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从路途交通的开展史看，人类总共阅历或将阅历无操控、交通讯号标线操控、单定点交通操控、智能交通操控、车路协同、无人驾驭等6大时期。而这些，都是围绕着怎么公正高效地决议路权归属和怎么有用地将路权归属信息传达给交通参加者这两方面打开的研讨和实践。
跟着车联网、无人驾驭等技能的开展，未来交通体系或将逐步完成路面上没有交通讯号灯设备，但依据处处疏通。而这，也正是咱们所等待的，真实切合实际需求的地上交通出行办法。
本文转自：2018年3月30日出书的《 主动化学报 》；本文作者：清华大学主动化系的李力副教授和中科院主动化所的王腾跃教授。
在现代社会，地上交通出行与咱们每个人密切相关。在其时城市路途日益杂乱和拥堵的情况下，怎么确保交通出行的安全和快捷是国内外社会群众和科研工作者一起重视的热门问题。
完成该目的的重要办法之一是施行有用的交通操控。许多研讨者将1914年呈现在美国俄亥俄州克利夫兰市（Cleveland，Ohio）的电气交通讯号灯作为地上交通操控体系的真实发端如上图。在曩昔的100多年中，交通操控从理论办法到产品体系都阅历了深化的改动。但是在日益增加的交通出行需求压力下，现有的交通操控办法现已逐步抵达功能天花板。往后的地上交通操控应该怎么开展是摆在一切研讨者面前的重要问题。
所谓路途通行权（Right of Way，简称路权），可了解为对特守时空规模路途资源的优先占有权和运用权。类似于铁路的轨道闭锁机制，地上驾驭相同需求确保在特定的时刻和空间内，最多只要一辆车存在。换句话说，假如咱们依照时刻和空间两个维度，以最小时刻和最小空间为切割单位，将路途资源区分为时空网格，那么，每个格子最多只能被一辆车占用。假如违反了这一规律，磕碰就会产生。
前史上的地上交通操控正是围绕着怎么合理妥善处理路权竞赛的问题而开展起来的。历经百年来的开展，交通体系大致阅历了无操控时期、标识标线操控时期、单点守时交通讯号操控时期、智能交通操控时期、车路协一起期和主动驾驭时期等几个阶段。下图的时刻轴描绘了标志着这几个时期切换点的国内外典型事情所产生的年代。
有鉴于此，咱们从路权这个新的视点回忆了曩昔100多年地上交通操控开展的几个要害改动点，比照了各个时期交通路权的获取办法和功能。咱们特别结合现在新式的车联网、无人车和主动驾驭技能，讨论了依据规区分配或竞价获取的交通路权分配，剖析了往后50年地上交通操控的开展方向。
开端，人们在遇到路权纷争时，往往遵照“先到先行，相互礼让”的根本原则。两边驾驭员依据各自目视的成果，决议由谁优先经过抵触区域，并依照默契各自驾驭。实际上，这也是从步行、骑马和驾驭马车年代起就遵从的根本路权决议办法。
1）该决议办法十分依靠于驾驭员对周边环境的正确感知和合理判别。在车速较快、视野欠安、交通情况杂乱等情况下，驾驭员难以精确的判别何时何地会产生磕碰，因而无法决议路权归属。
2）该决议办法需求多方驾驭员选用能够一起了解的办法进行交流。在车灯还未呈现的时分，驾驭员会将手臂伸出窗外，经过不同的手势来标明其跋涉目的。即便在车灯已是车辆必备件的今天，驾驭员也经常以目光和手势来辅佐换道、并线等操作。为此，Google公司还在2015年提交了无人车和人类驾驭员交流的专利。但是，手势交流首要没有一起的交互规范。人们相互打手势或许目光暗示的办法千差万别；特别是因为前史文化差异，不同国家和地区对同一手势或许有天壤之别的解读。其次，手势交流的通讯速度慢、可视间隔短、商洽功率低，在车辆速度较高时，极易呈现差错而构成交通事端。
