導(dǎo)語：2023年8月18日，公安部道路交通安全研究中心、中國道路交通安全協(xié)會聯(lián)合開展了2024年中國道路交通安全創(chuàng)新與合作大會(以下簡稱“創(chuàng)新與合作大會”)論文征集工作。言究社特此推出創(chuàng)新與合作大會優(yōu)秀論文專題展播，集中展示各位行業(yè)優(yōu)秀工作者在進(jìn)一步提升交通安全管理水平，促進(jìn)交通安全事業(yè)可持續(xù)發(fā)展工作中涌現(xiàn)出的新技術(shù)、新理念，歡迎大家持續(xù)關(guān)注！本期為大家推送的是江西省南昌市公安局交通管理局交通科學(xué)研究所章叢琳分享的《基于大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的交通信號控制改革與實戰(zhàn)》。

交通信號控制是道路交叉口最普遍的交通管理形式，科學(xué)合理的交通信號控制能夠有效改善城市交通運行秩序，提升交通運行效率與服務(wù)水平。近年來，江西省南昌市公安局交通管理局聚焦城市交通擁堵突出問題，以數(shù)據(jù)研判、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)驗證為手段，精致建設(shè)、精細(xì)管理，高起點站位、高站位謀劃、高速度推進(jìn)全市信號優(yōu)化提升工作。本文介紹了南昌交管局根據(jù)南昌市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、交通特性、空間范圍等劃分交通場景，構(gòu)建了城市道路交通場景庫，并依托多源交通大數(shù)據(jù)，從機制、模式、方法三方面進(jìn)行交通信號控制改革，深度挖掘南昌市交通流量、路口擁堵等特征規(guī)律，針對不同交通問題制定“長綠波控制”“區(qū)域協(xié)調(diào)”等多種交通信號控制策略，圍繞單個道路交叉口、干線、特殊時期預(yù)案保障等，實現(xiàn)高效信號配時管理，有效提升了南昌市道路通行效率，供參考。

一、交通信號控制改革舉措

（一）機制改革

當(dāng)前，南昌市信號機聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控率已達(dá)到98.3%（因道路建成后未與交管部門辦理移交，導(dǎo)致少量聯(lián)網(wǎng)信號機未接入交管相應(yīng)平臺）。在數(shù)據(jù)資源方面，已建成1200余套視頻檢測器，電子警察設(shè)備已覆蓋1572個路口。為實現(xiàn)交通信號配時標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化，確保南昌市交通信號配時優(yōu)化工作扎實高效推進(jìn)，南昌交管局成立了智慧信號配時中心，并制定了交通信號三級優(yōu)化機制，明確了交管局、大隊、中隊信號保障工作重點、信號工作原則和各級工作職責(zé)，確保信號保障工作有章可循。

南昌交管局負(fù)責(zé)信號配時方案優(yōu)化整體工作，監(jiān)管全市信號配時方案，制定區(qū)域信號控制策略。通過融合路網(wǎng)、路段交通狀態(tài)、車輛軌跡等多源數(shù)據(jù)，宏觀分析城市交通特性，結(jié)合時間和空間變化規(guī)律，深度挖掘全市交通出行規(guī)律，精準(zhǔn)識別信號配時、組織渠化等交通問題，針對具體問題采取緩進(jìn)快出、綠波協(xié)調(diào)、微循環(huán)等信號控制策略。大隊設(shè)置專職民警，負(fù)責(zé)收集轄區(qū)路口信號配時優(yōu)化意見并反饋至配時中心，依托互聯(lián)網(wǎng)平臺，對延誤評級高峰時段報警前十的路口進(jìn)行調(diào)研分析。基于交通流理論，根據(jù)車流通過交叉口的基本運動特性，引入通行效率分析方法，結(jié)合交通數(shù)據(jù)規(guī)律、路口配時方案和路口渠化信息分析問題成因并提出解決方案。中隊根據(jù)路口信號配時方案的實際運行效果提出合理性意見，將路口占道施工、交通事故等極易引起交通擁堵的異常事件報送至配時中心。

（二）模式改革

為解決基層警力不足、專業(yè)力量薄弱等問題，南昌交管局引進(jìn)專業(yè)信號優(yōu)化實戰(zhàn)團(tuán)隊，打造智能信號與智慧交通創(chuàng)新團(tuán)隊，構(gòu)建優(yōu)勢互補、良性互動的信號優(yōu)化新格局。以“白天平峰時段擁堵明顯減少，早晚高峰時段擁堵聯(lián)勤聯(lián)動聯(lián)指”為目標(biāo)，深化融合應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)交通大數(shù)據(jù)，針對道路交通信號配時不科學(xué)、設(shè)計不規(guī)范等問題提出專業(yè)的整改方案。

