交通信號控制的試金石 | 張福生：正確認(rèn)識感應(yīng)控制

過去幾年，信號控制可算是智能交通行業(yè)中“風(fēng)口浪尖”的領(lǐng)域了，無論深耕行業(yè)多年的“傳統(tǒng)”企業(yè)，還是剛剛進(jìn)入行業(yè)的“新興”企業(yè)，都試圖在信號控制上尋求突破，幾年下來，新名詞、新方法、新模式層出不窮。但是，幾年下來從實際應(yīng)用效果上看似乎進(jìn)入了一個疲勞期，下一步應(yīng)該怎么做，技術(shù)如何演進(jìn)，產(chǎn)品如何升級，用戶需求如何進(jìn)一步響應(yīng)，似乎都進(jìn)入了一個瓶頸與迷茫期。

2022-08-05 14:12:47張福生

我以為，與其不斷“創(chuàng)新”不如從傳統(tǒng)的經(jīng)典的方法中找找靈感，傳統(tǒng)的經(jīng)典的方法中有一些 “祖?zhèn)髅胤健?，這其中感應(yīng)控制也許算一個。

在各種交通信號控制模式中，感應(yīng)控制是一種十分“古老”方法，也是被誤解最多的控制方式，包括對這種控制模式中的基本概念、基本方法、衍生應(yīng)用、產(chǎn)品實現(xiàn)、工程應(yīng)用等等都存在很多誤解。因此在實際應(yīng)用中很容易陷入 “一看就會、一做就錯”的怪圈。

在對感應(yīng)控制的認(rèn)知中，有幾種常見的誤解：

一種觀點認(rèn)為感應(yīng)控制很簡單，不過是根據(jù)交通檢測請求啟動相位，再根據(jù)車輛到達(dá)情況增加時間而已；

另一種觀點認(rèn)為感應(yīng)控制太脆弱、太復(fù)雜，過分依賴檢測器數(shù)據(jù)，無法保障運行持續(xù)可靠；

還有更可笑的，很多商業(yè)宣傳中把感應(yīng)控制方法進(jìn)行各種話術(shù)包裝，甚至打上了“自適應(yīng)”、“人工智能”的標(biāo)簽，神話成了無所不能的創(chuàng)新；而一些單一功能的簡單場景應(yīng)用，如流行一時的“溢出控制”、“死鎖控制”等等不過是感應(yīng)控制下的應(yīng)用場景而已，也被當(dāng)成了“獨門絕技”，甚至堂而皇之賦予“有幾十種控制模式”的噱頭。

之所以要寫寫感應(yīng)控制，一方面就是要從感應(yīng)控制基本原理方法上厘清這些問題，另一方面也有必要從經(jīng)典方法中找找靈感和營養(yǎng)，為我們這個行業(yè)來一次正本清源，一起來認(rèn)真補一次課。

先從幾個簡單認(rèn)知開始：

1、感應(yīng)控制與自適應(yīng)控制

在討論感應(yīng)控制之前，有必要區(qū)分一下它與自適應(yīng)控制的區(qū)別，曾經(jīng)有一次和李克平老師討論怎么區(qū)別感應(yīng)控制（actuated）與自適應(yīng)控制（adaptive），李老師給了一個很簡潔的解釋，大意是：感應(yīng)控制是基于明確規(guī)則和邏輯的控制模式，通過檢測到交通狀態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動規(guī)則運行的一種模式，可以表現(xiàn)為更即時、直觀可感受的信號狀態(tài)變化；自適應(yīng)控制是基于模型（model based）的控制模式，通過設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)，輸入檢測數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)控制輸出，通過不斷指標(biāo)尋優(yōu)的過程實現(xiàn)控制，標(biāo)線上更像是個黑盒。我覺得李老師用簡單語言概要說清了兩種控制方式的不同。

（更進(jìn)一步，自適應(yīng)系統(tǒng)又分為實時自適應(yīng)和方案自適應(yīng)兩種，這又是另一個話題了。）

以我多年從事交通信號產(chǎn)品開發(fā)和工程應(yīng)用的經(jīng)驗，目前為止在國內(nèi)應(yīng)用的系統(tǒng)中，真正意義上得到工程應(yīng)用驗證的實時自適應(yīng)系統(tǒng)還只有SCOOT系統(tǒng)，當(dāng)然SCOOT系統(tǒng)也存在很多應(yīng)用限制。其他更多的系統(tǒng)都還是方案生成、方案選擇式的系統(tǒng)，只能算是不完備的自適應(yīng)功能。（個人觀點，歡迎PK）

2、感應(yīng)控制的必要性

信控領(lǐng)域一直被病詬的一件事情是行業(yè)宣傳與用路人感受間的差異，用路人最基本的交通需求得不到滿足，包括信號空等、信號空放、靜穩(wěn)交通控制、交通事件信號響應(yīng)、特殊路口、特殊人群信號安全保障、應(yīng)急交通信號控制等等問題普遍存在。其實這些需求都可以通過有效感知與合理邏輯運算，結(jié)合完善的感應(yīng)控制機制做出完美的控制響應(yīng)，是感應(yīng)控制最擅長的應(yīng)用場景。

