1.關(guān)于城市道路交通管理

城市交通規(guī)劃是城市交通循環(huán)發(fā)展的龍頭，管理和控制特別是信號(hào)控制在城市交通管理中處于交通循環(huán)發(fā)展鏈的末端，既是規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)的結(jié)果，也應(yīng)該對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?。交通管理還與交通參與者的行為密切相關(guān)。

2.關(guān)于城市交通擁堵

城市道路交通擁堵有很多方面的原因，主要包括城市人口密度、功能區(qū)塊分布及小汽車使用；路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、容量和級(jí)配以及停車設(shè)施、公交系統(tǒng)、樞紐轉(zhuǎn)換運(yùn)行的服務(wù)水平等原因。主要節(jié)點(diǎn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)離不開交通運(yùn)行和管理、交通政策和法規(guī)、交通經(jīng)濟(jì)（價(jià)格因素）、現(xiàn)代交通意識(shí)的全民教育等因素。

城市道路交通信號(hào)管理是城市道路交通管理中最重要的內(nèi)容（本文“交通信號(hào)”特指道路交叉口的燈光信號(hào)），城市道路交通信號(hào)對(duì)城市道路交通流產(chǎn)生直接的作用，是智能交通、智慧城市領(lǐng)域的核心內(nèi)容。與信號(hào)控制密切相關(guān)的道路設(shè)施平面設(shè)計(jì)、標(biāo)志標(biāo)線、隔離、燈光、綠化、視距等因素也會(huì)影響駕駛員的操作行為。

3.我國信控領(lǐng)域的問題

國內(nèi)城市道路交通的信號(hào)控制是從上世紀(jì)80年代開始，各方面都做了較大努力，雖然取得了較多進(jìn)步但總體上還存在很多問題。

首先是對(duì)信號(hào)控制的基本理論和適用性關(guān)注不夠，理論研究與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，二三十年來沒有本質(zhì)上的突破，教科書內(nèi)容嚴(yán)重滯后；法規(guī)、規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失、粗糙、不嚴(yán)密、缺乏對(duì)實(shí)際工作的指導(dǎo)性。

下圖中可以看到國內(nèi)關(guān)于信號(hào)控制方面發(fā)表的學(xué)術(shù)論文，包括單點(diǎn)定時(shí)信號(hào)、單點(diǎn)感應(yīng)控制、單點(diǎn)自適應(yīng)控制、干線協(xié)調(diào)和區(qū)域交通控制等。其中，關(guān)于單點(diǎn)定時(shí)信號(hào)的論文數(shù)量非常少，而區(qū)域交通控制方面的論文非常多。而在實(shí)踐方面，城市道路交通信號(hào)控制大部分還是定時(shí)信號(hào)控制，并沒有實(shí)現(xiàn)智能化。

從數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際工作中需要的一些知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知，在研究領(lǐng)域中卻并不十分關(guān)注，而研究領(lǐng)域關(guān)注的內(nèi)容卻是實(shí)際工作領(lǐng)域中并不怎么需要的。

還有一個(gè)問題是，我國的信號(hào)機(jī)和控制系統(tǒng)的研發(fā)過于分散（企業(yè)各自為陣、各主一方），國內(nèi)生產(chǎn)信號(hào)機(jī)的企業(yè)有一百多家，各個(gè)企業(yè)都疲于奔命，難以從企業(yè)的角度來增加研究研發(fā)力度。高校和研究機(jī)構(gòu)對(duì)實(shí)際問題的研究方向上有些錯(cuò)位，具體的工程設(shè)計(jì)中缺乏時(shí)空一體化設(shè)計(jì)的基本理念。

道路交通信號(hào)燈控制的是綠燈、紅燈、黃燈的時(shí)間，但時(shí)間上的控制實(shí)際上是以對(duì)交通設(shè)施空間上的合理設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，沒有空間設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，只靠信號(hào)調(diào)節(jié)作用是非常有限的。

