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我國交通信號控制產品市場及技術的現狀和發展

*部交通管理科學研究所 馬慶、章秋平

摘要：本文闡述了我國交通信號控制產品市場現狀及發展，介紹了我國信號機產品發展和標準情況、信號機技術現狀及發展、以及我國信號機產品存在主要問題。
關鍵詞：道路交通信號控制機 現狀 發展

交通信號控制產品--道路交通信號機（以下簡稱信號機）是控制道路交叉口信號的重要設備，它是交通信號控制系統前端控制的重要組成部分。目前已在全國各城市及主要國、省及市縣道路上使用。

1.我國信號機產品市場現狀及發展
據不*統計，截至2007年底，全國信號燈控制路口數量達到四萬二千個。也就是說全國正在道路上運行的信號機達四萬二千多臺。其中，北京安裝了2000多臺、上海安裝1700多臺、浙江全省安裝3838臺、廣東全省安裝2044臺、新疆全省安裝400余臺、遼寧全省安裝2000多臺。實踐證明，信號機等各類智能交通管理設備的普遍應用，對科學組織交通，提高現有道路通行能力、緩解交通堵塞具有重要的作用。隨著各地城市的不斷擴大，道路里程的增加，每年以5%的速度新增信號機。另外，一般集中協調式信號機的設計壽命為10年，單點定周期式信號機設計壽命為5年，全國每年更換的信號機達到2000臺至2500臺左右。因此全國每年新增及需更換的信號機達4000—5000臺。
我國目前信號機生產企業約有50多家（這50多家是在*部交通安全產品質量監督檢測中心檢測過的，未檢測的估計還有60—70家。該檢測中心是我國*從事交通安全產品質量檢測的*檢測機構），主要分布在北京、上海、江蘇、浙江、江西、廣東、山東、河南、安徽等地。但具有規模性的能生產集中協調式信號機的企業不超過20家。
如圖一所示為全國信號機市場中三種信號機所占比例。在信號機的市場中約25%的為集中協調式信號機，該類信號機平均市場價約為3.5萬/臺，每年約有3500萬—4400萬的市場量；約69%為多時段定時式，該類信號機平均市場價約為0.4萬/臺，每年約有1100萬--1380萬 的市場量；約6%為感應式信號機，該類信號機平均市場價約為1萬/臺，每年約有240萬-300萬的市場量。因此，全國信號機每年市場產值約5000萬—6000萬元。如圖二所示為每年信號產值圖。


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2、我國信號機產品發展及標準情況
2.1我國信號機產品發展情況
我國*臺信號機是1921年由外國商人辦的一家電力公司在上海南京東路浙江路口設置的，當時信號燈色只有紅綠二種燈色，信號機控制是手動扳動開關控制交通信號。1978年10月，上海市研制成功我國*臺自動控制信號機，其實也就是定周期式的。1979年4月，*部在廣州召開全國城市交通管理工作會議之后，各市開始研制自動控制信號機，主要有多時段定時式和感應式信號機。
1985年上海市*局引進了澳大利亞的SCATS系統，在中心商業區安裝了28臺AWA公司的集中協調式信號機。目前聯網的信號機達到900多臺。北京市*局引進了英國的SCOOT系統，目前聯網的信號機達到1320多臺。
1987年深圳市引進了日本（株式會社）京三制作所的KATNET系統，在羅湖、福田二個中心區安裝了52臺A01型集中協調式信號機。
1987年*部組織研發 “七?五”國家重點科技攻關項目《城市交通控制系統》。由*部交通管理科研所、同濟大學、電子部28研究所、南京*支隊共同研發。系統以南京市中區為依托共安裝41臺集中協調式信號機，系統于一九九一年二月通過了國家鑒定驗收，該系統是我國自行研制開發的*個實時自適應城市交通控制系統，系統整體水平達到了八十年代*水平。
目前，全國共有590余個城市（包括縣級市）建成了集警情采集、交通流信息采集、交通控制等功能于一體的交通指揮系統，400余個城市實現了信號區域控制或主次干道“綠波帶”（線協調控制）控制。
2.2 信號機產品標準
1993年*部制訂了我國信號機的行業標準GA/T47-93《交通信號機技術要求與測試方法》，該標準按基本功能對道路交叉口進行信號控制的交通信號機作了分類，規定了交通信號機的技術要求和測試方法。從此，我國有了信號機標準。
2002年*部對該標準進行了修訂，并改為強制性標準GA47-2002《道路交通信號控制機》，該標準根據目前我國道路交通信號機產品的技術水平和質量水平，對道路交通信號機的物理結構性能、電源及電氣性能要求、基本功能要求及試驗方法、氣候環境試驗要求及試驗方法、機械環境試驗要求及試驗方法、電磁抗擾度性能要求及試驗方法都重新做出了規定。新標準對集中協調式道路交通信號機的物理通信接口、基本通信內容進行了規定，具體通信協議、格式等內容未包含在本標準中。
2008年正式出臺國家標準GB/T20999-2007《交通信號控制機與上位機間的數據通信協議》，該標準規定了信號機與上位機間的數據通信協議的結構及物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層的要求；適用于交通信號控制系統信號機與上位機間的通信，此項標準的發布，對我國信號控制系統來說無疑是一大進步。由于我國近二十多年來無此項標準，各生產廠家之間上位機與信號機之間無法進行通信，因此一旦用戶使用了某一家信號系統產品，其它廠家就無法進入了。例如，筆者所在的無錫市，2002年招標的太湖大道信號控制系統是由A公司中標的，使用了16臺信號機和控制系統，但二年后招標的全市交通信號控制系統是由B公司中標，A、B公司的產品之間無法通信，因此只好將太湖大道的16臺信號機全部更換為B公司的產品。