（三）方法改革

? 每月對嚴(yán)重擁堵路口進(jìn)行“一點一策”治理

2023年，南昌交管局對解放西路上海路口、南昌大道城南大道口和南京東路等196處擁堵路口進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺的延誤大數(shù)據(jù)，深入分析路口的擁堵特征規(guī)律，針對性地進(jìn)行信號專項優(yōu)化。精細(xì)劃分時段是信號配時優(yōu)化的基礎(chǔ)。圖1所示為精細(xì)劃分時段流程圖，在精細(xì)劃分時段專項治理中，采用了聚類算法對路口流量大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用平滑后的路口5分鐘流量數(shù)據(jù)序列，檢測數(shù)據(jù)產(chǎn)生的拐點，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，初步形成路口的小時段，再比較相鄰時段的離散程度以及流量差值，將離散程度低且流量差值小的時段合并為一個時段，時段合并后重新計算時段內(nèi)離散程度。

離散程度即樣本點到聚類中心的距離平方和，計算公式為：

式（1）中，q為時段內(nèi)樣本平均值。

計算時間序列T的K個時段的數(shù)據(jù)離散程度的加和作為時間序列T的損失函數(shù)，計算公式為：

應(yīng)用拐點方法識別最優(yōu)聚類數(shù)，式（2）中K值取急劇變化到趨于平緩變化的拐點。然后，計算任意兩個相鄰K下的最優(yōu)分割損失值的斜率，計算公式為：

計算前后兩個連續(xù)斜率的變化率，選擇變化最大的值為最優(yōu)分類數(shù)。K為最優(yōu)分類數(shù)，計算公式為：

綠燈放行通過智能計算干線相位差，下發(fā)路口加放方案，增加協(xié)調(diào)相位的放行時間，且不改變下發(fā)后路口之間的相位差。一鍵綠燈放行流程如圖2所示。

結(jié)合路口的不同擁堵特征規(guī)律，因地制宜地采取精細(xì)劃分時段、多路口協(xié)調(diào)聯(lián)動一鍵綠燈放行、調(diào)整車道功能、設(shè)置待行區(qū)、優(yōu)化警力部署、“蓄水式”二次放行等措施進(jìn)行“一點一策”精準(zhǔn)精細(xì)治理。通過互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)對比分析，采取治理措施前后一周的延誤數(shù)據(jù)顯示，全年度擁堵指數(shù)平均下降12.76%。

? 多維度保障城市網(wǎng)紅商圈周邊道路暢通

為提升網(wǎng)紅打卡點、商業(yè)網(wǎng)點、景區(qū)景點和夜市周邊道路通行效率，南昌交管局采用“一降一廊一循環(huán)”方式進(jìn)行交通信號優(yōu)化。降沖突：為減少右轉(zhuǎn)車輛與慢行交通的沖突，設(shè)置行人信號相位提前紅燈，保障行人安全通行，一點一方案優(yōu)化“夜市經(jīng)濟”140個路口信號配時方案；設(shè)置“綠燈走廊”：在交通吸引點如萬壽宮、綠滋肴不夜城等，設(shè)置中山路、云錦路等交通信號“綠燈走廊”，讓車流順暢通行于“夜市經(jīng)濟”區(qū)域；實施區(qū)域“緩進(jìn)快出”“微循環(huán)”：在中山路、夢時代、萬達(dá)金街等商圈周邊設(shè)置信號協(xié)調(diào)控制，實施緩進(jìn)快出協(xié)調(diào)放行，形成“微循環(huán)”，保障區(qū)域交通順暢。同時，依賴互聯(lián)網(wǎng)路況數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)識別擁堵區(qū)域內(nèi)各關(guān)鍵節(jié)點的緩進(jìn)快出控制方向、比例和時長，各路口信號配時調(diào)整方法根據(jù)各路口級別不同，級別越高則路口壓縮或加放的時間越長。

? 路口治理選取方式的改革

路口治理是城市交通管理中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的選取方法往往依賴于被動發(fā)現(xiàn)。南昌交管局將“被動發(fā)現(xiàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃友信小?，探索了一種基于大數(shù)據(jù)的路口治理選取方法，即主要采用月初對比上一個月路口延誤指數(shù)上升路口、分析每月?lián)矶率录?shù)同比上升路段以及重點關(guān)注擁堵時長大于20分鐘以上道路，并結(jié)合調(diào)研和反饋來優(yōu)化路口治理策略，從而提高治理效率和準(zhǔn)確性，取得了良好效果。

