馬永剛，丁 琳

（通號(hào)萬全信號(hào)設(shè)備有限公司，北京 100010）

1 概述

2019年9 月中央印發(fā)實(shí)施了《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，為全面建成社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國提供了重要支撐，為統(tǒng)籌協(xié)調(diào)推進(jìn)交通強(qiáng)國建設(shè)指明了方向。隨著城市軌道交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展，有軌電車以其獨(dú)立線路運(yùn)行安全、電力驅(qū)動(dòng)無污染等優(yōu)點(diǎn)受到了社會(huì)青睞。然而，現(xiàn)階段有軌電車經(jīng)過路口時(shí)普遍面臨等待時(shí)間長、旅行速度慢、無優(yōu)先權(quán)、啟停耗時(shí)耗能、雙網(wǎng)分離等問題，降低了社會(huì)對(duì)有軌電車的認(rèn)可。

沈撫新區(qū)被定位為東北地區(qū)改革開放的先行區(qū)、優(yōu)化投資營商環(huán)境的標(biāo)桿區(qū)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的引領(lǐng)區(qū)和遼寧振興發(fā)展的新引擎，因此沈撫新區(qū)在整體交通建設(shè)中的要求更高。基于構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化綜合交通體系，沈撫新區(qū)有軌電車建設(shè)推出雙網(wǎng)融合理念，以全新的思路指導(dǎo)示范區(qū)的交通建設(shè)。雙網(wǎng)融合技術(shù)的整體思路是將有軌電車與市政交通運(yùn)行網(wǎng)兩張網(wǎng)合二為一、數(shù)據(jù)交互、統(tǒng)一管理，遵循接口統(tǒng)一、信息兼容、統(tǒng)一控制策略、整體安全可靠的原則，采用新一代的車道檢測(cè)技術(shù)及雙網(wǎng)融合的安全算法來控制交通信號(hào)相位周期切換，實(shí)現(xiàn)有軌電車與市政交通既協(xié)同控制又分離獨(dú)立的控制需求，最大限度地提高路口的運(yùn)行安全以及路口控制的整體靈活度及效率，為今后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)有軌電車全線路提速奠定基礎(chǔ)。

2 雙網(wǎng)融合智慧路口建設(shè)方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

雙網(wǎng)融合信號(hào)控制系統(tǒng)基于現(xiàn)代有軌電車與市政道路綜合控制理念，總體平臺(tái)采用雙網(wǎng)融合的方式，將有軌電車與市政兩張運(yùn)行網(wǎng)的“控制大腦”合并，涵蓋了有軌電車運(yùn)行系統(tǒng)、有軌電車信號(hào)控制系統(tǒng)、市政信號(hào)控制系統(tǒng)、道路監(jiān)控系統(tǒng)、電子卡口系統(tǒng)、路側(cè)單元（RSU）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，可提供有軌電車信號(hào)和市政道路信號(hào)的單點(diǎn)、干線、網(wǎng)狀控制，中心監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控和管理整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。同時(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)接急救、公安、消防等相關(guān)業(yè)務(wù)部門，支持上層對(duì)接智慧城市平臺(tái)。該系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 System architecture

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

有軌電車信號(hào)由有軌電車運(yùn)營單位控制，市政交通信號(hào)由交警部門控制，從安全及使用角色兩方面來看，兩個(gè)信號(hào)控制網(wǎng)絡(luò)不可直接聯(lián)通。如直接聯(lián)通，會(huì)造成信號(hào)控制信息的相互干擾，無法保證安全性。本次網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用物理隔離的方式，有軌電車信號(hào)控制網(wǎng)與市政信號(hào)控制網(wǎng)獨(dú)立建設(shè)，通過頂層的平臺(tái)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，保證信號(hào)控制網(wǎng)絡(luò)的安全性。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.2 Network architecture

2.3 硬件架構(gòu)

雙網(wǎng)融合智慧路口建設(shè)的硬件部分采用車道檢測(cè)設(shè)備（視頻檢測(cè)、雷視檢測(cè)），雙網(wǎng)融合道路交通信號(hào)控制柜、交通信號(hào)燈、無源信標(biāo)、毫米波雷達(dá)等設(shè)備。路口建設(shè)硬件架構(gòu)的主要設(shè)備組成及連接如圖3所示。

圖3 硬件架構(gòu)Fig.3 Hardware architecture

2.4 車道檢測(cè)系統(tǒng)

2.4.1 視頻車道檢測(cè)系統(tǒng)

