城市交通大腦賦能智慧交通管理

張娜

摘要：近年來，我國的智能化建設(shè)的發(fā)展迅速，智能交通系統(tǒng)是緩解城市交通擁堵，提升城市交通治理能力的重要手段之一。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)的快速發(fā)展，為城市交通智能治理提供了重要的支撐。人工智能技術(shù)在處理復(fù)雜高維非線性的城市交通系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。特別是在城市交通流預(yù)測、交通信號控制，以及智能決策支持等方面表現(xiàn)出重要的優(yōu)勢。本文針對城市交通系統(tǒng)特性，研發(fā)了基于模式匹配的深度學(xué)習(xí)交通流預(yù)測技術(shù)、基于環(huán)結(jié)構(gòu)約束的深度強化學(xué)習(xí)信號優(yōu)化控制技術(shù)，以及基于系統(tǒng)動力學(xué)的城市交通智能決策支持系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：城市交通;大腦賦能;智慧交通管理

引言

新基建對交通運輸行業(yè)而言，本質(zhì)是利用數(shù)字化、智能化技術(shù)改變傳統(tǒng)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字信息技術(shù)，將智能的交通智慧化。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)與交通運輸行業(yè)的深度融合，給行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇：自動駕駛、車路協(xié)同、共享交通等，民眾生活的智慧水平不斷攀升。無論是新基建還是交通強國，在世界范圍的科技變革中，信息技術(shù)都成為不可或缺的部分。

1基于環(huán)結(jié)構(gòu)約束的深度強化學(xué)習(xí)信號優(yōu)化控制

城市交通信號優(yōu)化控制是城市交通智能管控的核心問題，也是一個經(jīng)典的非線性決策問題，非常適合采用強化學(xué)習(xí)方法進行建模。傳統(tǒng)強化學(xué)習(xí)技術(shù)采用人工預(yù)先設(shè)定、涵蓋有限狀態(tài)空間的價值函數(shù)，無法應(yīng)對交通狀態(tài)的短時隨機溢界問題，嚴重制約了方案的執(zhí)行效果。深度強化學(xué)習(xí)則可以將原始狀態(tài)數(shù)據(jù)直接輸入至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以獲取價值函數(shù)值，可實現(xiàn)對“狀態(tài)-動作”端對端關(guān)系的充分挖掘，很好地彌補了傳統(tǒng)強化學(xué)習(xí)技術(shù)的缺陷，因此深度強化學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)是當前交通信號優(yōu)化控制領(lǐng)域的研究重點。由于多路口交通流之間存在著交互影響，為提升區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)層面的交通流運行效率，需要實行多路口協(xié)同控制策略。協(xié)同策略的早期思路是匯集節(jié)點狀態(tài)，構(gòu)造區(qū)域共享狀態(tài)空間，并依據(jù)共享空間由獨立智能體完成多路口信號方案的同步優(yōu)化。該思路結(jié)構(gòu)簡單、易于實施，但全局最優(yōu)性難以保證，且算力需求隨路口數(shù)量增加呈爆炸式增長，無法滿足大規(guī)模區(qū)域信號優(yōu)化的需求?；诖?，后續(xù)研究普遍采用“分層優(yōu)化、中心交互”的方式完成區(qū)域協(xié)作，其核心理念是：控制體系由中心智能體和多個子智能體組成，中心智能體匯聚子智能體數(shù)據(jù)（如排隊長度、延誤時間等），測算固定時段的累計獎勵，進而從宏觀層面對子智能體網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行評判與優(yōu)化，提升區(qū)域信號控制的全局最優(yōu)性。然而，這種理念下，很多方法僅存在正向反饋，使得不良方案更新速度慢，動作趨優(yōu)時間長，甚至無法收斂。為此，后續(xù)研究引入正負評價概念，通過負反饋減少不良動作的選擇概率，使得評價對動作的優(yōu)化效果顯著提升。針對當前深度強化學(xué)習(xí)方法中存在的忽略狀態(tài)

