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公安部交科所赵永进:关于交通信号统一管控平台的思考

编者按:近日,在第六届(2022)中国交通信号控制发展年会上,公安部交通管理科学研究所赵永进研究员应邀作了《关于交通信号统一管控平台的思考》的报告,阐述了关于统一管控平台的建设背景、定位、主要功能、评价及一些技术问题等方面的认识与思考。

赵永进研究员认为,日益增长的大范围智能化交通信号控制的业务需求催生了交通信号统一管控平台,而统一管控平台仍属于交通信号控制系统范畴内。其建设与评价应符合交通信号控制领域的相关标准规范要求,各地可在此基础上依据自身需求进行扩展。

01、建设背景

2020年对全国公安交通管理部门开展的科技信息化调研结果表明:地级以上城市中,在用信号机品牌只有1种的城市占比25%,有2种信号机的占19%,有3种信号机的占27%,有4种信号机的占10%,而有5种及5种以上的占19%。可以看到,同一城市采用信号机品牌较杂,有3种信号机品牌在用的城市最多,而2种及2种以上信号机品牌在用的城市占比达到了3/4;另外,267个城市建有交通信号控制系统,其中49个城市采用单一系统,218个城市建有多个品牌系统,难以实现交通信号的统一控制和管理。

这是因为一个城市的信号机及信号控制系统基本上都是经过了多期的规划建设,有的时间跨度还相当长,而且各次招标中往往建设方都不尽相同,还有城镇化机动化的快速发展以及伴随的业务需求变化发展等原因,造成这种一城多系统/多类信号机并存的情况越来越普遍。

受限于各个厂商的产品标准符合性及技术实现上的差异,各厂商间的系统不兼容,甚至同一厂商的系统和设备其新旧版本之间也存在兼容性问题,最突出的兼容性问题就是相互之间无法互联互控,系统基本上只能在指挥中心独立存在,形成了通常所说的“孤岛式”、“烟囱式”的应用。这显然增加了交管部门在特勤警务执行、跨区域协调、信号配时管理、设备系统运维、与外部系统的信息交互等信控业务上的困难与不便。例如,缺乏统一的信息交互接入点,就难以接入互联网数据,实现车联网等新场景与新技术的应用。

这些日益增长的大范围、智能化交通控制的业务需求催生了交通信号统一管控平台,由此实现现有多系统/多类信号机在同一平台下的管理与控制。

早期交通指挥集成系统建设时,便已有多信号控制系统接入的需求,主要实现多系统下的特勤警卫信号预案执行功能。但当时还比较缺乏协议标准规范,影响了规模化的应用;另外此时更偏重于信控信息的展示与分享,管控的程度还比较低。为解决这些问题,期间也逐步开始了标准规范的制定工作。

这里列出的是一些交通信号控制领域主要的相关标准:第一个是GA47—2002《道路交通信号控制机》行业标准,最新的版本是国家强制标准GB25280—2016;第二个是《交通信号控制系统术语》行业标准GA/T509—2004,最新版是2015年颁布的推荐国标GB/T31418—2015;第三个是GA/T527.X,交通信号控制方式系列行业标准;第四个是GB/T20999—2007是关于信号机与上位机间的数据通讯协议,最新版本是GB/T20999—2017;第五个是GA/T1049.2—2013《公安交通集成指挥平台通信协议 第2 部分:交通信号控制系统》;最后一个是国家推荐标准GB/T39900—2021《道路交通信号控制系统通用技术要求》。这些标准后面还会谈到。

随着ICT技术发展、视频检测和互联网数据的规模化应用、大范围智能化的信号控制业务需求的发展,多地开始了交通信号统一管控平台的建设。2016年交通大脑等大数据应用开始聚焦于交通信号优化;2018年底深圳交管局提出“上马统一的交通信号平台”。

到2020年公安部交通管理局颁布了《公安交通管理科技发展规划(2021-2023年)》及《关于进一步加强城市道路交通信号控制应用工作的指导意见》,鼓励各地将不同品牌交通信号控制系统接入到城市交通信号统一管理平台,推进城市各区域信号控制系统的统一管理和跨区域统筹优化。

从此,统一管控平台成为公安交管智能管控建设的热点之一。目前已有一批城市建成或正在建设交通信号统一管控平台。

平台主要按照接入模式分为C2F和C2C两种类型,C2F是统一管控平台直接连接路口信号控制机,中间不经过其它软件系统,而C2C则是统一管控平台直接连接的是传统交通信号控制系统。这些大家都很清楚,这里不再赘述。

以下就四个问题来展开探讨:首先,统一管控平台的定位问题,它与传统交通信号控制系统的关系是什么;第二,平台的基本功能有哪些;第三,在平台建设中存在的一些技术问题,有什么解决的思路;最后,谈谈平台评价的问题。

02、统一管控平台的定位

统一管控平台不应作为新一类的系统,平台仍属于交通信号控制系统的范畴,是对传统交通信号控制系统的发展。下面从接入模式及功能等方面分析一下。

1、接入模式方面

右侧C2F模式下,统一管控平台需要实现交通信号系统中心软件的所有功能,显然它就是交通信号控制系统。

左侧C2C模式下,平台连接交通信号控制系统软件,再通过交通信号控制系统实现信号控制。在这种形式下,可以认为管控平台是对交通信号控制系统中心控制级的扩展。参见下面的系统控制结构图(取自国标GB/T39900《道路交通信号控制系统通用技术要求》),对于多信号控制系统的接入,可以看作统一管控平台将各系统中心级之上再加入一个控制级。传统交通信号控制系统有时也被称作区域交通信号控制系统,它往往只针对一个片区。这里统一管控平台就将区域级的信号控制扩展到城市全域,实现跨区域的信号控制与协调以及控制策略方面的宏观调节。

