車(chē)流溯源 交通智控

文/ 供圖 | 東南大學(xué)

“基于車(chē)流溯源的道路交通出行誘導(dǎo)與信號(hào)控制一體化技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目研究，以東南大學(xué)為總體牽頭單位，聯(lián)合高德軟件有限公司、南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司、南京慧爾視智能科技有限公司、重慶市交通規(guī)劃研究院、華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司5家單位協(xié)作攻關(guān)，榮獲2022年中國(guó)公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目研發(fā)形成了道路交通流動(dòng)態(tài)溯源、路徑誘導(dǎo)與信號(hào)控制一體化技術(shù)和系統(tǒng)裝備，突破了數(shù)據(jù)與模型雙驅(qū)動(dòng)的路徑級(jí)管控效果推演技術(shù)，研制了出行誘導(dǎo)與信號(hào)控制一體化技術(shù)及系統(tǒng)裝備，為提升智能化精準(zhǔn)化交通管控與治堵水平，推動(dòng)智能交通新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)施加快建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、“一帶一路”倡議等提供重要技術(shù)支撐。

/ 打造智能交通管控系統(tǒng)新構(gòu)架/

面對(duì)交通擁堵日趨嚴(yán)重、突發(fā)事件頻繁發(fā)生的挑戰(zhàn)，以科技創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)大力發(fā)展智能交通系統(tǒng)，提升交通問(wèn)題科學(xué)治理能力，已成為全國(guó)各地城市的普遍選擇，也是智慧城市和交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要任務(wù)。然而，對(duì)智能交通系統(tǒng)的巨大投入尚未取得理想的建設(shè)效果?！敖煌ù竽X”等新概念新產(chǎn)品存在“中看不中用”的傾向，實(shí)際上多停留在數(shù)據(jù)可視化層面，未能為精準(zhǔn)化交通管控提供有效支撐；常態(tài)化治堵與非常態(tài)應(yīng)急管控手段存在“治標(biāo)不治本”的局限，主要關(guān)注當(dāng)前和局部的擁堵現(xiàn)象，無(wú)法從源頭上應(yīng)對(duì)未來(lái)和全局的擁堵態(tài)勢(shì)。

具體來(lái)說(shuō)，智能化交通管控系統(tǒng)目前尚存的主要瓶頸為交通感知以路段為單元進(jìn)行斷面集計(jì)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)道路流量的路徑級(jí)溯源，擁堵源頭難以辨識(shí)；交通預(yù)測(cè)依賴(lài)既有場(chǎng)景的歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，難以支撐多場(chǎng)景下待實(shí)施管控方案（無(wú)充足的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)）的評(píng)價(jià)分析，管控效果難以推演；交通管控依賴(lài)固定點(diǎn)位的路側(cè)設(shè)施實(shí)施誘導(dǎo)與控制，沒(méi)有發(fā)揮車(chē)載導(dǎo)航終端全程服務(wù)的優(yōu)勢(shì)，車(chē)流分布難以?xún)?yōu)化。

總體思路與創(chuàng)新點(diǎn)架構(gòu)

項(xiàng)目在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“綜合交通運(yùn)輸與智能交通”專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目等課題資助下，攻克片段化觀(guān)測(cè)條件下的全時(shí)空車(chē)輛路徑重構(gòu)、交通狀態(tài)精確辨識(shí)與動(dòng)態(tài)溯源、城市交通誘導(dǎo)與信號(hào)控制協(xié)同仿真、融合信號(hào)控制的多場(chǎng)景路徑誘導(dǎo)等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建覆蓋“辨識(shí)-推演-優(yōu)化”閉環(huán)流程的全鏈條創(chuàng)新技術(shù)群，在理論、技術(shù)與方法上取得了突破與創(chuàng)新。

/ 突破智能交通管控新技術(shù)/

項(xiàng)目依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“綜合交通運(yùn)輸與智能交通”專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目等課題資助下，歷經(jīng)10年產(chǎn)、學(xué)、研、用聯(lián)合，重點(diǎn)針對(duì)擁堵源頭難辨識(shí)、管控效果難推演以及車(chē)流分布難優(yōu)化三類(lèi)技術(shù)瓶頸，取得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果。

