1.關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)劃設計和建設的結(jié)果，也應該對規(guī)劃設計產(chǎn)生反饋作用。交通管理還與交通參與者的行為密切相關。

2.關于城市交通擁堵

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、容量和級配以及停車設施、公交系統(tǒng)、樞紐轉(zhuǎn)換運行的服務水平等原因。主要節(jié)點的規(guī)劃設計離不開交通運行和管理、交通政策和法規(guī)、交通經(jīng)濟（價格因素）、現(xiàn)代交通意識的全民教育等因素。

城市道路交通信號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”特指道路交叉口的燈光信號），城市道路交通信號對城市道路交通流產(chǎn)生直接的作用，是智能交通、智慧城市領域的核心內(nèi)容。與信號控制密切相關的道路設施平面設計、標志標線、隔離、燈光、綠化、視距等因素也會影響駕駛員的操作行為。

3.我國信控領域的問題

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

首先是對信號控制的基本理論和適用性關注不夠，理論研究與實踐嚴重脫節(jié)，二三十年來沒有本質(zhì)上的突破，教科書內(nèi)容嚴重滯后；法規(guī)、規(guī)范和技術標準缺失、粗糙、不嚴密、缺乏對實際工作的指導性。

下圖中可以看到國內(nèi)關于信號控制方面發(fā)表的學術論文，包括單點定時信號、單點感應控制、單點自適應控制、干線協(xié)調(diào)和區(qū)域交通控制等。其中，關于單點定時信號的論文數(shù)量非常少，而區(qū)域交通控制方面的論文非常多。而在實踐方面，城市道路交通信號控制大部分還是定時信號控制，并沒有實現(xiàn)智能化。

從數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，在實際工作中需要的一些知識經(jīng)驗和認知，在研究領域中卻并不十分關注，而研究領域關注的內(nèi)容卻是實際工作領域中并不怎么需要的。

還有一個問題是，我國的信號機和控制系統(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)信號機的企業(yè)有一百多家，各個企業(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。高校和研究機構對實際問題的研究方向上有些錯位，具體的工程設計中缺乏時空一體化設計的基本理念。

道路交通信號燈控制的是綠燈、紅燈、黃燈的時間，但時間上的控制實際上是以對交通設施空間上的合理設計為基礎的，沒有空間設計的基礎，只靠信號調(diào)節(jié)作用是非常有限的。

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

各企業(yè)都有一些僅能夠與本企業(yè)系統(tǒng)連接的應用軟件，但是缺乏標準通用、功能強大的軟件工具，如包函交叉口流量流向數(shù)據(jù)處理及沖突分析、信號燈布設、配時計算和優(yōu)化、與仿真測試分析協(xié)調(diào)的軟件。

近些年來，國內(nèi)在信號控制領域，從學者、工程技術人員到企業(yè)管理者都存在若干誤區(qū)或盲區(qū)。

第一是過分夸大計算機、信息、通訊等現(xiàn)代技術對交通控制的作用，有人認為有了現(xiàn)代計算機大數(shù)據(jù)和GPS定位等現(xiàn)代化工具，信號控制領域就能上一個臺階，除了一些數(shù)據(jù)在大屏上的統(tǒng)計展示外，實際上不僅沒有上臺階，在原地上的進步也非常有限。

第二是過分高看“區(qū)域自適應”控制，輕視單點問題。所謂的“區(qū)域自適應”控制是上世紀八十年代從英國引進的估值系統(tǒng)實現(xiàn)的區(qū)域自適應信號控制，大部分人認為這樣的“區(qū)域自適應”控制可以給城市交通信號的管理帶來飛躍性發(fā)展，但是幾十年的實踐結(jié)果證明，“區(qū)域自適應”控制的實際效果并不顯著，實際運行效果好的“區(qū)域自適應”控制系統(tǒng)非常少。

特別是，在系統(tǒng)建設時安裝的檢測器過后都難以保證正常運行，所謂的“區(qū)域自適應”控制最終只是流于形式。而國內(nèi)一些研究機構和應用部門，特別是一些城市管理者都比較熱衷于“自適應”。

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

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

4.關于我國在城市道路交通信號控制領域存在的問題

目前我國城市道路交通信號控制領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注。

在具體工作中，人們認為現(xiàn)在交通擁堵是一個經(jīng)常性問題，過多糾結(jié)具體細節(jié)問題，而缺乏以綜合交通規(guī)劃為指導的系統(tǒng)性分析。還有就是技術規(guī)范標準滯后、甚至缺失，科學性、系統(tǒng)性不足，有些發(fā)布的規(guī)范標準甚至引起諸多爭議，因此對實際工作的指導性大打折扣。

對信號控制系統(tǒng)全生命周期的應用也缺乏客觀有效、易于使用的評價標準。在實際工作中，重設備、輕維護，具體表現(xiàn)為希望購買最好的設備，但沒有足夠的經(jīng)費，或是對后期維護不夠重視，導致系統(tǒng)效益受到影響；重數(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)果對優(yōu)化有什么作用效果等收益不明顯；重新意、輕基礎，具體表現(xiàn)為對一些新的東西趨之若鶩，但是對基礎的東西卻視而不見；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.關于城市道路交通信號控制的幾點認識

信號控制應區(qū)分宏觀目標與微觀目標。宏觀目標須服從于城市交通管理的大目標，應從交叉口所處路網(wǎng)或干道的功能定位出發(fā)，或疏或堵，或?；蛞郑ɑ蛉』蛏幔?，或公交優(yōu)先或關注行人非機動車，或綠波或感應，或局部協(xié)調(diào)?？傊?，一個交叉口的信號控制，不一定總是追求最大通行能力，最小排隊。

