红波 红波，想说爱你不容易

前言

“绿波”是交通信号控制中最常见、应用最广泛的协调控制方法。关于绿波的类型、施工方法、适用场景的文章和论文数不胜数，值得商榷或有误，建议在另文讨论。最近在和一些交警、学者、从业者聊天的时候，经常听到“红浪”这个词，在交流中有很大的争论。基于我的理解、实践和相关研究，我提出了我的观点，希望能引起更多的关注。

一、概念的起源

查资料可以看到，2003年翟钟敏先生写的《交通组织优化》一书中首次出现了红波的概念，但书中并没有给出红波的明确定义。首先，引用该书对红浪的主要论述中的两段话:

1.“红色波段本质上是反方向的单向绿色波段。是传统信号控制中绿波协调的逆向思维，也是绿波协调控制的功能扩展，使其能够适应高、中、低负荷的各种交通流的需求。”

2.“如果你想让几个上游路口分解下游路口的交通压力，不需要调整上游路口的绿灯时机，只需要调整每个路口从上游到下游的信号协调方案来发红灯波就可以了。此时将上游路口划分为下游交通，降低了下游路口的交通压力。”

以上判断有两个要点。首先，红色波不涉及绿色信号比的调整，而是在绿色波的基础上通过调整相位差来构造的；其次，红波的主要作用是通过对流向对应的流量进行均匀分流和协调，降低下游路口的交通压力。

2.关于红浪的争论

两年前，在“交通信号控制论坛”微信群中，来自世界各地的交通信号控制学者和实践者对红波进行了集中、激烈、充分的讨论。“ITS114智能交通”将聚集演讲“有绿波，就不能有红波吗？”2017年10月23日出版。应该说这个讨论涉及到红波控制的方方面面，非常深入。讨论主要包括以下论点:

1.在交通饱和的情况下，通过控制短线路交叉口的排队长度，可以防止红波溢出，实现对上游交叉口的顺序拦截，均匀分配路网压力，实际应用效果良好；

2.决定通过多少辆车不是由相位差决定的。在不调整绿信比的前提下，红波和绿波的通行能力相同，可以将高峰期推迟一段时间；

3.是设计的红波，还是流向对应的司机感觉？

4.有必要采用红波的概念吗？

三.主要论点分析

1)对于交通信号控制，什么参数决定交通容量

道路通行能力是指普通道路、交通和控制带下，人或车辆在一定时间内通过车道或道路上某一点或某一均匀路段的合理预期最大小时流量。在相同的道路条件、交通状况、交通流量构成、交叉口渠化情况下，某一流向的通行能力主要取决于绿信比，而不是相位差。在这一点上更容易达成共识。

2)红色波浪能减缓交通高峰吗

假设有A、B、C、D四个路口，路口间距为600m，每个路口采用两相放行，信号周期为100s，绿波和红波两个场景构建如下图所示。绿波和红波相差50s，分析交叉口D交通流上行到达量。

从图中可以看出，采用绿波协调控制150s后，A交叉口协调流向的交通流开始到达D交叉口，开始通行；采用红波控制，250s后到达d路口，300s后开始通行。也就是说，红波控制可以延迟协调交通流量到达D路口150s秒。通过这两个时距图的对比分析，从理论上证明了红波“能在短时间内延迟高峰期的到来”基本成立。延迟时间与路口数量和红波带宽有关。本例中最大红波带宽为50s，交点个数为3，因此延迟时间为50×3=150s。

图:绿波和红波时间距离对比

3)红波能否缓解下游路口的交通压力

因为红色波是通过调整相位差而不调整绿色信噪比来构建的。基于绿色信号比是相应流量的关键参数的共识，红色波不能改变流量。换句话说，红波不能改变下游路口的到达交通，也不能缓解下游路口的交通压力。

继续用绿波和红波的时距对比图分析，从250s的时间来看，每个周期到达D路口的流量是一致的，也就是说，2.5分钟后，无论使用红波还是绿波，到达D路口的流量都是一致的。在交通未达到饱和，协调方向有一定绿信比余量的情况下，到达流量将完全一致。所以说红波可以缓解下游路口的交通压力是错误的结论。

4)红波对司机感受的影响

从绿波和红波的时间距离对比图中可以看出，从路口A行驶到路口D的机动车可以不间断地连续通过各个路口。采用红波控制时，每辆机动车通过每个路口都会有50秒的等待延误。随着时间的积累，总的延迟会是一个巨大的量。那么，流向对应的司机恶劣程度可想而知。

5)红波是设计出来的，还是只是随机现象

按照红波的最初构想，红波是刻意设计的，其主要目的是为了划分上游路口的交通流量，缓解下游路口的交通压力。另一种观点对此进行了扩展，认为红波是根据冲击波的传播速度来设计的，这是设计目标。第一种观点在理论上被证明是错误的，在实践中观察是不可行的。对于第二种观点，当每个路口的交通需求大于通行能力，剩余排队出现并逐渐增加时，需要根据每个路口的排队尾部动态调整绿波相位差，本质上是动态绿波控制，与红波无关。

6)我们需要红波这个概念吗

根据上面第5节的讨论，在动态绿波控制模式下，相位差根据队列尾部和路段的长度动态调整，其值可以是正、0或负。动态绿波调整可能会使协调流不断遇到红灯，这是绿波控制在一定时间片内的随机现象，但仍然是绿波控制的范畴。根据红波起源的概念，红波只是相对于绿波的相位差的调整，所以可以基于一个时间基点用相位差来描述，那么为什么要引入一个容易引起歧义的红波呢？实际上，此时需要对相位差和绿信比进行组合调整，采用梯形或喇叭形绿波时间间隔进行校正，这已经超出了本文的范围。

四.模拟验证

为了进一步验证，我委托广州雪舒佳软件技术有限公司的团队构建了一个类似的场景，并使用Q-Paramics进行了仿真研究。仿真以广州市开泰大道上的三个交叉口为研究对象，分别研究了红灯波和绿灯波下A点到B点的交通到达情况，以验证红灯波能否缓解下游交通压力。三个交叉口之间的距离约为300米，信号控制采用4相150米周期。

图:交叉口分布模拟研究

在模拟研究中，在不同的时间段配置不同的流量。下图分别为红波和绿波情况下，B点每10分钟间隔的到达交通量和曲线。

图:绿波和红波到达流量对比

从图左边的表格可以看出，在第一个统计周期内，B点的到达交通量红波小于绿波，后续到达交通量交错，一般相等。需要注意的是，到达B点的流量不仅取决于协调阶段，还取决于其他流量，其OD是随机生成的。

动词 （verb的缩写）结论

通过以上分析，得出红波可以缓解下游路口交通压力的结论，这是一个错误的判断。红波可能会在短时间内延迟协调交通流的到达，但对红波控制的流向造成很大的延迟，极大地恶化了相关司机的驾驶体验。故意设计红波来缓解下游路口的交通压力是极其错误的。绿波其实是线路协调控制的通俗说法，本质是协调相位差配置。

基于此，从我个人的角度来说，没有必要引入红波交通信号控制的概念，没有意义。

写在后面

翟钟敏先生是一位我非常尊敬的学者。他从他那里学到了很多关于交通组织的知识。挑动“洪波”的剩饭剩菜，只是整理一下我个人的认识和做法，提醒我现在仍然流行的错误做法。可能是误解了瞿先生的初衷，不能当面求教。真可惜！