前言

几十年来，围绕交通控制系统、信号控制设备、检测设备等智能化发展方向，我国已形成了一系列的理论研究、技术应用和产品成果，但交通控制系统的控制模式并未发生根本性变化，与当前智能时代的技术发展与应用需求难以匹配。城市交通控制本质上是“控制”问题，需要从控制理论与技术的视角进行研究、开发和产业化应用。本书从控制理论视角出发，目的在于解决目前已出现的如下两个典型问题：

1）城市交叉口具有多车种通行混合交织、多种控制场景相互影响的典型特点，现有交通状态辨识方法不能有效分类识别混合交通流，实现精细化的时空资源分配。

2）当前交通控制方法以传统交通控制理论为基础，采用周期、相位、绿信比为控制变量，以周期性调整为手段实现对交通流运行的调控，本质是一种被动控制方式。作者结合多年从交通检测到控制策略执行全链条、一体化的系列理论与应用技术成果，试图重新回顾和深入研究城市交通控制涉及的关键理论与技术，既是对以往研究和实践的反思，也期望引起同行的重视，审视城市交通控制的潜在问题和未来发展方向。

本书主要包括以下五部分：

第1章思考。从城市道路交通拥堵的本质到智能交通的未来发展，回顾了交通控制的前世今生并进行了展望，其中包括了作者的很多思考。

第2章辨识。考虑交通控制绿灯时间约束及道路排队空间约束对交叉口过饱和状态判别的影响，基于控制理论中可控性概念，并结合交叉口动力学模型，提出了交叉口过饱和状态辨识方法。在精细化检测数据的基础上，建立了交叉口检测区域的图像化模型，并将交叉口状态参数识别问题转化为图像搜索问题；设计了基于半监督哈希算法的图像搜索算法，实现对交叉口状态参数的准确识别；基于交通场景概念，将交通状态辨识推进到交通场景辨识的深度。

第3章控制。针对过饱和状态辨识，综合考虑信号控制绿时约束、交叉口内部空间与路段排队空间约束、交通需求变化等因素，深入分析控制理论中可控性概念的内涵，应用交叉口排队建模及混杂系统稳定性等方法，提出了交通状态可控性概念，并设计了基于交通状态可控性的交叉口信号切换控制框架。更进一步，通过扩展控制变量的维度，将被动控制推进到主动控制，并设计了基于时空资源调度的交叉口主动控制方法。

第4章系统。考虑了目前市场、应用环境和技术瓶颈等问题，采用信息物理系统和平行系统的理论和技术体系，设计和开发了一种基于信息物理系统的场景驱动城市交通控制系统（Urban Traffic Control System-Cyber Physical System，UTCS-CPS）。在总体架构和具体功能的基础上，介绍了实时交通控制、人工智能交通控制器、一体化仿真等系统。该系统实现了控制与仿真的实时连接、交通控制系统与前端设备间的解耦，满足智能驾驶条件下对存储、计算和信息安全的需求。

第5章总结与展望。对前面几章的研究内容做了总结，并提出了未来研究中要解决的三个问题。

本书重点介绍了理论研究方面的一些内容，其实也是作者在城市道路交通控制领域八年工作经历的回顾。有研究、有实践、有思考、更有感慨。在此衷心地感谢一路走来的所有同窗、朋友、老师和合作伙伴！本书也参阅了大量的国内外资料，未能一一列出，借此向这些著作和文献资料的作者表示衷心的感谢！

本书还得到了北京市自然科学基金项目（4194078）、北京市教育委员会科技计划一般项目（KM201910017006、KM202010017011）、北京市科学技术协会2021—2023年度青年人才托举工程项目、北京石油化工学院交叉科研探索项目（BIPTCSF-006）等的资助。