車(chē)路協(xié)同環(huán)境下城市交通控制分析

摘要：隨著城市交通管制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在車(chē)路協(xié)同環(huán)境下收集道路信息可以進(jìn)一步對(duì)單點(diǎn)控制系統(tǒng)和綜合管理系統(tǒng)進(jìn)行研究。文章總結(jié)了在交通發(fā)展中車(chē)路協(xié)同聯(lián)動(dòng)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，介紹了車(chē)路協(xié)同的發(fā)展模式，并基于車(chē)輛數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)評(píng)估提出了具體的控制策略，以期推動(dòng)城市交通領(lǐng)域的突破和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：車(chē)路協(xié)同;城市交通控制;交通信息

中圖法分類號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Analysis of urban traffic control in vehicle-road collaboration environment

YU Lnghua

（StarSoft Group Ltd. ， Hangzhou 310000， China）

Abstract： With the development of urban traffic control network， collecting road information in avehicleroad collaborative environment can further study singlepoint control and comprehensivemanagement. This paper summarizes the opportunities and challenges of vehicleroad synergy intransportation development， points out the development mode of vehicleroad synergy， and proposesspecific control strategies based on real-time evaluation of vehicle data， in order to promotebreakthroughs and development in the field of urban transportation.

Key words： vehicleroad collaboration， urban traffic control， traffic information

1 引言

隨著人們生活水平的提高，私家車(chē)保有量逐年增加，交通日益擁堵。為解決城市交通擁堵問(wèn)題必須采用車(chē)路協(xié)同技術(shù)。該技術(shù)利用無(wú)線技術(shù)獲取城市道路車(chē)輛和道路信息，并通過(guò)傳感器整合車(chē)輛、人員、道路、設(shè)施和交通資源，以解決城市道路擁堵問(wèn)題。

2 車(chē)路協(xié)同環(huán)境下劃分區(qū)域交通子區(qū)

2.1 紅綠燈及其他信號(hào)燈

此前，交通信號(hào)燈主要對(duì)路口進(jìn)行控制，然而這種傳統(tǒng)而過(guò)時(shí)的方式并不能滿足城市日益增長(zhǎng)的交通需求。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市規(guī)模逐漸擴(kuò)大，城市十字路口之間的聯(lián)系更加緊密。由于最初對(duì)路口以及干線實(shí)行單點(diǎn)控制，因此根據(jù)市區(qū)路口與市區(qū)交通的比例可采用本地交通信號(hào)燈等交通信號(hào)控制方法。局部交通信號(hào)管理可以有效地提高城市交通信號(hào)的控制效率，改善交通擁堵?tīng)顩r，提高人口流動(dòng)效率[I]。

2.2 區(qū)域交通控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

區(qū)域交通控制系統(tǒng)主要采用集中控制結(jié)構(gòu)，將交通信號(hào)燈連接到一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)，并將該地區(qū)的所有十字路口連接到其中一個(gè)控制中心?？刂浦行目梢灾苯涌刂迫魏温房诘慕煌ㄐ盘?hào)。雖然該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、維護(hù)和保養(yǎng)較為簡(jiǎn)單，但由于控制系統(tǒng)需要同時(shí)處理大量數(shù)據(jù)，因此對(duì)通行車(chē)輛、存儲(chǔ)設(shè)備和處理器提出了很高的要求。

3 車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

3.1 感知車(chē)輛

在設(shè)計(jì)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)時(shí)需要盡可能多地檢測(cè)路況，并提出具體解決方案，為每個(gè)路段建立更安全的車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)，以解決交通擁堵問(wèn)題。認(rèn)知車(chē)輛是保障交通暢通的功能設(shè)計(jì)之一，其可以對(duì)車(chē)輛進(jìn)行系統(tǒng)定位和監(jiān)控，以實(shí)時(shí)識(shí)別車(chē)輛的行駛情況，從而全方位采集道路環(huán)境信息，確保無(wú)險(xiǎn)情。通過(guò)實(shí)時(shí)檢查車(chē)輛狀況并預(yù)測(cè)其對(duì)過(guò)往車(chē)輛速度和位置的影響，可以降低事故發(fā)生的概率。在車(chē)輛識(shí)別的基礎(chǔ)上對(duì)每輛車(chē)通過(guò)的道路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并預(yù)測(cè)不同地區(qū)道路的天氣情況，可以在惡劣天氣下及早封鎖道路，從而提高車(chē)輛的行駛效率，使其不干擾整個(gè)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。