3）该决议办法在适当程度上取决于驾驭员个人的礼让精力，路权的分配很或许由“协作”演变为“竞赛”，甚至“争夺”。
依据这三点，依据默契的路权商洽很难在短时刻内有用到达。因而，这一路权决议办法在轿车年代逐步被新的交通操控办法所代替。
早在我国周代，已有“列树以表道”的记载。在古罗马年代的军用大道上也设有里程碑和指路牌。但这些只是是符号路途信息，并未指示路权。
1903年，因为法国轿车联盟的活跃推进而使法国成为世界上最早的在全国规模内运用一起的轿车交通标志的国家。而直到1930年往后，一起的交通标志法才在英国各地取得认可，使交通标志愈加规范化。1935年，美国的第一版《一起交通操控设备手册》（Manual of United Traffic Control Devices）出书，在全美国一起了制造交通标志的办法和规范。这一阶段，交通标志仍然以提示驾驭员风险为首要职责。如法国的交通标志其时在黑色的木板上用白漆书写“左拐”、“右拐”、“桥梁”等提示司机留意的文字。
1968年，联合国发布《路途交通和路途标志、信号协议》作为各国拟定交通标志的根底。从此各国的交通标志在分类、形状、色彩、图画等方面逐步向世界一起的方向开展。地上交通进入了“各行其道”的年代。
路途交通标识一般用图形符号和文字来传递特定的交通法规以及交通运转操控办法的信息。路途交通标线是由路面标线、箭头、文字、立面标识、杰出路旁边、路途轮廓线等交通地上车道协作和路权设置的根底设备。这两者的效果都是为了操控、引导、操控和分配交通流，可独自运用也可协作运用。
交通标识标线操控的优势在于造价低价经用，尽量削减人关于路权的了解歧义和纷争。在路途中清晰标识了路途运用权重的通行权、先行权、占用权等，是现在路途交通中最为重要的静态交通设备。特别是车道线的引进，大大简化了车路途权的分配办法，削减了车辆跋涉抵触产生磕碰的风险。
但交通标识标线对交通抵触点（穿插路口和出入口匝道）区域中不同方向车辆的路权很难起到有序和安全的操控引导。因而，交通讯号操控成为了地上交通操控的研讨要点。
最早的交通讯号灯呈现在1868年英国伦敦威斯敏斯特区，为调度马车的运转而建立，由煤气点着发光的，只是工作了20余天便因为煤气爆破而夭亡。所以，许多人以为1914年呈现在美国俄亥俄州克利夫兰市（Cleveland，Ohio）的电气交通讯号灯才是交通操控体系的线年才在上海市第一次装置交通讯号灯。
交通讯号灯的呈现，使得“军令如山”成为了交通抵触点的新式路权分配和提示办法。一般，交通讯号操控用在路途空间上不同方向交通流抵触的穿插口，用来在时刻维度上给不同方向的交通流分配路途通行权。
传统的交通操控体系将路途上的接连多个车辆视为流体，经过部分时空中的流体密度、速度和流率来简化描绘车辆的运动。为了防止车辆在路口产生磕碰，一般依据车流方向区分不同的相位，在一段时刻内顺次切换各个相位，以便不同方向的车辆经过。切换一遍一切相位的时长称为周期，其间去掉红灯黄灯，路口能被运用的有用时刻和周期的比值称为绿信比。
交通讯号灯的引进一方面改善了穿插口通行次序，另一方面下降了驾驭员信息负荷，然后减轻驾驭担负。在装置了交通讯号灯的路途穿插口，潜在抵触区域的路权决议有了“权威认证”。路权由原先驾驭员之间的“分布式”商洽改动为“集中式”指使。从此，人们只需依照一起的红绿灯规矩，和前车坚持间隔跋涉，无需花费时刻和精力和其他方向的司机进行交流，大大下降了路途穿插口的事端率。而居于高处、有着亮堂色彩的红绿灯能够被经过路途穿插口的许多驾驭员一起看到并清晰认知，很好地处理了音讯交互和承认的问题。
