛(wèi)時，大路口至少需要安排4名警力維護(hù)秩序，小路口至少需要2名警力。現(xiàn)在，通過應(yīng)用交通警衛(wèi)線路信號自動控制程序，大路口一般只需安排1名警力，而小路口則不用專門安排警力執(zhí)勤，這樣極大地節(jié)約了基層的警力資源，使基層警力解放出來從事其他工作任務(wù)，從而大大提高了工作效率。此外，通過城市交通信號控制系統(tǒng)，能迅速檢查前端信號機(jī)的工作狀態(tài)，方便維修人員及時發(fā)現(xiàn)和排除故障，極大提高了維護(hù)的工作效率，使得信號機(jī)能始終處于正常的工作狀態(tài)。

3 未來常熟道路交通信號控制的發(fā)展方向

到2012年年底，常熟市將實現(xiàn)所有信號燈路口與交通控制中心聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)率達(dá)到100%，同時路口視頻監(jiān)控設(shè)置率也將達(dá)到100%，在這種背景下，經(jīng)過這些年的發(fā)展和探索，筆者認(rèn)為常熟市道路交通信號控制的未來發(fā)展方向應(yīng)是:交通信號控制系統(tǒng)與基于警用地理信息系統(tǒng)(PGIS)的交通指揮集成控制平臺［2］完美結(jié)合，有效緩解交通擁堵，提高交通效率。

具體有以下幾個方面:

1)針對可能發(fā)生的交通擁堵，利用交通預(yù)警與交通信號控制的動態(tài)關(guān)聯(lián)實現(xiàn)有效預(yù)防。

交通預(yù)警分為常態(tài)預(yù)警和動態(tài)預(yù)警。常態(tài)預(yù)警是指通過對轄區(qū)主要道路、學(xué)校、旅游場所、商場、大型企業(yè)等主要交通發(fā)生和吸引點，并結(jié)合節(jié)假日、天氣等因素進(jìn)行分析，將預(yù)期可能發(fā)生的擁堵地點在PGIS地圖上報警。動態(tài)預(yù)警是指對交通流的歷史數(shù)據(jù)分析研判之后，對周期性的擁堵點、大型活動、交通管制、道路施工等可能產(chǎn)生的交通擁堵在PGIS地圖上進(jìn)行預(yù)警。交通信號控制首先提示是否需要進(jìn)行交通信號控制干預(yù)，然后根據(jù)不同的預(yù)警內(nèi)容，分別給出不同的交通信號控制的建議干預(yù)方案，并實時評價干預(yù)后的交通運(yùn)行結(jié)果，根據(jù)結(jié)果再給出新的建議干預(yù)方案，這樣，由于提前進(jìn)行了交通干預(yù)，可以有效的避免交通擁堵的發(fā)生，從而實現(xiàn)了交通預(yù)警與交通信號控制的動態(tài)關(guān)聯(lián)。

2)針對已經(jīng)發(fā)生的交通擁堵，利用交通指揮集成控制平臺的集成控制功能實現(xiàn)有效緩解。

當(dāng)路口或路段出現(xiàn)交通事故或堵塞等突發(fā)事件時，在PGIS地圖上定位交通事故或堵塞點，快速啟動交通事故或堵塞點周圍的電視監(jiān)控視頻圖像、交通信號控制界面，在PGIS地圖上顯示路段擁堵的狀態(tài)、警力、急救等信息以及交通、建筑分布狀況等信息，然后進(jìn)入交通信號控制系統(tǒng)界面，顯示對應(yīng)的路口信息，通過改變相關(guān)路口的信號配時方案達(dá)到快速反應(yīng)決策與統(tǒng)一調(diào)度指揮。

3)針對日益增多的警衛(wèi)特勤任務(wù)，利用交通警衛(wèi)任務(wù)的可視化和自動化執(zhí)行提高工作效率。

借助警用地理信息系統(tǒng)(PGIS)地圖，使得參與決策的人員能夠直觀地了解警衛(wèi)任務(wù)路線規(guī)劃、人員數(shù)量、車輛布置等信息，并能夠?qū)⒋罅坑嬎銠C(jī)可以處理的工作如各個交通管理子系統(tǒng)間的聯(lián)動交給計算機(jī)完成，節(jié)省決策參與人員的精力和時間，從而再為警衛(wèi)和特勤任務(wù)提供專用路線，為消防、救護(hù)車隊提供快速通道以及大型活動交通組織與指揮等交通組織工作提供決策輔助服務(wù)，其特點如下:

a．自動完成警衛(wèi)路線控制方案的預(yù)設(shè):操作人員不需要掌握各種信息，只需在PGIS地圖上畫出警衛(wèi)任務(wù)的行走路線，即可自動生成警衛(wèi)任務(wù)的控制方案。

b．自動調(diào)用警衛(wèi)線路的視頻圖像:操作人員只需在PGIS地圖上通過折線將從起點到終點的警衛(wèi)線路畫出來，即可自動根據(jù)警衛(wèi)車隊的GPS位置將警衛(wèi)任務(wù)沿線的所有電視監(jiān)控圖像按順序調(diào)用并切換到大屏上，實現(xiàn)實時監(jiān)控。

c．自動執(zhí)行警衛(wèi)路線控制方案:開道車實時的經(jīng)緯度信息顯示在警用地理信息系統(tǒng)上，交通控制中心可隨時掌握開道車的具體位置，當(dāng)警衛(wèi)車隊到達(dá)信號路口時，交通信號控制系統(tǒng)按照觸發(fā)系統(tǒng)信息，通過交通信號控制系統(tǒng)的優(yōu)化算法，改變相應(yīng)路口的交通控制方案，進(jìn)行疏導(dǎo)交通。

4 結(jié)語

我市交巡警部門通過近年來的不斷探索，在應(yīng)用科技手段優(yōu)化交通組織，提升交通管理能力方面嘗到了甜頭，通過創(chuàng)新理念，深挖潛能，極大地解放了警力資源，進(jìn)一步實現(xiàn)了交通管理向“精細(xì)化”的深入轉(zhuǎn)變。未來，常熟交巡警將繼續(xù)秉承“科技化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化”的發(fā)展理念，大力建設(shè)并完善交通指揮集成控制平臺的集成控制功能，努力通過交通預(yù)警與交通信號控制的動態(tài)關(guān)聯(lián)實現(xiàn)有效預(yù)防，利用交通警衛(wèi)任務(wù)的可視化和自動化執(zhí)行不斷提高工作效率，不斷在科技管理手段上做文章，力爭在交通管理科技創(chuàng)新上取得更多更新的突破。

［1] 楊兆升，王 爽．基于Vissim仿真軟件的交通信號配時研究［J］．交通與計算機(jī)，2005(1):7-11．

［2] 王超杰．基于GIS的可視化交通管理系統(tǒng)的研究［J］．大眾科技，2006(2):7-11．