李力，王飞跃丨地面交通控制的百年回顾和未来展望

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本论文从道路通行权角度回顾了过去100多年地面交通控制发展的几个关键转变点，对比了各个时期交通路权的获取方式和性能。并且特别结合了目前新兴的车联网、无人车和自动驾驶技术，探讨了基于规划分配或竞价获取的交通路权分配，分析了今后 50 年地面交通控制的发展方向。后台回复：交通控制论文，可获取PDF版论文。

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地面交通控制的百年回顾和未来展望

李力¹ 王飞跃^2,3,4,5

摘要    从路权这个新的角度回顾了过去100 年地面交通控制发展的几个关键转变点，并结合目前新兴的网联车和无人车技术，分析了今后50 年地面交通控制的发展方向。

关键词    交通控制，无人车，自动驾驶，路权

引用格式    李力，王飞跃。 地面交通控制的百年回顾和未来展望。 自动化学报, 2018, 44(4): 577-583

DOI     10.16383/j.aas.2018.c170616

Ground Traffic Control in the Past Century and Its Future Perspective

LI Li¹ WANG Fei-Yue^2,3,4,5

Abstract     In this paper, we first review the past 100-year development of ground traffic control from the viewpoint of right of way. Then, based on the development of the recent connected and automated vehicle (CAV) technologies, we provide a perspective of its next 50-year development.

Key words     Traffic control, connected and automated vehicles (CAV), autonomous driving, right of way

Citation     Li Li, Wang Fei-Yue. Ground traffic control in the past century and its future perspective. Acta AutomaticaSinica, 2018, 44(4): 577-583

在现代社会，地面交通出行与我们每个人密切相关。在当前城市道路日益复杂和拥挤的情况下，如何保证交通出行的安全和便捷是国内外社会大众和科研工作者共同关注的热点问题。

实现该目的的重要方法之一是实施有效的交通控制。很多研究者将1914 年出现在美国俄亥俄州克利夫兰市(Cleveland, Ohio) 的电气交通信号灯作为地面交通控制系统的真正发轫。虽然今天的交通信号灯和早期的交通信号灯(见图1) 形式变化不大，但在过去的100 多年中，交通控制从理论方法到产品系统都经历了深刻的变化。然而在日益增长的交通出行需求压力下，现有的交通控制方法已经逐渐达到性能天花板。今后的地面交通控制应该如何发展是摆在所有研究者面前的重要问题。

图 1  1924 年德国柏林坡茨坦广场的五边交通灯塔

Fig. 1 The famous five-sided traffic light tower installed

at Berlin's Potsdamer Platz in 1924

从更高的角度来看，交通是人或物在时空上的转移。地面交通控制的核心一直是如何使用各种方法在时空上对道路通行权进行合理高效的分配和提示，解决人们通过交通冲突区域时可能发生的冲突问题。

所谓道路通行权(Right of way, 简称路权)，可理解为对特定时空范围道路资源的优先占有权和使用权^[1-2]。 类似于铁路的轨道闭锁机制^[3]。地面驾驶同样需要保证在特定的时间和空间内，最多只有一辆车存在。换句话说， 如果我们按照时间和空间两个维度，以最小时间和最小空间为分割单位，将道路资源划分为时空网格，那么，每个格子最多只能被一辆车占用。如果违反了这一法则，碰撞就会发生。

历史上的地面交通控制正是围绕着如何合理妥善解决路权竞争的问题而发展起来的。历经百年来的发展，交通系统大致经历了无控制时期、标志标线控制时期、单点定时交通信号控制时期、智能交通控制时期、车路协同时期和自动驾驶时期等几个阶段。图2 的时间轴描绘了标志着这几个时期切换点的国内外典型事件所发生的年代。有鉴于此，本文从路权这个新的角度回顾了过去100 多年地面交通控制发展的几个关键转变点，对比了各个时期交通路权的获取方式和性能。我们特别结合目前新兴的网联车和无人车技术，探讨了基于规划分配或竞价获取的交通路权分配，分析了今后50 年地面交通控制的发展方向。

1.无控制时期

最初，人们在遇到路权纷争时，往往遵从“先到先行，互相礼让” 的基本原则。双方驾驶员根据各自目视的结果，决定由谁优先通过冲突区域，并按照默契各自驾驶。实际上，这也是从步行、骑马和驾驶马车时代起就遵循的基本路权决定方式。

图 2  地面交通控制百年发展时间轴图

Fig. 2 Timeline for the past 100-year development of ground traffic control

但这一路权决定方式存在诸多问题：

1) 该决定方式非常依赖于驾驶员对周边环境的正确感知和合理判断。在车速较快、视线不佳、交通状况复杂等情况下， 驾驶员难以准确地判断何时何地会发生碰撞，因此无法决定路权归属^[4]。

2) 该决定方式需要多方驾驶员采用能够共同理解的方式进行交流。在转向灯还未出现的时候，驾驶员会将手臂伸出窗外，通过不同的手势来表示其行驶意图。即使在转向灯已是车辆必备件的今日，驾驶员也经常以眼神和手势来辅助换道、并线等操作。为此，Google 公司还在2015 年提交了无人车和人类驾驶员交流的专利^[5]。然而，手势交流首先没有统一的交互标准。人们互相打手势或者眼神示意的方式千差万别；特别是由于历史文化差异，不同国家和地区对同一手势可能有截然不同的解读。其次，手势交流的通信速度慢、可视距离短、谈判效率低，在车辆速度较高时，极易出现误差而造成交通事故。

3) 该决定方式在相当程度上取决于驾驶员个人的礼让精神，路权的分配很可能由“合作”演变为“竞争”，甚至“抢夺”。由于上述三方面问题，基于默契的路权谈判很难在短时间内有效达成。因此， 这一路权决定方式在汽车时代逐渐被新的交通控制方式所代替。

2.交通标志标线控制时期

早在中国周代，已有“列树以表道” 的记载。在古罗马时代的军用大道上也设有里程碑和指路牌。但这些仅仅是标记道路信息，并未指示路权。1903 年，由于法国汽车联盟的积极推进使法国成为世界上最早在全国范围内使用统一汽车交通标志的国家。而直到1930 年以后，统一交通标志法才在英国各地获得认可，使交通标志更加规范化。1935 年, 美国的第一版《统一交通控制设施手册》(Manual of United Traffic Control Devices) 出版，在全美国统一了制作交通标志的办法和标准。这一阶段，交通标志依然以提示驾驶员危险为主要职责。如当时的法国交通标志是在黑色的木板上用白漆书写“左拐”、“右拐”、“桥梁”等提醒司机注意的文字。

1968 年，联合国颁布《道路交通和道路标志、信号协定》作为各国制定交通标志的基础。从此各国的交通标志在分类、形状、颜色、图案等方面逐渐向国际统一的方向发展。地面交