随着社会经济的持续快速发展，机动车保有量不断提高，城市交通问题日益严重。通过建设智能道路交通管理系统，运用科学化、现代化的交通管理手段提升道路交通管理服务水平，实现交通管理智能化、精细化、系统化，将极大的提高交通管理的效率，满足城市交通可持续发展需要。
南岸区交巡警支队在大数据和AI环境下探索“区域交通信号优化控制”技术，根据线圈、视频、雷达、互联网大数据等多数据源检测，结合新一代的信号机、现有的信号控制平台，开展了本辖区上新街片区、南滨路拥堵两个较为严重区域的信号配时优化工作。
一、区域概况
“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”，全长4.3公里，沿线众多交叉，与涂山路，烟雨路，龙门路相连，高峰时车流量大，早高峰上内环堵，晚高峰内环下来堵，潮汐现象明显。“南滨路-龙门路-龙黄公路”，以南滨路宏声路交叉口为起点，全长4.4公里，高峰期双向车流都较大。如下图，为2条主要线路和5个关键路口。
二、技术思路
技术思路分三层控制，优先级从高到低，第一层是区域调控，第二层是分段协调，第三层是路口优化。
区域控制系统实时分析和监测控制区域和相邻路网交通状态，以最小化延误和停车，最大化流出量为指标，实时调整各路口绿信比，使路口通行能力与交通需求相匹配，均衡控制，卸载截流。
根据交叉口的距离和分布情况，以及各路口连接路段的交通情况，采用分段协调的双向绿波控制，减少车辆停车次数和延误，提高通行效率和驾驶体验。
在路口级的精细化控制方面，根据路口交通需求，以排队长度为指标，定制路口方案，以溢出控制、感应控制、自适应控制、窗口控制为基本手段，动态调整路口绿灯、红灯时间，进一步将信号与交通需求精确匹配。
三、控制原理
1、感应控制
路口信号灯根据多断面检测器逻辑运算后测得交通流情况对该方向时间进行最小绿与最大绿之间动态调配。在区域内对路口的未饱和方向，进行感应控制，尽可能的提高未饱和方向的通行效率，减少车辆延误。同时兼顾绿波协调，感应控制方向未运行到最大绿的剩余绿灯时间，自动分配到有需求的方向，保证周期不变。
2、窗口控制
窗口控制是用于模拟、延伸和扩展交通管理者思考逻辑，以相似的智能控制做出反应，具备一定的AI特征。当路口受车流量突变、交通事故、道路施工、天气原因等异常事件的影响，即将造成交通拥堵，信号机立即响应，通过触发器打开窗口，窗口包含应对当前交通事件的1~2相位的新相位组合放行方案，交通事件消除或者超过窗口的最大绿灯时间，窗口关闭，使交通较为复杂的路口有了平滑且灵活的应对手段。
3、自适应控制
关键路口根据各方向车流情况和排队情况，根据管控需求，在出口畅通的情况下，进行自适应控制，提高路口通行效率，避免空放现象。
4、溢出控制
上游路口的车辆排队到下游路口，为路口溢出。在区域内容易溢出的方向安装检测设备，当检测到溢出的时候，立即截断往溢出方向的绿灯，转为放行其它不冲突的方向。
5、区域协调控制
区域协调控制系统掌握区域的实时交通状态，设定不同交通态势下的控制逻辑，匹配各控制方案到控制逻辑，由系统判断自主选择各控制逻辑下的路口控制方案下发到区域内各路口。
区域控制具有以下特点：
（1）分级控制。根据拥堵级别，分为多级调控方案，以应对不同的拥堵情况。
（2）分方向控制。区域内分为东、南、西、北四个方向进行控制，根据区域内交通流量情况进行分方向控制，如区域东方向拥堵，各个路口运行区域东方向拥堵的方案。
（3）分转向控制。路口每个方向依靠安装的检测设备，区分左转和直行，例如东左转发生拥堵，延长左转绿灯，同时状态传到上游路口，上游路口延长绿灯。
（4）协调绿波控制。当前区域内不管处于何种控制逻辑下，都使所有路口周期一致，保证绿波协调效果。
四、优化方案
1、南滨路
南滨路与烟雨路交叉口，南滨路进口3车道，出口2车道，烟雨路进口2车道，出口2车道。高峰时各个方向小时车流量约3800pcu/h，3个方向排队长，最长排队1公里以上。该路口是治理南滨路交通拥堵的关键点，以其为核心，向周边发散，进行区域均衡控制。
南滨路与烟雨路交叉口：
A、共享转换车道。如下图，从长嘉汇方向进入路口施划了一处共享转换车道，共享转换车道处的两处信号灯，控制车辆能否左转进入共享转换车道。在共享转换车道内不同位置处安装3处线圈检测，用于判断共享转换车道内车辆的排队位置。结合信号机的“窗口控制”，“感应控制”，“自适应控制”功能，自动控制共享转换道的两处信号灯“红绿”灯色和绿灯时间，随共享车道内车辆排队位置动态变化，防止车辆冲突。可以2处绿灯都不开，可以开其中1处绿灯，也可以2处绿灯都开，且绿灯时间在最小绿和最大绿之间自适应变化。
共享转换车道
