交通控制管理的协同理论

道路交通系统由人、车、路（环境）、管理要素构成，为了实现交通流的安全、有序、畅通、高效，世界各国都采取了形式多样的管理和控制手段，并且随着电子信息技术的迅猛发展，交通控制的技术、策略不断更新，朝着信息化、智能化、集成化的方向不断进步。

近十年来，我国各城市都纷纷开展了智能交通系统建设，但在交通控制方面，控制手段单一，系统彼此孤立，虽然对改善各地的交通状况起到了一定的作用，但却远远没有发挥出它们的全部潜能。比如城市道路与郊区高速公路没有协调，信号控制和诱导相互独立，公交与其他交通方式信息不共享，不能协同控制，尤其是发生拥堵或其他突发事件时，救援、道路疏散、资源配置等方面相互脱节，延长了事件响应时间，带来很大的经济损失。

如第1章所述，ITS的一个重要领域就是先进的交通管理系统（ATMS），交通控制集成系统（ITCS）、城市交通控制系统（UTCS）和城市交通流诱导系统（UTFGS）是ATMS的重要内容。UTCS与UTFGS存在着相互影响、相互作用的特征，也就是具有协同特征。

交通控制集成系统（ITCS）也称为交通控制整合系统，就是在交通流理论的基础上，综合应用信息技术、集成技术、通信技术等，将交通管理与控制的子系统如交通信号控制（城市道路交叉口控制、匝道调节、可变车道控制）、交通流动态分析、CCTV监控、交通违法处理、交通流诱导、信息发布等集成在统一的平台上，实现集成化、智能化、信息化的交通控制。交通控制集成系统的初期目标是实现资源整合，中远期目标则是优化控制网络交通流、缓解和预防交通拥堵、快速响应紧急事件。

国内外交通控制集成系统的关键技术主要体现在现场交通控制器的集成和多交通控制系统智能化集成两个方面，这两个方面形成一个集成的交通控制系统，实现采集手段集成、控制策略优化模块集成、控制方法集成、规范的数据集成。

现场交通控制器的集成就是用一个控制器能够控制交通信号、交通监控、速度监控、公交监控、事件管理、匝道调节、电子收费、可变信息板、CCTV监控、出行者信息、车道使用等，这样不仅能够避免资源浪费，而且实现了硬件资源的共享，实现了交通控制各子系统的联动。

传统的交通控制器是指通常意义上的交通信号控制机，其主要负责交叉口的红绿灯控制。在国外，交通信号机经历了近百年的发展，从最初的手动操作到单片机，再到现在的嵌人式信号机，交通信号机不仅功能越来越完善、标准化程度越来越高，而且性能越来越好。欧洲先进的交通控制器包括：西门子的ST800SE，它面向区域协调控制，符合英国交通部TR0141C，欧洲prEN12675 and prHD50278标准；美国Econolite的ASC/3，EAGLE EPAC系列，PEEＫ公司的3000e系列等，它们支持32个相位，有64种协调方式，符合NEMA TS2及NTCIP协议。

目前，集成化、信息化已经成为ITS的显著特征，ITS的交通信号控制、交通流诱导、出行者信息、紧急事件管理等子系统本身存在强关联性，协同运作是必然趋势，各系统独立的交通控制器显然已经不能满足信息共享、策略集成的需求。为此，美国于2006年3月在已有的NEMA TS2，NTCIP、ATC2070等交通信号控制标准的基础上，由NEMA（National Electrical Manufacturers Association）、AASHTO（American Association of State Highway and Transportation Oficials）、ITE（Institute of Transportation Engineers）等标准化组织推出最新的ATC系列标准。该标准直指ITS建设的迫切需要，规范开发ITS控制器，能集成控制交通信号、交通监控、速度监控、公交监控、事件管理、匝道调节、电子收费、可变信息板、CCTV监控、出行者信息、车道使用等。该标准于2006年4月1日在美国正式执行。

