蘇州高速公路、普通公路和城市快速路交通流引導(dǎo)均衡化研究

陳飛 遲福源 高曉楓 余婷 戈悅淳

摘要 隨著區(qū)域間的聯(lián)系越發(fā)緊密，跨區(qū)出行需求的日益增長，高速公路、普通公路、城市快速路的擁堵程度日益嚴(yán)重。針對以上問題，文章擬圍繞路網(wǎng)流量均衡，制定“感知—研判—指引”體系的信息化技術(shù)方案，以提升高速公路、普通公路和城市快速路的網(wǎng)絡(luò)感知能力，提高路網(wǎng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性，為出行者提供更科學(xué)的出行指引和綜合服務(wù)，提升出行體驗(yàn)感。最后，以蘇州城區(qū)收費(fèi)站作為示范案例，簡述如何實(shí)行路網(wǎng)均衡流量信息化方案。

關(guān)鍵詞 流量均衡；信息化技術(shù)；出行體驗(yàn)感

中圖分類號 U491.13文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0026-03

0 引言

長三角一體化發(fā)展、上海都市圈融合等戰(zhàn)略的實(shí)施，蘇州作為區(qū)域樞紐城市的地位凸顯。一方面，過境、跨區(qū)等長距離出行需求增加，需要高速公路、普通公路和城市快速路等各級路網(wǎng)之間緊密銜接，構(gòu)建起完善的路網(wǎng)體系。另一方面，蘇州市機(jī)動(dòng)車保有量全國排名第四，交通擁堵呈現(xiàn)緩慢增長趨勢，而高速公路、普通公路和城市快速路是目前交通擁堵較為集中的區(qū)域[1]。基于此，該文從信息化技術(shù)方面，深入研究高速公路、普通公路和城市快速路三級路網(wǎng)交通運(yùn)行特征和時(shí)空分布特性，精準(zhǔn)識別車流時(shí)空不均衡分布的特點(diǎn)，提出多層次路網(wǎng)流量均衡方案，制定路網(wǎng)流量均衡的整體對策，給出“感知—研判—指引”體系的詳細(xì)方案，為下一步落地提供實(shí)施方案和路徑。

1 路網(wǎng)均衡流量信息化技術(shù)方案研究

1.1 技術(shù)路線

圍繞“感知－研判－指引”的業(yè)務(wù)邏輯來制定路網(wǎng)均衡流量的信息化技術(shù)方案，技術(shù)路線如圖1所示。

在感知層面，在擁堵路段增加信息化設(shè)備，如定點(diǎn)布置激光雷達(dá)、高清攝像機(jī)、邊緣計(jì)算單元、視頻流量檢測器等設(shè)備，提高路段感知能力。

在研判層面，構(gòu)建大數(shù)據(jù)決策平臺(tái)，統(tǒng)一處理感知層的檢測信息，進(jìn)而生成實(shí)時(shí)的路段狀態(tài)檢測結(jié)果。

在指引層面，結(jié)合其他交通信息，經(jīng)過篩選、匹配、融合與信息挖掘處理之后，生成可以應(yīng)用的交通誘導(dǎo)服務(wù)信息，并實(shí)時(shí)發(fā)布。

1.2 一體化綜合監(jiān)測

制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)高速沿線高點(diǎn)視頻、高清卡口、激光雷達(dá)、氣象監(jiān)測、物聯(lián)傳感等設(shè)備的接入，深度集成機(jī)器視覺AI技術(shù)，對異常交通流、交通事件、道路異常狀況等進(jìn)行主動(dòng)準(zhǔn)確識別。通過融合重點(diǎn)車輛GPS數(shù)據(jù)、手機(jī)信令數(shù)據(jù)、收費(fèi)站運(yùn)營數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對高速公路的路網(wǎng)運(yùn)行、預(yù)警事件、重點(diǎn)車輛、重點(diǎn)區(qū)域、環(huán)境氣象等一體化綜合監(jiān)測。同時(shí)，通過交通實(shí)時(shí)仿真及基于多源數(shù)據(jù)（天氣、城市交通、事故等）影響的交通預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)多種場景下的交通狀態(tài)發(fā)展趨勢的精準(zhǔn)預(yù)判。

1.2.1 交通感知體系

構(gòu)建交通感知體系，對交通流、交通事件、道路運(yùn)行狀況等進(jìn)行主動(dòng)準(zhǔn)確識別，實(shí)現(xiàn)交通感知體系全覆蓋，并結(jié)合充分利舊的原則，實(shí)行桿件合一和設(shè)備合一。

