江苏智通交通科技有限公司
一、背景介绍
城市化进程的加速正逐步加剧道路交通管理难度，交警部门普遍面临激增的交管数据与秩序管控实战业务融合的技术难题。就城市道路交通信号智能优化控制而言，当前还存在着智能程度低、鲁棒性差、应用场景局限等技术难题与应用瓶颈。
智通科技立足于我国城市道路交通缓堵这一重要社会需求，围绕公安部“情、指、勤、督”四位一体的城市道路交通管理勤务机制改革要求，以提升城市道路交通系统运行效率为主要目标，聚焦大规模城市道路交通信号智能优化开展科技攻关，将大数据、人工智能、数字孪生等新兴技术与交警实战相结合，构建以缓堵为目的的智慧交通信号协调管控体系，自主研发平台级城市道路交通信号智能云控软件，开展多个城市的示范应用，克服传统交通信号控制技术及产品存在的数据驱动程度低、决策支撑能力不足、被动适应实施需求、拥堵缓解效果不佳等局限，有效提升城市道路交通运行效率，实现精准缓堵、科学治堵。
二、平台架构
城市道路交通信号智能云控平台与开放接口的中心信号控制系统构建协同联动框架，能够为地市级城市的联网信号机统一对接与中心控制、路网态势精细监控与供需特征研判、信号控制问题诊治、单点-干线-区域优化控制与评价、特殊车辆优先控制与评价等交警秩序管控实战工作提供智能应用与专业服务。平台架构设计情况见图1.城市道路交通信号智能云控平台总体架构图。
图1. 城市道路交通信号智能云控平台总体架构图
（二）应用特色
1. 采用中心智能云控模式，实现城市级道路交通信号统一管理
城市道路交通信号智能云控平台采用了云控模式，在公安部标准GAT1049-2_2013基础上进行标准规范，与多品牌厂商信号系统对接，有效提升了兼容性；平台可跨过中心机、区域机，直接调度路口信号机，减少网络层级，降低故障几率，增强系统的健壮度；平台充分发挥分布式计算、多任务并发等云计算优点，加强信号控制中心计算能力和全域协调能力，确保了信号调控的精度、频度和协调性。
2. 采用多维问题诊断指标体系，深化数据驱动的智能管控模式
平台充分考虑信号控制与车流通行的关系，基于卡口、微波等设施采集的车道动态通行数据、多维交通流参数数据，构建了集饱和指数、溢出指数、空放指数、失衡指数（相位、方案）、失调指数于一体的路口信号控制问题诊断指标体系，精准刻画交通供需特征，实现了对饱和/过饱和状态下的车辆排队、溢出情况，欠饱和状态下路口绿时服务均衡性、路口主流向通行畅通性的科学诊断，为路口交通异常事件即时预警、交通信号控制方案精准优化与智能评价提供支撑，充分发挥交管数据在交通管控中的赋能作用。
3. 采用多层级信号优化控制技术，解决多目标交通信号智能优化难题
智通科技聚焦大规模城市道路交通信号智能优化关键技术开展科技攻关，形成了数据驱动的点-线-面多层级信号配时智能优化技术体系。在路口层级，研发团队提出了适用于我国阶段-相位信号控制方案结构的路口基准信号配时鲁棒优化方法，应用效果显示，优化方案可显著减少路口延误15%及以上，绿时利用率提高22%及以上，相位失效概率显著降低。在干线层级，构建了基于交通状态的针对性干线优化策略；在非拥堵场景下提高了绿波带利用率，优化前后总延误降低18.6%；在拥堵场景下有效降低了下游关键路口/车道的拥堵程度，关键路口上游路段排队溢出时间减少了55%。在区域层级，以分布式优化算法有效解决大规模路网的配时参数优化难题，能够保障拥堵区域的输出效率。
4. 采用多样化中心协调控制手段，满足多场景下的交通管控需求
平台集成了溢出控制、可变车道控制、应急优先控制、公交优先控制等特殊场景的智能化云端控制工具，满足城市道路交通管控的多元需求，构建一体化智能管控中心。在应急优先、公交优先控制方面，团队考虑传统优先控制技术在大规模城市路网内的推广应用难度，研发了多场景下的特勤救援车辆信号优先策略，以及基于多种组合策略的公交信号优先技术，显著降低优先控制的实施成本，并实现了特勤救援车辆、公交车辆的全线绿波通行，绿灯通过率超过90%。
三、核心功能
（一）路网管家——精细化管控底盘
依托地图服务引擎，平台构建车道级仿真路网与标准化路口台账，实现城市道路网络基础设施数字化。通过精细化路网配置（如图2. 路口配置功能界面所示）构建车道级底图，在此基础上通过路口信号灯组配置以及电子警察、交通流检测器等路口智能化设备关联配置等功能，做到路口渠化组织、交通管控设施设备等基础信息的规范化管理，信息配置过程可视化、可交互；信息展示形式灵活、便捷，为多样化的城市道路交通管控策略决策、控制实施等提供必要支撑，能够显著提升信号配时方案部署、优化效率与效果。
图2. 路口配置功能界面