另外交通流檢測(cè)的可靠性、正確性、實(shí)時(shí)性一直是個(gè)軟肋，雖然現(xiàn)在有了很多新的檢測(cè)手段：視頻、雷達(dá)、GPS等，但其可靠性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性仍不能得到保證，最后還是環(huán)形線圈最可靠、最準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性最好。目前為止仍沒有任何一種檢測(cè)方式能夠完全取代傳統(tǒng)環(huán)形線圈檢測(cè)方法。

各企業(yè)都有一些僅能夠與本企業(yè)系統(tǒng)連接的應(yīng)用軟件，但是缺乏標(biāo)準(zhǔn)通用、功能強(qiáng)大的軟件工具，如包函交叉口流量流向數(shù)據(jù)處理及沖突分析、信號(hào)燈布設(shè)、配時(shí)計(jì)算和優(yōu)化、與仿真測(cè)試分析協(xié)調(diào)的軟件。

近些年來，國內(nèi)在信號(hào)控制領(lǐng)域，從學(xué)者、工程技術(shù)人員到企業(yè)管理者都存在若干誤區(qū)或盲區(qū)。

第一是過分夸大計(jì)算機(jī)、信息、通訊等現(xiàn)代技術(shù)對(duì)交通控制的作用，有人認(rèn)為有了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)和GPS定位等現(xiàn)代化工具，信號(hào)控制領(lǐng)域就能上一個(gè)臺(tái)階，除了一些數(shù)據(jù)在大屏上的統(tǒng)計(jì)展示外，實(shí)際上不僅沒有上臺(tái)階，在原地上的進(jìn)步也非常有限。

第二是過分高看“區(qū)域自適應(yīng)”控制，輕視單點(diǎn)問題。所謂的“區(qū)域自適應(yīng)”控制是上世紀(jì)八十年代從英國引進(jìn)的估值系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的區(qū)域自適應(yīng)信號(hào)控制，大部分人認(rèn)為這樣的“區(qū)域自適應(yīng)”控制可以給城市交通信號(hào)的管理帶來飛躍性發(fā)展，但是幾十年的實(shí)踐結(jié)果證明，“區(qū)域自適應(yīng)”控制的實(shí)際效果并不顯著，實(shí)際運(yùn)行效果好的“區(qū)域自適應(yīng)”控制系統(tǒng)非常少。

特別是，在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)安裝的檢測(cè)器過后都難以保證正常運(yùn)行，所謂的“區(qū)域自適應(yīng)”控制最終只是流于形式。而國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)和應(yīng)用部門，特別是一些城市管理者都比較熱衷于“自適應(yīng)”。

一個(gè)優(yōu)秀的單點(diǎn)控制的難度其實(shí)是超過“區(qū)域自適應(yīng)”控制的，但人們恰恰輕視了這一點(diǎn)。沒有單點(diǎn)的基礎(chǔ)，不可能實(shí)現(xiàn)一個(gè)運(yùn)行良好的“區(qū)域自適應(yīng)”系統(tǒng)。因此，國內(nèi)在不必要的方面浪費(fèi)了很多精力，而在需要的地方又沒有投入足夠的重視，導(dǎo)致目前行業(yè)尷尬的局面。

第三是公交優(yōu)先基本上停留在理念上，至多實(shí)現(xiàn)了最基本的、有限的優(yōu)先，或者說僅在某些地方實(shí)現(xiàn)了不顧其他交通流利益的所謂的“暴力優(yōu)先”，那往往是對(duì)整體交通系統(tǒng)來看弊大于利的。公交優(yōu)先的信號(hào)控制必須以精細(xì)化的交叉口時(shí)空一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和精細(xì)化的信號(hào)控制技術(shù)與優(yōu)秀的軟硬件設(shè)備為前提條件。

