【中國安防展覽網(wǎng) 企業(yè)關(guān)注】2016年5月，公安交管局發(fā)布《推進(jìn)城市道路交通標(biāo)志標(biāo)線標(biāo)準(zhǔn)化工作方案》和《推進(jìn)城市道路交通信號(hào)燈配時(shí)智能化工作方案》(以下簡(jiǎn)稱“兩化”文件)，對(duì)城市道路交通標(biāo)志標(biāo)線和交通信號(hào)配時(shí)的不合理設(shè)置排查、整改、優(yōu)化等工作提出要求。
11月23日，由中國智能交通協(xié)會(huì)、公安部交通管理科學(xué)研究所、國家道路交通管理工程技術(shù)研究中心主辦的2017’第十二屆中國智能交通年會(huì)城市交通組織優(yōu)化與控制論壇上，中山大學(xué)智能交通研究中心余志教授發(fā)表《淺議交通信號(hào)控制的三要素：數(shù)據(jù)、目標(biāo)、算法》的演講，本文為現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)演講者本人審核。
余志：其實(shí)站在這個(gè)講臺(tái)特別忐忑，其實(shí)做老師的站講臺(tái)很正常，但是我今天特別忐忑。首先感謝大會(huì)邀請(qǐng)我來演講，我的題目是：交通控制的三要素，數(shù)據(jù)、目標(biāo)、算法。
交通系統(tǒng)的復(fù)雜性
我分享的內(nèi)容分為三部分，一是我講過很多遍的“交通系統(tǒng)的復(fù)雜性”。交通控制里的數(shù)據(jù)、目標(biāo)、算法應(yīng)該怎么去考慮？
這個(gè)故事已經(jīng)講過很多次了，但我還是要講，這是一個(gè)真實(shí)的故事：一位通信專家說，如果用通信系統(tǒng)的方法來管理交通，交通可能就不堵了。理由是光纖就類似高速公路，交叉口就類似交換機(jī)，聽起來很形象。我們?nèi)珖ㄐ畔到y(tǒng)連一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里的，用戶以億為單位計(jì)，用光纖、交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)，比較少看到信號(hào)堵塞，而一個(gè)城市幾十萬輛車就堵的要命，如果用通信系統(tǒng)的方法來管理交通系統(tǒng)，交通就好了。交通越來越像通信系統(tǒng)，交通不是變復(fù)雜了，而是變簡(jiǎn)單了。
為什么通信可以管得好，交通管不好？很簡(jiǎn)單，如果我們把對(duì)應(yīng)的電話號(hào)碼都去掉，上億的人都在打電話，不知道誰打給誰，并且光纖不是通信指派，想選哪一條就選哪一條，那通信系統(tǒng)還會(huì)好嗎？而交通管理者，不知道車走哪條路，誰想走哪兒就走哪兒，想停就停。
我們大學(xué)里學(xué)交通，要去求解一個(gè)東西，首先要建一個(gè)數(shù)學(xué)模型，要把一個(gè)物理的概念變成一個(gè)數(shù)學(xué)的模型，要去計(jì)算，我發(fā)現(xiàn)這幾年交通研究越來越不講模型了，大家都講數(shù)據(jù)、融合。在我眼里，交通行業(yè)凡講融合的基本上都是騙子，因?yàn)樗悴磺澹瑳]有模型，融合也需要有模型，別拿融合忽悠人。不知道車從哪里來，往哪里去？車輛走那條道路又不是交通系統(tǒng)選擇，并且交通事故存在隨意性，這是什么樣的形態(tài)呢？還有好多做交通控制的，老認(rèn)為能控制好，交通問題存在時(shí)變、非線性、不連續(xù)、不可測(cè)、不可控。我不知道誰可以把這個(gè)問題解了。根據(jù)我的了解，交通系統(tǒng)本質(zhì)的復(fù)雜性，就在于其數(shù)學(xué)上的不可描述性，誰可以解？誰都不可以解。
