交通拥挤管理的智能体系与实施应用
时间：2021-05-13 00:02:52 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
导读：为提升城市交通拥挤管理的技术水平，智能化是必然的发展趋势。根据现有理论，城市交通拥挤管理归纳为时间、对象和技术三个维度，具体实施三大管理，即：高峰期交通管理、交通安全性管理和网络交通管理。交通拥挤管理的智能化，就是应用ITS技术，从上述三个维度，实现三大管理的系统化、联动化、智能化，包括：配建路网智能交通设施、开发先进的出行者信息系统、建立智能交通指挥中心、实现公共交通服务系统智能化、应用先进的城市交通信号控制系统及智能车辆的开发和应用。
引言
交通拥挤和阻塞是城市化、现代化、机动化进程中不可避免的现象，从社会发展趋势看，发展经济一般都会导致车路发展矛盾、出行需求与管理服务矛盾的激化，这种矛盾突出地表现在大中型城市对私家车运用的管控上。综合我国公安部网站消息和有关分析[1]，到2011年6月末我国私家车数量约有4000万，而全国机动车总保有量更是高达2.17亿辆，其中汽车9846万辆，摩托车1.02亿辆。并且，这些数量还在快速增长，1998年我国每90人拥有1辆私人汽车，相当于美国1910年前后的水平，到2000年我国的这一比例已达到每70人拥有一辆私人车辆[2]。这样的交通需求态势给道路交通、尤其是城市交通形成巨大的压力。
要解决交通拥挤，往往牵一发而动全身。从上世纪五、六十年代开始，以英、美、日等发达国家为代表的大量国家和地区，对城市交通拥挤管理进行了积极有益的探索，从主要依靠多修道路和扩大路网规模来满足不断增长的交通需求，转变到用高新技术改造现有交通运输系统及管理体系，从而大幅度提高路网通行能力和服务质量[3]，直至形成当今以ITS（Intelligent Transportation System，智能交通系统）为主流的交通拥挤管理技术。
ITS较之于传统交通系统的区别，在于以先进的信息技术重新构建了人、车、路（包括轨道交通基础设施）以及环境之间的相互关系和各自作用，已成为解决当前城市交通拥挤等诸多问题的最有效途径，是交通运输系统发展的主要模式和方向。表面上看，交通拥挤是因为车多路少，管理者和出行者更容易直观地归咎于私家车的增长和无序的交通行为。研究表明，城市交通拥挤的发生致因作用复杂，涉及宏观和微观、软件和硬件等多种因素及其相互作用[4]，交通拥挤的对策，必然是物理-事理-人理[5]综合作用和时间-空间博弈转化的复杂系统问题，而且作为一个工程应用问题，拥挤管理就是在对道路交通状态进行准确判断和预测的基础上选择合理的管理策略，是一种决策行为，它包括监视、检测、诊断、评价和对策等一套系统性的方法[6]。在过程控制中，可以通过道路上信标和车载信息设备，给驾驶员提供更多关于他们正在使用的道路和交通状态条件信息，进行事故预警和网络流量的重新分配。这一系列过程处理及决策的形成，本质上是对多样化、多形式、多层次信息的有效处理，进而做出交通拥挤管理决策。因此，信息要素在交通运输系统中的突出作用和信息技术对处理大规模复杂和动态系统的能力质的飞跃，使得研究和应用基于ITS的交通拥挤管理对策成为必然。
一、城市交通拥挤特征及对策综述
当交通拥挤发生时，主要表现在路段行车速度的降低，路口延误的增加，交通事故率的上升以及污染物排放的大量增加。由于城市交通系统是一个具有层次性、模糊性、随机性和未确知性的非线性的复杂系统[7]，交通拥挤也表现出相应的特性：
一是系统性。拥挤的发生与系统的不同层次都会发生联系，从而表现出一定的层次性和相关性。
二是模糊性。多种性质的交通系统要素以及交通状态监测、控制和管理中存在许多半结构化或非结构化的概念及方法、例如对拥挤的定义和量化，使得交通拥挤及其对策带有必然的模糊性。
三是随机性。大量的偶发性交通拥挤表现为时变的随机过程，主要体现的是系统的随机动态变化特性。
四是偶发性。它既不属于模糊现象，也不是随机过程，而是由于不确定性因素、例如人为主观作用等引发，这种交通拥挤不具有重复性、再现性，易使相应的对策产生偏差。
上述基本性质使现实中的交通拥挤集中反映出在几个特征，即：影响的群体更多；影响的时间更长；出行过程的额外损失增加；偶发性拥挤对形成大范围拥挤的影响更加巨大，交通系统的运营在累积更大的不确定性。
长期以来，无论是针对交通拥挤的普遍规律还是专门现象，也无论是理论研究还是工程应用，从交通流特性、拥挤致因、出行行为特性、系统建模、算法设计、土建工程、信息技术开发等方面涌现了大量成果。仅直接以“交通拥挤/traffic congestion”为题，CNKI期刊全文数据库检索文献有2544篇，硕、博士论文数据库检索文献有1583篇，在Taylor & Francis期刊数据库中达8952篇，在Elsevier期刊数据库中更是达19594篇。此外，这一主题下还有大量图书、会议论文、以及专利等特种文献，例如，在ASCE(美国土木工程师学会)全文数据库中，该主题检索文献达91257篇。
上述研究与实践以解决交通拥挤问题为目标，见仁见智，皆有可借鉴及效法之处。从交通拥挤对策角度分析，这些成果可归纳到时间（作业过程）、对象（系统层次）和方法（理论技术）三个维度上，如图1所示，将三个维度的内容统为一体的是交通运输系统的供需平衡关系[8]。
二、ITS技术体系及其应用分析
经过近30年的发展，ITS已由早期所谓七大功能系统的划分，演进为图2所示的结构体系[9]。典型应用一般由两部分组成，即智能基础设施和智能车辆[10]，具体框架如图3所示。
（一）ITS技术的三大主要功能
应用ITS技术，主要实现以下三个方面功能[11]：
1.高峰期交通管理。主要管理在高峰小时或者计划的大型活动或事件期间的交通拥挤，以及不可预期的事件如交通事故下的拥挤管理。
2.交通安全性管理。在城市交通管理中，减少事故数量，减轻事故严重程度，寻找造成事故的原因并通过有效设计避免事故的再次发生。