4.關(guān)于我國在城市道路交通信號(hào)控制領(lǐng)域存在的問題

目前我國城市道路交通信號(hào)控制領(lǐng)域缺乏正確的宏觀理念，如以人為本、公交優(yōu)先、安全第一、保護(hù)弱者、注重環(huán)境，缺乏輕重緩急、優(yōu)先排序等，這些理念似乎不太受到關(guān)注。

在具體工作中，人們認(rèn)為現(xiàn)在交通擁堵是一個(gè)經(jīng)常性問題，過多糾結(jié)具體細(xì)節(jié)問題，而缺乏以綜合交通規(guī)劃為指導(dǎo)的系統(tǒng)性分析。還有就是技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)滯后、甚至缺失，科學(xué)性、系統(tǒng)性不足，有些發(fā)布的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)甚至引起諸多爭(zhēng)議，因此對(duì)實(shí)際工作的指導(dǎo)性大打折扣。

對(duì)信號(hào)控制系統(tǒng)全生命周期的應(yīng)用也缺乏客觀有效、易于使用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工作中，重設(shè)備、輕維護(hù)，具體表現(xiàn)為希望購買最好的設(shè)備，但沒有足夠的經(jīng)費(fèi)，或是對(duì)后期維護(hù)不夠重視，導(dǎo)致系統(tǒng)效益受到影響；重?cái)?shù)據(jù)、輕分析，具體表現(xiàn)為希望獲得盡量多的數(shù)據(jù)，但是拿這些數(shù)據(jù)做什么、能通過這些數(shù)據(jù)分析出什么、分析結(jié)果對(duì)優(yōu)化有什么作用效果等收益不明顯；重新意、輕基礎(chǔ)，具體表現(xiàn)為對(duì)一些新的東西趨之若鶩，但是對(duì)基礎(chǔ)的東西卻視而不見；重展示、輕效果，具體表現(xiàn)為拿很多東西來做展示，但究竟有什么客觀效果卻無人過問。

5.關(guān)于城市道路交通信號(hào)控制的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

信號(hào)控制應(yīng)區(qū)分宏觀目標(biāo)與微觀目標(biāo)。宏觀目標(biāo)須服從于城市交通管理的大目標(biāo)，應(yīng)從交叉口所處路網(wǎng)或干道的功能定位出發(fā)，或疏或堵，或保或抑（或取或舍），或公交優(yōu)先或關(guān)注行人非機(jī)動(dòng)車，或綠波或感應(yīng)，或局部協(xié)調(diào)?？傊?，一個(gè)交叉口的信號(hào)控制，不一定總是追求最大通行能力，最小排隊(duì)。

微觀目標(biāo)應(yīng)該是在宏觀目標(biāo)的指導(dǎo)下，充分調(diào)度和分配交叉口的時(shí)空資源，實(shí)現(xiàn)交叉口信號(hào)控制的綜合效益最大。

交叉口的信號(hào)控制須結(jié)合其平面空間設(shè)計(jì)和優(yōu)化，即進(jìn)行時(shí)空一體化設(shè)計(jì)。僅僅對(duì)信號(hào)配時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往會(huì)事倍功半，有時(shí)甚至是徒勞的。交通流有隨機(jī)性、時(shí)變性等特征，因此信號(hào)的控制策略和算法也不是一成不變的，有些算法在一定的場(chǎng)景下是好的算法，但沒有一個(gè)普遍適用的、一成不變的好算法。

應(yīng)引入交通仿真的方法對(duì)信號(hào)控制設(shè)計(jì)方案進(jìn)行事先的評(píng)價(jià)和優(yōu)化，這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)榻煌饔袝r(shí)變性，在做平面設(shè)計(jì)時(shí)交通流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的各種矛盾、沖突是難以完整想象的。交通仿真方法可以把整個(gè)交通流的時(shí)空因素體現(xiàn)出來，便于工程師在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，最后取得比較優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案結(jié)果。

需對(duì)信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期的管理和維護(hù)，即進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、修正。應(yīng)對(duì)道路交叉口作為一個(gè)交通基礎(chǔ)設(shè)施的整體，建立包含用地面積、建設(shè)投資、運(yùn)行維護(hù)成本、各類交通通行量、服務(wù)水平等因素的多層評(píng)價(jià)體系。

