关于交通流诱导与控制协同问题的探讨

1 引言

我们对交通信号控制系统已经比较熟悉，从1914 年出现交通信号控制以来，城市交通控制技

术已由最初的“点控”、“线控”向“面控”过渡。城市交通控制领域的研究经过百余年的发展，从

理论探讨到技术应用已经相当成熟，已经开发应用的交通信号控制系统也成了现代城市必不可少的

一项基础设施，它给我们带来的出行方便与安全显而易见。

我们现在经常提到的交通流诱导系统，雏形概念来自于美国的ivhs，后来日本的vics 奋起直追，欧洲也相继出现了trafficmaster 等系统，倒是甚过了美国advance 系统，其核心主要是车载

诱导，从开始的交通地图查询到静态最短距离引导，到现在提出的动态路线诱导，这一切都是基于

定位、gis 以及通信等发展起来，尤其是动态诱导当然离不开道路网络上的实时路况分析。

综看交通控制系统与交通流诱导系统，虽然出现时间和研究历史方面，交通控制领域都要强于

交通流诱导，但是交通流诱导系统的理论经过这么多年的研究探讨也趋于成熟，现在由于缺交通信

息平台的建设，动态的诱导还没有真正能够实施，静态的车载导航已经开发出来，在推广应用当中。

2 真的有必要协同吗？

研究城市交通流诱导与交通控制系统的协同运作到底是不是一种牵强的整合？交通控制技术

已经研究上百年，交通流诱导系统的实施框架、关键技术与难点也已基本得到攻克，现在唯一差的

“东风”就是城市路网实时信息的提供，二者作为its 的核心组成部分，必然会使人联想到整合协

作。那到底必要性在哪里？我认为这个是关键，只有仔细分析它们的相关关系，理清二者之间存在

的博弈，并且挖掘出两系统不协同会产生的副作用，才能对症下药，研究出协同的策略。

我们从两个系统的工作原理出发，首先，城市交通控制系统主要是采集处理交叉口上下游的交

通参数，预测车辆的到达图式和排队长度，确定交叉口合适的信号参数（周期、绿信比、相位差）

等，给予不同进口方向车辆的时间分配通行权，从而实现交叉口车辆运行的安全、有序。交通控制

的理论基础是交通流理论（研究交通流随时间空间变化的规律），并结合了数学上的最优求解算法，

其目标不仅为了使交叉口安全有序，而且配时参数合理能够使路网延误时间最小，系统运行达到最

优。

再看城市交通流诱导系统是以动态交通分配理论为基础，实时分析复杂多变的路网交通状态，

综合运用gps 和gis 等技术，通过车载信息装置、可变信息板等动态地向出行者提供实时交通信息

和最优路径引导指令，达到均衡路网交通流的目的。动态的交通流诱导必须以实时的交通信息为基

础，并结合最优路径算法、三维显示、语音导航等技术，为驾驶员提供一个智能的引路者和导航者。

从它们各自的运行机理我们可以分析得出：

交通控制与交通流诱导两系统的具有共同的管理对象——由人、车、路、环境组成的复杂交通

流，它们有共同的目标——实现路网交通流的畅通，提高交通运输的安全、舒适性。交通控制是从

时间上给予交叉口不同进口方向的车辆分配通行权，交通流诱导则是在空间上分配车辆的通行权，

交通控制方案决定了车辆在交叉口的等待时间，改变了车流在时间上的分布，交通流诱导通过合理

分配，改变了车流在空间路网上的分布。它们时空结合，相互反馈，正好顺应了交通流本身所具有

的时间、空间上的变化规律。因此，对于这两系统，它们的协同运作，能够相互弥补各自在管理上

片面，能够发挥1 +1 > 2 的交通管理效果。

这样看来，诱导与控制的协同研究不是鼓吹，不是做作，更不是海市蜃楼，这个问题是摆在我

们面前亟待解决的一个关键。3 协同的切入点在哪？

