周毓

摘 要：基于交通信號(hào)控制基礎(chǔ)理論，結(jié)合交叉口交通信號(hào)控制實(shí)施流程，探討邊緣計(jì)算技術(shù)在交通信號(hào)控制配時(shí)方案計(jì)算、通行狀態(tài)評(píng)價(jià)、控制效益評(píng)估及信號(hào)配時(shí)優(yōu)化等方面的作用。較傳統(tǒng)的交通信號(hào)控制、優(yōu)化而言，基于邊緣計(jì)算技術(shù)的交通信號(hào)控制、優(yōu)化和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，傳輸、計(jì)算延時(shí)小，傳輸效率高，可大大提高交通管理的智能化、精細(xì)化水平。

關(guān)鍵詞：邊緣計(jì)算;智能交通;交通信號(hào)控制;交通管理

中圖分類號(hào)：U491.54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

為有效治理城市交通擁堵，交通信號(hào)控制與優(yōu)化在交通管理中愈發(fā)被重視，為提升交通信號(hào)管控應(yīng)用精細(xì)化、智能化水平，部分先進(jìn)地區(qū)紛紛組建成立交通信號(hào)配時(shí)中心，強(qiáng)化專業(yè)人才與科技設(shè)備的高效協(xié)同能力以促進(jìn)城市疏堵保暢。當(dāng)前的交通信號(hào)配時(shí)優(yōu)化主要依托云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，在中心側(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析研判，在固定周期、分時(shí)段控制下使得信號(hào)配時(shí)更符合交叉口交通運(yùn)行實(shí)際;同時(shí)，受數(shù)據(jù)分析時(shí)耗、數(shù)據(jù)上傳和方案下發(fā)傳輸網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等因素影響，難以實(shí)現(xiàn)交叉口交通信號(hào)配時(shí)的實(shí)時(shí)優(yōu)化和下發(fā)，邊緣計(jì)算技術(shù)的低帶寬、超低延時(shí)等特點(diǎn)則為交通信號(hào)配時(shí)實(shí)時(shí)優(yōu)化和交通信號(hào)自適應(yīng)控制提供了可能。

1 交通信號(hào)控制基礎(chǔ)理論

交通信號(hào)控制理論是在交通流理論的基礎(chǔ)上，對(duì)交通路網(wǎng)上行駛的車輛、行人進(jìn)行合理的管理、調(diào)節(jié)、引導(dǎo)，使之能夠安全高效地獲得通行權(quán)，在現(xiàn)有路網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對(duì)交通流進(jìn)行智能化管理控制。交通信號(hào)控制主要有定時(shí)控制、感應(yīng)控制（半感應(yīng)控制、全感應(yīng)控制）和自適應(yīng)控制三種方式[1]。

交通信號(hào)控制過程中需對(duì)控制通行狀態(tài)和控制效益進(jìn)行評(píng)估，以便于不斷優(yōu)化交通信號(hào)控制配時(shí)，主要指標(biāo)[2]如下表2：

數(shù)據(jù)采集是進(jìn)行信號(hào)控制、優(yōu)化及評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)交通信號(hào)控制主要依賴于線圈、地磁、視頻等，采集手段、采集要素單一，已無法滿足愈發(fā)精細(xì)化的交通管理需求。在5G、大數(shù)據(jù)等技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，機(jī)動(dòng)車流量、非機(jī)動(dòng)車流量、行人過街?jǐn)?shù)據(jù)、機(jī)動(dòng)車車牌、車輛類型、速度、轉(zhuǎn)向、單車道流量等全要素交通數(shù)據(jù)采集已經(jīng)成為交通信號(hào)控制數(shù)據(jù)采集的必然趨勢。

2 邊緣計(jì)算技術(shù)在智能信號(hào)控制中的應(yīng)用

2.1 邊緣計(jì)算的特點(diǎn)

邊緣計(jì)算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺(tái)，就近提供最近端服務(wù)。融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的分布式開放平臺(tái)，就近提供邊緣智能服務(wù)。邊緣計(jì)算具備高實(shí)時(shí)性計(jì)算能力、超低時(shí)延、高帶寬、高安全可靠性等特點(diǎn)，具備對(duì)海量、異構(gòu)、多樣性數(shù)據(jù)接入和實(shí)時(shí)分析處理能力;海量的數(shù)據(jù)靠近終端設(shè)備或者直接在終端設(shè)備上運(yùn)行，不再需要上傳至云端進(jìn)行處理，降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，核心網(wǎng)傳輸壓力下降，傳輸速率大大增加[3]。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

基于邊緣計(jì)算的智能交通信號(hào)控制主要由云端控制平臺(tái)和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成。在邊緣側(cè)，以一個(gè)交叉口為單位，按照計(jì)算需求建設(shè)邊緣計(jì)算設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)與交叉口已建設(shè)的電警、交通視頻監(jiān)控、雷達(dá)等交通信息采集設(shè)備的對(duì)接。通過邊緣計(jì)算設(shè)備分析計(jì)算后將相關(guān)交通參數(shù)輸出至交通信號(hào)機(jī)，交通信號(hào)機(jī)根據(jù)參數(shù)計(jì)算配時(shí)方案，并將控制指令下發(fā)至交通信號(hào)燈，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制和優(yōu)化。

