城市智慧交通的內(nèi)涵及建設(shè)思路

郭朝陽(yáng)

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平快速提高和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市人口不斷增加，家庭汽車的擁有率也逐年增加，與此同時(shí)也給城市交通帶來(lái)了很多亟待解決的難題，如交通擁堵、交通安全、交通違法等。

近年來(lái)，國(guó)家實(shí)施交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，在政策、資金等方面給予交通大力支持，在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、交通管理運(yùn)營(yíng)體系建設(shè)等方面都加大投入，強(qiáng)調(diào)將智慧交通貫穿交通建設(shè)各階段全過(guò)程，旨在為公眾提供高效安全便捷的出行服務(wù)，本文著重探討智慧交通在城市交通的應(yīng)用方向。

1 城市交通擁堵的原因分析

1.1 城市功能布局不合理,職住分離現(xiàn)象突出

在中國(guó)城鎮(zhèn)化率超過(guò)50%的階段，中國(guó)正經(jīng)歷制度轉(zhuǎn)型和空間重構(gòu)的過(guò)程。城市用地的功能不斷改變，且受地租級(jí)差效應(yīng)的影響，大部分城市的職住空間往往出現(xiàn)兩種情況：一是在城市郊區(qū)建設(shè)以居住功能為主的新城，配備與市區(qū)聯(lián)系方便的交通基礎(chǔ)設(shè)施，使居民雖在新城居住生活，而仍在老城就業(yè)；二是城市郊區(qū)新建的工業(yè)園區(qū)或者開(kāi)發(fā)區(qū)提供了大量就業(yè)崗位，但忽略了生活服務(wù)設(shè)施的配置，居民依然居住在生活服務(wù)配套較完善的城市中心區(qū)；三是隨著城市交通系統(tǒng)和交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善以及交通出行方式的機(jī)動(dòng)化，居民的遠(yuǎn)距離出行已經(jīng)不是問(wèn)題，跨地域通勤日益增加，這些因素造成了城市職住分離現(xiàn)象的產(chǎn)生。

根據(jù)2015年全國(guó)50個(gè)城市交通調(diào)查報(bào)告顯示(見(jiàn)圖1)，城市居民的平均通勤時(shí)間為28 min，平均通勤距離為9.18 km，而北京、上海這樣的超大城市的平均通勤時(shí)間已超過(guò)50 min，平均通勤距離在19 km左右。另外，在這50個(gè)城市中，平均通勤距離大于10 km的城市居民占74%，僅有13個(gè)城市的居民平均通勤距離小于10 km。通勤距離較遠(yuǎn)導(dǎo)致了居民生活質(zhì)量下降、交通擁堵、空氣污染等問(wèn)題。

1.2 交通管理手段及需求管理缺少統(tǒng)籌

需統(tǒng)籌解決的交通需求管理問(wèn)題有：1)處理交通的供需問(wèn)題時(shí)，往往只注重解決交通供給問(wèn)題，在城市中建設(shè)了大量快速路、高架橋等，而忽視了解決交通需求問(wèn)題。2)缺少解決交通需求管理與設(shè)施供給的統(tǒng)籌方案。3)沒(méi)有協(xié)調(diào)好用地功能布局，以至于造成了過(guò)多的交通需求與無(wú)效的交通出行。

1.3 城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量日益增多

隨著我國(guó)城市化與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，汽車制造行業(yè)迅速發(fā)展，汽車成為我國(guó)居民出行的主要交通工具，在給居民出行帶來(lái)便利的同時(shí)也加劇了交通擁堵。加之近幾年，城市中電動(dòng)汽車的數(shù)量迅速增加，這為中老年人的出行提供了方便，但是同時(shí)使城市交通的擁堵進(jìn)一步加劇。今天，在中國(guó)任一城市的總體規(guī)劃中，都有大約30%的土地用作道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而且這1/3的土地并不包括停車設(shè)施的建設(shè)。雖然城市把1/3的土地用作建設(shè)道路基礎(chǔ)設(shè)施，修建了大量的快速路、高架橋等，但一味通過(guò)增加交通供給來(lái)迎合機(jī)動(dòng)車交通需求的做法，并沒(méi)有解決交通擁堵的問(wèn)題，反而使城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量進(jìn)一步增加，致使交通擁堵問(wèn)題更加嚴(yán)重。在中國(guó)各地市積極開(kāi)展智慧交通建設(shè)的契機(jī)下，我們必須拓展思路、調(diào)整目標(biāo)，綜合協(xié)調(diào)土地利用與交通系統(tǒng)間的關(guān)系，把城市建設(shè)得更加緊密，提高居民出行和貨物運(yùn)輸?shù)目蛇_(dá)性。

