導語：2023年8月18日，公安部道路交通安全研究中心、中國道路交通安全協會聯合開展了2024年中國道路交通安全創新與合作大會(以下簡稱“創新與合作大會”)論文征集工作。言究社特此推出創新與合作大會優秀論文專題展播，集中展示各位行業優秀工作者在進一步提升交通安全管理水平，促進交通安全事業可持續發展工作中涌現出的新技術、新理念，歡迎大家持續關注！本期為大家推送的是江西省南昌市公安局交通管理局交通科學研究所章叢琳分享的《基于大數據挖掘技術的交通信號控制改革與實戰》。

交通信號控制是道路交叉口最普遍的交通管理形式，科學合理的交通信號控制能夠有效改善城市交通運行秩序，提升交通運行效率與服務水平。近年來，江西省南昌市公安局交通管理局聚焦城市交通擁堵突出問題，以數據研判、數據治理、數據驗證為手段，精致建設、精細管理，高起點站位、高站位謀劃、高速度推進全市信號優化提升工作。本文介紹了南昌交管局根據南昌市路網結構、交通特性、空間范圍等劃分交通場景，構建了城市道路交通場景庫，并依托多源交通大數據，從機制、模式、方法三方面進行交通信號控制改革，深度挖掘南昌市交通流量、路口擁堵等特征規律，針對不同交通問題制定“長綠波控制”“區域協調”等多種交通信號控制策略，圍繞單個道路交叉口、干線、特殊時期預案保障等，實現高效信號配時管理，有效提升了南昌市道路通行效率，供參考。

一、交通信號控制改革舉措

（一）機制改革

當前，南昌市信號機聯網聯控率已達到98.3%（因道路建成后未與交管部門辦理移交，導致少量聯網信號機未接入交管相應平臺）。在數據資源方面，已建成1200余套視頻檢測器，電子警察設備已覆蓋1572個路口。為實現交通信號配時標準化、精細化，確保南昌市交通信號配時優化工作扎實高效推進，南昌交管局成立了智慧信號配時中心，并制定了交通信號三級優化機制，明確了交管局、大隊、中隊信號保障工作重點、信號工作原則和各級工作職責，確保信號保障工作有章可循。

南昌交管局負責信號配時方案優化整體工作，監管全市信號配時方案，制定區域信號控制策略。通過融合路網、路段交通狀態、車輛軌跡等多源數據，宏觀分析城市交通特性，結合時間和空間變化規律，深度挖掘全市交通出行規律，精準識別信號配時、組織渠化等交通問題，針對具體問題采取緩進快出、綠波協調、微循環等信號控制策略。大隊設置專職民警，負責收集轄區路口信號配時優化意見并反饋至配時中心，依托互聯網平臺，對延誤評級高峰時段報警前十的路口進行調研分析。基于交通流理論，根據車流通過交叉口的基本運動特性，引入通行效率分析方法，結合交通數據規律、路口配時方案和路口渠化信息分析問題成因并提出解決方案。中隊根據路口信號配時方案的實際運行效果提出合理性意見，將路口占道施工、交通事故等極易引起交通擁堵的異常事件報送至配時中心。

（二）模式改革

為解決基層警力不足、專業力量薄弱等問題，南昌交管局引進專業信號優化實戰團隊，打造智能信號與智慧交通創新團隊，構建優勢互補、良性互動的信號優化新格局。以“白天平峰時段擁堵明顯減少，早晚高峰時段擁堵聯勤聯動聯指”為目標，深化融合應用互聯網交通大數據，針對道路交通信號配時不科學、設計不規范等問題提出專業的整改方案。

（三）方法改革

? 每月對嚴重擁堵路口進行“一點一策”治理

2023年，南昌交管局對解放西路上海路口、南昌大道城南大道口和南京東路等196處擁堵路口進行現場調研，通過互聯網平臺的延誤大數據，深入分析路口的擁堵特征規律，針對性地進行信號專項優化。精細劃分時段是信號配時優化的基礎。圖1所示為精細劃分時段流程圖，在精細劃分時段專項治理中，采用了聚類算法對路口流量大數據進行處理，利用平滑后的路口5分鐘流量數據序列，檢測數據產生的拐點，將數據進行分組，初步形成路口的小時段，再比較相鄰時段的離散程度以及流量差值，將離散程度低且流量差值小的時段合并為一個時段，時段合并后重新計算時段內離散程度。

離散程度即樣本點到聚類中心的距離平方和，計算公式為：

式（1）中，q為時段內樣本平均值。

計算時間序列T的K個時段的數據離散程度的加和作為時間序列T的損失函數，計算公式為：

應用拐點方法識別最優聚類數，式（2）中K值取急劇變化到趨于平緩變化的拐點。然后，計算任意兩個相鄰K下的最優分割損失值的斜率，計算公式為：

計算前后兩個連續斜率的變化率，選擇變化最大的值為最優分類數。K為最優分類數，計算公式為：

綠燈放行通過智能計算干線相位差，下發路口加放方案，增加協調相位的放行時間，且不改變下發后路口之間的相位差。一鍵綠燈放行流程如圖2所示。

結合路口的不同擁堵特征規律，因地制宜地采取精細劃分時段、多路口協調聯動一鍵綠燈放行、調整車道功能、設置待行區、優化警力部署、“蓄水式”二次放行等措施進行“一點一策”精準精細治理。通過互聯網平臺數據對比分析，采取治理措施前后一周的延誤數據顯示，全年度擁堵指數平均下降12.76%。