2.3 邊緣計(jì)算設(shè)備可采集參數(shù)

利用傳感器技術(shù)、高精地圖技術(shù)、AI算法、大算力芯片、邊緣計(jì)算技術(shù)，通過邊緣計(jì)算設(shè)備實(shí)現(xiàn)交叉口雷達(dá)數(shù)據(jù)、視頻分析數(shù)據(jù)、路口渠化數(shù)據(jù)的擬合，實(shí)時(shí)掌握車輛軌跡、車道流量、車道飽和度、延誤停車次數(shù)、排隊(duì)長度等重要交通參數(shù)，通過多源數(shù)據(jù)的融合，實(shí)現(xiàn)路口的全方向、全天候、全要素的全數(shù)字化。通過邊緣計(jì)算設(shè)備，可在邊緣側(cè)實(shí)現(xiàn)以下交通數(shù)據(jù)的采集：

2.4 邊緣計(jì)算在智能交通信號(hào)控制中的應(yīng)用

根據(jù)交叉口交通信號(hào)控制實(shí)施流程，結(jié)合表2～表4可見，邊緣計(jì)算技術(shù)在交通信號(hào)控制、評(píng)估和優(yōu)化中均發(fā)揮著重要的作用：

2.4.1 支撐交通信號(hào)控制配時(shí)方案精準(zhǔn)計(jì)算

通過邊緣計(jì)算設(shè)備對(duì)現(xiàn)有交通設(shè)備數(shù)據(jù)的融合分析，綜合交叉口渠化信息、交叉口交通流量數(shù)據(jù)，為研判交叉口交通運(yùn)行規(guī)律、劃分交叉口信號(hào)控制時(shí)段，確定相位相序，計(jì)算信號(hào)控制配時(shí)方案提供更全面、更精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配時(shí)方案精準(zhǔn)計(jì)算[4]。

2.4.2 支撐交通信號(hào)控制通行狀態(tài)評(píng)價(jià)

根據(jù)相位流量、周期流量、小時(shí)流量、日流量等流量數(shù)據(jù)，綠/紅燈啟亮?xí)r刻排隊(duì)長度、周期平均排隊(duì)長度、交叉口占有率、交叉口飽和流量等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)交叉口流量比最大的進(jìn)口車道及交通狀況、交叉口排隊(duì)擁擠程度最大的進(jìn)口車道及排隊(duì)狀況、積壓狀況的自動(dòng)判別，實(shí)現(xiàn)對(duì)交叉口交通信號(hào)控制通行狀態(tài)的評(píng)價(jià)。

2.4.3 交通信號(hào)控制控制效益評(píng)估

根據(jù)邊緣計(jì)算設(shè)備計(jì)算的最大流量比變化率、綠/紅燈啟亮?xí)r刻最大排隊(duì)長度變化率、單位綠燈時(shí)間通過量、飽和度、平均停車次數(shù)、平均信號(hào)控制延誤等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交叉口流量比最大進(jìn)口車道的交通流量增減程度，交叉口排隊(duì)最大進(jìn)口車道的擁擠改善程度，交叉口信號(hào)放行壓力最大進(jìn)口車道的積壓緩解程度，進(jìn)口車道或交叉口綠燈放行效率等控制效益進(jìn)行評(píng)估。

2.4.4 交通信號(hào)控制配時(shí)方案優(yōu)化

如圖1，邊緣設(shè)備計(jì)算的指標(biāo)參數(shù)可直接與路口交通信號(hào)控制機(jī)進(jìn)行對(duì)接，將相關(guān)參數(shù)直接輸入至信號(hào)機(jī)，由信號(hào)機(jī)根據(jù)配時(shí)方案計(jì)算邏輯，對(duì)配時(shí)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整。

3 結(jié)論與展望

通過在交叉口部署邊緣計(jì)算設(shè)備，融合路口各類設(shè)備數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集并直接與交通信號(hào)控制機(jī)對(duì)接，減少數(shù)據(jù)上傳、中心計(jì)算和方案下發(fā)等一系列過程導(dǎo)致的傳輸延時(shí)。相對(duì)于傳統(tǒng)的交通信號(hào)控制而言，基于邊緣計(jì)算技術(shù)的交通信號(hào)控制數(shù)據(jù)更全面、更精準(zhǔn)，交通信號(hào)控制配時(shí)優(yōu)化也將從傳統(tǒng)的定時(shí)控制優(yōu)化向全感應(yīng)控制和自適應(yīng)控制優(yōu)化轉(zhuǎn)變，通過多路口邊緣計(jì)算設(shè)備

的互聯(lián)互通，為交通信號(hào)的干線自動(dòng)協(xié)調(diào)控制、區(qū)域自動(dòng)協(xié)調(diào)控制奠定了良好的基礎(chǔ)。邊緣計(jì)算技術(shù)不僅在智能交通信號(hào)控制中具有良好的應(yīng)用效果，基于邊緣計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)的交通事故、交通違法和交通事件等實(shí)時(shí)交通運(yùn)行情況，也為交通管理中事件的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處置、實(shí)時(shí)指揮調(diào)度、交通安全防控等實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用及未來車路協(xié)同等相關(guān)的應(yīng)用提供有利支撐。

參考文獻(xiàn)：

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