創(chuàng)新成果：首創(chuàng)基于車(chē)輛路徑重構(gòu)的全時(shí)空道路交通流溯源技術(shù)

針對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的片段化特征，項(xiàng)目發(fā)明了基于高精度地圖和車(chē)載導(dǎo)航的車(chē)輛出行路徑與起訖點(diǎn)實(shí)時(shí)推斷方法；對(duì)于雷達(dá)應(yīng)用數(shù)量增加，相互間干擾嚴(yán)重、現(xiàn)有產(chǎn)品檢測(cè)區(qū)域小、精度低、抗干擾性弱、穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀，項(xiàng)目研究出一款高性能的微波視頻一體化交通智能感知終端，破解了交通管理的精細(xì)化難題；面對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的片段化特征，項(xiàng)目發(fā)明了融合浮動(dòng)車(chē)檢測(cè)器數(shù)據(jù)的固定檢測(cè)器數(shù)據(jù)地圖匹配新算法，拓展了多類(lèi)非常態(tài)場(chǎng)景下的交通事件識(shí)別技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模路網(wǎng)交通流量估計(jì)與動(dòng)態(tài)溯源，可實(shí)現(xiàn)對(duì)交通系統(tǒng)效率影響程度，以及事件與空間影響范圍的量化計(jì)算。

智能交通系統(tǒng)可視化

基于車(chē)輛路徑重構(gòu)的全時(shí)空道路交通流溯源技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)

開(kāi)發(fā)的“點(diǎn)、段、面”擁堵溯源可視化模塊

項(xiàng)目基于高精度地圖和車(chē)載導(dǎo)航終端數(shù)據(jù)，提出樣本車(chē)輛出行路徑與起訖點(diǎn)實(shí)時(shí)推斷方法；率先研發(fā)“雷達(dá)+視頻”的全息交通數(shù)據(jù)路側(cè)采集終端，提升重點(diǎn)路段復(fù)雜環(huán)境下車(chē)輛標(biāo)識(shí)與軌跡片段的全天候、高精度獲取能力；融合連續(xù)的車(chē)載導(dǎo)航數(shù)據(jù)和片段的路側(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建全時(shí)空車(chē)輛路徑重構(gòu)和流量反推算法，首創(chuàng)大規(guī)模路網(wǎng)交通流動(dòng)態(tài)溯源技術(shù)。檢測(cè)器空間覆蓋率不高于10%的條件下，支持每小時(shí)10萬(wàn)級(jí)樣本規(guī)模路徑重構(gòu)精度82%以上、路口/路徑/路網(wǎng)多層級(jí)流量動(dòng)態(tài)溯源精度達(dá)到80%以上。

3)分類(lèi)決策：按照K個(gè)最近鄰的訓(xùn)練樣本，返回前K個(gè)點(diǎn)中出現(xiàn)頻率最高的類(lèi)別作為測(cè)試數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)分類(lèi)，就是對(duì)整個(gè)測(cè)試樣本的最終分類(lèi)結(jié)果。

創(chuàng)新成果：突破數(shù)據(jù)與模型雙驅(qū)動(dòng)的路徑級(jí)管控效果推演技術(shù)

項(xiàng)目提出的混合時(shí)空?qǐng)D卷積網(wǎng)絡(luò)是綜合利用計(jì)劃流量的交通預(yù)測(cè)框架。在H-STGCN中，轉(zhuǎn)換器將未來(lái)交通流量信號(hào)轉(zhuǎn)化為通行時(shí)間信號(hào)。路段間參數(shù)共享的門(mén)控卷積用于提取時(shí)間依賴(lài)信息?；趶?fù)合鄰接矩陣的圖卷積從合并后的通行時(shí)間信號(hào)中捕捉空間依賴(lài)信息。H-STGCN經(jīng)過(guò)由端到端的訓(xùn)練，可具備基于計(jì)劃中交通流量信息預(yù)測(cè)未來(lái)?yè)矶碌哪芰?。利用真?shí)交通數(shù)據(jù)集進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證H-STGCN的效果顯著優(yōu)于各種前沿模型，使得出行時(shí)間預(yù)測(cè)偏差嚴(yán)重的案例數(shù)量降低了15%；并基于此構(gòu)建數(shù)據(jù)與模型雙驅(qū)動(dòng)道路交通仿真推演，將萬(wàn)節(jié)點(diǎn)級(jí)大規(guī)模路網(wǎng)交通管控方案量化仿真分析時(shí)間降至1分鐘以?xún)?nèi)。

