孫宇超

摘 要：近些年來，隨著車輛的不斷增加，交通負(fù)荷也急劇增長，使得我國交通狀況越來越差。如何利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來緩解當(dāng)前的交通壓力已經(jīng)成為建設(shè)“智慧城市”的重要研討課題。為此，本文通過對(duì)交通優(yōu)化中存在的問題進(jìn)行明確與分析，利用模型構(gòu)建及相關(guān)算法來深入探討大數(shù)據(jù)在交通優(yōu)化上的應(yīng)用，希望能為交通壓力進(jìn)一緩解提供參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù) 交通擁堵 迭代方程 交通優(yōu)化

中圖分類號(hào)： U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（a）-0000-00

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使人們的生活水平有了極大的提高，越來越多的私家車進(jìn)入了人們的日常生活，這也使交通負(fù)荷大大增加，交通狀況也越來越差。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為我國交通壓力的緩解提供了全新的思路，通過利用每個(gè)車上的GPS對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控來收集相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠知道車輛在不同“時(shí)刻” 經(jīng)過不同路段所用的時(shí)間，并能對(duì)每個(gè)路段的車輛數(shù)量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)某一路段中的車輛超過設(shè)定值時(shí)，大數(shù)據(jù)便會(huì)進(jìn)行下一路徑的規(guī)劃，并找出用時(shí)最短的路徑，以此指導(dǎo)車輛進(jìn)行駕駛，從而有效避免了車輛在駕駛過程中遭遇交通擁堵現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了交通的優(yōu)化。由此可見，將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于交通優(yōu)化當(dāng)中具有十分重要的意義。為此，本文便對(duì)大數(shù)據(jù)在交通優(yōu)化上的具體應(yīng)用進(jìn)行深入的探討。

1 交通優(yōu)化中存在的問題及分析

在交通優(yōu)化中主要存在兩個(gè)問題，其一是交通擁堵問題，其二是交通路徑規(guī)劃問題。在車輛行駛過程中，由于車輛數(shù)量的大幅增加致使車道中的車流十分密集，而這就勢必會(huì)使車輛行駛速度緩慢。此外，工作日的出現(xiàn)會(huì)使車輛大大增加，特別是上下班時(shí)期，車輛的增多再加上車道的狹窄，必然會(huì)引發(fā)部分車道的交通擁堵。一旦發(fā)生交通擁堵，就需要對(duì)交通進(jìn)行優(yōu)化，而路徑的規(guī)劃就顯得十分重要了。在路徑規(guī)劃時(shí)，如何知道哪種行駛路徑的車流較少，哪種行駛路徑的用時(shí)時(shí)間最短等也成為困擾駕駛員的一大問題。

2 大數(shù)據(jù)在交通優(yōu)化上的應(yīng)用

2.1 研究思路

本文的研究思路是對(duì)情景進(jìn)行假設(shè)，并規(guī)劃出情景中的所有路徑，并對(duì)車輛的出發(fā)地到目的地所有路徑所用時(shí)間分別進(jìn)行計(jì)算，通過時(shí)間迭代算來對(duì)從出發(fā)地至目的地各個(gè)路徑所用時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，以此給出合理建議。在多種路徑選擇中，便要利用大數(shù)據(jù)，收集車輛在不同時(shí)刻不同路徑到達(dá)目的地所需時(shí)間，其中汽車的出發(fā)時(shí)間為已知條件，通過大數(shù)據(jù)來對(duì)汽車從出發(fā)地向前走一個(gè)路段或向右走一個(gè)路段收集的平均用時(shí)可知，與走該路段時(shí)的時(shí)刻進(jìn)行相加，利用求得的時(shí)刻再來計(jì)算車輛在經(jīng)過下一路段時(shí)的用時(shí)，并采用多次迭代將各個(gè)路徑的用時(shí)計(jì)算出來，以此得出用時(shí)最少的路徑。需要注意的是，由于大數(shù)據(jù)是通過GPS來進(jìn)行交通監(jiān)測的，如果有許多車輛都是走相同的路徑，這時(shí)所計(jì)算出的路徑就不是最佳路徑，應(yīng)通過GPS的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能對(duì)最佳路徑的車輛數(shù)量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)車輛數(shù)量超過規(guī)定值時(shí)，應(yīng)自行切換下一路徑的規(guī)劃。

2.2 前期準(zhǔn)備

設(shè)定交通狀況以一周作為一個(gè)周期，并將該周期劃分為工作日與節(jié)假日，應(yīng)利用大數(shù)據(jù)對(duì)至少三個(gè)周的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與處理，來獲得車輛在不同時(shí)刻通過不同路段的用時(shí)，并利用收集的數(shù)據(jù)擬合回歸方程 來計(jì)算。設(shè)定各個(gè)路徑中所經(jīng)過路段的車輛超過N輛時(shí)，該路徑不符合最佳路徑。假設(shè)各個(gè)路徑中有不同的路段，任意路段在一分鐘內(nèi)有q輛車加入該路段，第一輛車與最后一輛車通過路口的時(shí)間差是w，顯然q越大w就越大，假設(shè)當(dāng)該路段的q超過15時(shí)，該路段為擁堵路段。假設(shè)某輛車從出發(fā)點(diǎn)P至目的地M，則要先對(duì)P至M規(guī)劃多種路徑，然后利用搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間迭代計(jì)算，為了方便描述與計(jì)算，本文假設(shè)一條街上的所有路段等長且在同一時(shí)刻通過某一路段的用時(shí)相同。