在分析了交通流诱导与交通控制协同的必要性后，毫无疑问，就是何时协同，如何协同的问题，

这是最关键也是最难以解决的。我们的协同研究将从哪些地方入手，需要在哪些技术上取得突破？

才能结合实际，更好的将系统协同工程付诸实施，创造社会经济效益。

第一， 是不是所有交通状态下都必须协同？关于这个问题，我们首先要搞清楚协同小区的划

分。我们知道，在现有的交通控制系统中，协调面控小区的划分主要看交叉通流之

间的相关性，小区范围不是很大，交通流诱导的小区划分则主要是看出行分布，一般讲

范围要大些，因此，如何确定诱导控制的协同小区就需要我们实地调查本地的交通分布、

交通流运行，在一定的原则下确定。

第二， 小区划分好了，我们分析小区的交通状况，可能存在畅通、轻度拥挤、拥挤、堵塞等4

种交通状况，很显然在畅通的情况下可以不进行诱导控制协同，在拥挤、堵塞的情况下

本小区内部的协同已经不能解决问题。轻度拥挤的小区部分路段、交叉口拥挤，这种情

况下就可以进行小区内协同，疏散均衡拥挤路段的交通流，并对排队较长的交叉口进行

流量卸载。

第三， 不同情况下协同的策略如何制定？达到什么样的目标？由于存在轻度拥挤、拥挤不同状

态下的子区内协同、子区间协同，我们不可能用一种策略来解决诸多不同类型的问题，

因此，需要针对不同的情况采用不容的协同模式，比如侧重于诱导疏导路段流量的模式、

侧重于控制的交叉口排队的模式，还有诱导控制相互反馈，同步协调的模式等。在研究

过程中，我们认为最好建立智能决策支持系统，采用专家预案的方式，将不同的交通状

态匹配一定的预案，便于随时启动。

第四， 如何充分利用我国大多城市已经建立起来的交通控制系统经济、全面的采集到覆盖整个

路网的实时交通信息？目前的城市道路的交通控制系统的信息检测基本上是为了交叉

口的信号配时，有的设在停车线前，有的设在上游交叉口出口处，能检测到交叉口的流

量、占有率、排队长度等。另外，122 接处警能随时接受到报告的交通事件信息、指挥

中心的cctv 监控、交通运输部门的监控设施能够监测到重要路段、场站的交通信息。

如何在集成这些交通信息的基础上，在增设诱导用交通检测设备，达到全面的交通信息

采集，为诱导控制的协同提供基础信息是整个系统良好运作的重要基石。

第五， 是否需要考虑交通控制系统的运行模式制定具体的协同策略？我们知道，目前我国城市

运行的交通控制系统基本存在三种，自适应式、方案选择式、单点固定式。考虑诱导与

控制协同的最佳模式是诱导的动态交通分配模型在计算路段行程时间时考虑交叉口的

延误，交叉口的信号配时根据上游流量自适应调整配时参数，但这仅仅是一种理想状态，

我国90%以上的城市的交通控制还不能做到自适应响应交 通流。因此，固定信号配时下如何实现与交通流诱导的协同是我们不能忽视的需要解决的关键。我们要从基础做

起，切实解决实际交通中客观存在的问题。

第六， 采用什么样的方法去研究协同策略？纵观国内外已经做的协同相关的文献，在求解与交

通控制结合的动态交通分配模型时，算法都比较复杂，线性规划、最优控制、遗传算法

等约束条件苛刻、求解麻烦，这些算法的适用性、鲁棒性能不能在工程实践中得到广泛

应用是我们必须考虑的，因此我们在分析智能控制、专家系统等多种技术基础上，尽量

选择一种简单实用的算法。

4 结论

本文针对交通流诱导与交通控制系统的协同运作进行了前期分析探讨，从二系统各自的运行机

理出发，剖析了它们协同运作的必要性。重点阐述了两系统协同的切入点，文中总结了什么交通状

态下需要协同、协同小区划分、协同策略制定、信息采集、协同模式、算法选择等6 大关键性问题，

为深入开展诱导控制的协同研究奠定了基石。