面向路徑級(jí)交通流管控仿真推演技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)

基于車(chē)流溯源的混合時(shí)空?qǐng)D卷積網(wǎng)絡(luò)算法

項(xiàng)目構(gòu)建富信息環(huán)境條件下的路網(wǎng)交通流動(dòng)態(tài)演化模型，揭示了誘導(dǎo)與管控信息對(duì)出行者經(jīng)驗(yàn)更新和路徑選擇行為的影響機(jī)理；創(chuàng)建了基于車(chē)輛溯源和路網(wǎng)態(tài)勢(shì)信息的混合時(shí)空?qǐng)D卷積網(wǎng)絡(luò)算法，實(shí)現(xiàn)常態(tài)擁堵/極端天氣/交通事故/大型活動(dòng)等多場(chǎng)景下交通流量與狀態(tài)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)；構(gòu)建數(shù)據(jù)與模型雙驅(qū)動(dòng)的道路交通仿真推演平臺(tái)，推演和評(píng)估不同出行誘導(dǎo)和信號(hào)控制策略的實(shí)施效果。可支持涵蓋百萬(wàn)級(jí)人口城市的多源一體化交通信息數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)節(jié)點(diǎn)級(jí)大規(guī)模路網(wǎng)交通態(tài)勢(shì)推演及提前30分鐘的交通擁堵預(yù)測(cè)。

創(chuàng)新成果：研制出行誘導(dǎo)與信號(hào)控制一體化技術(shù)及系統(tǒng)裝備

針對(duì)現(xiàn)有交叉口，項(xiàng)目基于多關(guān)鍵路徑的交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)了車(chē)均延誤平峰期降低15%、高峰期降低10%；面對(duì)融合信號(hào)控制的多場(chǎng)景路徑誘導(dǎo)，項(xiàng)目誘導(dǎo)信息發(fā)布總耗時(shí)不超過(guò)兩秒，整體通行速度上升30.0%，通行時(shí)間下降34.7%；項(xiàng)目構(gòu)建了基于“云邊端”的城市交通智能協(xié)同管控體系，突破了基于復(fù)合交通網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)協(xié)同、“虛擬聯(lián)網(wǎng)”下自組網(wǎng)交通信號(hào)主動(dòng)控制等技術(shù)，解決了現(xiàn)有管控體系缺乏有效的數(shù)據(jù)安全及協(xié)同控制機(jī)制的問(wèn)題。

道路交通多場(chǎng)景路徑級(jí)管控技術(shù)和系統(tǒng)裝備架構(gòu)

“云邊端”集成的多場(chǎng)景路徑級(jí)管控系統(tǒng)裝備

項(xiàng)目提出面向多場(chǎng)景的車(chē)輛出行關(guān)鍵路徑判別技術(shù)，克服傳統(tǒng)子區(qū)控制邏輯局限性，突破了兼容階段流和相位環(huán)控制結(jié)構(gòu)的信號(hào)控制優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了面向出行本質(zhì)的路徑級(jí)控制；創(chuàng)建融合信號(hào)控制的多場(chǎng)景路徑誘導(dǎo)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)路徑誘導(dǎo)策略與信號(hào)控制方案的集成優(yōu)化；自主研制云邊端集成的路徑級(jí)交通管控系統(tǒng)裝備，提供安全高效的“辨識(shí)-推演-管控”閉環(huán)解決方案。聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控能力由800個(gè)路口擴(kuò)展至5000個(gè)，誘導(dǎo)信息生成和發(fā)布總耗時(shí)不超過(guò)兩秒，較未調(diào)控情景節(jié)約出行時(shí)間10%以上。