2 交通管理發(fā)展階段

第一階段：智力交通管理階段(19世紀(jì)初—20世紀(jì)60年代)。1918年，在紐約市，出現(xiàn)了一種由紅、黃、綠三種顏色組成的手動(dòng)信號(hào)燈，這是交通信號(hào)燈的雛形，第一次實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通的控制。1926年，英國(guó)發(fā)明了機(jī)械式交通信號(hào)燈，已經(jīng)可以按固定程序自動(dòng)控制紅綠燈切換，奠定了交通信號(hào)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)。1964年，首個(gè)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行交通信號(hào)控制的系統(tǒng)在加拿大誕生，標(biāo)志著交通控制系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)入新階段。第二階段：智能交通管理階段(20世紀(jì)60年代—2010年)。隨著城市化與工業(yè)化的發(fā)展，全球范圍內(nèi)迎來(lái)了汽車數(shù)量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，但同時(shí)，交通基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)落后、交通服務(wù)建設(shè)滯后以及公眾安全意識(shí)薄弱，交通擁堵日趨嚴(yán)重。為解決汽車數(shù)量激增帶來(lái)的問(wèn)題，1967年，美國(guó)聯(lián)邦公路局著手對(duì)電子路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究，隨后歐洲和日本也展開(kāi)了相關(guān)研究工作。智能交通是集成并運(yùn)用了傳感、衛(wèi)星定位、計(jì)算機(jī)控制及處理等技術(shù)的交通運(yùn)輸管理體系，對(duì)交通行為進(jìn)行引導(dǎo)與控制，來(lái)提高路網(wǎng)的通行能力，進(jìn)而解決交通擁堵的問(wèn)題，創(chuàng)造良好的交通運(yùn)輸環(huán)境。第三階段：智慧交通管理階段(2010年以后)。2010年，在IBM公司提出智慧城市的概念后，智慧交通開(kāi)始受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注，由于交通通暢對(duì)城市發(fā)展至關(guān)重要，所以智慧城市的建設(shè)首先應(yīng)關(guān)注智慧交通系統(tǒng)，而且現(xiàn)有的信息技術(shù)已能夠支撐智慧交通系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)信息采集、傳遞、分析、決策的集成應(yīng)用，將信息技術(shù)貫穿交通建設(shè)管理全過(guò)程，完善鐵路、公路、水路、民航、管道互聯(lián)互通的現(xiàn)代化交通運(yùn)輸網(wǎng)，加強(qiáng)人車路協(xié)同，使基礎(chǔ)設(shè)施、管理部門、服務(wù)對(duì)象信息集成動(dòng)態(tài)處理，實(shí)現(xiàn)全方位綜合化智慧交通目標(biāo)。本文著重論述解決城市道路交通擁堵的智慧交通建設(shè)。

