利用新興技術(shù)優(yōu)化城市擁堵的策略研究

吳新霖

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程的深化，道路基礎(chǔ)設(shè)施的供應(yīng)和需求增長(zhǎng)的不匹配，形成了城市交通擁堵的主要原因。本文通過(guò)交通擁堵潮汐周期形成分析為例，基于現(xiàn)有GIS和ITS技術(shù)和未來(lái)智能車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展相結(jié)合，進(jìn)行定性預(yù)測(cè)分析。首先對(duì)交通擁堵形成的原因進(jìn)行梳理分析，然后通過(guò)利用GIS技術(shù)和車聯(lián)網(wǎng)對(duì)交通大數(shù)據(jù)的收集結(jié)合ITS系統(tǒng)基于人工智能建立整體的宏觀引導(dǎo)分配機(jī)制，消除駕駛?cè)藛T對(duì)道路狀況信息盲區(qū)以及信息獲取不對(duì)稱，借助ITS系統(tǒng)AI優(yōu)化駕駛?cè)顺鲂袥Q策，或者通過(guò)個(gè)人對(duì)交通路況信息的充分掌握為其提供更優(yōu)的出行決策依據(jù)，優(yōu)化駕駛行為。從而達(dá)到分流形成交通擁堵的交通流。緩解主干道和固定路段交通擁堵的情況。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng);信息不對(duì)稱;優(yōu)化決策;緩解擁堵

中圖分類號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程的深化，道路基礎(chǔ)設(shè)施的供應(yīng)和需求增長(zhǎng)的不匹配，形成了城市交通擁堵的主要原因。其中私家車擁有量的不斷增長(zhǎng)，多數(shù)城市老城區(qū)作為核心區(qū)域，承載著大量就業(yè)機(jī)會(huì)，形成交通流聚集的主要原因，同時(shí)核心區(qū)域道路難以拓寬改造等因素綜合，加劇了交通擁堵情況。本文通過(guò)新興技術(shù)的特點(diǎn)，分析現(xiàn)有擁堵因素提出優(yōu)化交通擁堵策略方法的其他思路。

1 城市交通擁堵形成因素分析

1.1 道路交通承載力與汽車擁有量增長(zhǎng)之間的矛盾

城市化進(jìn)程的深化，使越來(lái)越多的人進(jìn)入城市，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶動(dòng)了汽車消費(fèi)的增長(zhǎng)，個(gè)人汽車擁有量，從1991年的90.04萬(wàn)輛，到2011年的7 326.79萬(wàn)輛，[1]到2020年已達(dá)3.72億輛。而公路里程增長(zhǎng)量從2016年469.52萬(wàn)公里到2020年 519.81萬(wàn)公里，增長(zhǎng)率遠(yuǎn)低于汽車保有量的增長(zhǎng)率[2]。道路交通資源供給與行車需求的不匹配是導(dǎo)致城市交通擁堵的直接因素。

1.2 出行習(xí)慣與駕駛心理定勢(shì)

城市交通擁堵表現(xiàn)主要為潮汐式擁堵;個(gè)別固定路段常態(tài)化擁堵。此類擁堵具有規(guī)律性、周期性和常態(tài)化。通常因?yàn)轳{駛員出行習(xí)慣導(dǎo)致，走固定路線或熟悉路線，以符合心理上的最佳或者最短路線。導(dǎo)致大多數(shù)人會(huì)集中選擇類似或相同路線造成交通擁堵。形成潮汐性或線路固定性的特點(diǎn)。此類交通擁堵主要集中在主干道，是出行人因生活和工作出行需要而形成的，具有典型性[3]。

同時(shí)通過(guò)GIS統(tǒng)計(jì)分析，部分支路或者小路在潮汐擁堵時(shí)段通行車輛較少。但駕駛?cè)藛T難以獲取相關(guān)交通狀態(tài)信息。且基于試錯(cuò)成本較高的心理前提下，駕駛者難以決策嘗試不熟悉的新OD路線。

1.3 就業(yè)區(qū)域集中

大多數(shù)城市核心區(qū)域商業(yè)比較發(fā)達(dá)，集中了大量就業(yè)機(jī)會(huì)，同時(shí)居住區(qū)域分散，導(dǎo)致城市核心區(qū)域每日出行需求集中，造成交通流潮汐式定向集中流動(dòng)，形成擁堵。