2.3 算法流程

本文采用迭代算法將各個(gè)路段車輛的經(jīng)過時(shí)間進(jìn)行迭代，以此計(jì)算出某輛車從出發(fā)點(diǎn)P至目的地M的所有規(guī)劃路徑的所用時(shí)間，在該算法中充分考慮了路段的擁堵情況。

2.4 路徑規(guī)劃

在路徑規(guī)劃中，需要對(duì)車輛在每個(gè)時(shí)刻通過相應(yīng)路徑所需要的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)分別計(jì)算車輛從出發(fā)地至目的地的全部規(guī)劃路徑，設(shè)定車輛在出行時(shí)時(shí)間為 ，在 街上不同時(shí)刻每個(gè)路段對(duì)應(yīng)的通過用時(shí)為 ，在 街上不同時(shí)刻每個(gè)路段對(duì)應(yīng)的通過用時(shí)為 ，依此類題，在 、 、 、 街不同時(shí)刻每個(gè)路段通過用時(shí)關(guān)系為 、 、 、 ，利用時(shí)間迭代法可以得出該車輛在不同規(guī)劃路徑中到達(dá)目的地的時(shí)刻。本文將用下圖簡述方法： 到達(dá)目的地的時(shí)刻為 ； 到達(dá)目的地的時(shí)刻為 ； 到達(dá)目的地的時(shí)刻為 。并將時(shí)間迭加計(jì)算后的 、 、 進(jìn)行比較，用時(shí)最短的路段即為最佳路徑。

當(dāng)然，如果每輛車都選用上述方案給出的最優(yōu)路徑必然還是會(huì)造成擁堵，這時(shí)便需要通過實(shí)時(shí)監(jiān)控得知每條道路上的實(shí)際車數(shù)，當(dāng)某一路段的車數(shù)超過N，且最優(yōu)方案會(huì)經(jīng)過該路段，則排除掉該路段再分析最優(yōu)路段（如果汽車只需要通過這一個(gè)路段就可以到達(dá)目的地，則不進(jìn)行此判斷），過了一定緩沖時(shí)間后，再后面的車則可以繼續(xù)行駛該路段。當(dāng)某個(gè)路段在一分鐘之內(nèi)進(jìn)入車數(shù)q超過27輛時(shí)，則進(jìn)行利用上述方法排除此路段進(jìn)行分析判斷，以此避免因?qū)Ш蕉斐傻膿矶卢F(xiàn)象，讓每輛車都行駛最佳駕駛路徑。若是造成了交通事故，要想對(duì)最短路徑進(jìn)行判斷，則需要對(duì)不同的道路進(jìn)行不同的分析。

3 應(yīng)用效果及評(píng)價(jià)

3.1 應(yīng)用效果

通過以上方法來利用時(shí)間對(duì)交通狀況進(jìn)行衡量，能夠使各個(gè)路徑的所用時(shí)間進(jìn)行直觀顯示出來，從而為駕駛員對(duì)路徑的選擇更加直觀，從而避過擁堵路段。采用大數(shù)據(jù)來進(jìn)行真實(shí)測量，并依據(jù)時(shí)間迭加算法，能夠?yàn)楫?dāng)?shù)氐慕煌ㄇ闆r進(jìn)行更加全面的展示，從而使這種算法更具針對(duì)性與真實(shí)性。采用時(shí)間迭加算法來對(duì)用時(shí)最短路徑進(jìn)行規(guī)劃，能夠有效緩解交通壓力，這相當(dāng)于交通分流處理。利用時(shí)間的不斷迭代，能夠?yàn)槁窂降囊?guī)劃提供可行性極高的計(jì)算方案。該方法對(duì)情景的假設(shè)較為簡單，這也使這種算法所收集到的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況會(huì)產(chǎn)生較大差異，但是如果車輛的目的地較遠(yuǎn)時(shí)，依據(jù)極大似然法，則路徑規(guī)劃所采集的平均時(shí)間迭代結(jié)果基本與實(shí)際所用時(shí)間相符合，因此該方案具有極高的真實(shí)性與可行性。

3.2 應(yīng)用評(píng)價(jià)

該方法對(duì)于實(shí)際突發(fā)情況的應(yīng)對(duì)能力相對(duì)較弱，但該方法的總體思想具備良好的可行性，如果要進(jìn)一步提高該方法的規(guī)劃效果，可以對(duì)情景進(jìn)行更加現(xiàn)實(shí)化，并對(duì)耗時(shí)與車輛數(shù)進(jìn)行真實(shí)表達(dá)，最大限度的降低誤差，并采取上述方法來對(duì)具體的繞路路徑情況進(jìn)行分析。該方法能夠與大數(shù)據(jù)中的GPS相結(jié)合，并利用GPS來對(duì)某個(gè)路段的車輛數(shù)量進(jìn)行檢測，根據(jù)相關(guān)公式來對(duì)所用時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，從而獲得用時(shí)最短的路徑，將該方法中的思想用于交通優(yōu)化當(dāng)中，更能達(dá)到非常良好的效果。

4 結(jié)語

總而言之，利用大數(shù)據(jù)來對(duì)路段的交通狀況進(jìn)行檢測，并規(guī)劃出用時(shí)最短的路徑來指導(dǎo)駕駛員避過擁堵路段，能夠有效緩解交通壓力，實(shí)現(xiàn)交通分流效果。由此可見，利用大數(shù)據(jù)工具，采用GPS來對(duì)交通進(jìn)行優(yōu)化具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

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