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道路信號控制的現狀與未來

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道路信號控制的現狀與未來

發布日期:2020-11-23 作者:轉自 賽文交通網 點擊:

一提到道路交通控制,信號控制,仍然是行業里重要的管控和優化手段之一。對于信號管控,當前行業現狀如何?信號的管控需求有哪些?又該如何解決?典型的信控場景有哪些?未來的信控又會怎樣?

    對于信號管控的行業現狀??傮w來說,有以下幾點特征:

    第一,城市交通特征的差異決定了管控目標的輕重緩急。

    對于像北上廣深這樣的一線城市,工作日早晚高峰主干道擁堵,通行時間長,相信大家都深有體會,如何借助信號管控的力量去平衡路網交通資源,實現跨區域的動態協調是信控管理的重要目標;而二線城市由于基礎交通標準化建設的過渡需求明顯,建設標準化、規范化、智能化的交通信號設施設備更為當務之急;三四線城市交通管控由于缺乏專業指導,紅綠燈設置明顯不合理的情況較為普遍,因此提供智能化的合理優化方案刻不容緩。

    第二:國內外信控系統百家爭鳴的局面,大大提升了信控管理的難度。

例如上海就是澳大利亞的SCATS系統與寶康等國產信號機并存,北京更是并存SCOOT、海信、ACTRA、TACA等多種信號機,行業里笑稱“八國聯軍”。2020年賽文交通網信號機市場調研報告統計,全國使用2種品牌信號機的城市高達39%以上。

    帶來的問題就是,不同品牌信號機和信控系統難以有效融合。如果統一管控的問題不能有效解決,那么信號優化控制其實也成了一句空話。

    因此,引申的行業現狀的第三點就是:各大城市試圖打通不同的信控系統,力圖實現信號機的統一管控。

    2020年,賽文交通網對常州市、大連市、東莞市、佛山市、福州市、廣州市等83座城市調研結果顯示,已經有北京、大連、??诘?7座城市建設了統一信控平臺,占32.5%;有22座城市正在進行可行性論證,占26.5%,合計有59%的城市用戶已經或者希望建設統一的信號管控平臺。

    在實現手段上,大多數都是通過從信號機到信控平臺再到中心平臺的間接方式,來實現統一管控。

    如何實現求同存異的統一直接管控,在根本上實現協議統一,保留不同品牌信號機的特點;同時支持分層、分級控制,讓信號機的共性與個性并存;未來還能支持車路協同場景的管控應用,是行業共同的探索和挑戰方向。

    總結了行業現狀,那么城市交通管理者的管控需求究竟是什么?又需要怎樣的解決方案?

    現有的信號管控,實際上分為中心控制、路口控制兩級。不管是系統中心的管理人員,還是路口控制的民警,核心訴求都是實現信控管理的智能化,在真正意義上為他們的日常工作減負。而智能化落地到實處,具體體現在四個方面:

    交通感知層面,數據來源的多元化;分析決策層面,場景方案的動態化;控制操作層面,信號管理的簡單化;效果研判層面,判斷標準的規范化。

    從傳統行業和互聯網行業的當前服務能力來看。傳統行業具備專業的信號優化團隊,但依賴人工配置,智能性不足,比如配時方案時段劃分較為固定,主要來自管理經驗;問題發現以依賴外界的交通反饋等;相比之下,互聯網服務商主要提供了數據上云的服務,但是如何有效利用數據,實現數據賦能,當前仍然沒有提出較為精細的信號場景管控方案。

    此外,在信號優化效果方面,缺乏標準化的方案評價和反饋機制,優化效果究竟是好是壞,缺乏定量判斷標準。

    另一方面,由于現有的信號管控機制是中心到路口的集中式控制模式。系統架構層面的弊病也十分明顯:比如中心系統過于龐大復雜,難于維護;響應速度有時延,效率低;當中心通訊中斷的情況下,路口無法動態優化。

    針對這些問題,解決方案在系統架構層面,應該考慮將中心到路口的兩級管控,升級成邊端實時計算、路口全自動放行、中心遠程控制的三級信號管控機制,有針對性地彌補現有集中式信號管控的不足。

    管控層面上,即使中心通訊中斷,邊緣智能管控設備仍然可以對信號機動態優化,根據路網實際流量,對路口信號燈進行相位插入、跳過,綠燈延長或提前結束等操作,同時由于數據傳輸是從路口到邊端,大大提升管控效率,減少時延,能完成周期內對路口的信號干預。

    服務層面上,方案上應該實現數據全息化、管控智能化、以及場景精細化。在交通感知方面,支持雷達、攝像頭等設備數據的統一接入、標準化處理,同時實現數據質量的自動判別和主動修復;控制操作方面,提供對跨品牌信號機統一管控的能力,包括國外以SCATS為代表的信號機,以及按最新國標《交通信號控制機與上位機間的數據通信協議》GBT 20999-2017協議對接的國產信號機;分析決策方面,需根據不同的信控場景,比如單個路口的優化、區域優化、交保路線、公交優先等場景,以目標導向,靶向治理。實現從問題的主動發現、到方案自動生成、動態優化、按場景提取定量化指標評價的閉環管理。

    那么對于這些不同的交管場景,對于信號管控的需求又有哪些不同呢? 