3.2 運(yùn)輸信息的傳遞

實(shí)時(shí)傳輸、收集運(yùn)輸信息，并將其傳送到交通控制中心。在運(yùn)輸信息傳輸?shù)倪^(guò)程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集條件信息，可以確保所采取的措施能有效解決交通擁堵問(wèn)題。在運(yùn)輸信息傳輸中，車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)借助車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)觀察周邊道路，并借助信息處理計(jì)算機(jī)檢測(cè)交通問(wèn)題，再將信息及時(shí)傳送至控制中心，可以在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)不正常交通行為進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3.3 數(shù)據(jù)處理和智能決策

對(duì)運(yùn)輸信息進(jìn)行分類，可以做出合理決策。在發(fā)送各種異常流的數(shù)據(jù)后，計(jì)算機(jī)可以對(duì)各種異常信息進(jìn)行分類，即將相似問(wèn)題歸為一類，并根據(jù)不同的異常流處理數(shù)據(jù)，采取不同的智能化的解決方案。例如，當(dāng)個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)交通擁堵時(shí)，車(chē)載計(jì)算機(jī)便會(huì)把資料傳送至主控制中心，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分類，最后在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)合交通與天氣聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，力求優(yōu)化、完善解決方案，制定最有效的智能解決方案。由于不同車(chē)輛對(duì)應(yīng)不同的路段，各主控制中心可以采用不同的數(shù)據(jù)處理方案。因此，智能求解多種優(yōu)化方法可以確定方法的可行性，從而制定最有效的解決方案。

3.4 交通狀態(tài)顯示和交通異常預(yù)警

系統(tǒng)采用智能化方案解決異常道路情況并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保異常問(wèn)題得到解決。如果未完全解決異常問(wèn)題，計(jì)算機(jī)會(huì)直接將信息傳遞到主控中心并發(fā)出預(yù)警，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)向控制中心發(fā)送各種交通網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息。例如，車(chē)輛若在指定路線超速行駛系統(tǒng)便會(huì)登記、傳輸相關(guān)信息至主控制中心，并在地圖上顯示交通情況以及向該地區(qū)發(fā)出交通事故警告，以提示車(chē)主違法行為帶來(lái)的危害，從而保障道路安全。

3.5 信號(hào)管理和信息披露

在監(jiān)測(cè)交通的過(guò)程中，收集和處理交通區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生的各種異常情況，并在數(shù)據(jù)處理后計(jì)算異常情況發(fā)生的概率，可以有效降低異常情況發(fā)生的概率。當(dāng)交通出現(xiàn)擁堵時(shí)，主控制中心會(huì)向車(chē)載計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)，然后利用信號(hào)實(shí)時(shí)傳送信息。當(dāng)車(chē)輛出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)信號(hào)控制將資料傳送給計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)亦會(huì)將資料傳送給上級(jí)服務(wù)器，確保車(chē)輛信息的透明度，并指導(dǎo)其合理通行。在收集道路信息的過(guò)程中，利用信號(hào)控制將各類道路交通信息以信號(hào)形式傳輸給總控制中心，可以為城市道路交通安全提供保障。