/ 開(kāi)創(chuàng)交通信控一體化新前景/

項(xiàng)目授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利23項(xiàng)、軟件著作權(quán)18項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文36篇，制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)，形成自主化系列系統(tǒng)裝備。經(jīng)第三方評(píng)價(jià)認(rèn)為，總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中在多場(chǎng)景交通控制方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。項(xiàng)目成果已多方位應(yīng)用于雄安新區(qū)智能交通系統(tǒng)建設(shè)、北京冬奧會(huì)賽事交通組織、“一帶一路”沿線(xiàn)智能交通技術(shù)對(duì)外輸出中，支撐了國(guó)家重大工程實(shí)施。成果在江蘇南京、重慶等200多個(gè)城市，白俄羅斯、肯尼亞等“一帶一路”沿線(xiàn)國(guó)家，河北雄安新區(qū)、北京冬奧會(huì)等重大工程中進(jìn)行了應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益巨大，推廣應(yīng)用前景廣闊。成果應(yīng)用有力提升了城市交通智能化精準(zhǔn)化管控水平，有力保障了疫情防控和重大活動(dòng)期間道路交通安全高效運(yùn)行。

項(xiàng)目產(chǎn)品首創(chuàng)了基于車(chē)輛路徑重構(gòu)的全時(shí)空道路交通流溯源技術(shù)，提高了多場(chǎng)景下全時(shí)空交通狀態(tài)辨識(shí)精度，突破了數(shù)據(jù)與模型雙驅(qū)動(dòng)的路徑級(jí)管控效果推演技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了路網(wǎng)交通流多層級(jí)高精度動(dòng)態(tài)溯源和快速仿真推演，研制了出行誘導(dǎo)與信號(hào)控制一體化技術(shù)及系統(tǒng)裝備，實(shí)現(xiàn)了集信號(hào)控制與路徑誘導(dǎo)于一體的道路交通流路徑級(jí)精準(zhǔn)管控，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

應(yīng)用期間，支撐江蘇南京、浙江寧波成為全國(guó)暢通工程一等管理水平城市，支撐重慶科學(xué)實(shí)施戰(zhàn)疫情交通管控方案，保障北京冬奧會(huì)、南京青奧會(huì)、國(guó)家公祭日、馬拉松賽事等重大活動(dòng)成功舉辦，累計(jì)減排二氧化碳368.7萬(wàn)噸、一氧化碳2.5萬(wàn)噸、氮氧化合物1497.84噸、碳?xì)浠衔?496.4噸、PM顆粒112.34噸，環(huán)境效益顯著。

成果經(jīng)濟(jì)效益顯著

成果為各部門(mén)交通流態(tài)勢(shì)研判、信控方案評(píng)估提供決策支持

東南大學(xué)

東南大學(xué)是國(guó)家“985 工程”和“211 工程”重點(diǎn)建設(shè)的教育部直屬高校，入選世界一流大學(xué)建設(shè)A 類(lèi)高校名單，是我國(guó)交通運(yùn)輸系統(tǒng)和交通基礎(chǔ)設(shè)施人才培養(yǎng)的重要基地。交通運(yùn)輸工程學(xué)科在全國(guó)一級(jí)學(xué)科評(píng)估中連續(xù)并列第一（A+），連續(xù)入選教育部“雙一流”建設(shè)學(xué)科，2021 年軟科世界一流學(xué)科排名世界第一，入選首批江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科和江蘇高校品牌專(zhuān)業(yè)，擁有多個(gè)國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)和特色專(zhuān)業(yè)。近年來(lái)，交通學(xué)院緊密?chē)@交通強(qiáng)國(guó)重大戰(zhàn)略，在城市綜合交通系統(tǒng)的規(guī)劃、交通系統(tǒng)優(yōu)化、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、高等級(jí)道路及大跨徑橋梁鋪裝結(jié)構(gòu)與材料等方向一直保持著領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，涉及交通大數(shù)據(jù)分析、智能網(wǎng)聯(lián)交通、智能交通管理等新興領(lǐng)域。近20 年獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)和國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)15 項(xiàng)，省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)170 余項(xiàng)，獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)位居全國(guó)交通類(lèi)高校第一。