1.4 出行交通工具選擇因素

雖然城市公共交通系統(tǒng)不斷完善，社會(huì)也鼓勵(lì)低碳出行充分利用公共交通系統(tǒng)，但基于個(gè)體行為習(xí)慣、信息不對(duì)稱、心理因素等多方面影響，對(duì)于擁有汽車的出行人，絕大多數(shù)情況下更愿意自己駕駛汽車并將其作為首選出行工具。這種情況，在出行人數(shù)相同的情況下，車流量的增加占用道路資源，遠(yuǎn)高于集中同乘時(shí)的情況，其集中選擇結(jié)果超過(guò)道路服務(wù)水平后，出現(xiàn)嚴(yán)重的道路服務(wù)水平驟降情況，也就是表現(xiàn)為交通擁堵。形成社會(huì)整體不經(jīng)濟(jì)。

1.5 基礎(chǔ)設(shè)施難以改造優(yōu)化

大多數(shù)城市的核心區(qū)域由老城區(qū)發(fā)展而來(lái)，周邊建筑早已建成，道路基礎(chǔ)設(shè)施沒(méi)有多余空間可以擴(kuò)展優(yōu)化，雖部分城市大力拓展地上或者地下空間，如部分城市新建高架橋，以及重慶渝中區(qū)地下環(huán)道。但這類改造受限于城市空間，其新建道路資源仍難以滿足汽車保有量增加帶來(lái)的對(duì)其需求增長(zhǎng)。

以上形成交通擁堵的因素分析，其主要表現(xiàn)形式在于出行人對(duì)道路交通狀態(tài)信息的掌握不及時(shí)、不對(duì)稱，以及因?yàn)樾畔⒉粚?duì)稱導(dǎo)致對(duì)其他出行人行為難以判斷預(yù)測(cè)，形成了對(duì)出行決策的一致性，造成的最終宏觀總體效益的不經(jīng)濟(jì)。因此，消除信息不對(duì)稱，建立宏觀綜合的交通引導(dǎo)分配體系，通過(guò)數(shù)據(jù)收集分析，結(jié)果結(jié)論預(yù)測(cè)，有助于個(gè)體在基于自身出行前提條件下，做出有利，效率更高的出行決策。提高社會(huì)整體效益。

2 優(yōu)化交通擁堵的思路

2.1 利用GIS獲取擁堵數(shù)據(jù)

交通部門可以通過(guò)GIS地理信息系統(tǒng)，對(duì)道路車流情況進(jìn)行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，可以明確的統(tǒng)計(jì)出城市擁堵發(fā)生的潮汐時(shí)間段，路段起始點(diǎn)，以及OD路段間無(wú)擁堵的其他路線情況。

通過(guò)大數(shù)據(jù)模擬計(jì)算，可以分析出其他OD路線的交通承載能力，以及不同交通流下通行可能的速度、所需的時(shí)間，其分析結(jié)論可以作為引導(dǎo)車流的決策依據(jù)。通過(guò)現(xiàn)代通信手段，反饋給駕駛?cè)?，使其主?dòng)分流到利用率較低的道路上。但這種信息的收集，分析和反饋，需要建立一套完善的系統(tǒng)和運(yùn)作機(jī)制。

2.2 發(fā)展車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立個(gè)體運(yùn)算節(jié)點(diǎn)

將車輛建立一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)，可以將車輛之間建立成為網(wǎng)絡(luò)，有助于車載人工智能的交流，實(shí)時(shí)獲取周邊車輛運(yùn)行情況，如數(shù)量、速度、方向、距離等。這也是目前智能無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展方向之一。同時(shí)結(jié)合車載人工智能終端，不僅可以實(shí)時(shí)同步其他車輛所探測(cè)數(shù)據(jù)，綜合判斷或者預(yù)估道路交通狀態(tài)，提醒駕駛?cè)烁淖凂{駛行為決策，而且可以將車聯(lián)網(wǎng)種所有在線車輛節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳到交通部門建立的統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，結(jié)合道路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)，以及GIS系統(tǒng)所搜集的交通數(shù)據(jù)，建立更高層次的綜合宏觀數(shù)據(jù)庫(kù)，為優(yōu)化交通管理引導(dǎo)分配機(jī)制提供準(zhǔn)確高效的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.3 結(jié)合利用ITS技術(shù)（智能交通信息系統(tǒng)）

ITS將信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)、自動(dòng)控制理論、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等，綜合運(yùn)用，將是結(jié)合GIS數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)建立優(yōu)化交通引導(dǎo)機(jī)制的最佳方案。未來(lái)將通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將每輛車連接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)車載人工智能系統(tǒng)和探測(cè)裝置所獲取的交通信息實(shí)時(shí)上傳到交通部門的ITS中心，結(jié)合GIS系統(tǒng)搜集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，完善交通數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)ITS建立的管理中心，分析所獲取數(shù)據(jù)，并將結(jié)果，由ITS系統(tǒng)的AI根據(jù)出行者的OD路線，駕駛習(xí)慣，通行時(shí)間段和基于大數(shù)據(jù)的結(jié)論，智能反饋分配駕駛?cè)说某鲂新肪€選擇，優(yōu)化引導(dǎo)駕駛者，避開(kāi)擁堵路線，將利用率較低的道路，綜合時(shí)間和通行能力的條件，告知提示駕駛?cè)?。此外，利用ITS技術(shù)建立車聯(lián)網(wǎng)綜合系統(tǒng)，將每個(gè)車輛作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，還可將周邊路況信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的同步反饋給駕駛?cè)撕蛙囕v，消除信息盲區(qū)，避免信息不對(duì)稱的情況下根據(jù)主觀意識(shí)相近，造成集體集中選擇，重新形成擁堵。

