張立立，王 力，劉建東，張玲玉

(1.北京石油化工學(xué)院信息工程學(xué)院，北京 102617；2.北方工業(yè)大學(xué)城市交通智能控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100144)

《十四五規(guī)劃綱要》中明確指出推進(jìn)城鎮(zhèn)化與應(yīng)對(duì)老齡化將是中國(guó)未來(lái)長(zhǎng)期面臨的主要問題之一[1]。在中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快的標(biāo)志之一是人口聚集度高、機(jī)動(dòng)車保有量大，帶來(lái)的直接影響是交通擁堵頻發(fā)；老齡化程度進(jìn)一步加深造成的主要問題之一是急救、消防、救援等應(yīng)急需求的劇增。當(dāng)城鎮(zhèn)化導(dǎo)致的交通擁堵與老齡化引發(fā)的應(yīng)急需求深度耦合，將大大影響應(yīng)急需求響應(yīng)的時(shí)效性。

為應(yīng)對(duì)劇增的常態(tài)應(yīng)急需求，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家大多建設(shè)有較為完善的多部門協(xié)同的常態(tài)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。例如，美國(guó)的911應(yīng)急中心就聯(lián)合了消防、警務(wù)、醫(yī)療三種救援力量[2]。中國(guó)于2018年成立應(yīng)急管理部，從國(guó)家層面有效統(tǒng)一整合應(yīng)急救援力量，為應(yīng)急救援事業(yè)的發(fā)展奠定了管理基礎(chǔ)[3]。但目前多部門協(xié)同應(yīng)急救援的主要關(guān)注點(diǎn)仍然是大規(guī)模突發(fā)性應(yīng)急事件，如自然災(zāi)害、危險(xiǎn)物泄漏等。像小型火災(zāi)、120急救等小規(guī)模常態(tài)應(yīng)急事件的多部門協(xié)同尚未形成。

作為應(yīng)急需求響應(yīng)的重要載體——“應(yīng)急車輛”在城市道路中的優(yōu)先通行是保障應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，避免造成生命財(cái)產(chǎn)損失的主要手段之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在心臟驟停等緊急情況下，響應(yīng)時(shí)間每延遲一分鐘將導(dǎo)致死亡率增加1%，并增加1 542美元的醫(yī)療救治成本[4]。以美國(guó)為例，每年由于應(yīng)急車輛響應(yīng)不及時(shí)導(dǎo)致的醫(yī)療支出增加就達(dá)70億美元[4]。應(yīng)急車輛優(yōu)先通行實(shí)施的關(guān)鍵是城市交通控制[5]。雖然傳統(tǒng)智能交通技術(shù)在中國(guó)已發(fā)展近20年[6]，但作為急救、消防等常態(tài)應(yīng)急需求的大國(guó)[7]，中國(guó)實(shí)際中的應(yīng)急車輛在城市道路中優(yōu)先通行大多仍依靠交通參與者的自覺讓行等方式，在媒體感慨人間有正義、網(wǎng)友淚目點(diǎn)贊的同時(shí)，既暴露出采用傳統(tǒng)交通控制實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛優(yōu)先通行存在瓶頸[8]，也說(shuō)明中國(guó)在該領(lǐng)域理論研究和技術(shù)研發(fā)上尚有不足。

但近年來(lái)隨著車路協(xié)同、車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以北京為首的中外特大城市開始進(jìn)行大規(guī)模智能基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，使其初步具備實(shí)施車路協(xié)同環(huán)境下智能交通相關(guān)領(lǐng)域理論研究和技術(shù)實(shí)踐的先決條件[9-11]。其中，基于先進(jìn)車路協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛優(yōu)先通行的大規(guī)模應(yīng)用成為可能，并得到廣泛關(guān)注。利用車載裝備將應(yīng)急車輛的位置、速度等信息實(shí)時(shí)推送至交叉口，交叉口融合車載信息與道路交通流感知信息綜合決策，能夠較好地實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛的優(yōu)先通行。

