劉祺

摘 要：交通擁堵作為城市化迅速發(fā)展的負產(chǎn)品，其應(yīng)對和治理一直是全球范圍內(nèi)備受人們關(guān)注和研究的熱點領(lǐng)域。面對日益嚴重的交通問題，交通流的誘導管理變得尤為重要。如何將交通流進行合理的分配，如何對交通流進行有效的誘導管理，從而充分利用道路資源，減小交通擁堵，是國內(nèi)外學者不斷研究探索的問題。本文通過對關(guān)于交通流誘導管理的研究文獻的整理、分析，探究目前研究的缺陷與盲點，找出現(xiàn)今交通流誘導管理存在的問題，指出解決交通流誘導管理不合理的方案以及今后重點研究的方向，為解決城市交通擁堵問題提供新的思路。

關(guān)鍵詞：交通擁堵;交通流;誘導管理

0 引言

近年來，交通擁堵已經(jīng)成為困擾我國城市居民生活的主要問題之一，同時也是我國各大城市管理中亟待解決的難題之一。社會經(jīng)濟迅猛發(fā)展，城市化進程迅速推進，居民機動車擁有量劇增，對道路的交通需求已經(jīng)逐漸超過交通供給，受到城市經(jīng)濟條件、土地利用等方面的制約，提升交通供給較為困難，這就需要更多的技術(shù)和手段來管理交通需求，以及提高道路的利用效率，對交通流的誘導管理的研究就是為了剖析交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，合理分配管理車輛的運行軌跡及時間，來引導擁堵的消散以及預(yù)防擁堵的發(fā)生，充分利用現(xiàn)有道路來保障城市交通的暢通運行。交通流誘導管理技術(shù)為緩解城市交通擁堵問題帶來了新思路，但由于收集完整的實時信息有一定難度、處理信息和發(fā)布信息的手段又有所欠缺，交通流誘導管理系統(tǒng)在實際道路中的應(yīng)用效果并不理想，搭建一個反應(yīng)迅速、管控有力的交通流誘導管理系統(tǒng)勢在必行。本文對近年來國內(nèi)外學者關(guān)于交通流的誘導管理方面的研究進行歸納總結(jié)，找出現(xiàn)今交通流誘導管理存在的問題，探尋可行的解決方案。

1 交通流誘導管理現(xiàn)狀

交通流誘導管理是通過實時地采集和發(fā)送交通信息，適時地引導交通流量合理分布，從而達到高效率利用道路資源的一種主動交通管理方式。不同于普通的交通控制系統(tǒng)對路網(wǎng)流量的硬性控制，誘導系統(tǒng)的特點在于充分利用管理對象的主觀能動性，對交通流進行誘導管理。

交通流誘導管理的目的就是通過各種技術(shù)和手段來引導路網(wǎng)中的交通流在不擁擠的路段和交叉路口中運行。交通流誘導管理系統(tǒng)是基于電子計算機、網(wǎng)絡(luò)和通信等現(xiàn)代技術(shù)，根據(jù)出行的起始點向駕駛員提供最優(yōu)路徑引導指令和豐富的實時交通信息，或通過獲得的實時交通信息幫助駕駛員找到一條從出發(fā)點到目的地的最優(yōu)路徑的系統(tǒng)。

1.1 交通流誘導系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

在1990年開始的VICS（Vehicle Information and Communication System）項目在日本建立了世界上第一個進行交通信息服務(wù)的通信系統(tǒng)。VICS采用3種通信方式：

（1）紅外信標，安裝于道路的主要路段;

（2）短波信標，安裝于鄉(xiāng)村區(qū)域的道路和高速公路;

