“交通大腦”對提升交通控制技術(shù)的意義

“交通大腦”是大數(shù)據(jù)、實時通訊和互聯(lián)網(wǎng)人工智能發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。它既不是萬能的救世主，也不是冰冷的機(jī)械戰(zhàn)警，但對解決上文提到的四個突出痛點可發(fā)揮重要作用。下面，筆者僅就所了解的城市“交通大腦”來談?wù)勂鋵�交通控制技術(shù)的意義。

• 交通大腦”在統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)下，利用多種手段滿足交通管控的業(yè)務(wù)需求。

針對當(dāng)前交通控制技術(shù)缺乏總體設(shè)計這一問題，“交通大腦”構(gòu)建了“數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與技術(shù)應(yīng)用相融合”的統(tǒng)一業(yè)務(wù)架構(gòu)。簡單說，“交通大腦”有三項主要功能，一是對海量的交通觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行全時、全量的感知，并在基于高精地圖的數(shù)據(jù)平臺上進(jìn)行統(tǒng)一的可視化表達(dá)和統(tǒng)一的交通參數(shù)、指標(biāo)輸出（如交通量、交通組成、車頭時距、轉(zhuǎn)向比、排隊長度、行程時間等）；二是基于以上更加準(zhǔn)確的交通運行參數(shù)數(shù)據(jù)，依托云計算和AI技術(shù)準(zhǔn)確研判路網(wǎng)交通運行狀態(tài)與需求，第一時間發(fā)現(xiàn)問題、診斷并生成優(yōu)化策略；三是根據(jù)生成的優(yōu)化策略，協(xié)調(diào)、聯(lián)動 “信號燈優(yōu)化、交通組織優(yōu)化、交通參與者誘導(dǎo)、交通管理資源調(diào)度”等多種手段，對交通進(jìn)行精準(zhǔn)管控，實現(xiàn)提升交通運行效率和出行安全的總體目標(biāo)。其中，多源數(shù)據(jù)，特別是互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)以及強(qiáng)大的計算、存儲能力是大腦的核心競爭力；計算平臺，如數(shù)據(jù)資源管理平臺以及算法服務(wù)平臺等構(gòu)成了“交通大腦”的核心技術(shù)。

不同的技術(shù)應(yīng)用基于統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后形成統(tǒng)籌的優(yōu)化方案，在一個平臺上協(xié)調(diào)規(guī)劃、聯(lián)動各種交通控制設(shè)施并有效的誘導(dǎo)交通參與者，達(dá)到統(tǒng)籌交通管控的目的。

• “交通大腦”的“數(shù)據(jù)底盤”，可精準(zhǔn)提供實時的交通運行狀態(tài)。

數(shù)據(jù)是進(jìn)行交通管控工作的基礎(chǔ)，也是最大的掣肘。雖然目前安裝了一些交通調(diào)查設(shè)備，但受到監(jiān)測范圍、設(shè)備完好度的影響，以往很多項目還需要人工穿著反光背心在路上數(shù)車、測車速，冒著較大風(fēng)險，也僅能得到局部段落、有限時間的抽樣數(shù)據(jù)�！敖煌ù竽X”的底層是一個數(shù)據(jù)平臺，我們稱之為“數(shù)據(jù)底盤”�！皵�(shù)據(jù)底盤”的作用是匯聚各種感知數(shù)據(jù)，融合、生成反映真實交通運行狀態(tài)的各種交通參數(shù)和指標(biāo)，也就是“交通大腦”的第一個主要功能。