為此，在對(duì)城市應(yīng)急車輛優(yōu)先控制有關(guān)的中外研究概述的基礎(chǔ)上，對(duì)目前存在的問題和未來(lái)研究中的重點(diǎn)和應(yīng)著力解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行討論和展望。

1 研究現(xiàn)狀

智能交通技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)應(yīng)急車輛優(yōu)先通行方面的研究，已經(jīng)由最初的傳統(tǒng)交通信號(hào)優(yōu)先控制，逐步發(fā)展為基于車路協(xié)同的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制、結(jié)合路徑規(guī)劃的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制等方面的研究。其中，車路協(xié)同是未來(lái)城市交通與應(yīng)急車輛優(yōu)先的技術(shù)基礎(chǔ)，將路徑規(guī)劃與優(yōu)先控制相結(jié)合是保障應(yīng)急車輛全路徑時(shí)間最優(yōu)的關(guān)鍵。

1.1 基于車路協(xié)同的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制

借助車路協(xié)同的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過獲取應(yīng)急車輛的位置等信息，結(jié)合交叉口的典型控制方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛的優(yōu)先控制。

1.1.1 采用初級(jí)車路協(xié)同技術(shù)

早期利用全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)、射頻識(shí)別(radio frequency identification，RFID)等技術(shù)構(gòu)建初級(jí)的車路協(xié)同環(huán)境實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛的優(yōu)先控制。Miyawaki等[12]利用安裝在交叉口的紅外燈塔檢測(cè)裝置檢測(cè)應(yīng)急車輛的到達(dá)情況，以此設(shè)計(jì)了快速應(yīng)急優(yōu)先通行系統(tǒng)。Thompson等[13]開發(fā)了一種向應(yīng)急車輛提供優(yōu)先權(quán)的信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)。該系統(tǒng)接收車載GPS將應(yīng)急車輛的速度、位置、運(yùn)動(dòng)方向等信息，通過計(jì)算應(yīng)急車輛達(dá)到交叉口的時(shí)間實(shí)現(xiàn)在信號(hào)交叉口處的優(yōu)先通行。Van Gulik等[14]利用RFID技術(shù)構(gòu)建車路交互的環(huán)境是實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急車輛的優(yōu)先控制，并采用車載GPS數(shù)據(jù)分析了該技術(shù)的可擴(kuò)展性。蔣光勝等[15]以北京奧運(yùn)交通保障為背景，通過在信號(hào)控制器安裝無(wú)線射頻識(shí)別裝置，在公交車、奧運(yùn)特種優(yōu)先車輛(very important priority，VIP)車輛和公安特種車輛上安裝RFID，實(shí)現(xiàn)了初級(jí)車路協(xié)同條件并提出了公交車和特種車輛的優(yōu)先控制策略。楊兆升等[16]同樣利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的車路協(xié)同環(huán)境，提出了基于模糊控制的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制策略。

1.1.2 采用高級(jí)車路協(xié)同技術(shù)