（3）調(diào)頻副載波廣播。

VICS播發(fā)的實時交通信息包括：主要地點間的行程時間、交通擁擠、法規(guī)、事故、廣域的最優(yōu)路徑選擇信息和道路施工、天氣情況及停車場信息等。日本目前正在部署一種與VICS兼容的加強的交通管理系統(tǒng)UTMS，其中有一個子系統(tǒng)實現(xiàn)將交通信息中心收集到的檢測器數(shù)據(jù)通過計算等處理轉(zhuǎn)換為路段行程時間數(shù)據(jù)，以此決定最優(yōu)路徑，所以即使在沒有大量探測車輛的系統(tǒng)運行的早期階段也能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)誘導。在我國北京、上海、哈爾濱等許多城市都開通了調(diào)頻交通信息廣播電臺，及時發(fā)布部分重要路段的交通狀態(tài)和交通事故通報，供出行者決策參考，因此，我國對交通流誘導系統(tǒng)的研究和應(yīng)用大部分是以無線電廣播為基礎(chǔ)的初級誘導系統(tǒng)，基于GPS、集群通信、可變信息板的交通流誘導系統(tǒng)也處于研究和試驗階段，應(yīng)用研究與發(fā)達國家差距較大。

1.2 交通流誘導管理國內(nèi)外研究情況

近年來，國內(nèi)外學者對交通流誘導管理的研究不斷深入，提出許多基于數(shù)學模型和仿真模型的交通流誘導管理方式，為管理者提供可行的交通流誘導措施。白靜[1]針對交通突發(fā)擁堵這一有別于常規(guī)性擁堵的現(xiàn)象制定專門的交通管理策略，分析城市交通突發(fā)擁堵的特點、傳播規(guī)律，利用深度學習算法具有快速、充分學習數(shù)據(jù)內(nèi)在特征的能力，從大量交通流數(shù)據(jù)中快速判別出交通狀態(tài)并預(yù)測短時動態(tài)交通流信息，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合文中給出的突發(fā)事件下交通流傳輸模型，分別從交叉口信號控制系統(tǒng)和路徑誘導系統(tǒng)兩方面，研究交通突發(fā)擁堵的事先疏導及協(xié)調(diào)控制的策略，并對幾種策略的作用機制和效果進行仿真評估;彭群潔[2]將樞紐周邊相關(guān)道路納入研究范圍，運用小區(qū)域協(xié)調(diào)控制及交通流誘導管理的方式，研究了對樞紐周邊道路交通流進行小區(qū)域控制的方法;李祖文 [3]等結(jié)合多元數(shù)據(jù)融合（MDF）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）等現(xiàn)代信息技術(shù)，設(shè)計城市多元動態(tài)交通流信息融合與交通動態(tài)信息實時誘導管理發(fā)布系統(tǒng);李旭 [4]對動態(tài)交通分配、交通誘導與交通控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進行了概述，將動態(tài)交通分配理論與模型應(yīng)用到誘導與控制協(xié)同機理中，建立了基于動態(tài)交通分配的交通誘導與控制綜合協(xié)同模型，在現(xiàn)有的誘導與控制協(xié)同過程中加入動態(tài)策略選擇與動態(tài)交通分配環(huán)節(jié)，提出了適用于城市大型路網(wǎng)的交通誘導與控制協(xié)同系統(tǒng)實施框架;Mianfang Liu [5]提出了一種針對包括大型車輛和小型車輛在內(nèi)的異構(gòu)交通流的加權(quán)道路占用率反饋策略（WROFS），該策略考慮了不同類型車輛的最大速度、大小和位置等特征，利用實時信息反饋技術(shù)來指導交通流運行。

目前，國內(nèi)外學者針對城市道路交通流的誘導管理研究已經(jīng)較為深入，但是在高速公路遇緊急情況交通流的誘導管理方面的研究仍有所欠缺，同時對公共交通在城市道路中誘導管理的研究有所欠缺。

2 交通流誘導管理系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 行程時間預(yù)測

要判定交通流的誘導管理方式，制定更加高效的交通流誘導方案，達到對車輛進行實時誘導的目的，行程時間的預(yù)測必須具有實時性、可靠性和更高的精度。行程時間的預(yù)測方法主要有均值法、中值法、加權(quán)平均法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法等。

