交通運行感知評價與管理應用體系

舒采燾 袁飛 張孜

一、城市發(fā)展，交通先行

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，交通問題日益凸顯。為了確保城市交通合理、有序、可持續(xù)性發(fā)展，全國各大城市開展了智能交通管理體系的研究應用，如在交通運行狀態(tài)評價方面，文獻[1-5]針對交通管理的不同層次需求，構建了符合交通參與者認知的城市道路交通狀態(tài)評價方法，為交通狀態(tài)評價提供了客觀標準和決策依據(jù)。文獻[6]將宏觀路網(wǎng)交通狀態(tài)評價與微觀交通狀態(tài)分析相結合，建立了路網(wǎng)交通狀態(tài)分析模型，并提出了一種全新的路網(wǎng)交通狀態(tài)分析方法。文獻[7]將宏觀路網(wǎng)交通狀態(tài)評價與微觀交通狀態(tài)分析相結合，建立了路網(wǎng)交通狀態(tài)分析模型并提出了路網(wǎng)交通狀態(tài)分析方法。在交通信息采集方面，文獻[8]通過結合交通管理問題，探討了車聯(lián)網(wǎng)技術的應用與發(fā)展。文獻[9-11]闡述了物聯(lián)網(wǎng)與智能交通之間的聯(lián)系，以及未來發(fā)展應用前景。在數(shù)據(jù)處理技術上，文獻[12-13]探討了在大數(shù)據(jù)條件下，根據(jù)不同數(shù)據(jù)特點搭建分布式存儲系統(tǒng)，闡述了海量數(shù)據(jù)的處理和優(yōu)化將是未來的重點研究領域。文獻[14]針對數(shù)據(jù)參數(shù)多樣、結構迥異、采樣周期和精度不一等現(xiàn)狀，提出了建立多源異構交通信息三層次的融合體系。在仿真應用上，文獻[15]利用系統(tǒng)仿真技術和計算機處理技術，構建自主可控的道路交通流仿真模型，為交通擁堵管理措施的制定和決策分析提供了支持。

綜上所述，目前，城市交通運行狀態(tài)的評價分析主要集中在道路交通流仿真、關鍵模型構建與實現(xiàn)方法的研究上，在感知評價與管理應用體系框架方面的研究應用還比較少，亟需利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和新一代無線通信為導向等新興技術，研究如何實現(xiàn)對交通設施的全面感知、對交通態(tài)勢的透徹分析和對交通運行的精細管理，以滿足城市道路交通運行管理應用的實際需求。

二、城市道路交通運行感知與分析技術

（一）以RFID、傳感器、WSN自組網(wǎng)為代表的新興物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸技術

新興的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術在交通方面的應用主要是通過RFID、傳感器、WSN自組網(wǎng)等信息傳感設備，獲取交通基礎設施與交通運輸工具的各種信息，結合互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等進行信息傳送與交互，提高感知能力。這一技術主要應用于車輛定位感知、停車場感知、道路橋梁狀態(tài)感知、交通事件感知等方面。

（二）以大數(shù)據(jù)為代表的信息數(shù)據(jù)存儲和分析處理技術

目前，以Map Reduce和Hadoop為代表的非關系數(shù)據(jù)分析技術，在互聯(lián)網(wǎng)信息搜索和其他大數(shù)據(jù)分析領域取得了重大進展，已成為大數(shù)據(jù)分析的主流技術。大數(shù)據(jù)技術在交通方面的應用主要在于對交通工具GPS地理位置、線圈、視頻、路網(wǎng)、基礎設施等結構化與非結構化海量數(shù)據(jù)的存儲與處理。

（三）ZigBee、3G/LET等新興無線通信技術

新興的無線通信技術主要有近距離通信和遠距離通信。近距離通信技術主要有ZigBee、DSRC、WIFI等，遠距離通信技術主要有3G、LTE、4G等。這些技術都具有容量大、成本低、傳輸速度快等特點。智能交通中的無線通信技術具有多節(jié)點交互功能，可實現(xiàn)快速、海量的傳輸圖像及視頻流等多媒體，為公眾提供高效、便捷的交通信息服務。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及新興的無線通信等高新技術為城市道路交通信息化運行管理創(chuàng)造了新技術條件，將引導ITS向更先進、更智慧的方向發(fā)展，同時也為交通運行感知評價和管理應用體系的建立打下堅實的基礎。