初級(jí)車路協(xié)同本質(zhì)是一種利用觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛優(yōu)先，高級(jí)車路協(xié)同技術(shù)利用車載和路側(cè)裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和控制指令交換，應(yīng)急車輛優(yōu)先控制是高級(jí)車路協(xié)同的典型應(yīng)用場(chǎng)景。Dresner等[17]在車路協(xié)同環(huán)境下提出信號(hào)控制資源預(yù)約理念，并建立了基于多智能體的交叉口協(xié)同控制機(jī)制，由此當(dāng)應(yīng)急車輛優(yōu)先需求產(chǎn)生時(shí)，根據(jù)“高級(jí)別優(yōu)先服務(wù)”的原則及時(shí)響應(yīng)應(yīng)急需求。Unibaso等[18]基于歐洲車輛通信體系提出一種應(yīng)急車輛優(yōu)先控制方法，通過協(xié)同感知消息(cooperative awareness messages，CAM)實(shí)時(shí)廣播應(yīng)急車輛信息給周邊社會(huì)車輛來(lái)響應(yīng)優(yōu)先控制需求。Noori[19]利用V2I技術(shù)研究了應(yīng)急車輛優(yōu)先情況下信號(hào)狀態(tài)變化對(duì)綠燈相位的影響，并且利用OMNET++開發(fā)實(shí)現(xiàn)了車路協(xié)同環(huán)境下的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制方法。He等[20]將應(yīng)急車輛優(yōu)先與公交車輛優(yōu)先相結(jié)合，在車路協(xié)同環(huán)境提出啟發(fā)式控制算法，尤其是可有效解決單交叉口同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求沖突的問題。Agrawall等[21]研究了V2V環(huán)境下應(yīng)急車輛優(yōu)先控制問題，通過優(yōu)化應(yīng)急車輛的車道級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，考慮各種交通環(huán)境下路段車道的設(shè)置問題，同時(shí)提出了固定車道優(yōu)先控制策略和最優(yōu)車道控制策略，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在復(fù)雜交通環(huán)境下最優(yōu)車道控制策略優(yōu)于固定車道優(yōu)先控制策略，而在良好交通環(huán)境下，固定車道策略表現(xiàn)更好。Asaduzzaman[22]綜合考慮單個(gè)或多個(gè)應(yīng)急車輛通行請(qǐng)求，基于V2I技術(shù)設(shè)計(jì)了一種公交信號(hào)優(yōu)先(transit signal priority，TSP)優(yōu)先控制方法，并提出一種分支定界算法，該算法能夠在多個(gè)請(qǐng)求發(fā)生沖突時(shí)有效區(qū)分優(yōu)先級(jí)。Khan等[23]提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的交叉口應(yīng)急車輛優(yōu)先和自組織交通控制管理平臺(tái)。Ajayi等[24]通過物聯(lián)網(wǎng)(internet of things，IOT)技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛、社會(huì)車輛和路側(cè)設(shè)施互聯(lián)互通并進(jìn)行信息采集，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛的優(yōu)先控制。Karmakar等[25]利用大范圍的社會(huì)車輛的RFID數(shù)據(jù)與車路協(xié)同的應(yīng)急車輛條件，根據(jù)事件的類型和嚴(yán)重性確定電動(dòng)汽車的優(yōu)先級(jí)別，并設(shè)計(jì)必要的信號(hào)干預(yù)控制方案，同時(shí)考慮應(yīng)急車輛行駛路徑周圍道路和交叉口的影響。Rosayyan等[26]利用車載導(dǎo)航與路側(cè)設(shè)施設(shè)計(jì)了應(yīng)急服務(wù)電子圍欄，電子圍欄將社會(huì)車輛與應(yīng)急車輛分離，以使得應(yīng)急車輛獲得優(yōu)先通行權(quán)。Osman等[27]則利用了V2V技術(shù)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急車輛路徑快速清晰化的新型道路交通管理策略。

