交通信號控制行業(yè)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了一個瓶頸期，新需求、新場景不斷涌現(xiàn)，技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品面臨全面挑戰(zhàn)。如何解決這些問題？北方工業(yè)大學(xué)智能交通控制技術(shù)北京市重點實驗室研究員張福生提出了幾點信控發(fā)展趨勢思考：信控設(shè)備成為道路智能基礎(chǔ)設(shè)施、硬件設(shè)施趨向兼容、場景與服務(wù)產(chǎn)生價值。

以下為張福生演講實錄，經(jīng)賽文交通網(wǎng)編輯整理，有刪減。

2017年，在賽文交通網(wǎng)的信控年會上，我做過一個報告題目是《網(wǎng)絡(luò)與計算融合的交通控制》，預(yù)測未來交通信號控制發(fā)展的主要方向?qū)⑹恰坝嬎?網(wǎng)絡(luò)+控制”的融合。

幾年過去了，交通信號控制領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)進(jìn)入了瓶頸期，行業(yè)需求寄希望于下一代產(chǎn)品，但是對下一代產(chǎn)品的形態(tài)、功能、技術(shù)方向等還沒有明確的共識。

隨著車路協(xié)同、自動駕駛、5G等新技術(shù)的誕生，更多的新需求、新場景也不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)信控領(lǐng)域的技術(shù)、方法、產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)面臨著全面挑戰(zhàn)。

概括總結(jié)這些挑戰(zhàn)與困境：

• 復(fù)雜多樣的控制需求與控制方法、控制規(guī)則單一的矛盾；

• 多樣的交通場景與交通感知缺乏，尤其是對復(fù)雜交通場景的感知能力缺乏的矛盾；

• 大量實時交通數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)處理算力不足的矛盾，大量數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，需要將數(shù)據(jù)推送到中心端，過度依賴云端運算造成無法響應(yīng)交通現(xiàn)場實時需求變化；

• 多變的交通需求與無法靈活定義的僵化的控制方法之間的矛盾；

• 不斷出現(xiàn)的外圍設(shè)備、控制需求帶來的簡單設(shè)備堆疊式擴(kuò)展的混亂；

• 面向車路協(xié)同、自動駕駛的高可靠、高實時控制需求，控制設(shè)備不具備多任務(wù)處理能力、能源消耗高、控制時間粒度粗糙。

舉一個例子，城市路口越來越多的設(shè)備接入到信號機(jī)，信號機(jī)箱內(nèi)接入了視頻檢測、GPS授時、地磁檢測、電子警察等等各類接口設(shè)備，已經(jīng)不堪重負(fù)，這種情況對控制效果、運維管理等方面都帶來了很多問題。

如何解決這些問題？我從幾個零散的點做了一點思考，供業(yè)內(nèi)同行共享。

第一，未來交通信號控制設(shè)備將不再是單一的信號燈控制設(shè)備，而應(yīng)該是以路口為中心的一體化智能節(jié)點，負(fù)責(zé)完成路口綜合交通管控任務(wù)。包括交通數(shù)據(jù)采集、綜合感知、網(wǎng)絡(luò)匯聚、數(shù)據(jù)存儲、具備算力實現(xiàn)路口及周邊小區(qū)域級別的交通優(yōu)化控制、車路協(xié)同交互、路口能源供給、交通信息發(fā)布、交通設(shè)施能源管理等等。

實現(xiàn)這些功能，傳統(tǒng)解決方案是以設(shè)備簡單堆疊的方式實現(xiàn)，下一代交通信號控制器要能夠提供一體化解決方案，涵蓋這些功能，實現(xiàn)一體化智能節(jié)點方式取代現(xiàn)有交通信號控制設(shè)備的目標(biāo)。

第二，傳統(tǒng)交通信號控制采用的一燈一線、一設(shè)備一連接的方式，這種方式會造成工程成本劇增，前端設(shè)備管理復(fù)雜，運維管理困難。隨著前端設(shè)備智能化，將會演變成網(wǎng)絡(luò)總線連接方式，極大地簡化系統(tǒng)之間的連接。以控制器為核心，形成微型網(wǎng)絡(luò)，覆蓋路口及周邊小區(qū)域的交通設(shè)施，系統(tǒng)連接將演變成網(wǎng)絡(luò)總線連接方式。

要實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要引進(jìn)成熟的工業(yè)總線技術(shù)、定義交通控制現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)；同時完善提高現(xiàn)有交通控制領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系也至關(guān)重要，對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的沖突檢測、控制安全等方面都要進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。

第三，交通信號控制產(chǎn)品采用安全低電壓模式將是未來發(fā)展趨勢。低壓交通控制模式可以極大提高交通設(shè)施用電安全。同時可以通過整合交通控制相關(guān)設(shè)施的供電方式，未來交通信號控制器將成為以路口為中心的能源中心、設(shè)備管理中心，只有這樣才能實現(xiàn)全部交通控制設(shè)施的統(tǒng)一運維、統(tǒng)一遠(yuǎn)程管理。

當(dāng)然，目前的交通設(shè)施簡單進(jìn)行低壓處理還存在很多問題，以交通信號燈為例，一組燈功率平均15—20瓦，如果降低電壓到40V，電流需要提高5倍，以現(xiàn)有的電纜環(huán)境會產(chǎn)生太大的壓降，因此基礎(chǔ)條件無法滿足應(yīng)用，解決這個問題最基本的方法就是降低前端用電設(shè)備能耗。