4 城市道路交通監(jiān)管的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在車(chē)路協(xié)同的背景下，信息采集方式正從大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施投資，如傳感器線圈、視頻監(jiān)控、鋪設(shè)標(biāo)記等，進(jìn)入更密集的分布式交通信息無(wú)線采集，使處理系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用大幅度下降[2]。傳統(tǒng)的探測(cè)器只能從特定的位置或信號(hào)附近收集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，無(wú)法獲取路口、道路進(jìn)出口的交通需求，不能及時(shí)預(yù)測(cè)車(chē)輛到達(dá)路口的時(shí)間。而在車(chē)路協(xié)同的背景下，基于車(chē)對(duì)車(chē)和車(chē)對(duì)路的通信，可以全天候收集車(chē)內(nèi)信息，并提供更準(zhǔn)確地控制策略。此外，實(shí)時(shí)延誤數(shù)據(jù)、停機(jī)時(shí)間和油耗也可以作為實(shí)際交通管理績(jī)效指標(biāo)，使其超越現(xiàn)行交通管理評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用，更客觀地反映管理運(yùn)行的實(shí)際情況，以便有效解決交通管理評(píng)價(jià)模型局限性大、參數(shù)標(biāo)定不規(guī)范、缺乏規(guī)律性等問(wèn)題。主要變化取決于時(shí)間、地點(diǎn)、路線，這將給傳統(tǒng)交通理論和交通管理帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和徹底變革，縮短駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，大大提高交通安全水平，減少等待紅燈的時(shí)間，有效控制信號(hào)燈，從而為城市公共交通、應(yīng)急交通和VIP汽車(chē)運(yùn)輸提供便利。此外，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集提高了準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了交通管理與車(chē)輛控制和交通誘導(dǎo)的融合，大大提高了城市交通管理的智能化水平。

5 車(chē)路協(xié)同環(huán)境下城市交通控制

5.1 提高交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行效率

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)最初是針對(duì)安全問(wèn)題而建立的，重點(diǎn)是通過(guò)交通工具和通信手段克服“盲區(qū)”以及預(yù)防交通事故，有效確保道路安全。但隨著系統(tǒng)的不斷發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)，車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)在提高交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率方面也起著顯著作用。當(dāng)汽車(chē)相互連接時(shí)，駕駛員的反應(yīng)時(shí)間縮短，汽車(chē)之間的運(yùn)行距離增大，增加了交通安全強(qiáng)度，從而提高了通行效率。此外，車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)背景下的公路交通狀況數(shù)據(jù)采集可以顯著提高城市公路狀況預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，用實(shí)時(shí)通信手段取代傳統(tǒng)的固定位置檢測(cè)技術(shù)，提高道路信號(hào)控制器對(duì)車(chē)輛的響應(yīng)速度，控制車(chē)輛行駛的狀態(tài)，使交通信號(hào)燈的控制和協(xié)調(diào)更加準(zhǔn)確，特別是可以將主動(dòng)安全控制與交通信號(hào)燈相結(jié)合。在管理目標(biāo)方面，通過(guò)車(chē)路協(xié)同，逐步引入交通管理體系，從緊急救援、公交優(yōu)先開(kāi)始，進(jìn)一步以車(chē)輛、道路和人來(lái)實(shí)現(xiàn)慢行交通控制，整合各種交通工具，從而有效提高城市道路交通的控制水平。

5.2 通過(guò)數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)交通預(yù)測(cè)與預(yù)警

交通事故預(yù)測(cè)和預(yù)警功能也需要完善。這意味著可以匯集更多的數(shù)據(jù)，并用改進(jìn)的調(diào)查和判斷方法加以補(bǔ)充?；谒惴ā⒔煌芏阮A(yù)測(cè)、二次交通事故的解決、預(yù)警，在進(jìn)行分析后，提升至更高級(jí)別的分析。隨著數(shù)據(jù)日益豐富，對(duì)數(shù)據(jù)處理算法的要求越來(lái)越高，從中長(zhǎng)期來(lái)看，可以為數(shù)據(jù)中心建立一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)[3]，從而改進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率。此外，為了滿足日益增長(zhǎng)的算法需求，可以利用數(shù)據(jù)預(yù)處理算法、可視化數(shù)據(jù)處理組件等。該平臺(tái)包含許多數(shù)據(jù)分析組成部分，將擁有一個(gè)更好的共享機(jī)制，允許其他操作系統(tǒng)使用應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集功能為整個(gè)系統(tǒng)提供了足夠的數(shù)據(jù)，為了緩解交通擁堵，數(shù)據(jù)處理至關(guān)重要。為了查找交通擁堵問(wèn)題，需要利用數(shù)據(jù)分析規(guī)律，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)規(guī)律，對(duì)交通擁堵等慣性現(xiàn)象進(jìn)行初步驗(yàn)證和分析，從而進(jìn)行相應(yīng)的影響分析。不過(guò)，無(wú)論采用哪種手段，均需建立人工確認(rèn)機(jī)制，確認(rèn)方式可為周邊視頻圖像技術(shù)，從而保證調(diào)查結(jié)論的準(zhǔn)確性，并以此保證后續(xù)信息披露的有效性。