2011年是國(guó)內(nèi)車路協(xié)同技術(shù)研究的元年[28]，國(guó)內(nèi)學(xué)者開始進(jìn)行基于高級(jí)車路協(xié)同技術(shù)的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制的研究。王吟松等[29]利用專用短程通信(dedicated short-range communication，DSRC)技術(shù)構(gòu)建應(yīng)急車輛交叉口信號(hào)控制系統(tǒng)，通過令應(yīng)急車輛與路側(cè)系統(tǒng)進(jìn)行交互通信實(shí)現(xiàn)優(yōu)先控制。Wang等[30]基于車路協(xié)同環(huán)境設(shè)計(jì)了應(yīng)急車輛優(yōu)先控制系統(tǒng)，提出了動(dòng)態(tài)信號(hào)優(yōu)先控制策略，并在江蘇太倉(cāng)市對(duì)所開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用測(cè)試。龍文民等[31]在車路協(xié)同環(huán)境下實(shí)時(shí)獲取交叉口信號(hào)狀態(tài)、交叉口各方向排隊(duì)長(zhǎng)度、應(yīng)急車輛自身位置及當(dāng)前車速等信息，構(gòu)建基于速度引導(dǎo)的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制方法。張韋華等[32]發(fā)明了一種基于車路協(xié)同的應(yīng)急車輛交叉口優(yōu)先信號(hào)相位控制方法，通過車載GPS數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)急車輛的位置進(jìn)行地圖匹配，分析應(yīng)急車輛出行時(shí)間最短路徑的同時(shí)，對(duì)交叉口信號(hào)相位進(jìn)行判斷并估計(jì)應(yīng)急車輛的距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)相位控制的變換。豆雪珊[33]提出了基于車路協(xié)同環(huán)境的應(yīng)急車輛交叉口優(yōu)先通行輔助方法及協(xié)調(diào)控制策略，并通過搭建車路協(xié)同硬件在環(huán)平臺(tái)對(duì)所提方法進(jìn)行了測(cè)試。Huang等[34]使用時(shí)間Petri網(wǎng)構(gòu)建一種兩相位主體方案網(wǎng)絡(luò)建模應(yīng)急車輛優(yōu)先控制的方法，并利用可達(dá)性圖分析了模型的活性和可逆性。Pei等[35]在文獻(xiàn)[34]的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種四相位主體方案輛優(yōu)先控制的方法，同樣對(duì)模型的活性和可逆性進(jìn)行了驗(yàn)證。Li等[36]考慮到V2X通行時(shí)延將影響應(yīng)優(yōu)先請(qǐng)求的響應(yīng)，提出了一基于補(bǔ)償距離的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制方法。Cao等[37]從應(yīng)急車輛性能角度出發(fā)，提出了以應(yīng)急車輛為中心的車路協(xié)同智能應(yīng)急交通系統(tǒng)，以確保其快速通過，并降低對(duì)社會(huì)交通的影響。Mu等[38]則關(guān)注了車路協(xié)同環(huán)境下應(yīng)急車輛優(yōu)先通行結(jié)束后的交叉口運(yùn)行的過渡控制。姚佼等[39]從應(yīng)急路徑選擇入手，構(gòu)建了車路協(xié)同環(huán)境下的應(yīng)急車輛路徑選擇模型。戴宇露等[40]在智能網(wǎng)聯(lián)環(huán)境下,研究了精確交通信息的感知與交互為應(yīng)急救援車輛的動(dòng)態(tài)時(shí)空路權(quán)優(yōu)化。Zhang等[41]充分考慮了存在多種約束情況下的應(yīng)急車輛路徑選擇和優(yōu)先通行問題。Zeng等[42]則研究了考慮多個(gè)應(yīng)急車輛通行時(shí)的優(yōu)先控制的路權(quán)問題。