Jiaman Ma [6]等提出了一種新的基于分段的公交出行時間預(yù)測方法，該方法將實時出租車和公交數(shù)據(jù)集結(jié)合起來，自動將公交線路劃分為居住段和公交段。通過引入不同的交通影響因素，分別建立了兩種預(yù)測模型;李松江 [7]等使用系統(tǒng)聚類法對歷史行程數(shù)據(jù)集按照車型及時段等特征進行分類，根據(jù)行程時間分布相似性對天氣和月份進行重分類，與歷史行程時間共同構(gòu)建特征向量。最后采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對不同的數(shù)據(jù)集進行訓練，以提高行程時間的預(yù)測準確性;宋現(xiàn)敏 [8]等以公交車GPS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立了基于極限學習機方法的公交站點間行程時間預(yù)測模型。依據(jù)GPS數(shù)據(jù)在站點附近的特征表現(xiàn)，定義了公交車到站臨界點，并分析了臨界點處車輛的5種運行狀態(tài)，提出了公交車到站時刻估算方法，進而得到公交車行程時間數(shù)據(jù)，通過分析公交車行程時間數(shù)據(jù)內(nèi)在特征，確定了極限學習機模型關(guān)鍵參數(shù)及其緯度。

現(xiàn)有的行程時間預(yù)測方法大多是針對高速公路、城市快速路和主干道路的路段，而針對城市一般道路及路徑的行程時間預(yù)測的研究則相對不足。

2.2 交通流量預(yù)測

交通流量是人、車、路之間內(nèi)在關(guān)系的一個綜合指標， 它反映出運輸網(wǎng)絡(luò)的交通特性。當前基于各種模型的交通流量預(yù)測已被廣泛研究和應(yīng)用，但大多數(shù)預(yù)測模型功能單一，時效性差。交通流量預(yù)測應(yīng)該與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等結(jié)合起來，對交通流數(shù)據(jù)進行準確、高效的處理，分析，最后達到預(yù)測的目的，做出即時和正確的交通誘導和疏通以有效改善實際交通擁堵狀況是目前急切需要解決的關(guān)鍵問題。

2.3 交通信息采集與處理子系統(tǒng)

通過交通控制系統(tǒng)來實現(xiàn)信息的采集，包括：信息采集（交通流量和行程時間）;信息的轉(zhuǎn)換與傳送;交通流量以及行程時間的預(yù)測;確定各路段出行費用，形成誘導數(shù)據(jù)。

信息采集的工具一般采用磁頻車輛檢測器、波頻車輛檢測器及視頻車輛檢測器。交通流量的采集器分為：

2.3.1 固定式

①地埋式：環(huán)形線圈、磁力檢測器、道路管檢測器、壓電檢測器。

②非地埋式：微波雷達、超聲波、紅外線、噪聲、視頻圖像和復(fù)合型檢測器等。

2.3.2 非固定式

①主動測試車技術(shù)：采集人員在特定的測試車內(nèi)，通過設(shè)備隨時記錄車輛速度、行程時間或行駛距離信息。

②被動探測車技術(shù)：在行駛于正常交通流中的車輛安裝輔助儀器或設(shè)備來完成交通信息的采集。

2.4 路徑誘導系統(tǒng)

路徑誘導系統(tǒng)按路徑計劃所依據(jù)信息的性質(zhì)可分為：

2.4.1 靜態(tài)路徑誘導系統(tǒng)

路徑計劃所依據(jù)的信息為靜態(tài)路網(wǎng)信息，如預(yù)先儲存在車載導航器的CD-ROM中的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、路段行程時間甚至最短路徑樹。

2.4.2 動態(tài)路徑誘導系統(tǒng)

路徑計劃所依據(jù)的信息有實時的動態(tài)路網(wǎng)信息和環(huán)境信息，如當前和短期預(yù)測的路段行程時間、交通管制信息、道路氣象信息等。

2.5 路徑引導系統(tǒng)

路徑引導是引導司機沿著由路徑規(guī)劃模塊計算出的路線行駛的過程。該引導過程可以在出行前或者在途中以實時方式進行。相關(guān)指令可以包括轉(zhuǎn)向、街道名稱、行駛距離和路標等。另一方面，行進中的路徑引導需要向司機提供實時的依次轉(zhuǎn)向行駛指令。通常，路徑引導通過導航器顯示器來顯示指令、完成引導。在車載導航器中，路徑引導模塊利用路徑規(guī)劃模塊和定位子系統(tǒng)包括地圖數(shù)據(jù)庫模塊、定位模塊，以及地圖匹配模塊。