依托路网管家整合对接全网范围内的交通信号机以及路口智能设备，实现路口动静态数据的全景化感知同步与多维度态势评价。在路网层级，自动巡查路口交通运行态势以及信号机、检测器设备运行状态，快速定位交通事件发生路口，为精准管控提供支撑。在路口层级，如图3.全景路口功能界面所示，平台通过车道级实时仿真、视频整合、指数评价等多种手段实现车道级交通运行态势全景监控；构建路口设施与车辆三维模型，同步信号控制方案，动态模拟通行实况，使用户能够即时掌握进口各车道通行流量、排队长度等运行参数，灵活调度各方向进口监控视频；通过溢出、饱和、空放、失衡、失调指数综合评价路口交通供需特征，实时预警路口异常事件，为信号优化控制、手动干预等管控措施提供依据，有效推进可靠的缓堵促畅工作开展。
图3. 全景路口功能界面
（三）智能诊治——交通运行模式画像
平台根据历史实测交通流运行数据、交通信号控制方案数据，构建专业化交通指标库，通过直观的数据趋势分析与对比研判，逐一提取各路口交通流量、交通指标模式特征；通过多维度指标量化手段，为用户提供全景化的路口供需特征要素信息。平台以数据为导向，分析、诊断路口交通运行不畅、通行效率不高等常发性问题致因，针对性地提出专项的交通信号控制方案优化建议，实现精准的交通协调优化控制，提高路网交通运行管控质量。
（四）优化控制——智能化信号控制中心
平台立足于交通管控实战需求，提供多种智能化交通信号优化控制模式，实现了信号配时参数的自动调整以及优化效果的智能评估，为路口空放、饱和、溢出、失衡等交通事件提供可靠的优化方案。
1. 自适应实时优化控制
在车道级感知与多维度态势评价基础上，平台以“本周期响应、全过程智能”为目标，联动云端控制版块，基于车道级交通运行实时数据，采用周期调控、绿时调控两种策略实施路口信号配时参数实时优化，精准实施中心优化控制（如图4.路口自适应优化控制功能界面所示），有效缓解路口空放、饱和、溢出、失衡、失调等问题。
图4. 路口自适应优化控制功能界面
2. 多时段模式优化控制
在精细化交通模式挖掘与信号控制问题诊断基础上，联动智能诊治版块，平台基于历史阶段的交通流实测数据，智能优化时段划分方案、信号配时参数，实现路口、干线、区域层级的信号控制方案与调度计划优化。图5.干线调度计划优化控制功能界面对多时段模式优化控制进行了直观说明，用户通过交互界面可实现便捷的参数配置与方案对比。
图5. 干线调度计划优化控制功能界面
（五）特殊控制——多场景智能管控服务
在常态化信号控制基础上，平台整合多种智能信号控制工具，为城市道路交通管控提供专业化服务。
1.溢出控制
针对溢出报警路口，平台提供便捷化的溢出控制工具，自动定位溢出路口，智能关联周边相关路口；用户可实时调取路口监控视频，并根据溢出流向及其关联的上下游路口通行情况，手动对路口相位进行锁定控制或全红控制，以达到快速疏堵的目的。
2. 可变车道控制
针对装配有智能导向车道的路口，平台以车道级交通运行实测数据为依据，通过人工智能算法自主研判车道交通需求特征、预测排队消散情况，联动车道导向情报板实施可变车道的自适应控制，如图6.可变车道控制功能界面所示。除此以外，平台还提供短时手动控制、调度计划配置管理等控制工具，满足多种实战控制需求。
图6.可变车道控制功能界面
3. 应急优先控制
面向应急救援、警卫特勤等特殊车辆，平台根据不同的应急场景提供适用性护航方案，如图7.应急优先控制功能界面所示：①移动护航：依托移动服务端实施“自主申请-信号优先-安全通行”的应急车辆交通管控模式，实现信号路口的自动优先相位放行，提高应急护航任务灵活性；②中心护航：联动路口视频实现自动接力，全面监控、动态跟踪应急救援、特勤安保等优先车辆通行动态与优先控制任务执行动态，手动控制路口相位锁定/解锁，实施可控性强的后台管控方式。
图7.应急优先控制功能界面
4. 公交优先控制
面向城市公交车辆，平台以被动优先与主动优先协同优先技术为支撑，智能研判优先策略，通过控制时段细分、分段绿波控制、高精定位、RFID检测等管控手段，实现公交车辆实时定位跟踪、优先智能协调控制、优先控制效果评价等多种功能。
（六）辅助工具——便捷化管控服务
平台面向警务实战，提供交通管控舆情管理、信号机设施运维等运行维护功能，通过对接公众投诉、勤务管理等平台，对城市交通信号控制相关上报问题进行收集与反馈，有效提升运维效率。平台根据需求提供定制化的统计报表与信号控制专题报告，支撑交警日常交通管控工作决策。
四、结束语
智通科技研发的城市道路交通信号智能云控平台，已在江苏、浙江、广东等地多个城市得到推广应用，为各地 “智慧交管”“公安大数据战略” “智慧城市”“绿色交通”等省部级、城市级重点战略工程的规划建设、示范实施供了坚实的技术及产品支撑。智通科技将始终坚持“数据治理交通”的理念，为智能、创新、安全、畅通的公安智慧交通现代化发展提供专业化解决方案。