需建立對(duì)信號(hào)控制方案的科學(xué)、客觀、全面、公平、細(xì)致的評(píng)價(jià)理論和方法，目前還缺乏從理論到實(shí)踐、從某一方面到另一方面的全面客觀評(píng)價(jià)，導(dǎo)致很難評(píng)判一個(gè)方案真正的優(yōu)劣。考察信號(hào)控制方案的優(yōu)劣，至少要包含對(duì)公交、行人和非機(jī)動(dòng)車信號(hào)等方面，因?yàn)檫@些是非常重要的部分。

1.道路交叉口交通沖突

想了解一個(gè)交叉口有多少個(gè)沖突點(diǎn)，首先要觀察通過交叉口的交通流如何通過交叉口，它們之間會(huì)產(chǎn)生什么樣的沖突。因此，一個(gè)交叉口的完整沖突分析是設(shè)計(jì)交叉口平面和信號(hào)控制必不可少的基本功。

以下兩張圖中可以看到，左圖為假設(shè)通過交叉口只有行人和機(jī)動(dòng)車，則交通沖突相對(duì)比較簡(jiǎn)單；但若加上非機(jī)動(dòng)車流的話，中圖中顯示沖突會(huì)增加很多倍，而如果一個(gè)為加良好渠化設(shè)計(jì)的交叉口（右圖）的交通沖突就更為雜亂復(fù)雜。

因此，一個(gè)有序運(yùn)行的交叉口產(chǎn)生的沖突點(diǎn)會(huì)大大減少，有規(guī)律可循，并通過信號(hào)加以控制。一個(gè)雜亂無章的交叉口，產(chǎn)生的沖突點(diǎn)不計(jì)其數(shù)，甚至整個(gè)交叉口空間就是一個(gè)沖突區(qū)域。

下圖中的路口，平面設(shè)計(jì)十分規(guī)整，經(jīng)過規(guī)整的設(shè)計(jì)使得一個(gè)交叉口的沖突由雜亂無章變得比較有序，實(shí)現(xiàn)了比較好的控制效果。采用三角安全島和道路中央人行過街安全島布置行人過街，減小行人一次過街距離，非機(jī)動(dòng)車跟隨行人過街，使交通流有序。這樣才能減少?zèng)_突點(diǎn)數(shù)量和沖突的嚴(yán)重程度，使得交叉口可控。

2.道路交叉口信號(hào)控制設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用

國內(nèi)信號(hào)設(shè)計(jì)缺乏優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)工具。德國現(xiàn)在通用的一款設(shè)計(jì)軟件能夠把交叉口的交通流進(jìn)行數(shù)據(jù)量分析、沖突分析，在分析的基礎(chǔ)上計(jì)算出各個(gè)信號(hào)線位切換過程中的綠燈間隔時(shí)間，形成一個(gè)綠燈間隔時(shí)間表，根據(jù)交通流的流量等來設(shè)計(jì)出基本的定時(shí)信號(hào)控制方案，包括相位切換的基本結(jié)構(gòu)。

通過這樣基本的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，可以編制出比較合理、具有一定智能化的感應(yīng)控制方案，通過仿真工具對(duì)控制邏輯進(jìn)行事先測(cè)試，最終使信號(hào)得到優(yōu)化。

1.德國城市道路交叉口信號(hào)控制特點(diǎn)

每個(gè)國家和地區(qū)的信號(hào)控制特點(diǎn)各不相同，和國內(nèi)或者其他國家相比，精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用化是德國信號(hào)控制的基本核心。

從精細(xì)化角度來看一個(gè)細(xì)節(jié)，國內(nèi)的綠燈是黑底的綠箭頭，但德國的黃燈和紅燈并非是黃色的箭頭和紅色的箭頭，而是黃底的黑箭頭和紅底的黑箭頭，這是經(jīng)過科學(xué)論證的，全世界只有德國是這樣的標(biāo)準(zhǔn)。