1.2 結(jié)合路徑規(guī)劃的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制

將優(yōu)化控制和路徑規(guī)劃相結(jié)合的研究首先找到使用距離或時(shí)間作為關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算的最佳路線，然后在規(guī)劃的路徑上途經(jīng)的交叉口實(shí)施應(yīng)急車輛的優(yōu)先控制，其中無(wú)論是靜態(tài)路徑規(guī)劃還是動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的引入都提升了應(yīng)急車輛優(yōu)先控制的能力。Kwon等[43]為給定的路網(wǎng)和交通條件下的應(yīng)急車路提供高效和安全的路徑，提出了一種結(jié)合路徑選擇和動(dòng)態(tài)信號(hào)優(yōu)先的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制策略，并利用Dijkstra算法對(duì)所提方法進(jìn)行求解。Shirani等[44]在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下設(shè)計(jì)一種帶有速度引導(dǎo)信息的優(yōu)先響應(yīng)策略，通過關(guān)聯(lián)車輛交換信息，動(dòng)態(tài)尋找最短路徑以達(dá)到優(yōu)先通行。Gedawy[45]通過實(shí)時(shí)更新交通擁堵和社會(huì)車輛出行時(shí)間延遲數(shù)據(jù)，通過應(yīng)急車輛GPS信息規(guī)劃最佳路徑，并將路徑信息推送給你交通信號(hào)控制系統(tǒng)實(shí)施反饋優(yōu)先控制。Salehinejad等[46]和Polineni等[47]均提出靜態(tài)最短路徑算法與優(yōu)先控制結(jié)合的方法，控制中心通過實(shí)時(shí)獲取應(yīng)急車輛的位置信息來(lái)激活通行方向的交叉口綠燈。Djahel等[48]提出了一種采用自適應(yīng)與模糊控制相結(jié)合的交叉口局路徑選擇和信號(hào)優(yōu)先的方法，通過分析交叉口擁堵情況，實(shí)時(shí)更新優(yōu)先控制的具體形式，如變更相位、動(dòng)態(tài)限速、改變路線等。Anand等[49]使用車載GPS數(shù)據(jù)獲取應(yīng)急車輛位置，將動(dòng)態(tài)位置與實(shí)時(shí)應(yīng)急中心規(guī)劃的最短路徑進(jìn)行匹配，同時(shí)通過專有協(xié)議控制路徑沿線交叉口實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛優(yōu)先通行。Shaaban等[50]提出了一種最優(yōu)路徑選擇和信號(hào)控制優(yōu)先的聯(lián)合策略，預(yù)先為應(yīng)急車輛計(jì)算最佳路徑，車輛運(yùn)行中通過動(dòng)態(tài)激活占用路段將應(yīng)急通行信息通過V2I發(fā)送給周邊車輛及交叉口實(shí)現(xiàn)專用應(yīng)急車道優(yōu)先控制。Huang等[51]提出了應(yīng)急車輛運(yùn)行情況下的路線選擇和優(yōu)先信號(hào)設(shè)置方法，先預(yù)設(shè)考慮單向協(xié)調(diào)信號(hào)設(shè)置的最優(yōu)路徑的預(yù)設(shè)方案，再在線激勵(lì)信號(hào)控制，以便根據(jù)交通狀況的擾動(dòng)調(diào)整實(shí)時(shí)信號(hào)設(shè)置。Chen等[52]提出一種將路徑規(guī)劃與專用車道控制結(jié)合的應(yīng)急車輛優(yōu)先系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)最優(yōu)路徑規(guī)劃，當(dāng)應(yīng)急車輛采用規(guī)劃路徑時(shí)，沿途交叉口通過保留專用車道實(shí)現(xiàn)車輛優(yōu)先通行。Yao等[53]基于應(yīng)急車輛不同的優(yōu)先級(jí)類型和優(yōu)先級(jí)，提出了一種面向應(yīng)急車輛路徑的雙層規(guī)劃信號(hào)協(xié)調(diào)控制模型，其上層是應(yīng)急車輛的動(dòng)態(tài)優(yōu)先模型，下層是緊急車輛的靜態(tài)路徑模型，并利用遺傳算法對(duì)雙層規(guī)劃模型進(jìn)行了求解。Min等[54]考慮交通流狀態(tài)的時(shí)變特性，將優(yōu)先控制與動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃表示為二次規(guī)劃問題，提出一種基于時(shí)間可靠路徑的應(yīng)急車輛控制方法。Bide等[55]設(shè)計(jì)了一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)(software defined network，SDN)應(yīng)急車輛管理系統(tǒng)，將應(yīng)急車輛與交叉口控制器統(tǒng)一在系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)創(chuàng)建行駛路徑與交叉口優(yōu)先控制的融合。與上述不同，Wu等[56]從微觀視角研究了車車通信環(huán)境下車道級(jí)應(yīng)急車輛優(yōu)先控制與動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的結(jié)合，而So等[57]則研究了完全自動(dòng)駕駛條件下的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制。

