3月24日，“江西智能交通论坛（第四期）”在南昌成功举办。美国内华达大学终身正教授,内华达大学先进交通教育研究中心主任田宗忠教授现场发表了《国内外自适应信号控制系统的现状及效果评价》主题演讲。

以下为田宗忠演讲实录，经赛文交通网编辑整理

非常荣幸能够参加这样高水准的智能交通会议，感觉这个会议专业性非常强。我今天要讲的有三个方面内容：首先是国内外自适应系统应用概述。然后是自适应系统效果评价，用一些案例给大家讲一讲我们在美国是怎么做这些评价的。最后分享一下自己的观点。

大家都听说过“自适应”，那什么是自适应？

我这里给一个简单的定义，其实我们有两个很大的交通信号微信群，就这个问题进行了多次讨论，要说自适应，第一点他必须是多个信号联网来协调控制，不是一个单点的控制，我经常会听说“单点自适应”，这个概念至少在美国是不存在的。

没有单点自适应这种概念，要说自适应必须是一个系统，联网的系统来实现协调控制。

第二点，他不应该是固定配时，这个系统应该能够随交通流的变化而自动生成方案。另外也不需要人工过多的干预，不需要人工去制定配时。这样的话就必须要有一些检测，可靠的检测设备。

所以我说：所有单点控制或没有感应的控制都称不上是“自适应”系统，或者是“没有发挥自适应功能的”系统。

这是一个简单的定义。我也做了一些统计，这张表（如上图）里面就大致列了一些主要国家，除了中国以外，自适应系统使用量究竟是怎么样。

可以看到在美国，大约有40万的信号灯，实际上真正自适应系统不到3%，德国不到2%，澳大利亚多于90%，还有英国90%以上，在中国有名的自适应系统都是来自澳大利亚和英国。

日本有6%，瑞士没有自适应。这是美国的情况，就是（如上图）我一个同事做的一个统计，我用不同的颜色标出了在美国各种自适应系统，其中你可以看到这个黄色最多的这叫InSync，这是美国一个公司他们做的系统，这个应该是现在在美国投入量最多的一个系统。

在美国自适应控制的信号应该是不到3%，大多数这种都是试验性质的，最多装个二三十个信号灯，有时候五六个信号灯，先做一下评价看看行不行，然后再扩展。

自适应系统的分类应该是可以分成两大类，一类叫独立的系统，就是这些跟你这个信号机结合在一起的，就是你可以用任何厂家的信号机；另外一类就是厂家自己开发的系统。

这是中国的情况（如上图），我也做了一个统计，通过我们的信号控制群也做了一个统计，红色标注的就是大量使用自适应系统，投入自适应系统的。投入了自适应系统究竟起没起到应有的效果这是两码事，我只说中国投入了大量的自适应系统，上海、武汉、天津、广州、大连，大多数都使用了自适应控制。

另外两个大城市深圳和南京，自适应系统几乎没有，这些是中国的一个大概的情况。

那下面我说你装自适应系统，自适应费用应该比一般的信号控制还要高出四五倍，既然费用这么昂贵，我们要做一些评价，看看他的效果究竟好不好，所以在美国至少我们要做这种对比。

在中国我也问过了，我说你们装系统了，你做过前后对比吗？做过真正认真的评估了吗？几乎没有做过评估。

在美国做评估，我们也是做前后对比，就是装自适应之前和之后做一个比较，那么这种比较，一个合理的比较是要有条件的，他的条件是必须要有足够的样本数据。

比如说运行时间、延误、停车次数等，不是说跑一次就行了，你要多跑几次，而且要是不同的轨迹，不仅仅是主街，还要从主街拐出去，从次街拐进来，这些都要做大量数据的采集。

另外就是要包含各种各样的情况，比如说潮汐流的情况，特殊事件，还有特勤优先，自适应应该更能适应这种情况，不是说平常的交通。那一个关键的问题就是，当你做前后对比的时候，一定要和一个真正的优化之前的方案进行对比，你要和一个很差的方案进行对比，你肯定会说提高了很多。 