三、城市道路交通運行感知評價和管理應用體系框架

在分析了智能交通管理應用的新需求，以及新技術的發(fā)展為道路交通運行管理創(chuàng)造條件的基礎上，本文提出城市道路交通運行感知評價和管理應用的體系框架。該框架以城市道路交通運行感知體系為基礎，以基于大數(shù)據(jù)處理的城市道路交通運行分析評價體系為核心，最終滿足城市道路交通運行管理應用的需求。同時，在此過程中融入閉環(huán)管理理念，在循環(huán)積累中不斷提高智能交通管理應用和服務水平。

（一）城市道路交通運行感知體系

城市道路交通運行感知體系采用“移動+固定”的采集手段采集“動態(tài)+靜態(tài)”的交通信息，實現(xiàn)交通信息的“采集+共享”，為分析評價體系提供堅實的數(shù)據(jù)基礎。

1.感知什么

感知城市道路交通資源及其運行狀態(tài)，包括道路條件（長度、車道數(shù)、通行能力、維護保養(yǎng)情況、通暢情況、替代道路情況、在路網(wǎng)中的地位、限行條件等）；車流（流量、流速、車型、停車場靜止態(tài)、身份、號牌受限條件等）；人流（日?？土?、假日客流、公交客流、地鐵客流、出租車客流、步行客流等）；物流（貨物種類、通關狀態(tài)、倉儲狀態(tài)、運輸狀態(tài)、應急處置方法等）；事件（道路設施設備故障、交通事故、出行需求、場站客流集聚、惡劣天氣等）。

2.如何感知

靜態(tài)數(shù)據(jù)通過建設數(shù)據(jù)庫人工填充和維護（如道路長度、維護保養(yǎng)情況等）；動態(tài)數(shù)據(jù)即道路交通運行狀態(tài)，應用以RFID、傳感器、WSN自組網(wǎng)為代表的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸技術，通過GPS終端、視頻、傳感器、微波等采集方式，采集上述車流、人流、物流和事件信息。

（二）城市道路交通運行分析評價體系

城市道路交通運行分析評價體系利用感知體系采集的數(shù)據(jù)，應用大數(shù)據(jù)處理技術進行存儲、融合、多維度挖掘等分析處理，在此基礎上對道路交通運行狀態(tài)、擁堵情況和路網(wǎng)穩(wěn)定性進行分析評價，為城市道路交通運行管理應用體系提供支持。

1.城市道路交通運行數(shù)據(jù)構成分析

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)以千計的交通數(shù)據(jù)類別每天以TB級別增長，海量、動態(tài)、實時是其重要特征。結合交通系統(tǒng)的實際情況，設計基于Hadoop計算集群、非關系型數(shù)據(jù)庫技術、數(shù)據(jù)實時處理技術等主流大數(shù)據(jù)處理技術的模型體系，按照數(shù)據(jù)流向依次進行數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)應用，并在此基礎上研究、驗證綜合交通大數(shù)據(jù)的接入、融合、處理、挖掘、管理技術，最終成為交通數(shù)據(jù)的存儲、分析、管理中心。

2.城市道路交通運行評價

立足于城市道路交通運行管理應用的需求，建立多維度、多層次的評價指標體系和評價模型，對道路交通的“線-區(qū)域-全市”進行實時分析、趨勢分析、預警分析和措施分析，從而增強對城市總體、重點區(qū)域、主干道交通運行的超前研判，為城市道路交通運行的調(diào)整優(yōu)化、輔助決策和信息服務提供支持。

（三）城市道路交通運行管理應用體系

城市道路交通運行管理應用體系主要是利用道路交通運行評價體系的評價結果，進行道路交通運行調(diào)控優(yōu)化、決策支持以及公眾出行信息服務等管理應用。

1.城市道路交通運行調(diào)控優(yōu)化

道路交通運行調(diào)控優(yōu)化主要是對城市道路交通運行過程中的狀態(tài)進行有針對性的調(diào)控優(yōu)化，例如占道施工管理優(yōu)化、停車場管理優(yōu)化、中小型客車總量調(diào)控優(yōu)化等。

2.城市交通規(guī)劃管理決策支持

城市交通規(guī)劃管理決策支持主要是對采集的交通大數(shù)據(jù)進行綜合、宏觀的分析評價后，為城市交通的需求管理、交通治理措施制定、交通管理控制等宏觀層面提供支持；為公交地鐵線網(wǎng)規(guī)劃、交通樞紐規(guī)劃、道路網(wǎng)絡規(guī)劃、交通影響評估提供支持；為錯峰出行、擁堵收費、限外等政策制定、優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