2 討論與展望

應(yīng)急車輛優(yōu)先通行的研究主要解決兩個(gè)核心問題，一是應(yīng)急車輛的優(yōu)先控制，二是優(yōu)先控制與路徑規(guī)劃的相互作用。核心問題產(chǎn)生的本質(zhì)是應(yīng)急車輛與社會(huì)交通流之間具有異質(zhì)性，即由于應(yīng)急車輛的屬性和特殊的駕駛?cè)蝿?wù)，使得其在路網(wǎng)交通流中的車速、路權(quán)、行駛方式等都有別于社會(huì)車輛，這種異質(zhì)性的表現(xiàn)對(duì)交通流、交通控制均為一種擾動(dòng)。車路協(xié)同技術(shù)的引入既能利用車路實(shí)時(shí)交互與感知增加應(yīng)急車輛和社會(huì)交通流的位置、速度等信息的確定性，也能通過速度控制、車道控制等方式減少其異質(zhì)性并抑制擾動(dòng)，但復(fù)雜實(shí)際因素造成的車路協(xié)同不完全性將導(dǎo)致極為復(fù)雜的情況出現(xiàn)。

上述的現(xiàn)有成果大多以車路協(xié)同技術(shù)為基礎(chǔ)，采用傳統(tǒng)交叉口控制理論，研究應(yīng)急車輛優(yōu)先控制或結(jié)合路徑規(guī)劃的優(yōu)先控制方法。對(duì)如設(shè)備覆蓋不完全、設(shè)備故障等現(xiàn)實(shí)問題導(dǎo)致的車路協(xié)同不完全情況下的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制的研究尚未開展，因此存在亟待進(jìn)一步解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。

2.1 車路協(xié)同交通控制的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制能力和適用性不足

車路協(xié)同交通控制是應(yīng)急車輛優(yōu)先控制的基礎(chǔ)。但現(xiàn)有研究大多是從應(yīng)急車輛單車車路交互的視角出發(fā)，只將車路協(xié)同作為一種感知手段，仍然采用傳統(tǒng)被動(dòng)交通控制模型，未能從統(tǒng)一考慮應(yīng)急車輛與交叉口車路協(xié)同控制模型的角度實(shí)現(xiàn)兩者的雙向感知與主動(dòng)控制；車路協(xié)同的交通控制的研究大多是建立在車路環(huán)境完全、完備的假設(shè)之上，對(duì)實(shí)際情況考慮不足，無(wú)法有效合理應(yīng)對(duì)模型失配的問題，這直接關(guān)系到所構(gòu)建控制模型和方法的適用性，并將導(dǎo)致以其為基礎(chǔ)的應(yīng)急車輛優(yōu)先通行無(wú)法保障。因此，亟待從分析多種因素造成的不完備的車路協(xié)同入手，構(gòu)建具有多變量的主動(dòng)交通控制模型，研究如何在不完全車路協(xié)同導(dǎo)致交通控制失配時(shí)，引導(dǎo)模型按照設(shè)計(jì)的退化路徑改變，以達(dá)到有效規(guī)避模型失配和提高模型適用性的目的。

2.2 應(yīng)急車輛優(yōu)先控制與其路徑規(guī)劃的耦合機(jī)理有待探明

應(yīng)急車輛通行以時(shí)間路徑最優(yōu)為總控制目標(biāo)，其在交叉口的優(yōu)先控制受到時(shí)間路徑最優(yōu)的約束。同時(shí)，應(yīng)急車輛優(yōu)先控制又影響其路徑規(guī)劃，尤其不完全車路協(xié)同的情況導(dǎo)致交通控制模型發(fā)生退化將影響應(yīng)急車輛優(yōu)先控制，最終影響會(huì)傳遞到應(yīng)急車輛的路徑規(guī)劃上，優(yōu)先控制與其路徑規(guī)劃具有極強(qiáng)的耦合關(guān)系。但現(xiàn)有研究大多只從設(shè)計(jì)優(yōu)先控制算法或優(yōu)先控制與路徑規(guī)劃結(jié)合的方法出發(fā)，未能探明應(yīng)急車輛優(yōu)先控制與其路徑規(guī)劃的耦合機(jī)理。必須指明，揭示其耦合關(guān)系將直接影響應(yīng)急車輛優(yōu)先控制方法的設(shè)計(jì)。因此，亟待研究應(yīng)急車輛優(yōu)先控制與路徑規(guī)劃的耦合機(jī)理模型，深入分析其映射關(guān)系及相互作用。

