智慧型交通信號燈

智慧型交通信號燈是一個研究熱點，屬於智慧型交通系統。智慧型交通系統（Intelligent Transportation System，ITS），旨在基於行人、車輛、道路、信號系統的多元互通，通過新一代信息技術構建可保障安全、提高效率、改善環境、節約能源的未來綜合運輸系統，推動傳統交通運輸、服務控制及車輛製造等相關上下游的產業變革。

智慧型交通信號燈是採用人工智慧（AI）的方法對用各種通信和信息收集技術收集來的道路和車輛數據進行處理，輸出合理的信號燈控制策略來對道路交通信號燈進行控制，以最佳化各項交通性能指標。

當前在智慧型交通系統中，面向車聯網的道路交通信號系統是關鍵的一個環節，引起了科研人員和工業界的廣泛關注。COP算法是一種較為經典的交通信號燈配時算法。

基本介紹

• 中文名：智慧型交通信號燈
• 外文名：Intelligent Traffic Signal
• 所屬學科：計算機科學

常見信號燈參數

1.周期：是指交通信號燈色發生變化，顯示一個循環所需的時間，也稱周期長，即紅、黃、綠燈時間之和。

2.相位：即信號相位，是指在周期時間內按需求人為設定的，同時取得通行權的一個或幾個交通流的序列組。

3.相位差：是指具有相同周期長的相關路口，在同方向上的兩個相關相位的啟動時間差。

4.飽和流量：是衡量路口交通流施放能力的重要參數，通常是指一個綠燈時間內的連續通過路口的最大車流量。

5.流量係數：是實際流量與飽和流量的比值。既是計算信號配時的重要參數，又是衡量路口阻塞程度的一個尺度。

6.綠信比：智慧型交通信號控制系統中的綠信比是指在周期長內的各相位綠燈時間與周期長之比。

7.綠燈間隔時間：是指從失去通行權的相位的綠燈結束，到下一個得到通行權的相位綠燈開始所用的時間。

8.有效綠燈時間：是指被有效利用的實際車輛通行時間。它等於綠燈時間與黃燈時間之和減去頭車啟動的損失時間。

常見信號燈分類

一、按控制範圍分類

根據交通信號的控制範圍，可以將交通信號控制方式劃分為單點控制方式、幹道協調控制方式（也稱“線控”）和區域協調控制方式（也稱“面控”）。

1．單點控制方式

單點控制方式是指被控交叉路口的交通控制信號只按照該交叉路口的交通狀況獨立運行，只考慮該單個交叉路口的交通運行效果最佳，而不考慮該交叉路口周圍其他交叉路口交通狀況的配時方案設計。

單點控制方式是最基本的交通控制形式，也是線控和面控系統的基礎，適用於相鄰信號機間距較遠、線控效果不佳時，因各相位交通需求變動顯著，其交叉路口的周期長和綠信比的獨立控制比線控更有效。

2．幹道協調控制方式

幹道協調控制方式是指將幹道上的多個交叉路口以一定方式聯結起來作為研究對象，同時對各個交叉路口進行相互協調的配時方案設計，使得幹道上按規定車速（通過帶速度）行駛的車輛獲得儘可能不停頓的通行權。

幹道協調控制是基於“綠波交通”的概念：當一列車隊行駛在有許多交叉路口的一條主幹道上時，協調控制會使車輛總是在綠燈開始時到達幹線交叉路口，因而通過交叉路口時無須停車。實踐證明，通過協調各個交叉路口之間的信號配時可獲得很大的通行效益。

3．區域協調控制方式

區域協調控制方式是指將區域內的所有交叉路口以一定方式聯結起來作為研究對象，同時對各個交叉路口進行相互協調的配時方案設計，使得整個控制區域的交通運輸效率提高、車輛平均延誤時間減少。

二、按運行方式分類

根據交通信號的運行方式，又可將交通信號控制方式劃分為定時控制方式、感應控制方式和自適應控制方式。

1．定時控制方式

定時控制是指根據以往的交通情況，預先設定信號周期和綠燈時間的信號控制方式，可運用於單個交叉路口的獨立控制，也可運用於多個交叉路口甚至是區域協調控制。定時控制配時方案是根據交通調查的歷史數據制定的，而且一經確定，即維持不變，直到下次重新進行交通調查。