3 城市智慧交通的內(nèi)涵

隨著智慧城市建設(shè)進(jìn)入實(shí)踐階段，智慧交通也開(kāi)始在實(shí)踐中探索和發(fā)展，但目前專家學(xué)者和政府對(duì)于智慧交通內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)還不充分，只是單純地將智慧交通看作是各種新技術(shù)、新科技的集成系統(tǒng)，看作是智能交通的技術(shù)升級(jí)，實(shí)際上二者有著本質(zhì)區(qū)別。智慧交通和智能交通均是將傳感、信息、定位、工業(yè)4.0、新硬件等多種先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用在道路交通方面的系統(tǒng)，兩者在關(guān)鍵技術(shù)、建設(shè)內(nèi)容和應(yīng)用目標(biāo)等方面包含較多共同部分。但是智慧交通是智能交通的升華，不單純是利用先進(jìn)技術(shù)對(duì)交通行為進(jìn)行控制的管理智能化；而是要“智慧化”地找出造成交通擁堵的根源，在擁堵產(chǎn)生的源頭上解決好交通供需的矛盾，促使城市可達(dá)性空間結(jié)構(gòu)與城市日?；顒?dòng)空間相匹配。城市的交通系統(tǒng)就是改變不同空間區(qū)域的可達(dá)性，從而使生活和工作在城市不同空間區(qū)域中的居民，能便利地參與到社會(huì)之中；城市的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，主要是指城市的交通系統(tǒng)與公共服務(wù)設(shè)施分布之間的關(guān)系；城市日?；顒?dòng)空間結(jié)構(gòu)由居民的日?；顒?dòng)空間組成，是城市社會(huì)空間的基礎(chǔ)。

綜上，本文認(rèn)為城市智慧交通的內(nèi)涵是：將通信傳感技術(shù)、大數(shù)據(jù)運(yùn)算等先進(jìn)技術(shù)有效整合并運(yùn)用于城市交通體系，綜合運(yùn)用交通科學(xué)、人工智能和知識(shí)挖掘等理論與工具，通過(guò)科學(xué)決策使路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與用地結(jié)構(gòu)合理分布，解決交通供需結(jié)構(gòu)性失衡的問(wèn)題；通過(guò)新技術(shù)運(yùn)用使各種交通運(yùn)輸方式協(xié)調(diào)運(yùn)行，解決交通供需耦合性失衡的問(wèn)題。

4 城市智慧交通建設(shè)思路

智慧的詞義是一種高級(jí)的綜合能力，包含感知、記憶、分析、決策等能力。必須明確數(shù)據(jù)只是后臺(tái)技術(shù)問(wèn)題，并不是智慧交通面臨的核心難點(diǎn)，智慧交通應(yīng)該收集足夠的信息，進(jìn)行科學(xué)的分析，然后使交通規(guī)劃做出正確的、成功的決策，使道路運(yùn)行通暢，真正發(fā)揮“智慧”。