3.城市道路交通綜合信息服務

物聯(lián)網(wǎng)時代感知體系采集了更加全面的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)處理技術對交通數(shù)據(jù)進行更加深入的挖掘處理，可以使交通信息服務的內(nèi)容更加全面。同時，無線通信技術使交通信息的服務手段更加豐富多樣，服務質量更高，以多樣的發(fā)布渠道、豐富的服務內(nèi)容、全方位的公眾信息互動為代表的新型交通綜合信息服務將逐漸成為現(xiàn)實。

（四）基于閉環(huán)理念的流程化管理

以物聯(lián)網(wǎng)為代表的城市道路交通泛在感知和以大數(shù)據(jù)為代表的智能數(shù)據(jù)處理在技術層面上有效解決了智能交通的底層瓶頸。盡管如此，在管理應用層面還必須建立起配套機制，以滿足智能交通發(fā)展的需求。基于閉環(huán)理念的流程化管理，在數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)感知-分析評價-管理應用等環(huán)節(jié)加強管理，并通過外部反饋機制（交通調(diào)控措施的反饋、交通信息服務質量的反饋），進一步優(yōu)化交通運行狀態(tài)感知內(nèi)容和手段，優(yōu)化分析評價方式，最終全面提升管理應用水平。

1.應用實踐

城市道路交通運行管理應用體系評價與管理應用體系已在廣州市智能交通運行管理上成功得到應用，信息化已滲入到了交通行業(yè)的各個層面，覆蓋了公共交通、客貨運輸、道路及公路養(yǎng)護、交通執(zhí)法、交通治理等領域，成為交通行業(yè)管理、企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、市民出行服務的重要支撐。

2.城市道路交通運行狀態(tài)感知手段豐富

在數(shù)據(jù)采集方面已實現(xiàn)海量的綜合交通數(shù)據(jù)采集，每年采集的總數(shù)據(jù)量超過4000 TB，平均每天的數(shù)據(jù)量超過10TB，平均每天采集的數(shù)據(jù)條目數(shù)超過6億條。在數(shù)據(jù)共享方面建成了交通信息資源整合系統(tǒng)，實現(xiàn)了交管、鐵路、航空、電信、移動、聯(lián)通、各高快速路運營單位等多個相關部門交通信息數(shù)據(jù)資源的有效整合。

3.以大數(shù)據(jù)處理技術為支撐，城市道路交通運行數(shù)據(jù)分析技術領先

在大數(shù)據(jù)處理技術的支撐下，深入開展多元異構的海量數(shù)據(jù)分析處理工作，每天利用大約4500萬條浮動車數(shù)據(jù)，進行道路交通運行狀態(tài)實時分析、趨勢分析，為交通行業(yè)日常管理提供決策支持。此外，基于公交客流分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)每天處理2200萬條數(shù)據(jù)，分析公交客流規(guī)律、客流與運能匹配情況等，為公交企業(yè)及交通主管部門提供現(xiàn)代化的管理手段和輔助決策支持。

4.以地方標準規(guī)范為依據(jù)，城市道路交通運行評價規(guī)范準確

在海量數(shù)據(jù)的采集、分析和預測的基礎上，廣州市交通部門制定了統(tǒng)一、科學的《城市道路交通運行評價體系》地方標準。廣州市交通部門還將起草停車場系統(tǒng)接入、客運站場聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)等地方標準，加強智能交通系統(tǒng)相關技術規(guī)范的建設工作。

5.以交通管理和信息服務為導向，城市道路交通管理應用成效凸顯

在交通決策支持方面，廣州市交通部門建立了交通仿真系統(tǒng)，通過利用微觀仿真模型，對交通組織方案、緩解交通擁堵措施等進行仿真評估，為交通治理提供輔助決策依據(jù)；建成廣州市公交線網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，為公交線路設置和調(diào)整提供直觀的圖形和數(shù)據(jù)支持，為公交線網(wǎng)的規(guī)劃提供決策依據(jù)。在交通運行調(diào)控方面，建成廣州市停車場行業(yè)管理系統(tǒng)及停車差異化監(jiān)管系統(tǒng)，完成全市10萬多個停車位數(shù)據(jù)接入，可實時掌控全市停車場分布及運營狀況。在交通信息服務方面，構建了以多樣的方式選擇、豐富的服務內(nèi)容、拓寬的信息發(fā)布渠道、全方位的公眾信息互動為代表的新型交通綜合信息服務體系。

四、研究結論

本文基于城市交通運行管理的實際需求，提出了城市道路交通運行感知評價和管理應用的體系框架，并成功地應用于廣州市智能交通管理。實踐表明，該評價與管理應用體系可以有效提高城市智能交通管理應用和服務水平，在城市交通運行管理中發(fā)揮高效、有序、安全的重要作用，具有良好的推廣應用前景。

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（責任編輯：李靜敏）