张福生：我一直从事交通信号控制产品及系统开发等研究应用工作，在车路协同自动驾驶概念诞生之后，经常有人会问这几个问题：未来自动驾驶普及后，还需要信号控制系统吗？车路云对信号控制带来哪些新挑战？当前信号控制系统存在哪些问题？国外有没有可借鉴的经验与技术路线？信号控制系统在车路协同应用后，会面临哪些挑战，该怎样应对？尤其这几年来，能明显感觉到传统的交通信号控制系统面对汹涌来袭的车路云场景，处于疲于应付、进退失据的状态，今天分享下个人的思考。

首先回顾下，传统交通信号控制系统到底解决了哪些问题，再从这些问题的视角出发探讨车路云背景下的交通信号控制系统该如何建设。

交通信号控制系统要解决安全和效率问题，但交通信号控制能保障安全，也会带来新的安全问题；且信号优化配置的⽬标与指标因场景⽽异，或许不能全面提高交通效率；要解决公平分配问题，交通信号控制作为公共资源不能只照顾某一种出行方式；要解决出行可靠问题，需要考量如何运用交通信号控制系统实现出⾏时间稳定、⼀致、可预测；要解决出行舒适问题，需要探索如何通过改善交通信号控制系统使得出行变简单，减轻驾驶负担；要解决环境污染问题，应思考如何利用交通信号控制系统降低交通运输能源消耗与污染排放，对环境更友好。

围绕以上目标重新审视在车路云环境下交通信号控制系统的现状，以下通过几个方面进行探讨。

车路云环境下交通信号控制系统会面临各种各样的挑战。

一是控制需求发生变化。传统交通信号控制只是用信号来控制人或车就可完成任务，但现在出行需求变得多样化，并且智能化需求越来越高，需要智能化的交通流辨识能力，此外自动驾驶车辆加入出行系统后需要信号控制系统具备更强的实时性，以快速响应交通运行状态的变化。

二是系统优化目标发生变化。传统控制系统以模型指标为优化目标，但从现在社会经济发展的角度来看，仅仅依靠模型指标的优化目标需要重新调整，未来控制系统是以城市运行管理为优化目标。

三是技术环境发生变化。交通感知技术升级，20年前基本使用线圈检测或使用断面数据，如今面临着越来越多全新的感知，需要持续挖掘感知数据价值；计算能力与计算技术升级，分布式边缘计算兴起；网络形态变化与升级，传统系统使用“中心-分中心-现场”的控制系统架构，如今有条件构建网络状、平行式、分布式的网络系统；控制信息触达方式变化，“系统控制-人类感知-载具运行”的“人车路”模式正在发生改变，控制信息的输出方式、触达方式日益丰富，随着自动驾驶时代的到来，信息还可以触达到车端。

四是控制系统角色变化。传统交通信号控制系统的角色是通过系统来控制交通流的运转，主要目标是交通管理、交通控制，随着系统变得越来越开放，系统就不再是独立运行的封闭系统，更多的是需要承担交通控制管理之上的交通控制服务，交通控制系统由单向的管理、控制职能，转变为服务、引导、控制相结合的多职能角色，要与智慧城市管理系统、各类城市基础设施、与所有用路人、与所有交通工具进行互联互通。

五是安全需求变得复杂。不仅仅涉及交通安全，还有信息安全，此前的封闭系统相对安全，随着系统开放后与其他城市系统互联环境变得日益复杂，系统安全与社会安全、人身安全紧密相关，此外，随着智能网联技术发展，交通控制数据与用路人信息关联日益紧密，数据隐私保护也成为安全环境的重要问题。

交通信号控制系统面临的困境。

一是行业基本问题没有共识。截至目前，交通信号控制行业内还存在着很多基础性的问题没有解决，对最基本概念、最基本理念的理解尚存在严重分歧，一些最基本的常识尚得不到普遍认同：《道路交通安全法》第25条规定，全国实行统一的交通信号，而不同的城市还存在着千奇百怪的交通信号灯，最基本的一致性、统一性还没有得到解决，这也表示基本的标准体系尚未完全建成，不同城市的基本控制模式、控制方法、数据交换方式的相关标准不一致。此外，行业对未来产品与技术演进、需求发展变化发展方向没有达成共识，大部分企业厂家疲于应付各类诉求，产品路线呈现明显发散趋势，这类路径实际上不适用车路云一体化的发展要求。

二是信控系统趋于复杂。系统架构堆叠，传统交通信号控制机只是一个小型机箱，如今拼装堆叠了越来越多的设备，机箱甚至长到三米宽度，为什么需要如此大的空间？就是因为系统变得越来越复杂，但如此复杂的设备，其采集到的数据反而无法共享；系统封闭保守，数据质量无法满足车路云需求，运行管理方式上重控制、轻服务，数据实时性、可靠性亟待提高；控制方法陈旧，不能借力车路云丰富数据资源，实现周期级控制，无法响应实时交通需求，请求响应控制与面向需求服务的目标矛盾。