4.1 智慧地解決交通結(jié)構(gòu)性失衡

交通的結(jié)構(gòu)性失衡是造成城市交通擁堵的主要原因之一，城市土地利用與道路系統(tǒng)的不匹配會(huì)直接造成城市交通的結(jié)構(gòu)性失衡，比如城市路網(wǎng)的規(guī)劃布局沒(méi)有充分考慮城市形態(tài)和人口空間分布等因素，規(guī)劃城市結(jié)構(gòu)時(shí)沒(méi)有考慮交通瓶頸的制約等。不同于大部分發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的城鎮(zhèn)化率還在持續(xù)增長(zhǎng)，在人口不斷涌入城市的背景下，有限的土地資源與無(wú)限的交通需求之間的矛盾顯得尤為突出，這是我國(guó)城市化過(guò)程中“不平衡不充分”的突出問(wèn)題，需要得到重視與妥善解決。在此背景下，僅僅依靠大量建設(shè)交通基礎(chǔ)設(shè)施顯然是缺少思考、不正確的做法，單純依靠管理手段進(jìn)行需求管控也不能起到太大作用。城市交通管理必須在交通供需產(chǎn)生時(shí)就處理好兩者關(guān)系，避免城市可達(dá)性空間結(jié)構(gòu)與城市日?；顒?dòng)空間的矛盾，使土地利用與道路系統(tǒng)同步規(guī)劃、統(tǒng)籌考慮。傳統(tǒng)的交通規(guī)劃理念是通過(guò)完善道路交通體系以迎合機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增加，從而緩解交通擁堵問(wèn)題，但現(xiàn)實(shí)是道路容量的增長(zhǎng)永遠(yuǎn)滿足不了交通需求的增長(zhǎng)，因此在建設(shè)智慧交通體系時(shí)，我們必須擯棄傳統(tǒng)的交通規(guī)劃理念，不應(yīng)該只注重提高機(jī)動(dòng)車的機(jī)動(dòng)性，而應(yīng)該把提高居民出行的便利程度和提高貨物運(yùn)輸?shù)目蛇_(dá)性作為交通規(guī)劃的首要目標(biāo)?？蛇_(dá)性代表著出行的難易程度，交通可達(dá)性的提高，從側(cè)面反映了居民生活水平的提高以及城市未來(lái)發(fā)展動(dòng)力的提高。提高可達(dá)性必須綜合協(xié)調(diào)土地利用與路網(wǎng)布局間的關(guān)系，通過(guò)交通系統(tǒng)的規(guī)劃盡可能縮短出發(fā)地與目的地間的空間距離。在規(guī)劃體系轉(zhuǎn)型的時(shí)代背景下，本文建議政府在編制交通規(guī)劃時(shí)，首先要對(duì)城市的人口、經(jīng)濟(jì)、政治、自然等發(fā)展因素進(jìn)行充分研究，初步確定城市交通供需的規(guī)模；在對(duì)城市自然與社會(huì)條件評(píng)估的基礎(chǔ)上，編制國(guó)土空間規(guī)劃決定土地利用、城市結(jié)構(gòu)、人口以及就業(yè)崗位的分布，在宏觀上確定城市交通的主要流向與流量，調(diào)控城市總體的交通需求。接著，在微觀層面堅(jiān)持“TOD”的發(fā)展理念，以公共交通的站點(diǎn)為核心，提高站點(diǎn)周圍用地的多樣性以及完整性，采取高開(kāi)發(fā)強(qiáng)度、高混合性的土地開(kāi)發(fā)模式，為實(shí)現(xiàn)就地職住平衡奠定基礎(chǔ)，從而在源頭上控制交通需求，從本源上防止交通擁堵產(chǎn)生。

4.2 智慧地解決交通耦合性失衡

智慧交通正成為城市交通系統(tǒng)發(fā)展的方向，智慧交通管理模式運(yùn)用現(xiàn)代科技對(duì)交通進(jìn)行治理，改變了城市交通供需系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)主體只關(guān)注自身運(yùn)作的傳統(tǒng)模式，使各個(gè)主體的功能結(jié)構(gòu)與運(yùn)作機(jī)制能夠協(xié)同合作，協(xié)調(diào)了城市交通供給與需求的矛盾，提高了交通系統(tǒng)運(yùn)行效率。

4.2.1 智慧感知信息共享

充足的數(shù)據(jù)是智慧交通系統(tǒng)所必需的，所以智慧交通的建設(shè)需要一張全信息動(dòng)態(tài)感知網(wǎng)，使感應(yīng)線圈和監(jiān)控視頻等傳統(tǒng)交通信息采集設(shè)備，與物聯(lián)網(wǎng)終端和車聯(lián)網(wǎng)終端等新型交通信息采集設(shè)備相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)城市道路全覆蓋乃至市際共享。這就要求建立“智慧路段+智慧交叉口”的新型智慧道路感知體系。

1)智慧路段(見(jiàn)圖2)，以智慧路燈、智慧路帖為載體，實(shí)現(xiàn)車流量監(jiān)測(cè)、車輛軌跡跟蹤、行人過(guò)街警示、交通信息發(fā)布等功能為一體，全面告知道路運(yùn)行狀況。2)智慧交叉口(見(jiàn)圖3)，以智慧信號(hào)燈為載體，主動(dòng)集成和整合道路內(nèi)跨行業(yè)交通設(shè)施，通過(guò)前端邊緣計(jì)算與后臺(tái)集成管控，實(shí)現(xiàn)以智慧交叉口為單元的公交優(yōu)先控制，實(shí)現(xiàn)綠波交通。

4.2.2 智慧精準(zhǔn)決策

智慧決策體系是智慧交通的中央處理器，可以全面感知交通運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)交通發(fā)展態(tài)勢(shì)，對(duì)可能發(fā)生的交通事故事件預(yù)警以及輔助做出決策：