但前期的信号灯由差人依据目视所及的有限信息，进行手动操控。每个差人仅能操控一个路口的信号灯。这种操控办法缺少满足的交通讯息感知才能和联动操控机制，难以进步交通功率。这以后很长一段时刻，交通讯号的三个首要参数：周期、相位和绿信比，均被设置为守时切换，时段内固定的办法 。这一工作办法尽管较人工操控简略，但仍然不能最大化交通运转功率。
跟着智能交通体系概念的深化遍及，使得关于城市交通的操控转向信息化和智能化的方向。交通讯号操控开端选用核算机联网操控，依据磁感应线圈、摄像头号搜集的数据核算穿插路口的实时交通流量，研发相应的交通流量分配模型来确认信号配时方案，动态调整交通讯号的三个首要参数：周期、相位和绿信比，完成整个交通路网的配时优化。
美国Purdue大学的Saridis教授及其团队是最早开端智能交通讯号操控研讨的小组之一。这以后，英国运送与路途研讨所研发的SCOOT体系和澳大利亚RTA所研发的SCATS体系成为了业界运用最广的智能交通讯号操控体系。SCOOT体系和SCATS体系以其动态实时自适应操控的特色，对城市交通讯号操控的推进与开展起到了实质性效果。日本、美国、欧洲其他地区的也随之开展和遍及起来。现在我国的智能交通体系开展敏捷，在北京、上海、广州等大城市现已建设了先进的智能交通体系。
当今的智能交通操控体系愈加杂乱。例如美国亚利桑那大学王腾跃等提出“无交通讯号灯的未来交通想象”，其ATLAS开发的RHODES智能交通操控体系就包含：智能交通数据搜集和处理，智能猜测交通流量改动，智能核算最优配时方案等多个模块，组合起来以求最佳的协同不同路口的信号灯，完成“智能联网联控”。
跟着智能、网络通讯等技能的开展，智能交通体系在交通讯号操控职业得到越来越广泛的运用。依据互联网、大数据以及云核算的交通讯号操控体系，能够对路途体系中的交通情况、交通事端、气候情况和交通环境进行实时的监督，依托先进的车辆检测技能和核算机信息处理技能，取得有关交通情况的信息，并依据搜集到的信息对交通进行有用操控，如信号灯操控、发布诱导信息等，甚至依据手机定位、微博留言等数据关于交通体系的功能进行评价和调整。
但是即便如此，全球每年的交通事端率仍然高居不下。交通功率和安全问题一直困扰着交通办理者和出行者。其重要原因之一在于交通讯号操控仍然存在适当的限制性。
1）交通讯号灯操控规模有限。一般来说，信号灯一般只布设在路途穿插口和快速路出入口匝道这些简单呈现路权抵触导致磕碰的方位。可事实上，路权抵触导致的交通事端却或许呈现在路途任何方位，并不限制在有信号灯操控的路途规模内。
2）交通讯号灯对路权的界说仍有含糊和不合理之处。其间最著名的应该便是所谓的“黄灯时两难地步”（Yellow interval dilemma），即，当车辆以必定速度挨近穿插口时恰逢黄灯，假如急停则刹车间隔不行，还或许会对后车构成安全隐患；假如硬闯则面对闯红灯的风险，使得驾驭员堕入莫衷一是的两难地步。尽管研讨者提出了多种改动交通讯号灯设置的算法，但仍然不能根绝“黄灯时两难地步”的呈现。
3）交通讯号灯的信息交互办法仍有值得改善之处。在逆光、雨雪、浓雾、沙尘等视野欠安场景和恶劣气候下，驾驭员很难及时分辩信号灯状况，无形中增加了交通事端产生概率。
4）交通讯号灯的配时优化是一大难题。配时不合理，会导致路途资源时空运用率下降，特别是在交通流不平衡的穿插口尤为显着。即便选用感应式操控和各种新式智能算法，在处理如下三个应战之前，也难以做到路权的精确分配，路途资源仍有适当程度的糟蹋：