微觀目標應該是在宏觀目標的指導下，充分調(diào)度和分配交叉口的時空資源，實現(xiàn)交叉口信號控制的綜合效益最大。

交叉口的信號控制須結(jié)合其平面空間設計和優(yōu)化，即進行時空一體化設計。僅僅對信號配時進行設計，往往會事倍功半，有時甚至是徒勞的。交通流有隨機性、時變性等特征，因此信號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景下是好的算法，但沒有一個普遍適用的、一成不變的好算法。

應引入交通仿真的方法對信號控制設計方案進行事先的評價和優(yōu)化，這一點非常重要，因為交通流有時變性，在做平面設計時交通流運動狀態(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交通流的時空因素體現(xiàn)出來，便于工程師在規(guī)劃設計階段發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，最后取得比較優(yōu)秀的設計方案結(jié)果。

需對信號控制系統(tǒng)進行全生命周期的管理和維護，即進行監(jiān)測、評價、修正。應對道路交叉口作為一個交通基礎設施的整體，建立包含用地面積、建設投資、運行維護成本、各類交通通行量、服務水平等因素的多層評價體系。

需建立對信號控制方案的科學、客觀、全面、公平、細致的評價理論和方法，目前還缺乏從理論到實踐、從某一方面到另一方面的全面客觀評價，導致很難評判一個方案真正的優(yōu)劣?？疾煨盘柨刂品桨傅膬?yōu)劣，至少要包含對公交、行人和非機動車信號等方面，因為這些是非常重要的部分。

1.道路交叉口交通沖突

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

以下兩張圖中可以看到，左圖為假設通過交叉口只有行人和機動車，則交通沖突相對比較簡單；但若加上非機動車流的話，中圖中顯示沖突會增加很多倍，而如果一個為加良好渠化設計的交叉口（右圖）的交通沖突就更為雜亂復雜。

因此，一個有序運行的交叉口產(chǎn)生的沖突點會大大減少，有規(guī)律可循，并通過信號加以控制。一個雜亂無章的交叉口，產(chǎn)生的沖突點不計其數(shù)，甚至整個交叉口空間就是一個沖突區(qū)域。

下圖中的路口，平面設計十分規(guī)整，經(jīng)過規(guī)整的設計使得一個交叉口的沖突由雜亂無章變得比較有序，實現(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，非機動車跟隨行人過街，使交通流有序。這樣才能減少沖突點數(shù)量和沖突的嚴重程度，使得交叉口可控。

2.道路交叉口信號控制設計軟件應用

國內(nèi)信號設計缺乏優(yōu)秀的軟件設計工具。德國現(xiàn)在通用的一款設計軟件能夠把交叉口的交通流進行數(shù)據(jù)量分析、沖突分析，在分析的基礎上計算出各個信號線位切換過程中的綠燈間隔時間，形成一個綠燈間隔時間表，根據(jù)交通流的流量等來設計出基本的定時信號控制方案，包括相位切換的基本結(jié)構。

通過這樣基本的數(shù)據(jù)基礎設計，可以編制出比較合理、具有一定智能化的感應控制方案，通過仿真工具對控制邏輯進行事先測試，最終使信號得到優(yōu)化。

1.德國城市道路交叉口信號控制特點

每個國家和地區(qū)的信號控制特點各不相同，和國內(nèi)或者其他國家相比，精細化、標準化、實用化是德國信號控制的基本核心。

從精細化角度來看一個細節(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)過科學論證的，全世界只有德國是這樣的標準。

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準。德國信號燈的布置、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，可見德國的信號控制研究精細化程度非常高。德國所有的燈桿都是標準化的，人行道的信號燈設置在人行道中間，而不是在某一路邊，為了信號醒目且讓過街行人抬頭就可以看到信號燈。

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

綠燈間隔時間計算和美國計算原則稍有不同，從而帶來很大差異。德國的計算原則允許車輛擦肩而過，而美國的信號控制標準是上一個相位的車輛要通過整個交叉口出口道，下一個相位的車輛才能離開停止線。也就是美國的設計標準中有一定的安全余量和空間，但也因此在其他方面會帶來一定的模糊性。

下圖是德國一個非常小型的十字交叉口，要實現(xiàn)這個交叉口的信號控制就要計算所有信號燈跟其他任何一個信號燈之間的綠燈間隔時間，形成一個綠燈間隔時間表，從而對路口進行安全、有效的信號控制。

以下案例是達姆斯塔特市中心的一個交叉口，右圖可以看到它運行時候的檢測手段還是環(huán)形線圈檢測器。這個復雜的交叉口承載了有軌電車、機動車、非機動車和行人，做了非常精細的設計后具有公交優(yōu)先控制功能，在上一個相位左轉(zhuǎn)結(jié)束后優(yōu)先啟動有軌電車，當有軌電車過了交叉口后其他同行的機動車才獲得綠燈信號，實現(xiàn)了機動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)約型運行方案。

2.德國城市道路交叉口的規(guī)劃設計建設與信號控制特點

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，但它并非用于信號控制，而是整個城市的交通管理中心。國內(nèi)常見形式的交管信號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)勢分析和評估中得到了廣泛的應用。通過提取軌跡數(shù)據(jù)對信號控制進行分析評價，從而提出優(yōu)化的信號控制方案已成為可能，這也是未來在信號控制領域可能有所突破的方面。希望未來更多成果能夠應用到實際的信號控制系統(tǒng)中。