一段時間以來，提到交通信號控制似乎只有協(xié)調(diào)綠波這唯一的方法，很難適應(yīng)復(fù)雜多變的交通場景。即使是協(xié)調(diào)控制，也可以通過與感應(yīng)控制的有效結(jié)合變得更加高效、靈活。

3、感應(yīng)控制的可行性

在和很多同行討論感應(yīng)控制時，遇到的最多問題是：感應(yīng)控制太依賴檢測器，建設(shè)成本高、運維壓力大。對這種觀點我一直不認(rèn)同，的確，檢測器能力與工程覆蓋不足是制約信號控制的關(guān)鍵問題，但是，即使是有限的感知能力，如果能夠得到有效應(yīng)用也可以實現(xiàn)比定時控制優(yōu)秀的效果，即使全部感知失效也不過是降級到現(xiàn)在的定時控制水平，所以簡單把問題歸咎于感知與檢測上不過是掩蓋產(chǎn)品、技術(shù)、設(shè)計能力不足的敷衍與推卸而已。

近年來，隨著各種新感知手段的誕生，這個制約正在被突破，我們看到越來越多的項目建設(shè)中大量采購了先進(jìn)的感知設(shè)施。隨著這些設(shè)施投入運行，已經(jīng)為開啟感應(yīng)控制應(yīng)用創(chuàng)造了良好的數(shù)據(jù)環(huán)境。同時，感應(yīng)控制也是檢驗驗證這些檢測感知設(shè)施的有效手段；一種交通感知手段，無論宣稱多么智能，多么全息，如果最后只是輸出交通量統(tǒng)計、表演幾張漂亮的動感圖表，而不能滿足感應(yīng)控制對數(shù)據(jù)時空精度的要求，那也就是個擺設(shè)了，可以退出市場了。

4、正確認(rèn)識感應(yīng)控制

感應(yīng)控制不僅僅是若干種控制模式中的一種，更重要的，它是各種控制模式的基石，只有在深刻理解領(lǐng)悟交通流特性、路口物理特性的基礎(chǔ)上才能真正掌握感應(yīng)控制的奧妙，要理解感應(yīng)控制需要了解交通流特點（機動車、行人、非機電動車、公交、有軌電車、貨運卡車）、檢測器特性、路口幾何特點、交通控制目標(biāo)。

這些問題，在定周期控制下都默認(rèn)由交通工程師“解決”了，經(jīng)驗性地變成了周期綠信比相位差參數(shù)，信號機變成了一個分時段的定時器執(zhí)行預(yù)定的方案；即使某些號稱具備“自適應(yīng)”能力的系統(tǒng)，也不過是定時生成方案，交給“定時器”運行。從交通信號產(chǎn)品的研發(fā)者到交通信號工程師都是在這種觀念下開展工作。這一個過程更多的是依靠統(tǒng)計數(shù)據(jù)和對交通信號的依賴直觀樸素理解進(jìn)行的，結(jié)果就是產(chǎn)品僵化，控制死板。

感應(yīng)控制是遠(yuǎn)比定周期控制更復(fù)雜的控制模式，某種意義上，感應(yīng)控制幾乎是所有控制模式的基礎(chǔ)。

我一直認(rèn)為感應(yīng)控制是試金石，不能滿足感應(yīng)控制需求的檢測設(shè)備不是合格的檢測設(shè)備；沒有深入理解感應(yīng)控制原理，從定周期方案開始開發(fā)信控產(chǎn)品的工程師，不是合格的信號產(chǎn)品工程師；不具備完善感應(yīng)控制功能的信號控制設(shè)備不是合格的信號控制系統(tǒng)；不會設(shè)計、使用感應(yīng)控制方法的交通工程師不是合格的交通工程師；一個城市的交通信號控制系統(tǒng)無論宣傳多么智能，如果連最基本的感應(yīng)控制都沒有用好，那就是一個智能交通系統(tǒng)不及格的城市。

其實無論哪一種控制模式，本質(zhì)上都要面對以下幾個問題：相位控制哪些交通流、相位恰當(dāng)?shù)膯訒r機、相位啟動條件、相位如何擴(kuò)展、相位如何結(jié)束、相位啟動的順序、多路口間如何實現(xiàn)協(xié)調(diào)聯(lián)動、檢測器如何設(shè)置（輸出什么數(shù)據(jù)、檢測哪個位置、檢測多大區(qū)域）、受控交通流的特性怎樣、如果出現(xiàn)故障如何響應(yīng)、怎樣保障控制安全等。

這些問題正是感應(yīng)控制模式要解決的問題，其中每一個方面都有很多技術(shù)細(xì)節(jié)，只有對這些細(xì)節(jié)有了清晰的認(rèn)知，才能真正掌握信號控制核心奧妙，才能在產(chǎn)品研發(fā)、實踐應(yīng)用中發(fā)揮感應(yīng)控制的巨大優(yōu)勢。

感應(yīng)控制是一個龐大的話題，要完整成體系說清楚恐怕要幾百頁的一本書。所以，猶豫了很久才開始這個話題，我盡量嘗試用不那么枯燥的、科普的方式完成這個系列話題，后面要說的內(nèi)容概括起來，包括：