交通流誘導(dǎo)管理研究綜述

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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)管理存在的問題，指出解決交通流誘導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)管理方面的研究進行歸納總結(jié)，找出現(xiàn)今交通流誘導(dǎo)管理存在的問題，探尋可行的解決方案。

1 交通流誘導(dǎo)管理現(xiàn)狀

交通流誘導(dǎo)管理是通過實時地采集和發(fā)送交通信息，適時地引導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)管理。

交通流誘導(dǎo)管理的目的就是通過各種技術(shù)和手段來引導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)。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(dǎo)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(dǎo)系統(tǒng)，基于GPS、集群通信、可變信息板的交通流誘導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)管理方式，為管理者提供可行的交通流誘導(dǎo)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(dǎo)系統(tǒng)兩方面，研究交通突發(fā)擁堵的事先疏導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)管理發(fā)布系統(tǒng);李旭 [4]對動態(tài)交通分配、交通誘導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)與控制綜合協(xié)同模型，在現(xiàn)有的誘導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)管理的研究有所欠缺。

2 交通流誘導(dǎo)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(dǎo)管理方式，制定更加高效的交通流誘導(dǎo)方案，達到對車輛進行實時誘導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)系統(tǒng)

路徑誘導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)系統(tǒng)

路徑引導(dǎo)是引導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)通過導(dǎo)航器顯示器來顯示指令、完成引導(dǎo)。在車載導(dǎo)航器中，路徑引導(dǎo)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(dǎo)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?dǎo)。引導(dǎo)信息的表達借助于人機接口模塊。

2.5.1 途中引導(dǎo)

路徑引導(dǎo)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(dǎo)。

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(dǎo)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?dǎo)行動，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(dǎo)

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?？刹捎貌煌姆椒ń鉀Q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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)效果更好的交通流誘導(dǎo)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(dǎo)管理以及高速公路路徑誘導(dǎo)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。

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