為什么現(xiàn)在可以解了？互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)出現(xiàn)，讓這樣一個(gè)系統(tǒng)可以測(cè)量了，但不是完備的測(cè)量，是基本上可以測(cè)量了。測(cè)量了之后有一個(gè)好處，現(xiàn)在可以在個(gè)體、全局、外部因素三個(gè)層面上進(jìn)行測(cè)量，讓系統(tǒng)由過去的不可描述，變得可以描述，不可以求解變得可以求解。由一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，變成一個(gè)可以拼接組合、可測(cè)量、可求解的系統(tǒng)。整個(gè)交通系統(tǒng)，隨著大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能的介入，改變了本質(zhì)性，在這個(gè)前提下，我們才有可能把交通系統(tǒng)變得越來越類似于通信系統(tǒng)一樣用模型描述，組織和求解，這是一個(gè)大的變化和趨勢(shì)。
總的來說，不是交通系統(tǒng)變復(fù)雜了，而是交通系統(tǒng)變簡(jiǎn)單了。由不可描述，不可求解，變得可以求解了，也不是我們發(fā)明的什么偉大的算法，聰明的結(jié)構(gòu)，不是融合了什么東西，融合實(shí)際上就是加減法。
交通信號(hào)控制的三要素：數(shù)據(jù)、目標(biāo)、算法
回到演講主題，交通組織與信號(hào)控制，我真的不太懂，接到這個(gè)任務(wù)，苦思冥想半天。信號(hào)控制要搞好它，我想了半天就三個(gè)要素，后來一想這跟我碩士畢業(yè)論文還真的挺像的——具有目標(biāo)約束的導(dǎo)彈導(dǎo)引規(guī)律。我的結(jié)論是，導(dǎo)彈的優(yōu)性取決于對(duì)目標(biāo)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，你知道某目標(biāo)飛機(jī)的軌跡，導(dǎo)彈就可以非常準(zhǔn)確的打到它，但再聰明的導(dǎo)彈去跟蹤都是被動(dòng)的。后我把問題轉(zhuǎn)化為對(duì)目標(biāo)的認(rèn)識(shí)，信號(hào)控制就是三個(gè)要素，數(shù)據(jù)、目標(biāo)、算法。
套用一個(gè)行話，信號(hào)控制有單點(diǎn)控制、干線控制、區(qū)域控制，有各種各樣的檢測(cè)數(shù)據(jù)，各種各樣的控制方案，典型的定時(shí)控制，感應(yīng)控制，自適應(yīng)控制等等。
1、單點(diǎn)控制
我也舉兩個(gè)例子。上次我到宣城開會(huì)，在路口，我突然就給交警的領(lǐng)導(dǎo)提了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我說以后在非飽和道路交叉口，信號(hào)機(jī)控制的好不好，就兩個(gè)指標(biāo)，沒有車輛在等待，沒有綠燈在浪費(fèi)，你們也不要搞那么復(fù)雜，站在路口看5分鐘，每個(gè)周期過了車都清空，而且車一走光，綠燈就轉(zhuǎn)掉，給其他方向或者行人。什么算法都別管，別忽悠人，做到這個(gè)就是好的，做不到就是不好，那些參數(shù)都別看。但這是非飽和情況下的判定標(biāo)準(zhǔn)，要講清楚，飽和的情況要另外再說。
如果路口沒有測(cè)量通行能力，就只能用歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，就做方案，還能干啥？如果是感應(yīng)，那就用感應(yīng)的，你有更多數(shù)據(jù)，就用自適應(yīng)方案。下面這張圖很簡(jiǎn)單，如果你能夠感應(yīng)，你就能夠隨著車流大小變化，你不能感應(yīng)，你就只能做方案，做方案就有可能出現(xiàn)這樣的不夠優(yōu)化。
如果是飽和的條件就不展開了，我真的不是很懂，但是我現(xiàn)在覺得，需要很細(xì)致的工作，不要犯低級(jí)的錯(cuò)誤。浮動(dòng)車能不能控制信號(hào)機(jī)？基本的理論是要找到排隊(duì)長(zhǎng)度，因?yàn)楦?dòng)車數(shù)據(jù)都是小樣本數(shù)據(jù)，不可能做感應(yīng)式，可能做排隊(duì)長(zhǎng)度控制。原理上浮動(dòng)車就不可以做信號(hào)，但浮動(dòng)車可以做交通擁堵的判斷，為什么？100輛車被堵了，其中有10輛車抽樣，可以代表一百輛車被堵。但抽樣了一百輛被堵了，也不能用信號(hào)流量，非常難。
