大數(shù)據(jù)在交通擁堵分析和治理方面的應(yīng)用

張勇 余金林 楊凌云 龔全洲

摘要：隨著智能交通的快速發(fā)展，高德等較為權(quán)威的交通大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)運而生，同時交管部門視頻、卡口、流量檢測、車輛數(shù)據(jù)的多樣化和齊全化，在一定程度上可以較為準確的反映出交通運行狀態(tài)。大數(shù)據(jù)的整合和應(yīng)用越來越受到交通管理部門的重視和重用。以武漢為例，通過大數(shù)據(jù)分析研判，對城市交通擁堵進行分析和治理，如交通運行特征規(guī)律總結(jié)、交通組織優(yōu)化、交通影響評估等。為精細化交通管理提供技術(shù)支撐，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)，為市民出行提供指南參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);交通管理;擁堵分析;擁堵治理

1引言

道路交通管理涉及到人、車、路、環(huán)境和法規(guī)五個方面，總體目標是交通運行安全、暢通和有序。傳統(tǒng)的交通管理手段主要依靠交警、輔警在路面的現(xiàn)場管理，主要方法是依靠個人的經(jīng)驗進行交通信號優(yōu)化、現(xiàn)場執(zhí)法等，此外，經(jīng)濟發(fā)展帶來的交通出行需求加大及交通出行多樣化和復(fù)雜化，傳統(tǒng)的管理手段難以為交通管理提供更加精準和精細的技術(shù)支撐，特別是在擁堵治理方面，給交管部門帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

隨著交通信息化和智能化的發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代的到來可以使人們以史無前例的低成本去獲取和利用數(shù)據(jù)，更為城市交通管理工作帶來了新的機遇[1]。2015年，Barb[2]探討了波士頓市利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來解決城市交通擁堵問題。王福磊[3]積極推動大數(shù)據(jù)在道路交通事故預(yù)防中的應(yīng)用。羅西軍[4]分析了大數(shù)據(jù)在智能交通中的幾種應(yīng)用。徐煒[5]結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)在深圳的應(yīng)用實踐，提出了大數(shù)據(jù)在城市交通管理方面的應(yīng)用思路?？偨Y(jié)而言，國內(nèi)外大數(shù)據(jù)在交通管理方面的研究主要在擁堵治理、事故預(yù)防、智能交通等領(lǐng)域。

目前，高德等公司已經(jīng)建立起了交通大數(shù)據(jù)平臺，并在許多城市中得到了應(yīng)用。大數(shù)據(jù)信息量巨大，種類繁多，面對眾多的數(shù)據(jù)，如何及時、高效、準確地獲取有價值的信息并對其進行有效的分析處理，成為大數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵所在[6]。

因此，結(jié)合武漢交通特色以及交通管理部門獲取到的大數(shù)據(jù)信息庫，探討大數(shù)據(jù)在交通管理中擁堵分析與治理方面的深度應(yīng)用。

2武漢交通概況

武漢是湖北的省會城市，總體城市格局為兩江三鎮(zhèn)（兩江分別為長江和漢江，三鎮(zhèn)分別為武昌、漢口和漢陽）。截止2017年底，常住人口1100萬人左右，全市面積8570平方公里，建成區(qū)面積576平方公里，道路共4882條道路，總長5704公里，已形成三環(huán)十三射的路網(wǎng)格局。過江通道已通車18條，正在建設(shè)的5條。機動車保有量達到280萬輛，電動自行車110萬輛，共享單車接近100萬輛。已通車的軌道交通共5條，運營里程達到181.6公里，現(xiàn)在同時在建的軌道交通線路達到14條。根據(jù)高德大數(shù)據(jù)分析報告，2015年、2016年、2017年武漢擁堵全國排名分別為第13名、第17名和第47名，全市全天平均車速分別為29.11km/h、30.06km/h和32.67km/h。

總體而言，武漢道路交通特征是過江交通、環(huán)線交通明顯。受湖泊、大型院校、單位、小區(qū)影響，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)較差、道路密度偏低;同時，武漢處于大建設(shè)時期，全市多處占道施工，給武漢交通出行帶來了較大挑戰(zhàn)。

3武漢的大數(shù)據(jù)來源

為了提高智慧交通管理水平，武漢市交管局積極探索智慧交通建設(shè)和應(yīng)用，建成了“智慧政務(wù)、智慧出行、智慧應(yīng)急、智慧監(jiān)管、智慧警營”系統(tǒng)，搜集了大量的交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要來源[7]如下：