3、我國信號機產品的技術現狀及發展
隨著電子技術和計算機技術的發展，我國信號機產品在技術上上有了很大提高。目前普遍使用的信號機主要有多時段定時式信號機、感應式信號機、集中協調式信號機。
3.1 多時段定時式信號機
以往的多時段定時式信號機主要采用單片機為主處理器，操作系統采用DOS系統。主要功能為能設置至少10個時段，10種以上控制方案；能實現至少4個相位控制；能提供至少4個獨立的信號組輸出；能根據不同周日類型對方案進行調整，機內存有日歷；能夠調節設置相位差參數，具備無電纜協調控制功能；能提供至少2個行人按鈕檢測器接口。
但隨著技術的發展，嵌入式硬件平臺和開放式操作系統得到了廣泛應用，功能也大大增強。能設置至少48個時段，能根據不同周日類型對20種以上控制方案進行調整；能實現至少16個相位控制；能提供至少48路燈控輸出，可擴充到96路燈控輸出，可同時獨立控制4個相鄰路口；能夠調節設置相位差參數，用GPS進行對時，實現無電纜聯控制功能；可聯接三色顯示屏；整機全模塊化設計，信號機的維修為現場快速模塊更換。
3.2  感應式信號機
感應式信號機除具備多時段定時式信號機功能外， 具備車輛感應功能，能提供至少8個車輛檢測器接口；zui大綠燈時間和zui小綠燈時間應可根據交叉路口的實際情況進行設置。
以往的感應式信號機使用的檢測器多為環型線圈，由于路面和環境因素的影響，故障率較高。隨著技術的發展，微波檢測器、視頻檢測器等都可接入，而且不破壞路面，施工方便。
微波檢測器：利用微波技術和高速數字信號處理技術，同時檢測多車道（側向安裝模式能夠同時探測多達8條車道）或檢測區域內的車流量、道路占用率、車速、車長等信息。是一種價格低、準確性高、使用方便、性能*的交通檢測器，其技術和功能指標到達了*水平。
視頻檢測器：視頻檢測器設在路面上方，通過檢測圖像像素變化處理方式獲得交通流的運行情況，檢測精度和抗干擾性能稍差，成本較高，但無需破壞路面。視頻檢測器可按用戶定義的時間間隔，對車輛實時計數，并計算各類交通參數，如車流總量、占有率、車輛分類、車流率、車速、空間占有率。攝像機具有存在檢測和方向存在事件檢測功能；每個攝像機可檢測八條車道；在每個攝像機視場內能同時設置不少于32個檢測器；系統操作軟件包含JPEG視頻圖像壓縮軟件，可進行圖像的存儲。[NextPage]
3.3 集中協調式信號機
集中協調式信號機具備感應式信號機的全部功能，帶有通信接口，可與上級控制機或其它信號機聯接構成線協調或區域協調控制系統； 能實現至少8個相位控制；能提供至少8個獨立信號組輸出；集中協調式信號機的故障降級順序可由上級控制機設定。
集中協調式信號機核心芯片目前普遍采用工業級嵌入式CPU，CPU處理器至少為32位，或64位，操作系統采用流行與通用的實時多任務的操作系統；輸出端子至少48個，每個信號燈組均可定義為機動車燈或人行燈；檢測器輸入端子至少32個，可直接連接地埋設環形線圈式或同時含有非埋設式檢測器（微波、視頻檢測器）；至少支持每天可設16個時段和20種配時方案以及多于32個特殊日配時方案；接口標準：至少1個RS-232-C，至少1個RJ45網絡接口或以太網接口，一些廠家直接采用NTCIP標準。
隨著技術的發展和實時檢測技術的進步，集中協調式信號機的功能大大提高。除可接收處理來自區域計算機的命令，并向區域計算機反饋工作狀態和故障信息進行區域控制之外，還具有強大的單點實時自適應控制能力，提供可行的控制策略與算法，融合信號控制機檢測器及交通流量檢測器采集的交通流量與排隊長度作為控制參量，達到協調控制或單點優化信號交叉口的目的，以提高交叉口通行能力。
交通信號單點實時自適應控制是依據檢測器檢測到的實時交通信息，在進行信號優化配時，依據交通流的到達規律，以減少延誤、減少排隊及減少停車次數為目標函數，進行優化計算，從而得出*信號配時方案，使得各個方向到達的交通能夠在zui合理的周期時間和綠信比下順利通過交叉路口。信號機在檢測出交叉路口出現擁擠，即飽和度較高時，信號機將自動啟動擁擠條件下的配時方案，此配時方案是以提高交叉口的通行能力、緩解交叉口的交通擁擠為目標。在檢測出非高峰時期，則應爭取主路上車輛行駛為*連續性，以減少停車次數和減少延誤為控制目標，進行優化周期和綠信比。所以這種單點實時自適應控制能夠適應交通流不斷變化情況下的*信號配時。在有公交道且安裝有公交檢測器時，系統還可以進行公交優先控制條件下的單點優化方案。
單點實時自適應控制適用于以下情況：相鄰交叉口較遠，車流發生離散現象較嚴重；交叉口上下行方向交通量較小，協調控制難以取得良好效果；系統協調控制發生通信故障而降級控制時。
3.4 發展趨勢
交通信號控制產品今后的發展，一是要結合我國交通特點，研究在線實時控制，要求所應用的交通模型應該盡可能簡單；二是針對我國混合交通情況，考慮連續交通流與間斷交通流的特點，研究開發更適合的自適應控制模型與優化算法；三是不斷提高交通信號控制產品的可靠性；四是研究不同廠家（包括進口產品）共用的交通信號控制系統集成平臺。