首先是單個路口的智能管控,需實現根據路口上下游實時交通流量,動態干預路口各方向綠燈時長。比如,如果上游流量大,本路口的綠燈會提前結束,避免排隊溢出;如果上游流量小,則綠燈提前開始,減少不必要的排隊等候,將傳統的單路口控制模式,升級成上下游路口的協調控制模式。

    在數據感應上,感知設備應融合視頻、雷達等數據,解決現有信號機線圈感應精度低,數據質量差的問題;時段劃分上,實現了按照路口流量自動劃分時段,替代了人工劃分固定時段的手動配置模式。 

    區域層面,應該實現動態子區劃分,通過均衡時空資源分配,最終達到路網通行全局最優。在解決策略上,會包含區域主通道識別、子區動態劃分、協調參數計算三大步驟。主通道識別的目的在于判斷區域內的交通需求分布,根據有效的車輛軌跡判斷出大流量路徑。

    其次是根據路段、交叉口的供需矛盾和擁堵指數,識別出主通道中的瓶頸路口,進行瓶頸路口和協調路口的子區動態劃分工作;最后則進行協調參數計算工作,給出信號綠信比、路口相位差等一整套配時方案。

    保障警衛車輛的暢通出行,智慧賦能路口信號控制,就是交保路線場景下我們的重要管控目標。在交保任務的執行過程中,我們了解到交管人員首先是要提前做好綠波保障方案,在警衛車輛的通行過程中,注意力需要十分集中,一方面需要人工跟蹤車輛的視頻路口位置,另一方面還要手動執行鎖相位的操作,操作過程復雜、專業要求高。

    另外,為了保證任務的順利執行,經常進行道路封閉管制,嚴重影響社會車輛的正常通行。

    對這些痛點,交保路線場景下對信控管理的需求有:在車輛識別上,需突破高低相機聯動、攝像頭預置位自動切換的技術,實現對警衛車輛的智能跟蹤;信號干預上,利用人工智能算法,一方面優先保障警衛車輛在路口通行,另一方面在警衛車輛行駛過路口后,對犧牲的社會車輛通行時間進行自動補償,最大化發揮信號管控的智能性。

    對公交車輛的信控管理上,希望實現公交優先場景。在項目的實際建設中,通過對公交車行程時間真實數據的采集和分析,我們發現公交車可調的行程時間比例,高達28~55%。這部分時間,主要來自行人過街的停車時間、路口紅燈的等候時間、以及擁堵狀態下的停車耗時。

    因此,通過對公交車的GPS精準定位,在公交車行駛到人行橫道上游時,通過對人行橫道的邊緣管控設備發出請求,可以將對行人的過街請求進行延時處理,確保公交先行。

    同樣地,當公交車行駛到路口時,通過邊緣管控設備的智能聯動,可以對路口信號燈進行延長、提前、插入的動態干預,大幅度減少公交車的停車耗時。

    不僅公交車需要優先行駛,救護車、消防車、工程搶險車輛的通行,更需要。雖然這些特殊車輛擁有一定的闖紅燈特權,但是如果通行路段擁堵,也一樣要排隊等候。所以在信控策略上,也不太一樣。

    一方面,特車先行場景通過一鍵錄入特殊車輛的號牌、起終點等信息,快速創建臨時緊急任務;同時支持按照目的地動態規劃車輛行駛路徑,主動避開擁堵路段。

    另一方面,在路口信號的管控策略上,需要同時計算車輛到達路口的時間,和路口當前的排隊車輛清空時間,實現綠燈的提前或自動延長控制。

隨著5G等通信技術的不斷成熟,智能網聯、車路協同等場景也逐漸走入了大眾的視野。我想,車路協同場景應該是一套整合了無人駕駛技術、邊緣管控技術、以及智能信號控制技術的綜合應用解決方案。

    當前文一開始提到的,信號燈“求同存異”的統一直接管控技術不再是技術壁壘,真正意義上實現對信號機的分層和分級控制,最大程度的發揮信號機自身的功能優勢,那么車車探測通信、車路實時通信、車燈感知通信的未來也一定即將到來。

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