2．感應控制方式

感應控制是指根據實際的交通情況（通過車輛檢測器獲取的當前交通情況數據），實時確定信號周期和綠燈時間的信號控制方式，通常只適用於單個交叉路口的信號控制。

感應控制是在相位起始綠燈，感應信號控制器內預設有一個“初期綠燈時間 g_i”，到初期綠燈時間結束時，如在一個預置的時間間隔內（這個時間間隔稱之為“單位綠燈延長時間 g_o），無後續車輛到達，則即可更換相位。這個初期綠燈時間 g_i加上單位綠燈延長時間 g_o就是最短綠燈時間 g_min。如檢測器檢測到有後續車輛1到達，則每測得一輛車，綠燈延長一個預置的單位綠燈延長時間，即只要在這個預置的時間間隔內，車輛中斷，即換相；連續有車，則綠燈連續延長。綠燈一直延長到一個預置的“極限延長時間 g_max”時，即使檢測到後面有來車，也要中斷這個相位的通行權。實際綠燈時間 g大於最短綠燈時間 g_min,而小於綠燈極限延長時間 g_max。

感應信號控制是一個反饋控制過程，從理論上講，感應控制實時性較好，適應性較強，適用於車流量變化大而不規則、主次相位車流量相差較大、需要降低連應道干擾的情況，然而存在協調性差、不易實現在線上控制的缺點。實踐也表明，如果幹擾的和次要道路上的交通流量都很大，甚至接近飽和狀態時，感應控制的控果效果還不如定時控制。

感應控制根據控制實施方式又可分為半感應控制和全感應控制。半感應控制在路口部分人口處設定車輛檢測器的感應控制方式，而全感應控制則是在路制全部入口處設定車輛檢測器的感應控制方式。

3．自適應控制方式

自適應控制是指各交叉路口將檢測到的交通信息經過分析處理後傳送到控制中心，控制中心根據一定的控制規律制定相應的實時控制方案，再將實時控制參數下傳到各交叉路口的信號控制方式，常用於整個區域或城市的信號控制。

自適應控制是一種具有學習、抽象、推理、決策等功能，並能根據環境的變化作出恰當適應性反應的控制技術，其中基於某些控制規則的模糊控制，具有較強的實時性、魯棒性和獨立性，設計簡單實用，便於結合人的思維與經驗，為城市交通信號控制提供了一條切實可行的途徑。

產品的智慧型化

智慧型交通信號燈是現代城市交通管理系統中的關鍵組成部分，它們通過多種技術手段體現了智慧型化。

協同

• 交通信號燈可以通過與車輛之間的通信協定實現車輛與信號燈的協同工作。這意味著車輛可以向信號燈傳遞信息，如其位置、速度和行駛方向。基於這些數據，交通信號燈可以調整信號燈的狀態，以最佳化交通流量。
• 車輛與信號燈之間的協同通信還可以幫助減少交通事故，通過警告系統或自動制動系統，車輛可以接收來自信號燈的指示，以避免碰撞或減速。比如，車輛可以收到紅綠燈讀秒提醒、綠燈起步提示、綠波車速，也能提供闖紅燈預警、道路信息播報、電子路牌等提醒，將前方可能出現的擔憂通過儀錶盤、中控屏、語音播報告知駕駛員。

信號燈指示

動態

智慧型交通信號燈通常配備了感測器技術，如雷達和視頻監控系統。這些感測器能夠實時監測交通流量、行人和車輛的位置，以及道路狀況。基於雷達和視頻數據，交通信號燈可以動態地調整信號燈的時序，以適應交通狀況的變化。例如，在交通尖峰時段，信號燈可以更頻繁地為主要方向的車輛開綠燈，以減少擁堵。

攝像頭、雷射雷達，各種感知精確的車外感測器，這些智慧型硬體幾乎已經成了一輛智慧型汽車的標配，幫助車輛實時感知車外發生的一切。車輛可以將周圍擁堵信息、實時路況等，通過路側智慧型基礎設施傳輸到智慧型網聯雲控平台，雲平台又可以將實時更新的信號燈數據、車流量信息、綠波信號、事故信息等，傳輸到路上行駛的其他車上，在儀錶盤、中控屏上給出提醒的圖像甚至聲音播報。每一輛搭載了車路協同系統的車輛、每一個路側智慧型基礎設施，就像千里眼和順風耳一樣幫你探知前方的情況。

自組織和松耦合

智慧型交通信號燈的系統通常是自組織的，這意味著它們可以獨立運行並自動適應環境變化，而無需持續的外部干預。

松耦合表示系統的組件之間具有一定的獨立性，可以獨立操作，但仍能相互合作。這意味著即使某個信號燈出現故障，整個系統仍然可以繼續工作，不會導致交通系統的崩潰。

這種自組織性和松耦合性使智慧型交通信號燈更加穩定和可靠，能夠應對各種情況，包括突發事件和設備故障。