? 積極回應(yīng)市民需求

對于市民反映信號配時不合理問題，南昌交管局通過分析交通數(shù)據(jù)、現(xiàn)場調(diào)研、后臺視頻調(diào)研等方式展開問題分析，發(fā)現(xiàn)交通流量變化快、道路改建和拓寬是導(dǎo)致紅綠燈配時不適應(yīng)交通需求變化的主要原因。因此，對交通流量進(jìn)行實時監(jiān)測，充分利用交通大數(shù)據(jù)，建立科學(xué)的紅綠燈配時準(zhǔn)則，包括車流量、路口類型、行人需求等因素，并根據(jù)實際情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，有效解決信號配時問題，緩解擁堵狀況，提升群眾滿意度。同時，充分發(fā)揮媒體宣傳作用，依托交通廣播、微信公眾號、抖音號等媒體平臺，以文字、圖像、微視頻等全媒體形態(tài)，多個角度宣傳信號治堵，積極爭取廣大市民的理解和支持。

二、實戰(zhàn)成效

通過現(xiàn)場調(diào)研、單點優(yōu)化信號周期、調(diào)整相位相序等措施，目前南昌市已建成165條綠波道路，里程約246公里，涉及交通信號控制路口679處，占全市交通信號控制路口總數(shù)的54.45%。綠波道路平均停車次數(shù)下降93.7%，平均行駛時間下降32.7%，大幅提升了市民出行品質(zhì)。綠波點位分布如圖3所示。

圖3 南昌市城區(qū)綠波點位分布圖

贛江中大道、贛江南大道作為南昌市南北向城市次干道，是市民通勤和外來旅游車輛通行的交通“主動脈”。該路段工作日每天車流量高達(dá)3.5萬輛，車流密度高，為提升該路段通行效率和群眾出行體驗，南昌交管局多次就贛江大道平峰時段信號配時進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，利用綠波控制技術(shù)建設(shè)雙向綠波控制，綠波速度55~60km/h。綠波帶建成后，行程時間較優(yōu)化前降低30.03%，停車次數(shù)較優(yōu)化前下降98%。

根據(jù)朝陽片區(qū)棋盤格的路網(wǎng)特點，南昌交管局通過信號控制對該區(qū)域“五橫五縱”十條相交干道開展區(qū)域優(yōu)化，設(shè)置南昌市首張綠波網(wǎng)，共涉及30個信號路口，如圖4所示。在優(yōu)化過程中，首先按照干線等級、流量、速度等大數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級排序，依次計算路網(wǎng)中的干線方案。在沒有形成閉合路網(wǎng)之前，以第一個路口或綠波交叉路口作為起始路口，計算干線上其他路口的絕對相位差。形成閉合路網(wǎng)后，嘗試用調(diào)換路口相序的方式實現(xiàn)最優(yōu)的協(xié)調(diào)方案。優(yōu)化后綠波網(wǎng)絡(luò)的行程時間平均減少20%，停車次數(shù)減少83%，擁堵指數(shù)從1.45下降到1.40。

圖4 南昌市首個綠波網(wǎng)

在鳳凰洲片區(qū)設(shè)置感應(yīng)式綠波，感應(yīng)式綠波自適應(yīng)控制基于交通流預(yù)測模型輸出的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)點、線、面不同級別信號配時自動適應(yīng)車流量變化，平峰減少綠損和停車延誤，高峰均衡排隊，確保關(guān)鍵節(jié)點和區(qū)域。在感應(yīng)過程中，非關(guān)鍵相位感應(yīng)綠燈結(jié)束時，相比基礎(chǔ)方案綠燈時間有多余時，將多余時間加至關(guān)鍵相位。應(yīng)用感應(yīng)式綠波優(yōu)化后干線行程時間平均減少34%，停車次數(shù)減少95%，綠損時間平均降低18%。

隨著城市建設(shè)不斷推進(jìn)，交通信號控制路口規(guī)模不斷擴大，交通管理難度也不斷加強。南昌交管局采取單點路口動態(tài)優(yōu)化、多元綠波動態(tài)調(diào)控、交通信號智能提升、交通信號控制預(yù)案調(diào)流等措施，實現(xiàn)交通信號配時標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、智能化提質(zhì)升級，切實推動南昌市交通管理工作向縱深發(fā)展，助力城市交通品質(zhì)進(jìn)一步提升。

（文/江西省南昌市公安局交通管理局交通科學(xué)研究所 章叢琳、李逸凡，本文首發(fā)于《道路交通管理》雜志2024年第6期）

編校 | 張翼飛 高海燕

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