4、目前我國信號機產品存在主要問題
4.1目前我國信號機產品存在主要質量問題
從整個行業現狀來說，生產企業規模普遍較小，研究開發和創新能力不強，質量水平不高。近年來，國家對國內生產信號機企業進行了質量監督抽查，產品合格率僅為36.4%，從各地實際使用情況來看，基本反映了國內信號機質量水平。主要質量問題為信號機故障監測功能缺失、電磁抗擾度性能不達標、基本功能不達標、可行性差等。
信號機全天候工作在野外，苛刻的環境可想而知，因此對信號機的可靠性要求非常高。由于信號機的故障，對道路交通安全必將產生極大的威脅。筆者在無錫市、包頭市等地發現過數次紅燈熄滅、紅綠燈同時亮等信號機嚴重故障現象。GA47-2002《道路交通信號控制機》標準明確規定信號機當發生綠沖突故障、某信號組所有紅燈均熄滅等嚴重故障，信號機應立即進入黃閃或關燈狀態。但，一些生產企業的產品對綠沖突、紅燈熄滅等嚴重故障無檢測功能。由于以上故障而發生的交通事故，生產企業將會受到法律責任，而設施部門也會受到連帶責任，這不是不可能的。[NextPage]
另外，GA47-2002《道路交通信號控制機》標準規定當信號機通電開始運行時信號機應*行自檢，然后按如下時序啟動：
a）信號相位應*入黃閃信號，持續時間至少10s；
b）黃閃信號結束后各信號相位應進入全紅信號，持續時間至少5s；
c）啟動時序結束后，信號機按預設置的方式運行。
但，在現實中，有的信號機產品根本無以上啟動時序，在通電開始工作后直接進入信號控制相位，這也是非常危險的。以上啟動時序是為了清空路口車輛，確保車輛安全。
4.2目前我國信號控制系統在使用上的問題
目前我國各城市都加大力度進行基礎設施和城市改建建設，交通信號控制系統作為ITS的一個子系統，各個城市都建設了許多。但各地普遍存在重建設、輕應用，且系統建成后，如何更好地發揮其效果，如何更好地使用和評價，各地都比較欠缺。如何評價并認定系統是否達到設計目標，是否適合目前交通狀況，實際效果如何，對交通信號控制生產廠家尤其對用戶來說都是一個非常重要的問題。因此建議各地建成交通信號控制系統之后，要經常從控制系統本身以及系統運行效果兩個方面對系統進行評價。
應在交通高峰時段和非高峰時段對交通信號系統安裝前后的一些主要運營指標進行調查，其中zui典型的指標：機動車旅行時間、停車次數、路段機動車流量、交叉口各方向排隊長度等。根據這些數據的調查可獲得機動車行程時間、延誤、停車等運行效率方面的信息，可定量進行系統運行前后的效果比較。

5、結束語
由于城市化率不斷提高，我國今后信號機的需求會很大。據了解，日本目前全國信號機保有量達13萬臺，而我國目前只有4.2萬臺。希望信號機各生產企業在不斷完善信號機功能的同時，加強信號機的質量要求。各地安裝信號機的設施部門在不斷增加信號機安裝的同時，也要更好地使用。常言道：三分建設、七分使用，其實很多信號機的功能很強大，希望各地在充分進行交通調查的前提下，發揮信號機的強大功能。