此外，交通信息壁壘的消除，還需要同等的實(shí)時(shí)反饋，避免大家做出類似的一致決策，同樣形成新的擁堵。

因此，建立ITS控制中心和車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通訊同步，并借助AI分析決策，有助于消除出行人信息不對(duì)稱，但同時(shí)還需根據(jù)模糊靈敏度、跟車時(shí)變滯后與交通擁堵的關(guān)系，建立設(shè)計(jì)合理的反饋控制器，將道路交通實(shí)時(shí)變化的信息，通過(guò)ITS反饋給出行者智能分配建議，幫助其做出更合理的出行決策，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)分流[4]。

目前結(jié)合ITS和車聯(lián)網(wǎng)的交通系統(tǒng)，還未完全普及，但隨著科技的應(yīng)用發(fā)展，尤其是自動(dòng)駕駛技術(shù)和輔助駕駛技術(shù)研究深入，必將在不久的未來(lái)成為車輛標(biāo)配。這種將整個(gè)交通系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的輔助技術(shù)，不僅有助于改善優(yōu)化城市交通擁堵?tīng)顩r，而且也能為出行者提供更佳的出行體驗(yàn)。

2.4 借鑒國(guó)外建立多乘員快速通道

除將交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，還可借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，基于現(xiàn)有快速路網(wǎng)設(shè)立HOV車道（High-Occupancy Vehicle Lane），該車道僅允許兩人或以上同乘車輛通行，鼓勵(lì)減少獨(dú)自開(kāi)車出行，間接減少出行高峰期交通流量。對(duì)于單人駕駛無(wú)其他乘員車輛進(jìn)入進(jìn)行罰款或其他處罰，確?？焖偻ǖ赖耐ㄐ行屎头?wù)水平[5]。

結(jié)合限行限號(hào)控流政策，鼓勵(lì)出行人主動(dòng)節(jié)約道路設(shè)施資源，不僅如此，還能間接減少能源消耗，降低社會(huì)總體出行成本。也符合社會(huì)可持續(xù)發(fā)展理念。

3 總結(jié)

現(xiàn)目前，城市交通擁堵的主要表現(xiàn)為主干道潮汐交通流過(guò)大，和固定路線交通流超載，拋開(kāi)車輛增長(zhǎng)和道路供給不匹配的供求關(guān)系大因素，其他微觀因素表現(xiàn)主要集中在出行人對(duì)道路狀況信息實(shí)時(shí)掌握的不對(duì)稱。造成駕駛?cè)穗y以進(jìn)行最優(yōu)的出行決策，而根據(jù)習(xí)慣集中選擇熟悉的或者認(rèn)為最短的路線。同時(shí)城市中存在的很多支路卻會(huì)在這種情況下面臨使用率低的情況。

因此，通過(guò)交通部門GIS地理信息系統(tǒng)和統(tǒng)一的車載通信協(xié)議形成的車聯(lián)網(wǎng)，建立實(shí)時(shí)的交通數(shù)據(jù)搜集前端，結(jié)合ITS技術(shù)將人工智能大數(shù)據(jù)分析建立整體的交通信息反饋系統(tǒng)，有助于消除駕駛?cè)撕蛙囕dAI對(duì)道路狀態(tài)實(shí)時(shí)信息掌握的不對(duì)稱盲區(qū)，優(yōu)化駕駛?cè)顺鲂羞x擇決策，分流擁堵路段交通流。緩解城市交通擁堵。同時(shí)也為未來(lái)自動(dòng)駕駛路徑選擇提供數(shù)據(jù)支撐。

此外，現(xiàn)目前可通過(guò)設(shè)立HOV車道提供有條件的高服務(wù)水平道路，鼓勵(lì)多個(gè)出行人同乘同一車輛，間接減少出行車流量，補(bǔ)充限號(hào)限行政策對(duì)車流量控制的局限性。提高資源利用率的同時(shí)，降低社會(huì)總體成本，有利于可持續(xù)經(jīng)濟(jì)體系的完善。

參考文獻(xiàn)：

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[5]搜狐汽車.對(duì)于HOV車道你了解多少呢[EB/OL].https：//www.sohu.com/a/308843908_120125716.2019-04-18.