結(jié)合其他城市現(xiàn)有的示范項(xiàng)目，激光雷達(dá)和高清攝像機(jī)是感知層面最重要的設(shè)備。一般城市都選擇將兩者配合起來使用，以攝像機(jī)為主，雷達(dá)輔助。一般情況下，高清攝像機(jī)的布置距離為200 m左右，而雷達(dá)則根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。如果僅僅用于對關(guān)鍵瓶頸的監(jiān)控時(shí)，雷達(dá)的布置距離一般為300～400 m；如果需要采集高精度的車輛軌跡信息、車牌信息等，則根據(jù)情況適當(dāng)加密雷達(dá)[2]。根據(jù)蘇州市實(shí)際情況，建議采用雷視一體微波檢測器和高位監(jiān)控智能球機(jī)。

1.2.2 交通事件快速檢測

交通事故、車輛拋錨、追尾、車輛違規(guī)停車、應(yīng)急車道的占用、大型貨物的掉落等交通事件除了本身會(huì)引起人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)影響車流正常通行，阻塞車道，造成高速公路上的通行瓶頸，甚至?xí)T發(fā)二次事故，造成更大的人員傷亡、貨物損失和設(shè)備損毀。目前事件檢測以攝像機(jī)為主，性能差、準(zhǔn)確率低、覆蓋率低，管理上自動(dòng)化和智能化程度不高，事件發(fā)現(xiàn)的時(shí)效性低。

交通事件快速檢測的目標(biāo)是重點(diǎn)路段事件檢測水平的提高。利用全球領(lǐng)先的綜合事件檢測技術(shù)，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)檢測主線及匝道發(fā)生的交通事故、異常停車、車輛逆行、道路遺撒等事件，同步完善事件應(yīng)急處置預(yù)案，聯(lián)動(dòng)聯(lián)勤救援排障，及時(shí)處理交通事件，提高行車安全，方便市民出行，最終實(shí)現(xiàn)擁堵檢測精度大于98%，事故和其他事件檢測精度大于95%，交通事件發(fā)生量減少10%以上。

1.3 主動(dòng)式精細(xì)管控

1.3.1 主線車道級管控

由于車流量過高、突發(fā)事件等因素，高速公路主線常常交通運(yùn)行環(huán)境惡劣，出現(xiàn)車輛行程時(shí)間增加、道路通行效率降低等問題，形成交通瓶頸區(qū)域[3]。因此，可以采用主線車道級管控應(yīng)對上述問題。主線車道級管控包括主線行車誘導(dǎo)和面向交通事件的車道管控。主線行車誘導(dǎo)指通過應(yīng)急車道信號的開閉控制車流量，減少瓶頸路段車流交織和積壓；面向交通事件的車道管控指結(jié)合下游發(fā)生交通事件對主線車流的影響，采取合適的車道關(guān)閉、可變限速等策略，提前預(yù)警交通事件。主線車道級管控可以結(jié)合現(xiàn)有門架，通過門架的車道箭頭指示燈，以此告知駕駛員車道是否關(guān)閉。主線車道級管控應(yīng)具有及時(shí)性、可靠性。

1.3.2 互通匝道精細(xì)化控制

蘇州市高速公路、城市快速路的堵點(diǎn)大多集中于高速公路的互通立交和城市快速路的上下匝道。目前，城市快速路部分匝道設(shè)有匝道控制，并以人工控制策略為主。從整體上看，高速公路、城市快速路各自實(shí)行匝道控制策略，聯(lián)動(dòng)不足。

通過交通感知體系檢測的交通流狀態(tài)，利用車道箭頭指示燈、匝道誘導(dǎo)屏、定向廣播等手段，控制匝道進(jìn)入主線的車流量，實(shí)現(xiàn)高速公路、普通公路和城市快速路的“三位一體”協(xié)同管控[4]。

1.4 伴隨式立體服務(wù)

1.4.1 視聽融合快速處理系統(tǒng)