2.3 “在線-在環(huán)-實(shí)地”的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方式有待研究

應(yīng)急車輛優(yōu)先控制研究大多采用交通仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證，傳統(tǒng)交通仿真系統(tǒng)基于靜態(tài)、后驗(yàn)證性的設(shè)計(jì)理念，無(wú)法應(yīng)用于需要實(shí)時(shí)性演化驗(yàn)證的在線交通信號(hào)控制中。并且由于車路協(xié)同等新技術(shù)發(fā)展的速度較快，傳統(tǒng)交通仿真軟件并不具備模擬該類型實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的要求，同時(shí)由于仿真參數(shù)標(biāo)定、模型標(biāo)定帶來(lái)的誤差過大且無(wú)法根本消除造成如PARAMICS仿真軟件[58]、VISSIM仿真軟件[59]、SUMO仿真軟件[60]等仿真不夠真實(shí)，因此其較難檢驗(yàn)研究結(jié)果在實(shí)際環(huán)境中的適用性和有效性。未來(lái)需要研發(fā)車路協(xié)同在線仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景設(shè)置、控制算法的驗(yàn)證，并且為保障算法在實(shí)際環(huán)境中可用性，還應(yīng)建立基于平行仿真架構(gòu)的車路系統(tǒng)在線仿真平臺(tái)、硬件在環(huán)仿真平臺(tái)與實(shí)地實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的協(xié)同測(cè)試系統(tǒng)，通過采用直接驅(qū)動(dòng)和深度交互的信號(hào)控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急車輛優(yōu)先控制算法的驗(yàn)證和移植部署，通過集成“在線-在環(huán)-實(shí)地”的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方式能夠更好地驗(yàn)證研究成果的有效性和實(shí)用性，有助于理論研究向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，如圖1[61]所示。

圖1 “在線-在環(huán)-實(shí)地”多層次實(shí)驗(yàn)測(cè)試[61]Fig.1 “Online-in-the-loop-field”multi-level experimental test[61]

2.4 常態(tài)應(yīng)急多部門協(xié)同響應(yīng)機(jī)制有待完善

雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展中國(guó)在非常態(tài)應(yīng)急處置方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但作為急救、消防等常態(tài)應(yīng)急需求的大國(guó)，中國(guó)在常態(tài)應(yīng)急方面還處于剛剛起步階段，尤其是常態(tài)應(yīng)急多部門協(xié)同響應(yīng)機(jī)制有待進(jìn)一步完善。其中，應(yīng)急車輛作為保障應(yīng)急響應(yīng)的重要載體，同時(shí)也是多部門協(xié)同的紐帶應(yīng)該得到足夠的重視，其中應(yīng)急車輛的優(yōu)先控制正是多部門協(xié)同響應(yīng)的重要體現(xiàn)。借力車路協(xié)同技術(shù)在我國(guó)的快速發(fā)展，構(gòu)建智能化的快速應(yīng)急響應(yīng)體系，實(shí)現(xiàn)真正的多部門協(xié)同響應(yīng)。

3 結(jié)論

城市應(yīng)急車輛優(yōu)先通行是保障應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，避免造成生命財(cái)產(chǎn)損失的重要措施，尤其是當(dāng)常態(tài)應(yīng)急需求劇增時(shí)更是如此。車路協(xié)同技術(shù)為應(yīng)急車輛優(yōu)先通行的研究和實(shí)施提供了主要技術(shù)手段。從中國(guó)應(yīng)急車輛優(yōu)先的實(shí)際現(xiàn)狀出發(fā)，回顧了車路協(xié)同應(yīng)急車輛優(yōu)先控制和結(jié)合優(yōu)先與路徑規(guī)劃的應(yīng)急車輛優(yōu)先控制的中外研究情況，同時(shí)針對(duì)當(dāng)前研究存在問題和未來(lái)技術(shù)、政策管理等的演進(jìn)對(duì)該領(lǐng)域理論與技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了探討，以期對(duì)應(yīng)急車輛優(yōu)先控制的研究提供新的思路。