1)基于在線仿真模型，實(shí)時(shí)推演各種復(fù)雜交通條件下道路交通運(yùn)行狀況。通過(guò)在線仿真模型推演，對(duì)宏觀區(qū)域內(nèi)交通運(yùn)行狀況及交通走廊、節(jié)點(diǎn)交通流狀況整體了解。根據(jù)車流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及大數(shù)據(jù)資源，實(shí)時(shí)推演道路交通運(yùn)行狀況，預(yù)測(cè)道路交通狀況變化趨勢(shì)。既可實(shí)現(xiàn)區(qū)域交通聯(lián)控，又可在優(yōu)化信號(hào)配比、方案評(píng)價(jià)與優(yōu)選、交通改善方案評(píng)價(jià)等方面精準(zhǔn)決策，全面提高交通管理和決策水平，實(shí)現(xiàn)道路高效、有序運(yùn)行。2)基于交通事故推演模型，全面降低突發(fā)交通事件的負(fù)面影響。通過(guò)實(shí)時(shí)在線推演模擬交通事故，在發(fā)生交通事故后，即時(shí)生成交通應(yīng)急方案，迅速、智能化部署警力，最大限度降低事故造成的負(fù)面影響。

4.2.3 智慧整合運(yùn)營(yíng)

智慧運(yùn)營(yíng)是要加快整個(gè)交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)速度，通過(guò)建設(shè)城市交通耦合系統(tǒng)，提升城市交通系統(tǒng)的整體功能，主要減少居民乘坐交通系統(tǒng)的等候時(shí)間和換乘時(shí)間，提供出行選擇。城市交通耦合系統(tǒng)是城市交通供給系統(tǒng)、交通需求系統(tǒng)以及智慧交通的智慧決策體系三者的耦合，能夠?qū)Φ缆方煌ㄙY源進(jìn)行充分整合，對(duì)各個(gè)交通子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大化利用，保障城市交通系統(tǒng)健康高效的發(fā)展。

4.2.4 智慧服務(wù)綠色出行

智慧交通的最終成果會(huì)體現(xiàn)在它的綜合服務(wù)能力上，智慧服務(wù)體系可以和交通服務(wù)供應(yīng)商一起打造一個(gè)整合不同交通方式和出行服務(wù)的平臺(tái)，根據(jù)不同居民的出行需求，為他們量身打造個(gè)性化的出行服務(wù)。

這個(gè)出行服務(wù)平臺(tái)可依托于智慧交通的強(qiáng)大技術(shù)后臺(tái)，綜合處理各種數(shù)據(jù)，對(duì)交通需求的管理采取主動(dòng)管理的思維，把整個(gè)城市交通系統(tǒng)作為一個(gè)整體，提供舒適和快速便捷的出行服務(wù)，并且全部出行只需進(jìn)行一次支付。這有助于提升出行服務(wù)品質(zhì)，促使更多的居民采用綠色出行的方式，使整個(gè)城市交通體系運(yùn)行順暢，緩解交通擁堵。

5 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)持續(xù)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的大背景下，開(kāi)展智慧交通建設(shè)來(lái)解決城市擴(kuò)張帶來(lái)的交通擁堵問(wèn)題勢(shì)在必行。智慧交通的建設(shè)和發(fā)展必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的交通規(guī)劃思路，要體現(xiàn)以人為本的交通發(fā)展理念，不僅將“智慧”體現(xiàn)在新技術(shù)的開(kāi)發(fā)運(yùn)用上，更多地要從根本上解決交通供需矛盾，處理好城市可達(dá)性空間結(jié)構(gòu)與城市日?；顒?dòng)空間之間的關(guān)系，使土地利用與道路系統(tǒng)相平衡，最大化利用各種交通資源，改善人民出行體驗(yàn)；通過(guò)工業(yè)化與信息化的融合、體制機(jī)制的保障，我國(guó)智慧城市智慧交通建設(shè)一定能夠走出一條滿足人民群眾對(duì)美好生活新需要、適合中國(guó)國(guó)情的發(fā)展之路。