目前交通事故發(fā)生后的處置不及時(shí)，涉事駕駛員對事故責(zé)任認(rèn)定的不統(tǒng)一等問題，常常導(dǎo)致事故車輛滯留在行車道上，引起交通擁堵，并威脅上游車輛的行車安全。因此，在發(fā)生事故或出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)矶聲r(shí)，結(jié)合交通感知體系，實(shí)現(xiàn)事故非現(xiàn)場快速處置，應(yīng)急指揮事故現(xiàn)場或擁堵路段的交通秩序，加快現(xiàn)場車輛的疏散，減少車輛滯留。可以采用的方法包括定向廣播、互聯(lián)網(wǎng)快速處理。定向廣播指在事故多發(fā)路段、部分擁堵頻發(fā)的分合流點(diǎn)、互通立交區(qū)域設(shè)置定向廣播喊話設(shè)備?；ヂ?lián)網(wǎng)快速處理指通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)或短信提醒的方法提醒事故當(dāng)事人及時(shí)撤離或提醒附近車輛駕駛員前方發(fā)生事故。最終，實(shí)現(xiàn)輕微事故平均影響時(shí)間小于5 min。

1.4.2 交通信息發(fā)布和誘導(dǎo)系統(tǒng)

結(jié)合高速公路和城市快速路已建的情報(bào)板和誘導(dǎo)屏，通過增設(shè)場外LED可變信息誘導(dǎo)屏，實(shí)現(xiàn)交通誘導(dǎo)、交織控制和事件發(fā)布等功能，同時(shí)要保證信息發(fā)布的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和有效性。

廣域或區(qū)域交通誘導(dǎo)指結(jié)合其他交通信息，掌握高速公路、普通公路和城市快速路的動(dòng)態(tài)交通運(yùn)行狀況后，通過對信息的篩選、匹配、融合與挖掘處理，生成交通誘導(dǎo)服務(wù)信息，并實(shí)時(shí)發(fā)布。交織控制指告知駕駛員主線與匝道分合流點(diǎn)的交通狀態(tài)以減少車流交織，規(guī)范駕駛行為。事件發(fā)布指以路側(cè)文字形式提前預(yù)警上游發(fā)生的交通事件、事故及管控措施。

2 路網(wǎng)均衡流量信息化示范案例

2.1 現(xiàn)狀分析

蘇州城區(qū)收費(fèi)站是G1522常臺(tái)高速入口，臨近東南環(huán)立交，與東環(huán)路、南環(huán)路、獨(dú)墅湖大道連通。蘇州城區(qū)收費(fèi)站設(shè)置4根入口車道和5根出口車道。蘇州城區(qū)收費(fèi)站入口方向包含左側(cè)2根ETC車道，右側(cè)2根混合車道，通行車輛以客車為主。收費(fèi)站車流量總體較大，特別是節(jié)假日，進(jìn)口方向擁堵非常嚴(yán)重[5]。

蘇州城區(qū)收費(fèi)站存在的主要問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）收費(fèi)站早高峰入口流量飽和，排隊(duì)較長。

（2）收費(fèi)站路段車輛交織嚴(yán)重，存在貨車闖禁現(xiàn)象。

（3）南向北方向匝道匯入主線車輛交織導(dǎo)致主線車流行駛緩慢。

（4）感知能力不足，蘇州城區(qū)收費(fèi)站入口處僅布置少量攝像頭，且部分?jǐn)z像頭已經(jīng)年久失修，路段感知能力嚴(yán)重不足。

（5）高速公路主線路段與收費(fèi)站進(jìn)出車輛協(xié)同管控有待提升。

2.2 交通感知體系構(gòu)建

結(jié)合已有的高速公路監(jiān)控設(shè)備，適當(dāng)加密布置檢測器，形成蘇州城區(qū)收費(fèi)站高速公路一體化綜合監(jiān)測體系。檢測器采用“雷達(dá)+視頻”一體化設(shè)計(jì)，可以實(shí)時(shí)顯示每個(gè)目標(biāo)在檢測區(qū)域內(nèi)被跟蹤情況以及目標(biāo)即時(shí)位置、速度、車輛長度等實(shí)時(shí)信息；可以檢測每條車道多個(gè)斷面的流量、平均速度、占有率、車頭時(shí)距、車間距、排隊(duì)長度等交通數(shù)據(jù)；可以檢測區(qū)間車輛數(shù)、空間占有率、區(qū)間平均速度等信息。蘇州城區(qū)收費(fèi)站需要布設(shè)14個(gè)雷視一體化微波檢測器，分別布設(shè)在蘇州城區(qū)收費(fèi)站和蘇州城區(qū)收費(fèi)站高速匝道處。