視頻車道檢測(cè)系統(tǒng)利用視頻傳感器、攝像機(jī)等設(shè)備與控制主機(jī)相連，為雙網(wǎng)智慧路口提供車流量、速度、車型分類、交通密度、車輛排隊(duì)長度、轉(zhuǎn)彎等較全面的交通管理及檢測(cè)信息，可測(cè)算精度保持在90%及以上。視頻車道檢測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于單臺(tái)攝像機(jī)可檢測(cè)多個(gè)車道，可為管理人員提供可視圖像，使管理更直觀。檢測(cè)控制精度保持在較高水平，能為智慧路口系統(tǒng)提供準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)。

同時(shí)，該技術(shù)應(yīng)用過程中對(duì)視頻車道檢測(cè)技術(shù)中可能存在的問題做了調(diào)查與修正，主要是軟件方面的調(diào)整，以及攝像頭本身構(gòu)造的改進(jìn)及視頻傳感器安裝位置等方面的加強(qiáng)與完善，以實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的功能，獲得較好的效益。

2.4.2 雷視車道檢測(cè)系統(tǒng)

雷視車道檢測(cè)系統(tǒng)利用內(nèi)置深度學(xué)習(xí)算法的雷達(dá)視頻一體機(jī)，基于流量數(shù)據(jù)融合與校驗(yàn)技術(shù)、單點(diǎn)感應(yīng)控制技術(shù)、流量動(dòng)態(tài)干線協(xié)調(diào)與單點(diǎn)自適應(yīng)技術(shù)、流量+排隊(duì)長度動(dòng)態(tài)干線協(xié)調(diào)與單點(diǎn)自適應(yīng)技術(shù)等原理，充分發(fā)揮雷達(dá)對(duì)排隊(duì)長度、車速、車輛軌跡檢測(cè)的準(zhǔn)確性以及抗環(huán)境干擾性，并結(jié)合視頻對(duì)低速物體可視化檢測(cè)的優(yōu)越性，最大可滿足四車道車流量、速度、車輛排隊(duì)長度及間距、空間利用率及時(shí)間占有率等多項(xiàng)交通數(shù)據(jù)的輸出，支持智能動(dòng)態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示。

雷視車道檢測(cè)技術(shù)更為精確、抗干擾性也更強(qiáng)，但設(shè)備布置與算法控制也更為復(fù)雜，目前有軌電車等城市軌道交通行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較少。

2.5 雙網(wǎng)融合的路口信號(hào)控制系統(tǒng)

沈撫新區(qū)在建有軌電車工程采用的新電車有著硬核科技水平，這主要體現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)“一路綠燈”的效果。沈撫新電車運(yùn)行首次引用信號(hào)優(yōu)先獨(dú)立路權(quán)系統(tǒng)，即當(dāng)電車接近路口時(shí)，利用信標(biāo)、視頻檢測(cè)等定位方式，控制中心根據(jù)當(dāng)前車輛位置信息、運(yùn)行速度和停站時(shí)刻表3個(gè)變量進(jìn)行邏輯算法運(yùn)算，市政交通與有軌信號(hào)協(xié)同控制，確保有軌電車到達(dá)路口時(shí)綠燈通過。

信號(hào)控制機(jī)采用嵌入式技術(shù)和Linux操作系統(tǒng)控制，利用獨(dú)特的軌交信號(hào)控制集成平臺(tái)，分模塊顯示各操作控制界面。硬件設(shè)計(jì)上采用模塊化概念，由系統(tǒng)專用控制單元、信號(hào)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、系統(tǒng)主控單元、供電單元、車載特勤控制單元等組成，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)的控制及通訊功能。該控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全天候自動(dòng)控制功能，具備多時(shí)段固定配時(shí)及自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制、自動(dòng)及手動(dòng)控制切換、遙控感應(yīng)控制、斷電保護(hù)等功能，使路口間協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制柜與有軌電車信號(hào)控制柜合二為一、一柜雙控、協(xié)同優(yōu)先，無障礙不停車快速通行，提升電車整體旅行速度至40 km/h。

3 雙網(wǎng)融合信號(hào)控制管理平臺(tái)的遠(yuǎn)期建設(shè)及趨勢(shì)

遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)劃中不單要考慮現(xiàn)有的道路交通情況，還應(yīng)做好數(shù)據(jù)收集、接口對(duì)接預(yù)留等工作，提供標(biāo)準(zhǔn)的API接口，為后續(xù)智慧交通大腦的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。遠(yuǎn)期中心管理平臺(tái)整體架構(gòu)如圖4所示。

圖4 中心管理平臺(tái)整體架構(gòu)Fig.4 Overall architecture of central management platform

通過標(biāo)準(zhǔn)的API接口，將實(shí)現(xiàn)交警部門對(duì)雙網(wǎng)融合路段中市政信號(hào)的控制，交警部門將具有主導(dǎo)權(quán)、最高決策權(quán)，未來城市交通系統(tǒng)將支持GIS地圖管理、路口市政信號(hào)狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制、特勤/應(yīng)急人工干預(yù)、系統(tǒng)配置和管理等功能。