B、分时共用车道。如下图，在烟雨路方向设置有一段由红绿灯控制的分时共用右转车道。把右转车道停车线后移，右转车辆在停车线后排队。当右转红灯亮时，LED显示“左转驶入右侧车道“，此时，左转车辆可驶入分时共用车道，在前方停止线处等候。当右转绿灯亮时，LED显示“左转车辆请勿右转”，左转车辆不得进入右侧车道，而应在左侧车道等候，以免阻挡右转车辆通行。
分时共用车道
C、“超长”左转待转区。从烟雨路进入路口，路口前方施划了两条“超长”左转待行区。
“超长”左转待转区
D、区域变周期协调自适应。以南滨路烟雨路的自适应控制为核心，通过该路口安装的检测器感知交通流，根据周期流量大小，实时调整南滨路海棠晓月路段、南滨路晓月路、南滨路烟雨路、南滨路东原1891时光道等上下游各路口周期。具有以下几个特点：
（1）核心路口带动周边区域联动，南滨路烟雨路的双向直行绿信比变化时，上下游路口同步变化，使区域内控制信号始终符合交通实际情况。
（2）各路口协调相位差在高峰来临前预先调整好，高峰开始后周期动态变化时，无须重新调整相位差，避免了周期变化频率大时，路口频繁调整相位差造成的负面影响，同时保证各路口步调一致，形成双向绿波带。
（3）区域控制没有干涉的情况下，路口按照各自的自适应控制逻辑，对控制方案进行固定周期的精细化调整。
2、上新街轻轨站及周边区域
南岸区交巡警支队在东水门大桥桥头设立信号控制路口,开放上新街片区左转上内环通道，对上新街片区上内环进行分流，缓解了南山立交的通行压力。
东水门大桥桥头交叉口:
A.自适应可变车道.如下图,交叉口往东水门大桥方向施划有两处停车线，分为前后两部,前部3车道,分别为左转,可变车道,直行,各自对应1个信号灯组。后部2车道,都是可变车道,各自对应1个信号灯组。前后所有车道都有线圈或视频检测器,检测排队长度。
前部作用相当于左转车辆的蓄水池,左转和掉头的车辆在前部等候信号,中间的可变车道通常情况下作为直行车道,左转等候期间,后部两可变车道作为直行车道,各自对应的1个信号灯组也是直行,保障直行顺畅通过路口。当左转在前部排队达到设定位置,前部左转开始放行,另外两直行车道交替放行,同时后部的左侧可变车道变为左转,右侧可变车道保持直行不变,相应的信号灯组也发生变化。
当前部左转排队过长,达到第二组排队检测设定位置时,中间的可变车道从直行变为左转,同时后部两个可变车道都变为左转，加速左转车辆的清空。
自适应可变车道
B、溢出控制。高峰时，经过东水门大桥往渝中区方向容易排队到东水门大桥桥头路口，在出口处安装线圈检测器，当往渝中区方向排队到检测位置时，立即截断绿灯，改为放行其它方向。
C、区域协调控制。当往渝中区方向出口溢出时，车辆排队截留在前部两个直行车道，两个直行车道排队也达到检测位置时，后台信控系统收到消息，控制涂山路东水门大桥路口，涂山路龙门浩小学路段，减少绿灯时间，进行截留。并且几个路口周期保持不变或者同步变化，保证绿波协调效果。同时渝中区通过互联网高德数据对东水门大桥的排队长度进行检测，当排队长度达到桥面2/3时，增大小什字路口的绿灯时间，加速放行。
3 、龙门路、龙黄公路、海棠溪新街
这3条路位于上新街片区老城区内，道路条件不太好，但又是连接南滨路、南山立交、南坪的主要通道，早晚高峰潮汐现象明显，交通拥堵比较严重。
结合实际交通情况，把这3条路改造成潮汐车道。龙黄公路3车道，早高峰2车道为上南山立交，1车道为反向。晚高峰变为1车道上南山立交，2车道为反向。海棠溪新街早高峰2车道为上新街方向，1车道为反向，晚高峰1车道为上新街方向，2车道为反向。龙门路只有2车道，通常情况是双向，早高峰根据交通流，会改为2车道都为南滨路上行，禁止下行。
海棠溪新街潮汐车道（早高峰）路口图
五、优化效果
1、南滨路
南滨路关键路口“南滨路-烟雨路”，通过路口安装的线圈、视频检测设备，采集早高峰（7：00-9：00），晚高峰（17：00-19：00）优化前后路口各个出口方向5个工作日的流量数据，对路口的通行能力进行评估。
优化前早高峰最大小时流量3738pcu/h，晚高峰最大小时流量3820pcu/h。优化后早高峰最大小时流量4165pcu/h，晚高峰最大小时流量4316pcu/h。早高峰通行能力提升11.4%，晚高峰提升13%。
“南滨路-烟雨路”小时统计流量对比图
2、“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”
海棠溪新街建有潮汐车道，早高峰南向北2车道，北向南1车道。晚高峰南向北1车道，北向南2车道。所以南向北方向以优化早高峰为主，同时尽量减少晚高峰由于车道变少带来的影响。北向南以优化晚高峰为主，尽量减少早高峰车道变少带来的影响。