应战之一是怎么精确地确认车辆抵达某一路口的时刻，以便采纳合理的操控信号；
应战之二是需求在穿插口和快速路匝道之外，将路权的分配和通讯贯穿于驾驭全进程；
应战之三是将路途上的接连多个车辆视为流体之后，不能精确衡量和操控每个车辆的运动，未能充分运用有限的路途资源。
应战之一是怎么精确地确认车辆抵达某一路口的时刻，以便采纳合理的操控信号；
应战之二是需求在穿插口和快速路匝道之外，将路权的分配和通讯贯穿于驾驭全进程；
应战之三是将路途上的接连多个车辆视为流体之后，不能精确衡量和操控每个车辆的运动，未能充分运用有限的路途资源。
最近10多年飞速开展的车联网（Vehicle to Everything，V2X）技能，以及车路协同体系的鼓起和开展为上述前两个问题的处理带来新的关键。
车-车之间（Vehicle to Vehicle，V2V）、车-路之间（Vehicle to Infrastructure，V2I）的信息交互和协同操控，使得每一辆车都能够实时感知到周边车辆的运动信息、穿插口信号灯状况以及路途环境信息；一起，车辆本身信息也能够经过通讯手法传递给周边车辆和路侧设备。这意味着咱们能愈加合理和精确地决议路权。
首要，全时空感知的信息获取使得咱们削减甚至防止了误判某一特守时空区域产生磕碰的或许。路权分配的粒度大大细化，路权分配将掩盖整个路途时空，处理恣意时刻和空间的路权分配问题。
其次，交通操控体系能够凭借车路协同实时获取车辆的方位，运转速度等信息，进一步优化核算信号灯的配时。
图 2014 年 IEEE 智能交通年会上我国多家高校和企业联合演示的依据车路协同技能的交通讯号提示和车辆速度扶引操控
再者，咱们能够在没有信号灯的当地，将路权归属信息敏捷传达给交通参加者。车路协同技能的开展使得人、车、路等交通要素之间构成一张巨大的网络，信息感知、信息交互和信息同享无处不在。路权的提示将变得愈加直观易解，人类驾驭员的担负将减到最低。图 3 展现的车路协同体系能将信号灯状况无线传输给邻近车辆，以便驾驭员调整车辆速度，以最舒适的办法经过穿插路口。
最近十几年继续不断方兴未已的无人车（Automated Vehicles）和主动驾驭（Autonomous Driving）技能的呈现，为上节中说到的最终一个问题的处理带来了或许。
在未来的50年中，传统的交通操控将逐步被更为精密的依据每辆车实时动态信息的自组织协同驾驭（Cooperative Driving）所代替，完成路权分配的“协同运用”。关于路通操控而言，咱们的决议方案变量变为每个经过路口车辆的运动时空轨道。依据这些时空轨道，咱们能够便利地界说操控方针函数为整体车辆的经过时刻最少，或许均匀通行时刻更短等。而车辆之间的避撞要求也能够直接从时空轨道的相对方位上设置。尽管看起来此刻的操控问题或许过于杂乱，但研讨标明，协同驾驭问题的中心在于决议车辆经过路口的时刻次序，确认这一次序后，整个问题能够便利的解决。仿真标明，协同驾驭在交通压力不至于导致路口过饱和的情况下，能够明显进步路口的通行才能。
从操控的本质上来看，传统的交通操控归于被迫的反应操控。操控体系被迫的感知车流抵达的改动，只是经过施加信号灯操控以期从其时的体系状况开展到抱负的状况。而协同驾驭是前馈操控和反应操控相结合，经过预先规划车辆轨道来更好导向体系抱负状况。