所以我下面要讲的就是几个案例。

美国他们做了很多这种对比，有的也写了一些报告，我就拿到了几个报告，想看看他们这个对比究竟是合理还是不合理，但是我在讲这个实例之前，先给大家一个经验判断，就是说信号做的好坏，你怎么感觉应该是什么样子的？

首先我定一个理想情况：

第一，不能是非饱和流，非饱和流的话他的波动太大，我们很难作出一个快的判断；

第二，这个间距，信号交叉口的间距要合适，不能太短，实际上越短越不容易起到好的效果；

第三，就是这个相序，因为这个相序我们这里做信号的可能明白，也可能不明白这个相序到底怎么回事。相序不仅仅是说先放左转，后放直行这种相序。说一种叫前起后断，大概一个方向左转直行，左转直行，像这种相序，就是你们必须允许使用这种灵活的相序，不能使用这种灵活的相序也不会达到很好的效果。

当你有了这种理想的条件，我可以告诉你们，平峰的时候，就是非拥堵的时候开一下，我讲的是干线，干线协调。

你能够通过四五个交叉口不停车，是说双方向！不是单方向，如果你不能取得这个效果，我认为这个信号协调的效果很可能就没有做到家。 

一会我会给你们看一个实例。做的好的话，信号协调应该是什么样的效果。

这是（如上图）加州的一个路段。五个交叉口做了前后对比，向东方向，向西方向，早高峰，中午高峰，晚高峰，那现在我就这两个数字来看一下。

（如上图）早高峰向西方向，就是那个红色，之前停车两次，之后平均停车0.4次，就是跑了大概五六次，或者十来次，平均停两次。

那你们能不能看出这里面的问题？就在他之前五个信号灯，美国又不是很拥堵，停车两次，你认为这是好的系统吗？我前面也说过，五个交叉口应该不停车才对，所以之后是不错，之前太差了，所以他说节省了80%，我认为这个评价很可能做的一般。

除了这个数字以外，我们也会经常用GPS轨迹来演示停车都是在哪停了，比如说左边是之前，右边是之后，我就说之后做的不错，但是之前就做的太差了，所以他就等于夸大了他的效果。

这是（如上图）另一个实例，也是在加州，为什么我选择加州，因为我们离加州近啊，我可以自己开车去亲自体验一下，看他到底做的怎么样。

九个路口，这是（如上图）我从他们那个报告里面拿出来的，是他们给市政府领导做的一个报告，说我们装了自适应系统，你看之前停车11次，12次，之后停车3.5次，2.5次。我就问他们，你有九个信号灯，你怎么会停车11次，12次呢？后来他说原来那时候有施工，我们关了一条车道，所以产生了拥堵，我说那你这种比较不就没有意义了吗？

这个前后对比是我亲自做的（如上图），在拉斯维加斯，主干道上八个信号灯，做这个之前我说服了当地的部门，我说你之前的信号一定要让我来做，就是所有之前，装自适应之前，我说我要做，我做完了以后你们再装自适应，然后你再做对比。

所以我派了两个学生在那呆了一个星期，天天跑，不光是主线，包括我前面讲过的次向车流，次街的车流，之前跑了一个星期，之后跑了一个星期，这是我们自适应之前做的一个绿波带（如上图），你们可以看到这个双向绿波带，这个效果应该还是不错的，然后我们也有GPS的轨迹，我现在展示的只是主干线上，如果主干线上你这个自适应系统都没有我做的好，那你就不能说你整个系统会比我这个好，所以我现在给你们展现的是主干线上的。

（如上图）你可以看到四条线，四条轨迹，三条基本上没停车，只有一个停的几次，下面是自适应系统，几乎没有一次通过不停车。那我说上面那个为什么一下停了那么多次？当时我们也做了录像，所以把录像找出来发现原来是一个校车，校车停在那里，就是把后面的车全堵在那了，所以这不是一个正常的运行。