如下图，“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”段南向北，以提高早高峰的通行效率为主。第三方高德数据显示2019年9月优化前，7：00-9:00平均车速低于10km/h，17:00-19:00平均车速20km/h左右。
2019年7月22日7:00-9:00平均速度4.6km/h，17：00-19:00平均速度17.7km/h。2019年8月16日7:00-9:00平均速度8km/h，17：00-19:00平均速度25km/h。
2019年10月逐渐开始优化部分关键路口，东水门大桥桥头左转上内环通道打开，分散了车流，7:00-9:00平均车速上升至13~15km/h。2019年10月17日7:00-9:00平均速度14.7km/h，17：00-19:00平均速度24km/h。2019年10月18日7:00-9:00平均速度10.7km/h，17：00-19:00平均速度21.7km/h。
2020年9月优化完成后7:00-9:00平均速度从5—7km/h提升至 20km/h以上，17:00—19:00由于不是主要优化方向，平均速度从23-25km/h降低到17km/h—20 km/h。2020年9月10日7:00-9:00平均速度24km/h，17：00-19:00平均速度22.7km/h。2020年9月11日7:00-9:00平均速度22.7km/h，17：00-19:00平均速度22.6km/h。2020年9月14日7:00-9:00平均速度20.3km/h, 17：00-19:00平均速度22.7km/h。
“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”段南向北优化前后高德数据对比图
“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”段南向北优化前后高德数据对比
如下图，高德延时指数显示，南向北优化前早高峰从7：00开始，拥堵状态持续到11：00结束，持续4个小时。优化后早高峰从7：00开始，9：00结束，持续时间2小时。
“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”段南向北优化前后延时指数对比
如下图，“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”段北向南，以提高晚高峰的通行效率为主。第三方高德数据显示2019年9月优化前，7：00-9：00平均速度20km/h，17：00-19：00平均速度10km/h—12km/h。
2019年9月9日7：00-9：00平均速度18.7km/h，17：00-19：00平均速度10.7km/h。2019年9月20日7：00-9：00平均速度20.3km/h，17：00-19：00平均速度11km/h。2019年10月15日7：00-9：00平均速度19.3km/h，17：00-19：00平均速度12.3km/h。2019年10月16日7：00-9：00平均速度22km/h，17：00-19：00平均速度12.7km/h。
2020年9月优化后7：00-9：00平均速度从20km/h提升至25km/h—28km/h，17：00-19：00平均速度从10km/h—12km/h提升至15km/h—18km/h。
2020年9月8日7：00-9：00平均速度29km/h，17：00-19：00平均速度18.7km/h。2020年9月9日7：00-9：00平均速度28.3km/h，17：00-19：00平均速度15km/h。2020年9月14日29.3km/h，17：00-19：00平均速度17km/h。2020年9月25日7：00-9：00平均速度24km/h，17：00-19：00平均速度14km/h。
“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”段北向南优化前后高德数据对比
“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”段北向南优化前后高德数据对比
如下图，北向南优化前晚高峰从16：00开始，持续到19：00结束，持续3小时，优化后从17：00开始，19：00结束，持续2小时。
“南坪东路-海棠溪新街-龙黄公路”段北向南优化前后延时指数对比
六、结束语
在接入线圈、视频、雷视一体、互联网大数据等多源数据的基础上， AI+“区域交通信号自适应协调控制系统”对道路车流量、交通态势综合判断，处理各种交通突发事件，科学、实时地调整各控制路口的红绿灯转换，能够有效降低车辆停车次数和延误，从而极大程度缓解车辆拥堵现象。