尽管囿于核算才能，现在的协同驾驭尚只考虑独立路口的交通操控，路口和路口之间的协同驾驭没有引起研讨者的广泛爱好。但研讨者正在讨论未来完成提早规划和操控路面上跋涉的每一辆车从出发地到目的地的整个轨道。在彻底把握车辆信息和路途环境信息的前提下，操控中心能够核算出每辆车详细到每一秒钟的最优跋涉路线，并让每辆车精确的履行。因为人不再参加驾驭活动，也就不存在拒不履行调度或许产生推迟等行为，交通有或许变得愈加流通和安全。此刻，部分时空的路权分配将从“集中式”指使再次回归到“分布式”协作，完成螺旋式演进开展。
这儿，咱们能够将地上交通操控与公认于1936年创建的空中交通操控进行一个风趣的比照。80多年来，国内外首要的干线航空和想象的未来地上交通相同，每架飞机根本依照预先设置好的固定轨道飞翔，大部分飞翔时刻由机载体系驾驭。但空中办理依靠以人为主划定少数航线，在近场时首要依托人类办理员来进行操控。这一办法导致办理功率不高，时有风险产生。美国因而决议发动Next Gen方案开发首要由机器主动办理的空中交通操控体系。而地上交通操控体系很早就进入了首要由机器主动办理的年代。不过无人车有待落地遍及，没有抵达彻底预先设定每辆车的运动，完成全程主动驾驭的进程。
此外，因为在许多大城市中，路途供应资源一直小于路途跋涉需求。因而，研讨者们研讨了拥堵收费、投票获取路权，或许可买卖电子路票等多种办法来决议车辆是否能够取得驶入特定区域或路段的路权。在车辆网和无人驾驭技能老练之后，这些办法的施行也将变得十分便利。
不仅如此，彻底定制化的路权也将使得特权出行和同享出行变得更为简捷。咱们能够动态地为特别车辆（救火车、救护车等）或许载有多名乘客的车辆（High-occupancy vehicle，HOV）设置更高的路权，以便利其出行。这比设置静态的载有多名乘客车辆的专用车道（HOV Lane）要节约更多的路途资源。
归纳来看，往后50年中施行上述主意首要需求无人驾驭技能进一步的完善，经过测验，上路遍及。这一点与本文主题较远，暂不在本过多论说。其他的首要困难包含：
1）在较长的一段时刻中，有人驾驭车辆和无人驾驭车辆混行在路途上，怎么确保驾驭员或许无人车误解各自的目的而产生磕碰是值得深化研讨的课题。一起，混行交通也为路途交通办理带来了新的应战，需求构建与之相适应的交通操控战略。
2）核算的杂乱性跟着所需求考虑的车辆数目急速增加，怎么找到适宜的算法找到较优的可行解是往后研讨的热门。现在来看，自组织式的交通体系分布式操控办法具有较强的抗体系溃散性失效的才能，或许是较优的挑选。
3）往后的交通体系将越来越依靠通讯的实时性和可靠性来保证路权核算的合理最优以及路权分配的及时精确。一起交通参加者的隐私性也需求得到更细心的考量。这方面也将是往后重视的热门。
回溯以往，咱们不难发现，地上交通操控围绕着怎么公正高效地决议路权归属和怎么有用地将路权归属信息传达给交通参加者这两方面打开研讨和实践，探究和施行了多种路权分配办法。
曩昔的100多年中，交通讯号操控是界说路途通行权分配的重要东西。但跟着车路协同理念的呈现和车联网、无人驾驭等相关技能的日益老练，正在从头界说交通操控。由传统固定配时信号操控到感应式信号操控，再到车路协同环境下的交通感知与操控，咱们完成了从微观到微观、从路权粗豪式办理到路途资源全时空精密化分配的进阶。未来交通体系中的许多新式技能，包含同享出行、可买卖路权等，都将和这一革新联络和交互，一起改动人们未来的出行办法。
未来交通体系将逐步完成路面上没有交通讯号灯设备，但每个交通参加者都在协作中有序运转的形状。简言之，便是“一路无灯、处处疏通”。这看似科幻的场景，必将在未来的50年中推翻已有的交通操控办法，成为人工智能、主动化、操控理论、智能交通、智能轿车等多个范畴的穿插研讨热门。回来搜狐，检查更多