（1）交通設(shè)施數(shù)據(jù)。1628個信號燈路口（其中980個聯(lián)網(wǎng)），6454處視頻監(jiān)控，5453個方向電子警察，2189個卡口。包括交通事件，道路流量，交通管制，道路交通的視頻圖像以及交通違法點等6類信息數(shù)據(jù)。

（2）交通平臺數(shù)據(jù)。高德等交通信息平臺提供的浮動車數(shù)據(jù)，公眾訪問數(shù)據(jù)等提供的出行時間、車速等數(shù)據(jù)。

（3）車輛數(shù)據(jù)。1.8萬輛出租車和7000多輛公交車的實時GPS數(shù)據(jù)，2000多個停車場的數(shù)據(jù)（停車場內(nèi)實時的車輛數(shù)），重型貨車有49190輛、4000多輛渣土車、混凝土車實時GPS數(shù)據(jù)，共享汽車GOFUN在武漢4000多輛實時數(shù)據(jù)。

（4）交管內(nèi)部數(shù)據(jù)。包含輿情民意平臺數(shù)據(jù)、122情報中心數(shù)據(jù)、事故數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、違法數(shù)據(jù)、廣播數(shù)據(jù)、領(lǐng)導(dǎo)信箱數(shù)據(jù)等。

武漢市現(xiàn)有的交通大數(shù)據(jù)量大，種類多，但是不同數(shù)據(jù)之間的融合還有進一步挖掘的空間，數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用以及精準應(yīng)用也有進一步探索的空間。

4大數(shù)據(jù)在擁堵分析中的應(yīng)用

4.1擁堵特征分析

根據(jù)高德提供的交通運行數(shù)據(jù)，可以對全市、主城區(qū)、各行政區(qū)、環(huán)線、主干道、次干道、支路等不同范圍、不同道路的擁堵時間、空間分布特征進行量化分析。具體如下：

4.1.1擁堵時間分布

根據(jù)時間段劃分，可以分析24小時、一周各天、各月份交通運行情況，具體如下：

4.1.2擁堵空間分布

根據(jù)空間劃分，可以分析全市、各行政區(qū)、環(huán)線、過江通道等交通運行情況，以全市過江通道為例，高德顯示的擁堵空間分布如下：

4.2擁堵原因分析

常規(guī)的擁堵原因分為兩大類，一類是不可控的因素，如路網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、車流量大、惡劣天氣、突發(fā)事件等;另一類是可以通過交通管理進行改善的，如交通組織不合理、信號燈控制不合理、交通違法、道路施工、節(jié)假日影響等。目前傳統(tǒng)的原因分析較為單調(diào)且緊緊是定性的分析。因此，選取其中可操作、可控制和可管理的擁堵因素進行量化深入分析，為交通管理提供精準決策。

（1）交通組織不合理。通過大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)，掌握道路交通運行特征，查找出擁堵點位，通過視頻巡查數(shù)據(jù)，對道路幾何特征進行分析，研究路口車道布置、公交站點、道路沿線開口、人行橫道設(shè)置等交通組織方式對道路通行的影響，從而確定因交通沖突、道路資源與流量流向不匹配等不合理的點位。

（2）信號燈控制不合理。通過高德地圖、視頻監(jiān)控、流量檢測設(shè)備、信號燈配時數(shù)據(jù)，分析出各進口、各轉(zhuǎn)向的車輛排隊長度、等待信號燈的周期，查找出因信號燈周期、信號燈配時、信號燈放行相位相序、相鄰路口信號協(xié)調(diào)等不合理的點位。

（3）交通違法。通過大數(shù)據(jù)平臺交通運行數(shù)據(jù)，結(jié)合路口視頻監(jiān)控、卡口、違停抓拍設(shè)備等數(shù)據(jù)，判別闖紅燈、逆行、違法掉頭左轉(zhuǎn)、違法通行禁行區(qū)、違法停車等因素引起的交通擁堵行為。

（4）施工影響分析。道路施工占用道路資源，車道數(shù)量減少，且在漸變段處存在交織問題，直接影響道路通行能力。根據(jù)實際觀測以及相關(guān)資料查閱表明，施工區(qū)的長度、大型車比例、限速大小均對施工區(qū)道路通行能力存在一定的影響，其中大型車百分比對施工區(qū)通行能力影響最顯著，限速影響次之，施工區(qū)長度影響最小。

（5）節(jié)假日影響分析。不同節(jié)假日及節(jié)假日期間交通運行均存在較大差異，根據(jù)武漢市近幾年各大節(jié)假日交通運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，各節(jié)假日放假當天和放假期間交通上升下降幅度如下：