首先，“數(shù)據(jù)底盤”融入了互聯(lián)網(wǎng)出行導(dǎo)航數(shù)據(jù)。利用海量的出行軌跡數(shù)據(jù)，可以提供行程速度、行程時間、OD數(shù)據(jù)等重要的基礎(chǔ)參數(shù)。此外，針對當(dāng)前海量的城市視頻文件無法有效利用的問題，“交通大腦”通過視頻AI識別技術(shù)，對各種非結(jié)構(gòu)化的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，從海量的視頻圖像中解析出交通管控所需的排隊長度、車頭時距、轉(zhuǎn)向比等關(guān)鍵參數(shù)，將這些參數(shù)匯聚到“數(shù)據(jù)底盤”之中。這就像“交通大腦”的眼睛，凡是人眼所能觀察到的交通情況，都可以第一時間形成系統(tǒng)可以識別的結(jié)構(gòu)化參數(shù)，而且覆蓋全時、全域。應(yīng)該說，AI技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的“增值”。如圖3所示。

圖3：基于視頻識別技術(shù)生成交通參數(shù)

另一方面，“數(shù)據(jù)底盤”將現(xiàn)有各種感知設(shè)備，如卡口交通監(jiān)控系統(tǒng)、視頻車輛檢測器、線圈、微波雷達(dá)傳感器、地磁傳感器等的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)也匯聚進(jìn)來，最終利用不同數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)相互校驗、補(bǔ)位，形成真實、全面反映路網(wǎng)交通運行狀態(tài)的交通參數(shù)和指標(biāo)，并精準(zhǔn)地統(tǒng)一表達(dá)在高精地圖上。在“數(shù)據(jù)底盤”上，交通管理者、技術(shù)工程師可以根據(jù)需要，有效、精準(zhǔn)的查詢實時交通運行狀態(tài)和歷史交通運行狀態(tài)，服務(wù)于交通管控的技術(shù)應(yīng)用需求�！皵�(shù)據(jù)底盤”補(bǔ)充了以往沒有的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、視頻解析結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，融合了現(xiàn)有感知結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，生成統(tǒng)一的技術(shù)參數(shù)，對彌補(bǔ)目前數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、交通支撐不足、道路使用者出行規(guī)劃數(shù)據(jù)少等問題具有重要的支撐。如圖4所示。

例如，在路網(wǎng)交通管控工作中，“數(shù)據(jù)底盤”產(chǎn)出的交通量、交通組成、轉(zhuǎn)向比、排隊長度、停車次數(shù)、交通延誤等參數(shù)，服務(wù)于單路口信號燈、交通組織設(shè)計的評價與優(yōu)化；OD流量、停車次數(shù)、延誤、行程速度與行程時間服務(wù)于干道信號燈優(yōu)化、動態(tài)交通組織優(yōu)化；擁堵延時指數(shù)、平均速度、路網(wǎng)可靠度等指標(biāo)服務(wù)于區(qū)域優(yōu)化�；�于視頻識別的行人和非機(jī)動車流量、過街密度等基礎(chǔ)參數(shù)，則為優(yōu)化交通運行秩序，保障弱勢群體提供了支撐。

圖4：檢測設(shè)施、數(shù)據(jù)與底盤高精地圖的掛接

• 通過完整的算法規(guī)則和科學(xué)的量化研判體系，生成最優(yōu)的交通管控策略。

道路交通是一個動態(tài)、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。有了全量本、比較優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)，我們可以對復(fù)雜的交通系統(tǒng)進(jìn)行更為詳細(xì)和深入的解析�？蒲�、技術(shù)人員可以更為方便地將復(fù)雜的交通運行系統(tǒng)與交通特征參數(shù)建立更多維、更全面、更精確的關(guān)系模型，正如中南大學(xué)余志教授提出的形象比喻“求解交通DNA”。在此基礎(chǔ)上，“交通大腦”基于經(jīng)典交通模型，融合機(jī)器學(xué)習(xí)算法（比如研判交通運行狀態(tài)）、人工智能算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法（比如生成最優(yōu)的路網(wǎng)管控策略、優(yōu)化子區(qū)劃分等）等形成一套算法體系，可以更多維、更準(zhǔn)確地研判狀態(tài)、生成策略。此外，“交通大腦”的運行機(jī)制不是封閉的，支撐其持續(xù)發(fā)展的是科學(xué)研究能力、算法迭代能力。有了數(shù)據(jù)的支撐，通過與行業(yè)內(nèi)管理單位、高校、科研機(jī)構(gòu)、咨詢與設(shè)計單位的共同應(yīng)用與不斷迭代，算法與研判能力會不斷提高，對交通運行狀態(tài)的控制也會更加科學(xué)和有效。