一旦由路徑規(guī)劃模塊計算出特定的路徑且定位子系統(tǒng)已經(jīng)確定了車輛的位置，路徑引導模塊與這些子系統(tǒng)協(xié)同工作以向司機提供適當?shù)囊龑?。引導信息的表達借助于人機接口模塊。

2.5.1 途中引導

路徑引導包括兩個任務(wù)：一是行駛指令的產(chǎn)生;二是規(guī)劃路徑的跟蹤。通過指令和跟蹤實現(xiàn)途中引導。

2.5.2 行駛指令的產(chǎn)生

行駛指令的產(chǎn)生是路徑規(guī)劃模塊子功能的延伸，也是路徑引導的依據(jù)之一，其主要功能是產(chǎn)生一個路徑跟蹤所遵循的行駛指令列表。

2.5.3 路徑跟蹤

如果車輛的位置已知，則把該位置與規(guī)劃的路徑對比后，就可以為駕駛員準備或提供適當?shù)男盘柡椭噶?。在途中的任一點，車輛應(yīng)行駛在規(guī)劃出的路徑中的某一路段上。路徑跟蹤的任務(wù)是緊急監(jiān)視車輛處于該路段上的位置以確定何時采用適當?shù)囊龑袆?，然后將這些行動通過人機接口提供給駕駛員。

2.5.4 偏離路徑的引導

駕駛員可能由于各種原因偶爾地偏離規(guī)劃的路徑行駛。一旦系統(tǒng)確定車輛發(fā)生偏離，系統(tǒng)必須具有使車輛回到正確路徑上的機制。可采用不同的方法解決這個問題：提示駕駛員車輛可能偏離原路徑，接著在屏幕上顯示一個方向箭頭指向原來目的地方向、通知駕駛員車輛已經(jīng)偏離了路徑，并重新規(guī)劃一條通往目的地的路徑。

3 結(jié)語與展望

當前對交通流誘導管理的研究不斷涌現(xiàn)，基于各種數(shù)學模型不斷行程時間預(yù)測、交通流量預(yù)測的精度，以達到更高的誘導管理水平，但此類基于數(shù)學模型的研究普遍時效性較差，在大數(shù)據(jù)智能化不斷發(fā)展的今天，對交通流的誘導管理的研究和應(yīng)用應(yīng)與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)互聯(lián)網(wǎng)、智能化平臺相結(jié)合，作出反應(yīng)更加迅速，誘導效果更好的交通流誘導管理系統(tǒng)，從而減輕交通壓力，減少交通擁堵，縮短車輛的平均行程時間，充分利用道路資源。同時，對于公共交通流在城市道路中的誘導管理以及高速公路路徑誘導管理方面仍需加強相關(guān)研究，靈活分配管理城市道路公共交通流以及高速公路交通流，提高運營效率。

參考文獻：

[1]白靜.基于動態(tài)交通流信息的城市交通突發(fā)擁堵控制與誘導研究[D].燕山大學，2018.

[2]彭群潔.鐵路客運樞紐周邊道路交通流組織優(yōu)化研究[J].城市道橋與防洪，2018（11）：48-50+9-10.

[3]李祖文，杜榮義，何增鎮(zhèn).多元動態(tài)交通流信息融合與交通動態(tài)信息實時誘導發(fā)布系統(tǒng)[J].西部交通科技，2018（06）：138-141.

[4]李旭，周彤梅.基于動態(tài)交通分配的交通誘導與控制協(xié)同研究[J].中國人民公安大學學報（自然科學版），2017，23（04）：79-81.

[5]Mianfang Liu，Dongchu Han. Route Guidance Strategy for Heterogeneous Traffic Flow in an Asymmetric Two-Route Scenario[C].International Conference on Computer Science and Application Engineering，2017.

[6]Jiaman Ma，Jeffrey Chan，Goce Ristanoski，Sutharshan Rajasegarar，Christopher Leckie. Bus travel time prediction with real-time traffic information[J].Transportation Research Part C，2019，105.

[7]李松江，宋軍芬，楊華民，張鳳榮.基于聚類分析的高速公路行程時間預(yù)測[J].計算機仿真，2019，36（02）：384-389.

[8]宋現(xiàn)敏，劉明鑫，馬林，夏英集.基于極限學習機的公交行程時間預(yù)測方法[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2018，18（05）：136-142.