（6）天氣影響分析。陰雨天氣下，駕駛員視線視距變差，反應(yīng)時間增加;路面與輪胎的附著系數(shù)降低，車輛制動距離增加，停車減速時間將增加，啟動加速時間也增加。通過長時間觀測不同季節(jié)、不同天氣條件下的交通運行情況，統(tǒng)計得出結(jié)論：晴天陰天交通運行情況基本一致，小雨對交通出行影響較?。〒矶鲁潭燃觿?%左右），中雨對交通出行影響較大（擁堵程度加劇11%左右），雪天更加嚴重（擁堵程度加劇14%左右）。.

（7）交通事故影響分析。

交通事故的發(fā)生和消除分為四個階段：事故響應(yīng)階段，交通事件確認后，救援部門、人員和救援設(shè)備到達事故現(xiàn)場的階段;事故清除階段，救援隊伍到達事故現(xiàn)場后，對受傷人員、事故車輛、道路設(shè)施處理的階段，解除干擾交通正常運行的障礙;事故恢復(fù)階段，交通事故清除后，擁擠車流開始消散，交通流恢復(fù)到正常交通狀態(tài)的階段。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計，當交通事故導(dǎo)致單向3車道封閉1車道時，通行能力下降42%左右;當交通事故導(dǎo)致單向3車道封閉2車道時，通行能力下降70%左右。

5大數(shù)據(jù)在擁堵治理中的應(yīng)用

現(xiàn)有的大數(shù)據(jù)提供了全市大部分道路、橋梁、隧道的交通運行情況以及部分流量、視頻數(shù)據(jù)，但是在擁堵治理方面的應(yīng)用較為淺顯，目前只是簡單的提出了擁堵特征，簡單的理論原因分析，與現(xiàn)場的實際情況存在一定誤差。因此，需通過不同大數(shù)據(jù)之間的整合、二次應(yīng)用進行精準化和精細化擁堵分析和治理。

5.1擁堵預(yù)測

通過查看歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合大型活動、施工、天氣條件、大型政策調(diào)整等外在因素影響，對交通情況進行提前預(yù)測，便于提前采取相應(yīng)的措施，實現(xiàn)主動管理。以武漢市2018年1月1日取消過江通道ETC收費為例。

（1）現(xiàn)有的過江通道管制措施

長江大橋、江漢一橋分單雙號通行，長江隧道限制9座及以上客車通行，每日零時至6時封閉，月湖橋2017年4月15日至2018年7月31日封閉施工。其中，長江大橋、江漢一橋和江漢二橋未采取ETC收費。

（2）取消ETC收費前過江交通運行狀況

結(jié)合卡口數(shù)據(jù)及高德大數(shù)據(jù)分析， 2017年1-6月過江交通運行情況如下：

（3）取消ETC收費過江交通預(yù)測評估

一是取消ETC收費后，會刺激過江交通出行需求，總的過江交通量有一定的上升幅度。參照之前設(shè)置ETC收費當月過江交通總量下降9%，預(yù)計增加的過江交通總量為11%（其中9%為抑制的交通出行需求，2%為誘增的交通量），即10萬輛左右。

二是取消ETC收費后，會打破原先過江交通量的平衡，長江大橋及江漢一橋11%左右的流量（1.1萬輛和1.3萬輛）將會轉(zhuǎn)移至鸚鵡洲長江大橋、長江隧道、長江二橋以及晴川橋、知音橋。按照距離權(quán)重及重力吸引因子，預(yù)計：鸚鵡洲長江大橋流量日均增加6800輛，長江隧道流量增加2000輛，長江二橋流量增加1300輛，晴川橋流量增加9500輛，知音橋流量增加3500輛。

（4）取消ETC收費實際與預(yù)測的過江交通運行情況對比

取消ETC收費后，實際總的過江交通量為1032578pcu，預(yù)測總的過江交通量為1017960pcu，誤差1.4%;長江大橋和江漢一橋流量下降12.15%，與預(yù)測的11%接近。

5.2擁堵治理

根據(jù)上述大數(shù)據(jù)在擁堵特征、原因及預(yù)測分析的應(yīng)用，可以較為精確的指導(dǎo)交通組織優(yōu)化，緩解擁堵?，F(xiàn)將結(jié)合大數(shù)據(jù)進行交通擁堵治理方法總結(jié)如下：