（如上图）这是向北方向早高峰，之前你也看到几乎不停车，之后都要停一次两次。

（如上图）这是晚高峰，上面之前，下面之后，向北方向，实际上从这个图你们也能看出来前后的效果。

（如上图）特勤我前面也讲过，如果我把信号打乱，你的自适应能不能尽快恢复，所以我们当时也派了人把这个信号打乱，上面是之前，下面是之后，你不能说之后要比之前好吧！从这个轨迹上面至少是这样，所以这个做完以后，那个系统虽然实施了，但最后过了一年以后就取消了。

那下面我们不用自适应，就用传统的配时，怎么能把工作做好？

在美国也就是说大家都做的很好，就是因为我们会遇到各种各样的问题，美国的信号都是感应控制下的信号，中国大部分都是固定配时，感应控制下就会有各种各样的情况，所以必须要有一个好的工具能帮助这种工程师去做现场调试，常见的问题有速度，就是设计绿波的速度，你按照50公里/每小时设计你跑不起来怎么办？

感应控制下他主街的相位起始时间是不固定的，如果发生了变化，你怎么知道是你的相位差的错误还是正常的感应？比如说相位差，相位差实际上是一个非常容易出问题的，出错误的一个输入参数。

在中国的相位差非常简单，第一个相位第一个阶段的起始就是相位差，我看到了很多的信号机厂商都这么定义。而在美国他有很多不同的定义，我这给了两个定义，一个叫Variable speeds，两个箭头指着不同的参考相位，同一个方案你的参考相位不同就会出现不同的相位差，我发现这是经常出错的一个东西。

还有就是信号很可能会失去协调，为什么会失去协调？

特勤状况，行人，你这时间给的不够，行人过街会产生这种失去协调，通信中断，还有一个常见的问题——时钟漂移，这个问题无论在哪都会存在，一漂移，你再好的方案也会做不起来。

所以这些问题就是我们需要一个很好的工具能够到现场去调试的时候马上发现。

如果不能通过四五个交叉口不停车，这个配时控制做的就不是很好，有人出来说反对，他说再好的工程师也做不到这一点。实际上在中国也能做得到，我就说如果你有了那几种情况——信号间距合适，能够有灵活的相序，也可以做到这种效果。 

那自适应都有什么优缺点。

优点大家都已经知道了，他能够随着车流量变化自动调节，还有就是没有过渡的影响，就是说如果有特勤，自适应系统会很快调整过来，传统配时要经过一段过渡的时间，不需要人工经常去调试。

实际上下一个我不是要说缺点，我想说目前市场上这些系统都有什么局限？

至少我了解的现在的系统大部分都是侧重于相邻交叉口之间的优化，他看不到全景，他一两个交叉口可以，过了下一个交叉口就不知道要去哪，他的协调什么样就很难规划出来。

还有就是现在很多的系统相序的优化没有包括在里面，没有相序的优化，就是说你要想达到这种效果就会很困难。要尽量发挥自适应的功能，你必须要有这种可靠的监测设备，没有监测设备再先进的系统也不会发挥太大的作为。

那中国的情况大家也都知道，没有感应，或者是装了感应器没人维护，没有感应我就说你再先进的系统也发挥不了作用，大部分路段和时段处于饱和，那有人说自适应系统能不能解决拥堵？

大家一定会赞成一个观点，如果真的堵起来什么系统也没用了，中国有很复杂的交通流，非机动车，这也带来了很大的挑战。

所以，我本人的观点是，传统感应控制或固定配时更适合中国目前的交通现状。

所以，最后几点总结：自适应理念是未来信号控制的必然方向，但目前的数据来源和优化算法还有很大的局限。

另外，对自适应也有一些误解，有人会认为装了自适应系统我就不用管了，不需要维护，所以这些都是一些误解，前面我说过了自适应解决城市拥堵，这个很可能很大程度上也是一个误解，局限性我也讲了，相序的优化，非传统交叉口自适应也很难对付，还有就是他的优化的重点或者是单点，或者是相连交叉口，没有考虑到我们一个系统的局面。

那最后一个结束语，我们信号群里面也就这个问题讨论了很久，争论了很久，最后大家都一致同意：信号配时很大成份是“艺术”，而非纯科学或工程。

所以，艺术家(工程师们)很难会被机器(自适用配时算法)完全取代。