2我國智慧交通發(fā)展現(xiàn)狀

從20世紀90年代中期開始，我國就進行了關(guān)于智能交通系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略、體系框架、標準體系等方面的研究。其中，智能交通關(guān)鍵技術(shù)還進行了專項攻關(guān)和試點示范。2013年，交通運輸部提出了“綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通”的發(fā)展理念。2017年，黨的十九大報告中首次明確提出“交通強國”發(fā)展戰(zhàn)略。2019年，中共中央、國務(wù)院正式印發(fā)《交通強國建設(shè)綱要》，為智慧交通的發(fā)展指明了方向：“大力發(fā)展智慧交通。推動大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級計算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合。推進數(shù)據(jù)資源賦能交通發(fā)展，加速交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、運輸服務(wù)網(wǎng)、能源網(wǎng)與信息網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展，構(gòu)建泛在先進的交通信息基礎(chǔ)設(shè)施?！?019年，《推進綜合交通運輸大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要（2020—2025年）》明確，到2025年，綜合交通運輸大數(shù)據(jù)標準體系更加完善，基礎(chǔ)設(shè)施、運載工具等成規(guī)模、成體系的大數(shù)據(jù)集基本建成。2020年，《關(guān)于推動交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》提出，到2035年，交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得顯著成效。先進信息技術(shù)深度賦能交通基礎(chǔ)設(shè)施，精準感知、精確分析、精細管理和精心服務(wù)能力全面提升，成為加快建設(shè)交通強國的有力支撐。泛在感知設(shè)施、先進傳輸網(wǎng)絡(luò)、北斗時空服務(wù)在交通運輸行業(yè)深度覆蓋，行業(yè)數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)安全體系基本建立，智能列車、自動駕駛汽車、智能船舶等逐步應(yīng)用。

3區(qū)塊鏈與交通融合應(yīng)用

3.1個人交通出行服務(wù)

近年來網(wǎng)約車出行頻繁爆出拒載、繞路、劫持等問題，讓一些客戶對網(wǎng)約車的服務(wù)質(zhì)量難以接受，對人身安全擔憂。通過區(qū)塊鏈技術(shù)，可以對司乘人員及車輛最初注冊的信息掌握了解到人員及車輛的信息，后臺數(shù)據(jù)將會通過對比人與車的信息來確保安全問題，同時結(jié)合定位信息及車輛行車軌跡數(shù)據(jù)，可以判斷出車輛的行車路線是否選擇最優(yōu)的路線，通過區(qū)塊鏈技術(shù)我們掌握從最開始上車一直到達目的的全過程信息。同時，我們考慮應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，解決單人乘車時行程信息對家人異地不透明這一本質(zhì)問題，實現(xiàn)車輛行程和司機履歷的可追溯，可以實時獲取車輛信息及具體位置。在區(qū)塊鏈技術(shù)中，由于每個區(qū)塊的信息均不可被修改或消除，不可篡改性保證了信息的可靠，確保司機信息及車輛信息均未合法準確，否則未能通過審核注冊成功。同時，對司機的從業(yè)表現(xiàn)評估及評價積分及良好車況信息進行記錄標記，建立資信聯(lián)盟，保障乘客安全便捷出行。

3.2車輛道路高效管理

城市交通的管理，是城市治理的基本要求。城市交通主要由市民、車輛及道路構(gòu)成，如何使市民的出現(xiàn)規(guī)范，車輛來往有序，道路規(guī)劃科學(xué)，這是對城市交通管理的有效有段。針對該問題，可以利用區(qū)塊鏈技術(shù)，構(gòu)建系統(tǒng)的頂層智能管理平臺，將市民出行、車輛及道路等數(shù)據(jù)匯聚起來，進行科學(xué)分析規(guī)劃，建立人與車、人與路、車與路的分布式數(shù)據(jù)庫，以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)，建立區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫，及時、準確、詳細的掌握各領(lǐng)域各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，通過匯聚的大數(shù)據(jù)進行分析研判，在不同環(huán)節(jié)相互供需間提供更加科學(xué)、可靠的策略。城市道路的有序暢通，是促進城市發(fā)展的根本保障。擁堵的城市道路，是目前城市治理的最頭疼的課題之一。區(qū)塊鏈技術(shù)可以增加交通領(lǐng)域的監(jiān)控系統(tǒng)的兼容性，將人、車、路及環(huán)境歸為交通治理的整體，通過區(qū)塊鏈技術(shù)搭建的平臺，采集個人出行、車輛行駛、道路規(guī)劃等綜合信息，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，建立道路區(qū)塊信息，市民出行區(qū)塊數(shù)據(jù)，以及車流量信息區(qū)塊，實現(xiàn)各區(qū)塊數(shù)據(jù)的共享，可以實時掌握道路人流量和車輛量及道路的具體情況，通過各區(qū)塊的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)各道路的實時情況，統(tǒng)籌城市交通信號進行精準分析，對人與車進行引導(dǎo)分流，減輕擁堵路段的人流量和車流量。完成城市點、線、面交通路段信號的協(xié)調(diào)控制，在政策法規(guī)的保障下，可以起到約束人車路的規(guī)范有序，有效提高城市交通管理的能力。

結(jié)語

總而言之，隨著智慧城市建設(shè)的持續(xù)推進，未來物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)必然會在智能城市中得到更多的應(yīng)用，而要想保證物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用的有效性，取得理想的智慧城市建設(shè)成果，則需要不斷加強對網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)、射頻識別技術(shù)、云計算技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)手段的研究，同時把握好物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)、智慧醫(yī)療建設(shè)、智慧交通建設(shè)、智慧環(huán)保建設(shè)、智慧養(yǎng)老建設(shè)等方面的應(yīng)用要點。

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