5.2.1信號控制優(yōu)化

結(jié)合地磁、卡口、視頻流量檢測設(shè)備采集到的流量數(shù)據(jù)、視頻巡查數(shù)據(jù)、高德交通信息平臺數(shù)據(jù)等顯示的各方向擁堵情況，實現(xiàn)信號控制優(yōu)化。具體內(nèi)容如下：

一是優(yōu)化路口信號燈配時，均衡各方向、各轉(zhuǎn)向車輛排隊長度;

二是對相鄰路口采取協(xié)調(diào)控制，防止路口流量溢出;

三是研究綠波控制，保障干線的快速優(yōu)先通行。

5.2.2交通組織優(yōu)化

根據(jù)地磁、高德數(shù)據(jù)平臺提供的各方向、車道交通運行特征，開展交通組織優(yōu)化，具體內(nèi)容如下：

一是根據(jù)各方向、各轉(zhuǎn)向的交通運行數(shù)據(jù)特征，優(yōu)化路口直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)車道分布，實現(xiàn)車道資源與流量流向相互匹配;

二是潮汐車道、可變車道、逆可變車道等新型交通組織方式的應(yīng)用。運用滴滴對不同方向交通擁堵程度的分析數(shù)據(jù)，結(jié)合道路流量流向數(shù)據(jù)以及實際條件，開展新型交通組織方式的探索與應(yīng)用;

三是盤活存量空間，暢通微循環(huán)。掌握高德大數(shù)據(jù)中對不同道路類型的擁堵時空分布特征及車速分析，結(jié)合視頻巡查，充分挖掘次干道、支路的存量資源，合理引導(dǎo)車輛繞行微循環(huán)道路，減少主干道及流量大路段的交通壓力。

5.2.3施工管理優(yōu)化

通過對施工打圍方式、占道情況分析，結(jié)合上述施工對擁堵影響的分析，優(yōu)化施工方案，論證半幅施工、全封閉施工、分段施工方案，最大程度降低對車輛通行影響。

5.2.4交通秩序整治

通過視頻監(jiān)控、卡口、違停抓拍等設(shè)備收集到的違法數(shù)據(jù)，進行交通秩序的整治，改善交通出行環(huán)境。如違法停車、違法掉頭、違法變道、行人、非機動車闖紅燈等行為，規(guī)范交通秩序，提高通行效率。

5.2.5交通誘導(dǎo)

加強行車誘導(dǎo)，避開擁堵路線。在武漢市現(xiàn)有的行車誘導(dǎo)屏基礎(chǔ)上，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，添加動態(tài)預(yù)測功能以及完善路徑時間顯示功能，提高誘導(dǎo)的精準性和前瞻性。

5.3效果評估

以丁字橋為例。丁字橋路北接武珞路、南連二環(huán)線（雄楚大街段），長1.7km。隨著二環(huán)線的建成，丁字橋路承擔了過境交通和到發(fā)交通雙重功能，早晚高峰擁堵現(xiàn)象頻發(fā)。2018年，通過對丁字橋路沿線及周邊關(guān)聯(lián)節(jié)點進行交通組織優(yōu)化。通過高德等大數(shù)據(jù)對丁字橋路改善前后的延時指數(shù)和平均車速進行分析，如下表所示。

6結(jié)論

本文通過整合視頻巡查數(shù)據(jù)、過江交通流量數(shù)據(jù)、擁堵延時指數(shù)、車速、地磁、視頻檢測流量、高德交通信息平臺數(shù)據(jù)等，探討了大數(shù)據(jù)在武漢市交通擁堵分析及擁堵治理方面已經(jīng)采取的部分應(yīng)用案例及相關(guān)經(jīng)驗，為大數(shù)據(jù)在精細化交通管理方面提供了參考。

參考文獻

[1]江萍珍.淺談大數(shù)據(jù)在城市交通管理中的運用[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2017（30）：23.

[2]Darrow，Barb. Boston is using big data to solve traffic jams[EB/OL].（2015-11-06）[2016-01-03]http：//fortune.com.

[3]王福磊.推動大數(shù)據(jù)應(yīng)用預(yù)防道路交通事故[J].道路交通管理，2015（07）：26-27.

[4]羅西軍，劉亞.大數(shù)據(jù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（09）：97.

[5]徐煒.交通管理已進入大數(shù)據(jù)時代[J] .道路交通管理，2013（11）：36-37.

[6]羅淑蘭，潘福全，王昕，亓榮杰，張麗霞.大數(shù)據(jù)在城市交通中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2016，13（05）：76-80.

[7]中國安防展覽網(wǎng) http：//www.afzhan.com/news/Detail/62779.html.