全德國采用綠燈是綠箭頭、紅燈是紅底黑箭頭、黃燈是黃底黑箭頭的標(biāo)準(zhǔn)。德國信號(hào)燈的布置、燈的形式、燈的樣式、燈的顏色和交叉口的劃線非常清晰有序，可見德國的信號(hào)控制研究精細(xì)化程度非常高。德國所有的燈桿都是標(biāo)準(zhǔn)化的，人行道的信號(hào)燈設(shè)置在人行道中間，而不是在某一路邊，為了信號(hào)醒目且讓過街行人抬頭就可以看到信號(hào)燈。

德國的信號(hào)控制有一系列的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其中比較重要的是2005年翻譯出版的交通信號(hào)控制指南，此書在國內(nèi)不具備規(guī)范的法律地位，因此只能是一個(gè)信號(hào)控制的指南。該規(guī)范中，最核心的問題是關(guān)于綠燈間隔時(shí)間的計(jì)算。按照德國的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，綠燈間隔時(shí)間是相互沖突的一股交通流的綠燈結(jié)束時(shí)刻和下一股交通流的綠燈開始時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，計(jì)算公式為過渡時(shí)間+清空時(shí)間-駛?cè)霑r(shí)間。

綠燈間隔時(shí)間計(jì)算和美國計(jì)算原則稍有不同，從而帶來很大差異。德國的計(jì)算原則允許車輛擦肩而過，而美國的信號(hào)控制標(biāo)準(zhǔn)是上一個(gè)相位的車輛要通過整個(gè)交叉口出口道，下一個(gè)相位的車輛才能離開停止線。也就是美國的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中有一定的安全余量和空間，但也因此在其他方面會(huì)帶來一定的模糊性。

下圖是德國一個(gè)非常小型的十字交叉口，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)交叉口的信號(hào)控制就要計(jì)算所有信號(hào)燈跟其他任何一個(gè)信號(hào)燈之間的綠燈間隔時(shí)間，形成一個(gè)綠燈間隔時(shí)間表，從而對(duì)路口進(jìn)行安全、有效的信號(hào)控制。

以下案例是達(dá)姆斯塔特市中心的一個(gè)交叉口，右圖可以看到它運(yùn)行時(shí)候的檢測(cè)手段還是環(huán)形線圈檢測(cè)器。這個(gè)復(fù)雜的交叉口承載了有軌電車、機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人，做了非常精細(xì)的設(shè)計(jì)后具有公交優(yōu)先控制功能，在上一個(gè)相位左轉(zhuǎn)結(jié)束后優(yōu)先啟動(dòng)有軌電車，當(dāng)有軌電車過了交叉口后其他同行的機(jī)動(dòng)車才獲得綠燈信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)動(dòng)車與有軌電車共用出口道行駛空間，但是還能夠保證交通安全的節(jié)約型運(yùn)行方案。

2.德國城市道路交叉口的規(guī)劃設(shè)計(jì)建設(shè)與信號(hào)控制特點(diǎn)

下圖是德國柏林的交通控制中心，是德國最大城市交通管理與控制中心，但它并非用于信號(hào)控制，而是整個(gè)城市的交通管理中心。國內(nèi)常見形式的交管信號(hào)控制中心在德國幾乎是沒有的，在德國除了上述城市交通管理中心外，還有高速公路管理中心。

近年來，車輛軌跡數(shù)據(jù)在城市交通態(tài)勢(shì)分析和評(píng)估中得到了廣泛的應(yīng)用。通過提取軌跡數(shù)據(jù)對(duì)信號(hào)控制進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，從而提出優(yōu)化的信號(hào)控制方案已成為可能，這也是未來在信號(hào)控制領(lǐng)域可能有所突破的方面。希望未來更多成果能夠應(yīng)用到實(shí)際的信號(hào)控制系統(tǒng)中。