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从较为系统性的角度梳理一下城市交通信号控制系统的设计工作相关内容
写下这个题目的时候，其实还有点犹豫，因为目前可能还有在纠结要不要设计的，而尚未到回答如何设计的阶段？然而，对于任何一个事物或系统而言，设计工作都是系统性地解决问题、满足需求并同时创造综合价值的重要环节，多年的信号控制系统的发展常有原地打转之感，是否与缺乏详尽、落地、科学的设计工作有关呢？
本文结合国内外相关文献，尝试从较为系统性的角度梳理一下城市交通信号控制系统的设计工作相关内容。这里主要指新建或重大改造的交通信号控制系统项目的设计工作，并不针对配时优化项目。
城市交通信号控制系统建设项目设计的直接目的将面向城市不同区域、路段、路口的控制意图落实为图纸、参数、控制逻辑、设备配置、测试要求和评价指标等，从而支持交通信号控制系统的长期运行。
在对某个区域或路口进行详细工程设计之前，需要首先回答一些相关问题，例如这个路口或区域主要的服务对象、当前交通信号控制及相关领域的问题是什么、能够允许怎样的取舍、最终如何判断设计是有效的等等。
基于对前述问题的回答，需要明确对不同区域、不同路段、不同路口在不同时间段的设计目标，针对性的设计目标是指导后续具体设计工作的重要指导原则，该阶段的工作不能笼统仅仅表达几句总体的话就可以了。
例如，从目标类别而言，对于不同的路口路段，有的关注安全、有的关注效率；有的要特别关注公共交通，有的要突出对行人和非机动车的考虑；有的要关注主干道的通行连续性，有的要关注路口多方向的均衡……不一而足，因此，在设计阶段需要对这些目标类别针对具体路口路段进行确定。
基于对设计目标的确定，可以进一步确定设计的关注点，包括但不限于对已有交通组织、路口渠化的分析判断，对现有的放行组合、放行顺序、转向冲突、速度与视距等的分析，对现存的排队溢出、通行不畅、缺乏优先、难以过街等问题的关注……
在设计关注点的指导下明确相应的评价指标，即针对不同的区域、路段、路口，在不同的时间区段内，要有针对性的评价指标作为交通信号控制系统建设的指导和目标，具体的评价指导可以从相关的标准及实践中来，在此不再展开。
在该阶段的成果大致会包括如下方面：设计明确的服务对象、适用时段（与交通的时变性吻合）、预期改善目标或效果、评价方法及指标、必须满足的约束等。
例如：对某条主干道目前干线协调较差的问题，设计的服务对象为本条主干道及相应交通参与者；适用时段要考虑何时追求协调何时不强求；预期改善目标是实现主干道多个路口的单向/双向协调（绿波or溢出控制？）；评价方法为以主干道平均行程速度、停车次数、延误等为主，再考虑其他方面；约束则需要检查相交道路交通流需求、行人/非机动车过街服务等。
未来，当某个交通信号信号控制系统的项目完成后却发现没有解决某个已有明显问题的时候，需要回头问一下：做了设计了吗？在设计阶段有明确针对这个路口/路段或区域指出这个问题吗？针对这个问题有相应的设计目标、评价指标和针对性的设计方案吗？如果设计中都没有详细的方案，何来奢望解决什么问题？
在确定了明确的设计目标后，在对路口/路段进行设计之前，需要收集支撑设计所需要的资料，所需资料类型包括但不限于如下类型。
1）设计依据：要明确适用的法规标准、设计任务、范围、现状与设计条件、接口和责任边界等；
2）基础数据：分流向的流量、车种、行人及非机动车、速度、排队、旅行时间、事故、既有参数等；
3）道路条件：交叉口几何线性、视距、坡度、车道功能、转弯轨迹、停车、公交站、出入口、相邻交叉口等；
4）放行关系：信号灯组及受控交通流、允许组合、禁止组合、相位相序和转换关系等；
5）现状配时：周期、绿灯分配、不同日期和时段的方案、启用及切换条件；黄灯、清空、绿灯间隔、行人进入及清空时间等；感应控制、协调控制、优先控制等的相关参数；
6）已有设施情况：信号灯、检测器、信号控制机、供电、通信、编号、接线、接口、运行记录；杆件基础、管线电缆、地下设施、施工条件、维护通达性和设备替换等。
7）其他：其他可能需要考虑的内容，如运行和维护资源等，以便建成系统后能够得到持续支持。
注意对于上述资料，并非每个交叉口都全部需要，而是要根据不同路口、路段、区域的设计目标来确定所需要的数据并进行相应的收集和采集。