高德軟件有限公司

高德地圖是中國(guó)領(lǐng)先的數(shù)字地圖內(nèi)容、導(dǎo)航和位置服務(wù)解決方案提供商，擁有多個(gè)甲級(jí)測(cè)繪資質(zhì)，其優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)及其服務(wù)體系成為公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力。2014 年4 月，高德地圖正式與阿里巴巴集團(tuán)達(dá)成并購(gòu)協(xié)議，正式成為阿里巴巴集團(tuán)旗下企業(yè)。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，高德地圖覆蓋iOS 及Android 操作系統(tǒng)，并為蘋(píng)果公司提供在華地圖服務(wù)。在汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域，高德為大眾、奧迪、奔馳等國(guó)際著名汽車(chē)廠(chǎng)商提供優(yōu)質(zhì)的地圖數(shù)據(jù)、導(dǎo)航軟件和車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。在智慧交通領(lǐng)域，高德以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等前沿科技為基礎(chǔ)，依靠高德海量交通出行數(shù)據(jù)，結(jié)合行業(yè)著名專(zhuān)家學(xué)者智庫(kù)，精細(xì)化考量城市交通，打造一體化解決方案。

南京慧爾視智能科技有限公司

南京慧爾視智能科技有限公司，業(yè)務(wù)定位于智慧交通領(lǐng)域智能雷達(dá)的研發(fā)、生產(chǎn)及場(chǎng)景應(yīng)用推廣和服務(wù)，是國(guó)家認(rèn)定的高新技術(shù)企業(yè)，是江蘇省認(rèn)定的智能雷達(dá)工程技術(shù)研究中心，是江蘇省最具成長(zhǎng)型科技百?gòu)?qiáng)企業(yè)。公司肩負(fù)“交通更暢通，出行更安全”的企業(yè)使命，以解決交通痛點(diǎn)、亂點(diǎn)和難點(diǎn)為己任，聯(lián)合公安部門(mén)、交通部門(mén)及智能交通行業(yè)巨頭及渠道共建交通行業(yè)生態(tài)。目前，公司業(yè)務(wù)遍及全國(guó)20 多個(gè)省份，超過(guò)200 座城市。公司從事交通雷達(dá)業(yè)務(wù)10 余年，擁有超150人的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，先后推出“廣域雷達(dá)微波檢測(cè)器”“雷視融合微波檢測(cè)器”等多款業(yè)界創(chuàng)新產(chǎn)品，參與了國(guó)家“863”計(jì)劃、交通運(yùn)輸部和公安部等多項(xiàng)科技重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目建設(shè)。

南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司

南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“萊斯信息”）成立于 1988 年，是中國(guó)電子科技集團(tuán)公司的子公司之一。面向“交通強(qiáng)國(guó)”“數(shù)字經(jīng)濟(jì)”等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，重點(diǎn)布局道路交通、航空運(yùn)輸、智慧城市三大業(yè)務(wù)板塊，提供以指揮控制技術(shù)為核心的指揮信息系統(tǒng)整體解決方案和系列產(chǎn)品，服務(wù)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化建設(shè)。公司在智慧交通領(lǐng)域深耕近 40 年，從“七五”“八五”國(guó)家科技攻關(guān)開(kāi)始，率先解決城市道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)及核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的“卡脖子”難題，實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化從“0”到“1”的重大突破。目前，萊斯信息形成了以“城市交通大腦”為核心的智慧交通產(chǎn)品體系，覆蓋智慧交管、智慧交運(yùn)、智慧公路等多個(gè)領(lǐng)域。其中，交通信號(hào)控制系列產(chǎn)品獲得市場(chǎng)高度認(rèn)可，服務(wù)于國(guó)內(nèi)300 多個(gè)大中小城市及地區(qū)，超4 萬(wàn)個(gè)路口。憑借“品質(zhì)優(yōu)先、效率優(yōu)先、服務(wù)優(yōu)先”的經(jīng)營(yíng)理念，打造了北京、重慶、南京等多個(gè)超大特大城市的智慧交通精品工程。