5.3 智能感知技術(shù)的應(yīng)用

基于控制中心的智能計(jì)算機(jī)，智能感知技術(shù)的得以有效應(yīng)用，以處理每一條道路上的數(shù)據(jù)，并利用信號(hào)燈控制每一輛車(chē)上的傳感器，以識(shí)別車(chē)輛和道路信息，并采取一系列措施。智能感知方法較多，首先是智能車(chē)輛傳輸技術(shù)，即通過(guò)在車(chē)輛上安裝傳感器，對(duì)照正常、合理的數(shù)據(jù)檢查車(chē)輛行駛情況，檢查車(chē)輛是否存在危險(xiǎn)。例如，如果車(chē)輛引擎的運(yùn)行速度明顯低于普通車(chē)輛引擎的運(yùn)行速度，該系統(tǒng)會(huì)及時(shí)處理相關(guān)資料，并通過(guò)信號(hào)控制系統(tǒng)將資料傳送給車(chē)主，提示將車(chē)輛行駛到安全的地方，并進(jìn)行維修以免發(fā)生交通事故。其次是智能路旁識(shí)別技術(shù)，即通過(guò)在路旁安裝傳感器和觀察圖像系統(tǒng)，在道路系統(tǒng)中實(shí)時(shí)記錄車(chē)輛行駛過(guò)程中出現(xiàn)的違規(guī)行為。將違規(guī)行為反饋到最近的公共中心后，如果道路被視頻系統(tǒng)所覆蓋，那么車(chē)輛以及相關(guān)違規(guī)行為將直接顯示在視頻中。

5.4 車(chē)路協(xié)同通信技術(shù)的應(yīng)用

公路交通網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分是利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)模式控制和信息傳輸。在通信技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，云計(jì)算機(jī)通過(guò)各種有效的網(wǎng)絡(luò)處理每一條道路的交通數(shù)據(jù)，分析每種運(yùn)輸方式的實(shí)時(shí)信息，從而計(jì)算和模擬每種運(yùn)輸方式對(duì)行程的影響，進(jìn)而有效提供交通運(yùn)輸信息。

6 車(chē)路協(xié)同環(huán)境下城市交通控制的未來(lái)發(fā)展

目前，解決城市交通問(wèn)題的有效方法之一是建設(shè)車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)，從而引發(fā)城市道路交通領(lǐng)域的新革命。傳統(tǒng)城市道路交通模式對(duì)城市發(fā)展具有重要意義，但其存在一定不足，包括信息采集不全面和交通預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確等。鑒于目前城市交通環(huán)境較為復(fù)雜，需要在新形勢(shì)下解決交通擁堵問(wèn)題，當(dāng)車(chē)路協(xié)同成為城市交通發(fā)展的主要趨勢(shì)時(shí)，需要更多地關(guān)注影響車(chē)路協(xié)同的岡素[4]。

在車(chē)路協(xié)同環(huán)境下，汽車(chē)與汽車(chē)相關(guān)信息的傳輸將改變駕駛員的交通行為特征，如路徑改變、反應(yīng)時(shí)間縮短等。因此，之后的研究重點(diǎn)是分析全日制乘客流量數(shù)據(jù)，以制定新的交通管理策略。利用公路通信系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，可以消除傳統(tǒng)道路交通中的諸多缺陷。通過(guò)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，基于主動(dòng)交通安全、交通管制、車(chē)輛能耗和排放等指標(biāo)，逐步實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)指標(biāo)的實(shí)時(shí)優(yōu)化。

7 結(jié)論

從城市發(fā)展的角度看，道路交通越來(lái)越擁堵，道路交通系統(tǒng)和城市環(huán)境發(fā)生了重大變化，面臨的任務(wù)隨之改變。因此，為了有效解決相關(guān)問(wèn)題，需要找到新的解決辦法。為了改進(jìn)和完善城市道路交通管理體系，必須構(gòu)建車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)，以加強(qiáng)對(duì)城市交通的控制。

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作者簡(jiǎn)介：

余靈華（1975-），本科，中級(jí)工程師，研究方向：車(chē)聯(lián)網(wǎng)。