2.3 交通事件快速檢測

利用綜合事件檢測技術(shù)，對視頻中的車輛狀態(tài)進(jìn)行檢測，包括車輛的減速、停車、變道、掉頭等行為。通過對車輛在視頻中的速度矢量等參數(shù)的分析，可以判斷車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。如果當(dāng)車輛某些參數(shù)值達(dá)到閾值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生報(bào)警，認(rèn)定交通事件發(fā)生，同時(shí)建立交通流的流量速度關(guān)系模型，分析高速公路車輛運(yùn)行特征。當(dāng)處于穩(wěn)定流時(shí)，路網(wǎng)運(yùn)行效率最高。當(dāng)處于擁堵流時(shí)，可以通過誘導(dǎo)屏、短信提醒、地圖導(dǎo)航等方式，共享發(fā)布高速擁堵信息，引導(dǎo)車輛分流，促進(jìn)路網(wǎng)流量均衡。

2.4 視聽融合快速處理系統(tǒng)

當(dāng)高速公路出現(xiàn)流量較高、交通事故等交通事件，形成瓶頸路段時(shí)，采用定向廣播、短信快處等方式，提前告知駕駛員。

定向廣播設(shè)備可以提醒蘇州城區(qū)收費(fèi)站禁止貨車通行，避免貨車進(jìn)入收費(fèi)站后掉頭，影響其他汽車通行；當(dāng)節(jié)假日擁堵時(shí)，播報(bào)擁堵路段，提供警示信息；對發(fā)生輕微事故車輛，提示其盡快撤離，減少二次擁堵的發(fā)生。蘇州城區(qū)收費(fèi)站需要布置定向廣播6個(gè)。

互聯(lián)網(wǎng)快速處理，即在蘇州城區(qū)收費(fèi)站附近道路設(shè)置電子?xùn)艡?，?dāng)出現(xiàn)流量較高、交通事故等交通事件時(shí)，對在電子?xùn)艡诜秶鷥?nèi)的駕駛員發(fā)送短信，提醒駕駛員。

2.5 交通信息發(fā)布和誘導(dǎo)

在城區(qū)收費(fèi)站路口上游，新增收費(fèi)站信息情報(bào)板，提供收費(fèi)站入口擁堵情況、車道開放情況、排隊(duì)信息、預(yù)計(jì)通過時(shí)間等信息，并提供收費(fèi)站廣場實(shí)時(shí)視頻供進(jìn)入高速公路駕車者查看當(dāng)前收費(fèi)站廣場車流情況，也可以為交警發(fā)布城市道路交通路況信息。

在高速公路大流量、大型異常事件（如惡劣天氣和重大交通事故）等情況下，發(fā)布分流誘導(dǎo)信息，提供地面道路到達(dá)城區(qū)收費(fèi)站的駕車者可選擇的上下游高速收費(fèi)站，及時(shí)提醒上游車輛更換路線，避免車輛到達(dá)收費(fèi)站附近時(shí)才發(fā)現(xiàn)擁堵，導(dǎo)致?lián)矶虏荒芗皶r(shí)消解。要實(shí)現(xiàn)這些功能，需要安裝誘導(dǎo)屏2塊，微誘導(dǎo)屏3塊。

3 結(jié)語

在區(qū)域聯(lián)系日益緊密與機(jī)動(dòng)化水平高速發(fā)展的背景下，高速公路、普通公路和城市快速路交通需求增長過快，道路交通逐漸擁堵。由于司機(jī)不能完全把握路網(wǎng)的運(yùn)行狀況，因此常發(fā)生路網(wǎng)流量不均衡的現(xiàn)象，即某路段擁堵水平明顯高于其他路段。針對上述現(xiàn)象，圍繞“感知—研判—指引”的業(yè)務(wù)邏輯來制定路網(wǎng)均衡流量信息化技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)高速公路、普通公路和城市快速路的網(wǎng)絡(luò)感知和協(xié)同管控，提高路網(wǎng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性。在感知層面，通過增加信息化設(shè)備，定點(diǎn)布置激光雷達(dá)、高清攝像機(jī)等設(shè)備，提高路段感知能力，獲取路段具體的流量信息，車輛的車速分布、車型等信息；在研判層面，通過對感知層獲取的大量路段信息的處理，生成實(shí)時(shí)的路段狀態(tài)檢測結(jié)果；在指引層面，采用視聽融合快速處理、交通誘導(dǎo)分流等手段，及時(shí)發(fā)布信息，為駕駛員提供出行服務(wù)。

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