? 多維度保障城市網紅商圈周邊道路暢通

為提升網紅打卡點、商業網點、景區景點和夜市周邊道路通行效率，南昌交管局采用“一降一廊一循環”方式進行交通信號優化。降沖突：為減少右轉車輛與慢行交通的沖突，設置行人信號相位提前紅燈，保障行人安全通行，一點一方案優化“夜市經濟”140個路口信號配時方案；設置“綠燈走廊”：在交通吸引點如萬壽宮、綠滋肴不夜城等，設置中山路、云錦路等交通信號“綠燈走廊”，讓車流順暢通行于“夜市經濟”區域；實施區域“緩進快出”“微循環”：在中山路、夢時代、萬達金街等商圈周邊設置信號協調控制，實施緩進快出協調放行，形成“微循環”，保障區域交通順暢。同時，依賴互聯網路況數據，精準識別擁堵區域內各關鍵節點的緩進快出控制方向、比例和時長，各路口信號配時調整方法根據各路口級別不同，級別越高則路口壓縮或加放的時間越長。

? 路口治理選取方式的改革

路口治理是城市交通管理中的重要環節，傳統的選取方法往往依賴于被動發現。南昌交管局將“被動發現”轉變為“主動研判”，探索了一種基于大數據的路口治理選取方法，即主要采用月初對比上一個月路口延誤指數上升路口、分析每月擁堵事件數同比上升路段以及重點關注擁堵時長大于20分鐘以上道路，并結合調研和反饋來優化路口治理策略，從而提高治理效率和準確性，取得了良好效果。

? 積極回應市民需求

對于市民反映信號配時不合理問題，南昌交管局通過分析交通數據、現場調研、后臺視頻調研等方式展開問題分析，發現交通流量變化快、道路改建和拓寬是導致紅綠燈配時不適應交通需求變化的主要原因。因此，對交通流量進行實時監測，充分利用交通大數據，建立科學的紅綠燈配時準則，包括車流量、路口類型、行人需求等因素，并根據實際情況進行優化調整，有效解決信號配時問題，緩解擁堵狀況，提升群眾滿意度。同時，充分發揮媒體宣傳作用，依托交通廣播、微信公眾號、抖音號等媒體平臺，以文字、圖像、微視頻等全媒體形態，多個角度宣傳信號治堵，積極爭取廣大市民的理解和支持。

二、實戰成效

通過現場調研、單點優化信號周期、調整相位相序等措施，目前南昌市已建成165條綠波道路，里程約246公里，涉及交通信號控制路口679處，占全市交通信號控制路口總數的54.45%。綠波道路平均停車次數下降93.7%，平均行駛時間下降32.7%，大幅提升了市民出行品質。綠波點位分布如圖3所示。

圖3 南昌市城區綠波點位分布圖

贛江中大道、贛江南大道作為南昌市南北向城市次干道，是市民通勤和外來旅游車輛通行的交通“主動脈”。該路段工作日每天車流量高達3.5萬輛，車流密度高，為提升該路段通行效率和群眾出行體驗，南昌交管局多次就贛江大道平峰時段信號配時進行優化調整，利用綠波控制技術建設雙向綠波控制，綠波速度55~60km/h。綠波帶建成后，行程時間較優化前降低30.03%，停車次數較優化前下降98%。

根據朝陽片區棋盤格的路網特點，南昌交管局通過信號控制對該區域“五橫五縱”十條相交干道開展區域優化，設置南昌市首張綠波網，共涉及30個信號路口，如圖4所示。在優化過程中，首先按照干線等級、流量、速度等大數據進行優先級排序，依次計算路網中的干線方案。在沒有形成閉合路網之前，以第一個路口或綠波交叉路口作為起始路口，計算干線上其他路口的絕對相位差。形成閉合路網后，嘗試用調換路口相序的方式實現最優的協調方案。優化后綠波網絡的行程時間平均減少20%，停車次數減少83%，擁堵指數從1.45下降到1.40。

圖4 南昌市首個綠波網

在鳳凰洲片區設置感應式綠波，感應式綠波自適應控制基于交通流預測模型輸出的數據，實現點、線、面不同級別信號配時自動適應車流量變化，平峰減少綠損和停車延誤，高峰均衡排隊，確保關鍵節點和區域。在感應過程中，非關鍵相位感應綠燈結束時，相比基礎方案綠燈時間有多余時，將多余時間加至關鍵相位。應用感應式綠波優化后干線行程時間平均減少34%，停車次數減少95%，綠損時間平均降低18%。

隨著城市建設不斷推進，交通信號控制路口規模不斷擴大，交通管理難度也不斷加強。南昌交管局采取單點路口動態優化、多元綠波動態調控、交通信號智能提升、交通信號控制預案調流等措施，實現交通信號配時標準化、精細化、智能化提質升級，切實推動南昌市交通管理工作向縱深發展，助力城市交通品質進一步提升。

（文/江西省南昌市公安局交通管理局交通科學研究所 章叢琳、李逸凡，本文首發于《道路交通管理》雜志2024年第6期）

編校 | 張翼飛 高海燕

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