3.1 GIS地圖管理功能

基于GIS電子路網(wǎng)背景地圖，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制功能圖形化展示和操作，如控制地圖數(shù)據(jù)層的顯示狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)地圖縮放、平移、選擇、查詢、標(biāo)注等功能，支持路口示意圖、設(shè)計(jì)圖以及實(shí)拍圖片導(dǎo)入。

3.2 路口市政信號(hào)狀態(tài)監(jiān)視功能

支持單路口、多路口、干線、區(qū)域等多種方式對(duì)信號(hào)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。針對(duì)不同用戶級(jí)別展示相應(yīng)管轄范圍的路口信號(hào)監(jiān)視界面，并提供對(duì)應(yīng)用戶級(jí)別的干預(yù)控制權(quán)限。

路口視頻信息監(jiān)控，抓取多路車輛視頻、雷達(dá)、地磁線圈等信號(hào)，并實(shí)時(shí)跟進(jìn)路口擁堵狀況，顯示當(dāng)前信號(hào)控制周期整個(gè)相位。

3.3 路口有軌電車運(yùn)行控制狀態(tài)監(jiān)視功能

系統(tǒng)能夠顯示有軌電車信號(hào)優(yōu)先請(qǐng)求及路口信號(hào)響應(yīng)的情況。基于GIS電子路網(wǎng)背景地圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)有軌電車沿線路口優(yōu)先控制功能開啟情況及實(shí)現(xiàn)優(yōu)先控制的可視化展示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。

3.4 軌道交通信號(hào)控制柜的遠(yuǎn)程控制功能

支持用戶通過系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)加載、調(diào)看和修改路口信號(hào)機(jī)的信號(hào)控制特征參數(shù)；提供多時(shí)段的定時(shí)控制方案、感應(yīng)控制方案設(shè)置，以及干線、區(qū)域協(xié)調(diào)控制方案設(shè)置功能；提供控制時(shí)段劃分功能，根據(jù)高峰、平峰、低峰等不同時(shí)段執(zhí)行不同方案；提供日計(jì)劃調(diào)度設(shè)置功能，能針對(duì)工作日、節(jié)假日、特殊日等設(shè)置不同調(diào)度計(jì)劃；提供圖形化、表單化設(shè)置，便于維護(hù)和管理。

3.5 特勤/應(yīng)急人工干預(yù)功能

系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際交通情況發(fā)出命令，對(duì)路口信號(hào)進(jìn)行直接干預(yù)控制，包括臨時(shí)指定方案、遠(yuǎn)程手動(dòng)步進(jìn)、指定控制方式、鎖定相位等。

3.6 有軌電車干線協(xié)調(diào)功能

系統(tǒng)根據(jù)干線交叉口之間的相關(guān)性劃分控制子區(qū)，針對(duì)不同子區(qū)實(shí)施不同控制方式；子區(qū)之間具有協(xié)調(diào)性，保證整個(gè)干線協(xié)調(diào)方向通行能力最大、停車次數(shù)最??；干線協(xié)調(diào)控制下各個(gè)交叉口可設(shè)置感應(yīng)控制的功能，提升協(xié)調(diào)控制靈活性。

3.7 設(shè)備在線故障監(jiān)測(cè)功能

具備交通信號(hào)控制設(shè)備備案、設(shè)備地圖標(biāo)注、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)接入、故障維護(hù)管理等設(shè)備管理功能。具備軟件運(yùn)行自檢功能、事件日志調(diào)取等功能，支持對(duì)系統(tǒng)軟件運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)通信、信號(hào)機(jī)運(yùn)行等工作狀態(tài)及故障情況進(jìn)行全面監(jiān)視和檢測(cè)。

3.8 系統(tǒng)配置和管理

具備系統(tǒng)參數(shù)配置、用戶管理、日志管理、數(shù)據(jù)字典管理等系統(tǒng)運(yùn)行所需功能。

4 結(jié)束語

雙網(wǎng)融合技術(shù)在沈撫新區(qū)有軌電車建設(shè)中已實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用，采用軌道與市政兩張網(wǎng)融合控制模式，提高有軌電車運(yùn)行效率的同時(shí)也保證了其運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)智慧路口升級(jí)建設(shè)。隨著城市軌道交通的蓬勃發(fā)展，有軌電車雙網(wǎng)融合技術(shù)憑借其高安全、高效率、高效益、服務(wù)性好、示范性強(qiáng)、整合度高的特點(diǎn)，必能為城市軌道交通發(fā)展提供借鑒，雙網(wǎng)融合信號(hào)控制管理平臺(tái)的遠(yuǎn)期建設(shè)必將在城市軌道交通發(fā)展中起著關(guān)鍵性的作用。