近幾年，在歐洲已經(jīng)出現(xiàn)大量低能耗交通產(chǎn)品，如西門子推出的節(jié)能燈具將信號燈具功耗降到1瓦，常規(guī)一個16燈組路口年燈具耗電約2500度，中等以上城市信號燈每年電費可節(jié)省200萬以上。

第四，系統(tǒng)安全防護(hù)應(yīng)引起足夠重視，每一個交通信號控制機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，這個網(wǎng)絡(luò)分布于整個城市。傳統(tǒng)的安全管理，通常解決辦法是對人的安全管理，比如人員身份認(rèn)證，通信加密等。但是對于交通信號控制系統(tǒng)來說，最大的安全問題往往來自于設(shè)備的身份認(rèn)證，也就是說這張網(wǎng)絡(luò)里面的哪些設(shè)備是允許接入的，一旦接入之后，設(shè)備有沒有被替換、被冒用等，這些都需要研究解決。

交通信號控制系統(tǒng)覆蓋整個城市運轉(zhuǎn)，一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，不僅關(guān)乎生命財產(chǎn)安全，更關(guān)乎社會安全和國家安全。人員身份認(rèn)證、設(shè)備身份認(rèn)證、基礎(chǔ)通信協(xié)議加密處理、防竊聽、防篡改、防盜用以及相關(guān)認(rèn)證技術(shù)，區(qū)塊鏈技術(shù)在這個領(lǐng)域里面都會得到一些深入應(yīng)用。

第五，系統(tǒng)健康管理與運維，交通控制對運維質(zhì)量和系統(tǒng)健康保障有很高的要求，一旦交通控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會影響一條路，甚至是一個區(qū)域的交通運行。目前存在的問題是，幾乎所有控制系統(tǒng)與運維管理全部共網(wǎng)運行，也就是說健康管理全部依賴于現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)，若控制網(wǎng)絡(luò)癱瘓了，運維監(jiān)測也將陷入癱瘓。

未來的運營系統(tǒng)和交通信號控制系統(tǒng)，一定要具備獨立的健康診斷網(wǎng)絡(luò)。通過將前端所有設(shè)備由非智能化變成智能化設(shè)備、IP化，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的全天候監(jiān)控與管理。

第六，關(guān)于開源和開放。四年前，我曾經(jīng)提出過一個愿景，未來的交通信號控制領(lǐng)域的發(fā)展可能會走向“硬件免費，軟件開源”。幾年過去了，這個目標(biāo)還沒有實現(xiàn)，我認(rèn)為開源的本質(zhì)不是代碼開放，而是知識開放，只有在知識開放的基礎(chǔ)上形成行業(yè)共識才能真正實現(xiàn)代碼共享。

要實現(xiàn)這個目標(biāo)，首先是行業(yè)基本概念、方法高度共識；其二要在硬件上高度集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、兼容；其三是通信協(xié)議日益完善標(biāo)準(zhǔn)。

第七，關(guān)于控制實時性，目前行業(yè)內(nèi)提到信號控制都在談配時方案優(yōu)化，這是個誤區(qū)，控制優(yōu)化不僅僅是配時方案，優(yōu)化的粒度不能以方案為單位。未來隨著車路協(xié)同、自動駕駛等時代到來，很多的信號控制與優(yōu)化的目標(biāo)已經(jīng)不能用周期來衡量，控制時間粒度由“周期”到“秒”，甚至到“百毫秒”級別。

第八，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將由傳統(tǒng)樹狀結(jié)構(gòu)變成扁平化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化結(jié)構(gòu)；相關(guān)領(lǐng)域的研究成果后續(xù)會另行發(fā)表。

第九，控制模式變化，傳統(tǒng)的控制模式包括方案協(xié)調(diào)、感應(yīng)控制、中心控制等等。協(xié)同控制模式是未來的發(fā)展趨勢，包括共享檢測數(shù)據(jù)、共享分場景、協(xié)商優(yōu)化方案、協(xié)同聯(lián)動控制、交叉狀態(tài)監(jiān)控、故障控制接管、控制效果綜合評價等都會有一些新的控制方法。相關(guān)領(lǐng)域我們實驗室做了很多研究，有關(guān)成果我們也會陸續(xù)發(fā)布。

第十，控制對象，傳統(tǒng)交通信號控制的核心是時間控制；隨著短時潮汐車道等控制方式的出現(xiàn)，控制對象也發(fā)生了變化，從時間控制到空間控制，甚至是宏觀的時空統(tǒng)一控制將是主要方向。

最后一點是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)滯后一直是行業(yè)發(fā)展的困境，國內(nèi)交通控制領(lǐng)域太多標(biāo)準(zhǔn)之間存在矛盾，如何統(tǒng)一基本術(shù)語、基本概念是個重要課題，參考?xì)W洲美國標(biāo)準(zhǔn)，我們有很多基本交通設(shè)計語言、基本評價指標(biāo)沒有達(dá)成一致。我個人的思考是要把最基本的概念，最基本的方法、最基本的參數(shù)以及最基本的控制模式進(jìn)行統(tǒng)一。

標(biāo)準(zhǔn)方面，我一直的觀點是要站在巨人的肩膀上，引入通信、控制、電氣領(lǐng)域成熟的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并在此基礎(chǔ)上專注于交通控制領(lǐng)域，形成統(tǒng)一的交通控制行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。未來可以有中國交通領(lǐng)域自己的類似MUTCD、STM等等系列標(biāo)準(zhǔn)、手冊，我自己也一直在做相關(guān)的深入研究，未來會以研究報告的形式發(fā)布。

交通在發(fā)展，交通控制在發(fā)展，未來可期。