三是信控系统产品技术迭代陷入瓶颈。多数企业的产品更新被动，用户提一个需求就满足一个需求，在此种被动更新下，企业以“打补丁”升级、加“盒子” 堆叠的方式响应新需求，导致系统日益臃肿、可靠性日益降低，而且只要设备多，中间的接口就会变得越来越复杂，数据的交换频繁，无法保证系统的安全性。

总结起来大致是复杂的控制需求与控制方式方法简单、多样的交通场景与场景辨识手段匮乏、庞杂的交通数据与不可靠的算力保障等之间的矛盾，面对这些矛盾该如何解决？或许可以从其他国家的做法中汲取优秀经验。

近年来，以美国为代表的MUTCD、NTCIP,以及智能网联的CTI4501等已经完成迭代升级，这些手册可以给我们带来一些车路云一体化思路的借鉴。

MUTCD的启示。

MUTCD美国交通控制领域中非常重要的一项标准手册，手册对交通信号、交通标志、交通标线及其设计、实施、运行、维护的系列要求进行了完整全面的阐述。2023年12月19日，MUTCD第11版正式发布，并于2024年1月18日开始生效。其中第5章产生了巨大的变化，该章节具体描述了考虑自动驾驶的交通控制设备，用机器的视角去看到传统设备如何满足自动驾驶的需求，当中强调了要兼顾包括自动驾驶在内的所有用路人，强调了传统交通设施要对其视觉进行兼容友好。

NTCIP 1202 V3版本的启示。

V3版本是一次彻底的更新，重新定义了交通控制系统的需求，重新定义了产品系统的架构，尤其强调在车路云环境下的产品架构，重新设计了系统以满足不同角色的需求，引入了系统工程理念，重新设定了控制目标等。

V3版本引进了系统工程的理念，建立了用户需求、功能要求、对应管理信息库（MIB）之间的可追溯性矩阵，此外更新了包括支持智能网联需求、增加运行环境管理、增加电源管理等用户需求，并对未来交通信号控制系统的发展提出了相应的扩展。另外，据悉V4版本已经增加了点对点的内容，预计在两年后发布。

NTCIP V3认为在路口级别上，交通信号控制机依然是在中心地位，其余单位还是要围绕交通信号控制机来运行，网联环境下BSM的基本安全信息、PSM的个人安全信息、以及SPAT、MAP等信息都是由交通信号控制机来发起，而不是运用其他设备来完成。

在此类架构下，NTCIP V3提出了未来交通信号控制机的两种基本构型，路侧单元与信号机分立架构和路侧单元与信号机一体化架构，NTCIP V3更推荐一体化架构，一体化的最大好处是不用费力去解决两个设备间出现的通讯问题，因为只要是分离的系统设备间必然会存在新的故障点，必然会增加系统延时。

CTI 4501《网联路口实施指南》的启示。

CTI 4501提出了基本概念、信号控制、数据交换、通信协议、设计规范、测试方法、数据安全等各个方面大量技术细节，同时推荐将交通信号控制机的本地扩展功能集成到交通信号控制机中的技术方案，而不是增加外挂盒子。

SCATS系统的启示。

过去认为SCATS系统相对封闭，而在2024年发布的版本中开始提供更开放的接口（API），能够跟其他系统进行有效的连接，支持更新的第三方开放方法。

此外，SCATS系统更新版本中提供了创新的应用工具Scats cornerstone，提出要用直观、易用的UI，实现高效的路口配置和管理，这里的配置不仅仅指配置交通信号控制机，而是要配置城市道路交通应用，Scats cornerstone的观念是“一个工具解决所有应用”，将空间设计、交通工程设计、信号配置设计、数据化地图设计等所有任务全部完成，在这些设计中还可以生成涉及车路协同Map、SPaT消息的一体化设计。

个人总结了以下几个方面的内容。

一，信号控制系统仍然是核心系统。控制形态可能会发生变化，也许有一天连信号灯都没有了，但交通控制不会消失；信号系统是最可靠、可信、权威的控制源与信息源，代表政府、交通管理机构向社会发布交通信息；交通信号机是唯一适合的路口智能化载体。

二，信号控制机仍然是路口核心设备。信号控制机负责汇聚交通数据、响应控制请求，发布控制信息、发布服务信息，服务全体用路人交通需求。

要实现未来发展的目标要从以下三方面入手。

一是高度集成是可靠性的基本保障，算力与信号控制机高度融合是必然趋势，网络通信、网络安全、数据存储也需要高度集成，设备叠加的安全性、可靠性不能保障。

二是分布式是未来发展趋势，高度中心依赖型的系统无法保障可靠性，交通信号控制机要像蚯蚓一样，即使两段断裂依然可以活下来，如何保证分布控制、联动协同、高韧性是值得思考的问题。

三是经典控制方法仍然有生命力，安全、效率、公平、可靠、舒适、环境友好是永恒目标，在目标不变的前提下车路云加持会提供更多的数据和控制方法，使得经典的感应控制、自适应控制有更多参数，让通行效率变得更高。

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