2、功能方面

从平台功能方面来说,统一管控平台的功能和国家标准GB/T39900《道路交通信号控制系统通用技术要求》中的交通信号控制系统功能配置表基本相对应,比如运行监控、参数配置、评估优化等等,统一管控平台只是特别指明实现了多类信号机或信号控制系统的接入,但完成的仍然是交通信号控制的功能。

综上,统一管控平台仍属于交通信号控制系统范畴内,因此在公安交管信息化科技应用领域,统一管控平台可以视作交通信号控制系统,定位于基础的应用系统。

一方面,平台对接信号控制系统/信号机,实现多系统以及不同厂商设备间的联网联控,对最终用户屏蔽了系统/设备间的差异,实现了交通信号控制系统中心软件功能;另一方面,平台作为外部信息交互的唯一接入点,实现与集成指挥平台、互联网/车联网应用等外部系统间的信息互联。

03、统一管控平台主要功能

统一管控平台不能只实现“数据看板”的功能,而是要面向信号控制的具体业务,这样才能叫“管控”平台。这里对平台功能做一个粗略的分类。

基于上面的思路,统一管控平台应该作为信控的统一门户:一方面,除了特别底层的参数(如灯组、通道等),应该能够完整实现信号控制系统的人机界面,还要实现平台自身的特色扩展功能。此时,C2C下传统的信号控制系统只是提供一些通用的底层后台服务,比如通信服务、同步服务等等;另一方面,与外部之间,所有的数据交互、系统交互都应由统一管控平台进行。

据此,可以将平台功能分成基本功能和扩展功能。

基本功能包括如下几个方面:

1)运行监控:包含交通流、配时、设备等各类运行状态、报警信息的监测,以及包括警卫任务信号优先在内的基本控制;

2)参数配置管理:包括路口特征参数、路网拓扑参数、预案等各类参数配置管理;

3)信息汇聚与共享:实现信控数据的分析与共享,包括互联网交通数据接入处理以及信号配时实时运行信息的对外共享等。

而扩展功能则包括两方面:

1)协调优化:实现不同场景、不同交通运行状态下的交通信号配时方案优化;

2)交通运行评价,对交通控制效果进行研判诊断与优化评价,比如绿灯利用率分析、点线面的失调失衡诊断、拥堵分析预警等等。

扩展功能这里只列举了很基本的两类,在各地实际应用中可能会更多,诸如运维管理、更大范围的交通数据分析与评价服务等等。

04、其它

1、突出技术问题

在统一管控平台建设中,反映比较多的技术问题有“术语不统一、协议不一致、控制逻辑不同”等。

术语不一致的方面,最著名的莫过于“相位”与“阶段”,另外还有“环”、“色步”以及对于各类控制方式的理解等等。

协议方面的问题,大家可能更清楚:在C2F的接入模式下有国标GB25280、GB/T20999、美国规范NTCIP,还有团体标准和私有协议,类别多,术语体系也不相同,互联互通难度大;C2C的接入模式下相对好一些,大多数是基于GA/T1049.2行业标准,但现行标准内容项覆盖面小,很多参数项没能在标准里包含,各家在平台具体建设时只能在GA/T1049.2行业标准基础上进行扩展,这样的扩展项及内容上就又很容易出现不一致不统一的情况。

控制逻辑的不一致,在平台实现时更麻烦一些:例如相位差的协调上,有绿初协调与绿末协调;方案转换的算法方面,导致方案切换所需周期数的问题;控制方式的执行逻辑上的不同等等。

应对思路上,一方面要通过标准规范及手册指南对术语、协议及控制逻辑这几个部分进行规定或约定,对于不适应的标准示范进行修订完善;另一方面也需要具体建设城市,在其各自需求之上,以这些国标/行标/指南为基础,确定其具体的统一管控平台的接入协议以及细化的功能要求,实现信号控制的一些特色功能,但是最终应该既能保证具有个性化功能的系统/信号机接入,也能支持仅满足国标或行标的通用功能的系统/信号机接入。

2、平台的评价

对统一管控平台的评价,同样可参考交通信号控制领域的相关标准:

对于功能与基本性能方面,一是以国标GB/T39900《道路交通信号控制系统通用技术要求》来进行,该标准中含有测试方法一节,可参照执行;此外对于统一管控平台其特色功能需要重点评价。

在应用效果方面,则可以参照行业标准GA/T527.2《道路交通信号控制方式 第2部分:通行状态与控制效益评估指标及方法》(正在修订)来评价,标准中包含了通行状态与控制效益两类评估,并给出了具体的评估内容、流程与方法,具体可参考标准内容。

05、小结

个人认为,统一管控平台仍属于交通信号控制系统,是对传统交通信号控制系统的发展,是基于大范围智能化交通控制的需求而出现的,它的评价和建设可以依据交通控制信号领域的相关标准和规范来开展。

还有一些方面的问题,这里并没有讨论:例如统一管控平台是否需要根据城市大小分类,采用不同类型的平台,区分其功能;各地信控业务管理模式不太一样,有支队全面管理即直管的模式,也有大队支队分管的模式,不同模式下的管控平台在规划设计和建设方面又有什么不同;统一管控平台在实现大范围智能化/智慧化信号控制优化上有什么具体的实现方式;统一管控平台在全国的建设和应用情况也需要开展调研分析。以上这些都可以进一步探讨。

以上只是个人的一些思考,敬请批评指正,谢谢!

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