2、干道/綠路控制
干線、綠波帶控制做啥呢？我這個(gè)人喜歡分類，一種是簡(jiǎn)單的，我們叫簡(jiǎn)單路結(jié)構(gòu)下的綠路控制，其實(shí)就是一個(gè)綠波時(shí)間差的互相匹配，算法很簡(jiǎn)單，做法也很簡(jiǎn)單，這時(shí)候我要為GPS說話，如果用的好的話，可以用GPS調(diào)整運(yùn)行的速度，不展開，總體上是這樣的。
如果路口交通很復(fù)雜，主次流向會(huì)沖突，而且沖突的時(shí)間會(huì)變化，綠波就不行了，你只有狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)，沒有OD檢測(cè)數(shù)據(jù)的話做不到。為什么我近一直強(qiáng)調(diào)要解構(gòu)交通系統(tǒng)，一定要從狀態(tài)來看，有時(shí)候我就是不理解，解不了模型的人以及那些天才的廠商，發(fā)明了那么多先進(jìn)的算法，不知道是怎么算出來。
3、區(qū)域控制
忽悠多的是區(qū)域控制，現(xiàn)在全國有一些城市在做區(qū)域控制，都講這個(gè)。好歹我當(dāng)初也學(xué)了區(qū)域控制，搞清楚，要想學(xué)習(xí)區(qū)域信號(hào)控制，必須有大樣本的路徑檢測(cè)，如果沒有再好的算法我也覺得都是瞎掰。不相信誰試試？數(shù)學(xué)算法上有解就有解，沒解就沒解，瞎猜就是瞎猜，要想做好一定要有大樣本路徑檢測(cè)數(shù)據(jù)。沒有動(dòng)態(tài)流量檢測(cè)，定時(shí)方案就是好的控制。所以交警兄弟也不要怪人家信號(hào)控制系統(tǒng)不好，你要是想(區(qū)域控制)有效果就配檢測(cè)設(shè)備，不檢測(cè)就沒有效果。如果檢測(cè)不可靠，自適應(yīng)和感應(yīng)控制還不如單點(diǎn)方案呢。
基于交通大腦的信號(hào)控制優(yōu)化
非飽和情況下，單行線/人行道路口，基于速度估計(jì)的綠波帶就是好的方案。區(qū)域協(xié)調(diào)必須有大量的路徑檢測(cè)，否則任何算法也無法實(shí)現(xiàn)。
我總結(jié)一下，交通信號(hào)控制三要素：完備的數(shù)據(jù)、合理的目標(biāo)、成熟的算法。我認(rèn)為信號(hào)控制研究中，算法是簡(jiǎn)單的，數(shù)據(jù)是難的，目標(biāo)必須量力而行，由此我們提出了IDPS的概念，完善的基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)采集，智慧平臺(tái)才能做好。基礎(chǔ)設(shè)施不是越多越好，上了很多設(shè)備，但不支持完備的設(shè)備采集，要有總體性完備和個(gè)體完備，要想了解城市交通擁堵的狀態(tài)，比如說車速問題，GPS的樣本就很重要。
什么情況下可以在一個(gè)城市里獲得基本完備的數(shù)據(jù)？
所有的車都裝GPS，未來自動(dòng)駕駛就是這樣，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同了，所以未來就好辦了。所有的交叉口都有卡口式電警，所有的車都有電子車牌，所有交叉口都有電子車牌檢測(cè)設(shè)備，這個(gè)很重要，別只是車上裝了，路側(cè)沒有。在這個(gè)情況下，我們研發(fā)了1+3+1的交通大腦，大腦是要有結(jié)構(gòu)、道路網(wǎng)絡(luò)必須可以計(jì)算，如果承載力不可以計(jì)算的，怎么智慧化？或者是大腦化？
能力、需求、狀態(tài)的三個(gè)分析。在線的、時(shí)時(shí)的，基于車輛身份的仿真。我們?cè)谛菍⒔?00路口，有六十幾個(gè)裝了設(shè)備，我們?cè)谀抢镒隽藢?shí)驗(yàn)，從自適應(yīng)點(diǎn)控到綠波帶等，目前區(qū)域協(xié)調(diào)的點(diǎn)控也正在做基本的嘗試，我就講這么多，謝謝大家！
原標(biāo)題 淺議交通信號(hào)控制的三要素：數(shù)據(jù)、目標(biāo)、算法
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