在具体的设计工作中，需要考虑和回答如下问题（总体上包括但不限于如下内容，但对于具体路口/路段又非全部要考虑）。
1）需求与策略设计：交通组织及信号控制设置改善的必要性、问题诊断（定性及定量，例如通行能力、延误及排队分析等）、道路功能、使用者需求、目标与优先关系；
2）交通组织与空间设计：交叉口布局、车道功能、转向组织、停止线、过街位置、安全岛、车辆轨迹、储存空间等；
3）控制逻辑与相位设计：首先要明确控制策略，例如是分时段定时控制、感应控制、干线协调控制、自适应控制等，还是公交优先、行人请求等，在此基础上结合各类控制策略的需求设计信号灯组、相位、相序、放行关系、安全转换、周期、绿灯分配、感应和协调逻辑，例如对于感应控制，要确定检测器布局、位置、最小绿、最大绿、单位延长时间、终止逻辑等；对于干线与区域控制，要给出分组、关键路口、协调方向、回溢和瓶颈处理等；需要同时考虑机动车、行人、骑行者、公交及轨道交通等，该部分在新建/改建系统设计中一般不会给出精准配时，而是在配时优化的工作中给出更为具体的内容；
4）设施与系统设计：信号灯、检测器、控制机、杆件、基础、供电、管线、通信与系统接口等；
5）实施与运行设计：参数加载、测试、启用、现场调整、效果评价、档案和维护更新等。
交通信号控制系统设计的实施流程一般包括如下阶段。
1）明确任务：在该阶段主要是确定设计所要解决的问题、对象、范围、目标、责任和评价办法等，可以在工作合同的基础上进一步形成设计任务书、需求说明等；
2）调查与诊断：进行设计范围内的路口/路段的踏勘、调查、事故及设备分析等，识别瓶颈、冲突和其他问题点，该阶段将形成有关设计范围的基础数据、问题诊断等；
3）方案比选：比较设计范围内路口/路段的交通组织、控制方式和设施改造方案并进行选择，形成比选结果和推荐方案；
4）详细设计：在确定的推荐方案指导下，确定交叉口布局、检测、相位和控制逻辑等，此为设计工作中最为核心、具体的一环，将形成图纸、说明书等在内的文件成果；
5）审查与测试准备：复核设计，建立设计要求与测试方案的对应关系，形成审查意见、测试及评价计划等，以便能够更好地实现设计与建设目标。
当然，要确保信号控制系统的建设效果，除了前期要有合格的设计工作外，系统建设完成后的效果确认也是必不可少，例如要有技术验证环节来检查所建设的系统是否满足设计规定的功能、参数和接口要求等，以及运行一段时间之后对照设计文件中的目标和评价指标进行详尽的效果评估，来确认系统是否满足最初提出的使用者需求和运行目标等。
目前交通工程领域尚无注册工程师机制，从交通信号控制系统设计的能力需求而言，设计团队大概需要具备如下领域的能力。
1）交通工程：能够判断交通工程相关方面的问题、冲突和瓶颈，判断和解释交通组织及控制策略的选择等；
2）数据调查与分析：能够根据设计需求进行调查方案设计、检查调查成果质量等，例如能够区分实际通行需求和受阻下的实际通过量等；
3）控制与配时：能够设计定时、感应、协调等控制逻辑，并在需要的时候能够正确转换为信号控制机参数；
4）道路与设施工程：能够处理与交通信号控制密切相关的渠化、视距、轨迹、过街、设备位置和地下设施等方面的问题；
5）电气、通信与系统：能够设计和处理供电、接线、接口等；
6）审查与现场实施：能够在工程建设完工后进行复核，识别图纸、逻辑、配置与现场的不一致等。
近年来，信号控制领域的技术创新层出不穷，“乱花渐欲迷人眼”，但是城市信号控制的效果在众多“倒计时”的加持下似乎还在原地打转，除了技术方面的进一步探索以外，信号控制领域的发展建设应该从过多偏重的技术创新转向技术、制度和组织能力的协同建设，构建良好的建设制度是确保信号控制领域良性发展的重要保障，例如，一个经过优化的、运行良好的感应控制系统，可能比复杂软硬件堆叠的“AI控制”系统更能够产生实际效果。
总体而言，系统建设“七分设计、三分实现”或许有点为过，但是系统建设不只是软件、硬件与功能、技术的堆砌，设计是系统从需求落地到稳定可用的前置核心环节，设计决定了系统的上限，设计缺位，后期再多修补也很难弥补先天缺陷。
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李瑞敏
特邀作者