圖5：交通控制策略的生成

• 協(xié)調(diào)、聯(lián)動多種管控手段，整體提高交通運行效率，增強(qiáng)路網(wǎng)可靠性。

“交通大腦”是一個立體結(jié)構(gòu)體系，“數(shù)據(jù)底盤”上掛接著交通管控的各種動態(tài)、靜態(tài)設(shè)施，比如動態(tài)可控的信號燈、可變信息標(biāo)志（VMS）；靜態(tài)的交通標(biāo)志和標(biāo)線、交通隔離設(shè)施等。通過“交通大腦”的計算平臺，基于生成的最優(yōu)化交通控制策略，自動化的協(xié)調(diào)、聯(lián)動調(diào)控相關(guān)管控設(shè)施，解決交通擁堵、處理交通事件等問題。比如，在交通高峰時段，通過對“數(shù)據(jù)底盤”生成的交通量、交通延誤、運行速度、飽和度、排隊長度等交通參數(shù)、指標(biāo)的研判，及時調(diào)整信號燈的相位、周期、綠信比等參數(shù)；通過視頻解析，識別溢出事件，調(diào)整信號燈相位，提升路口的通行能力；同時，還可基于飽和度、車速與交通延誤預(yù)判擁堵區(qū)域范圍，調(diào)整擁堵區(qū)域外圍信號燈的周期與綠信比，控制進(jìn)入擁堵區(qū)域的交通流率。除了信號燈調(diào)控外，“交通大腦”還可通過提升交通控制設(shè)施的智能性與協(xié)調(diào)性，實現(xiàn)對交通流的動態(tài)調(diào)控。比如，根據(jù)方向交通流的飽和度、交通延誤、方向不均勻系數(shù)及轉(zhuǎn)向比，動態(tài)調(diào)控車道功能、開放應(yīng)急車道、調(diào)控潮汐車道，提升道路通行能力；關(guān)閉某快速路入口、禁止某方向通行，降低交通流率、擁堵事件，提升路網(wǎng)承載力。此外，動態(tài)交通調(diào)控是一個系統(tǒng)工程，在應(yīng)用可變信息標(biāo)志的同時，信號燈的相位也會相應(yīng)進(jìn)行改變。

除了上述道路交通管控措施之外，利用導(dǎo)航、可變信息標(biāo)志（VMS）有效誘導(dǎo)交通流，可提升路網(wǎng)利用率與均衡性，實現(xiàn)不改變在途車輛數(shù)量的情況下，提升運行效率。以上綜合性的誘導(dǎo)措施，同時可賦能于交通管理的指揮、調(diào)度業(yè)務(wù)，滿足急救、消防等特殊出行需求，如杭州已實施的救護(hù)車一路護(hù)航服務(wù)，以及大型活動的交通組織服務(wù)等。

圖6：動態(tài)交通組織

此外，“交通大腦”對路網(wǎng)指路標(biāo)志系統(tǒng)具有支撐作用。“交通大腦”的一個功能是OD分析與透出，該功能模塊可以基于導(dǎo)航中的海量出行規(guī)劃數(shù)據(jù)對路網(wǎng)中的信息進(jìn)行指引需求量化分析，結(jié)合路網(wǎng)信息的行政等級、隸屬關(guān)系，得到路網(wǎng)中節(jié)點信息的指引需求度系數(shù)，從而對現(xiàn)有指路標(biāo)志版面信息進(jìn)行評價，分析指路標(biāo)志指引信息的覆蓋度和系統(tǒng)性，并協(xié)調(diào)指路標(biāo)志信息與導(dǎo)航信息，從而，改善交通誘導(dǎo)不直接、不系統(tǒng)的問題。（作者：交通言究社）