美国、日本、欧洲都依据各自的目标，分阶段开发了相应的交通控制集成系统软件。美国的RHODES（Real Time Hierarchical Optimized Distributed Efective System）、DYNASMART（Dynamic Network Assignment Simulation Model for Advanced Road Telematics）等就是在美国先进的交通管理系统（ATMS）的框架指导下，以提高交通服务水平为目标，集成了交通信号控制、出行者信息、交通需求、事件管理、排放检测等出行与交通管理服务的集成控制系统。RHODES系统依托自适应交通信号控制系统，拓展到与公交的结合，实现了公交信号优先和公交信息发布。DYNASMART系统基于多方式采集的信息，实时分析交通状态，离线设计和在线评估实时信号控制、干线路径诱导等交通管理策略的运行效果，提供网络交通状态信息给公共出行者信息系统，确定与地点、时间和当前状态相关的最优的拥挤消散策略。日本的集成控制系统以UTMS（Universal Trafic Management System）为代表，其目标是实现交通信息采集智能化、信号控制智能化、交通信息提供智能化，并能够与VICS（Vehicle Information＆Communication System）互相联动。同样，这种集成系统在欧洲发展也很快，欧洲的TABASCO（Telematics Applications in Bavaria，Scotland，and Others）系统，将实时采集的交通数据、自适应交通控制系统、公路匝道调节、动态信息显示整合起来，主要是用于高峰期间平衡路网交通负荷。运行结果表明，路网23%的交通负荷被转移，可替换路线的行程时间仅仅增加1%，协同系统可以避免过饱和的瓶颈路段形成，路网的平均运行时间减少了13%。另外，FASTRAC（Faster And Safer Travel through Trafic Routing and Advanced Control）系统也是在信号控制系统的基础上与诱导集成的一个系统，其核心算法就是在中心运用动态交通分配，将诱导和控制结合起来。

我国目前的交通控制器设计开发技术基本停留在对国外控制器的学习层面上，技术积累不足。国内主流的现场交通控制器有控制红绿灯的交通信号机、监视交通流的视频监控器、用于信息发布的交通可变信息板、规范交通秩序的交通违法取证设备等。与国外先进的交通控制器比较，国内的交通控制器存在各设备设计独立、功能单一、没有统一的标准、通信协议彼此不兼容、集成度较低、自主知识产权少等问题。很显然，无论是应用市场的需求，还是国外经验的借鉴，我国自主开发新一代开放式智能化交通控制器已是大势所趋，主要是实现交通控制的多元化、集约化，促进国内交通控制行业健康发展所必须解决的问题。

目前，我国各城市交通控制集成的程度不一。北京市建立了集成交通管理系统（Integrated Trafic Management System，ITMS），它类似国外的ITCS，以交通信息中心为轴，连接公共汽车系统、出租车系统、城市捷运系统、轻轨系统、车速信息系统等。根据规划，第一阶段实现交通管理整合，第二阶段实现公共交通整合，第三阶段实现信息平台建设整合。上海交通信息化建设的目标是整合城区交通监控系统、市郊公路及高速公路监控系统、车辆运行监控系统以及泊车系统等方面的信息，形成道路交通状态监测和预测能力，以支持交通诱导系统的建立；整合公交车辆运行管理系统、出租车营运调度系统、轨道交通营运调度系统、对外交通管理系统的信息，形成综合性公共交通信息服务能力，以支持信息化的综合公共交通的建立；整合多种运输方式的相关信息，形成物流信息通畅沟通能力。

大范围的交通共用信息平台不是一劳永逸的工程，是不断完善的工程。目前，北京、上海已经初步建立了比较完善的信息采集系统，能够实现交通数据的采集，并判断出交通状态并进行发布，为管理者和决策者提供支持，其他省会城市也基本上实现了信号控制系统、122接处警系统、交通违法取证系统等由集成到统一的指挥中心平台。

与国外的集成控制系统相比，目前我国的交通控制系统必须在多手段突发事件快速检测及联动响应、多控制系统协同运作、优化控制网络交通流等方面进一步完善。目前很多城市还不能将交通参数事件检测、CCTV监控、巡逻车报告、122接处警等事件报警手段集成起来，从而快速确认事件发生，并尽快联动信号控制、交通流诱导、救援车、拖车等快速响应交通事件，以降低事件可能造成的损失。现有的交通控制系统可以实现数据共享，但还没有实现实时交通量化、动态分析和挖掘交通流，没有实现在常发、偶发性拥堵下通过信号控制、匝道调节、需求管理、诱导等联动措施来调控交通流，预防和缓解交通拥堵。从国外已经实现的集成系统软件可看出交通控制集成中心软件不仅能够将分散的硬件在平台上实现资源共享，更重要的是能够在中心统一调控交通流，实时监控不同的交通流运行状态，将时间分离、空间均衡的各种交通控制手段集成起来协同作用于交通流，实现交通流的有序高效运行。