當前，解決交通擁堵問題，宏觀層面上需要城市交通供給與交通需求平衡；中觀層面上可以從交通出行結(jié)構(gòu)和路網(wǎng)流量均衡上入手；微觀層面上可以加快交通設(shè)施建設(shè)，提高供給效率。從供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的發(fā)展方向來看，開展交通誘導(dǎo)改變交通出行時空分布，均衡路網(wǎng)交通流量，提早解決交通擁堵發(fā)生，更是治理交通擁堵的治本之策，成為智能交通建設(shè)的重要內(nèi)容。

當前交通誘導(dǎo)的主要問題

目前，全國一線城市大部分已經(jīng)實現(xiàn)了道路的實時交通誘導(dǎo)，主要采用群體車輛誘導(dǎo)系統(tǒng)。在這種誘導(dǎo)系統(tǒng)中，交通誘導(dǎo)系統(tǒng)在車流檢測器、信息中心和外場信息顯示設(shè)備（交通信息板、交通誘導(dǎo)屏等）之間傳輸，在車流群中作用較大，但也存在一些問題。

缺乏相關(guān)協(xié)作機制

目前的交通誘導(dǎo)只能發(fā)布簡單、初級的誘導(dǎo)信息，交通誘導(dǎo)牌（屏）之間不存在協(xié)作機制，每個誘導(dǎo)牌（屏）都只是針對所在路段（區(qū)域）的交通運行情況作出誘導(dǎo)決策，不能根據(jù)全路網(wǎng)交通運行狀況，從全局進行決策來實施有效路徑指引。

難以實現(xiàn)動態(tài)誘導(dǎo)

當前交通誘導(dǎo)只是基于所在路段（區(qū)域）的交通運行狀況而作出的決策。由于無法獲取當前路段車輛的行駛目的地，故目前的交通誘導(dǎo)只是對道路設(shè)施的誘導(dǎo)，不是對單個車輛的誘導(dǎo)，屬靜態(tài)誘導(dǎo)，而不是動態(tài)誘導(dǎo)。靜態(tài)誘導(dǎo)無法根據(jù)誘導(dǎo)對象的出行需求進行路徑規(guī)劃，導(dǎo)致無法進行動態(tài)決策，誘導(dǎo)效果大大降低。

控制系統(tǒng)顧此失彼

交通誘導(dǎo)系統(tǒng)作出誘導(dǎo)決策后，由于路口交通系統(tǒng)無法及時調(diào)整，故交通誘導(dǎo)將減少路口某一轉(zhuǎn)向交流流量，使其他轉(zhuǎn)向交通壓力增大，排隊車輛增多，降低路口的通行效率，進而形成新的擁堵點。

信息發(fā)布時間滯后

交通誘導(dǎo)無法提前預(yù)測交通運行狀況，只能在擁堵后才能發(fā)布交通誘導(dǎo)信息，這對于還未上路或者距離擁堵點較遠的車輛有一定作用，可以提前變更出行路線。但對于即將進入擁堵路段的車輛，選擇的余地已經(jīng)不多，當大量車輛轉(zhuǎn)向周邊道路時，可能形成新的擁堵路段。

交通誘導(dǎo)的研究運用

針對這些問題，重慶市公路局通過在重慶武隆仙女山、奉節(jié)旅游環(huán)線、巫山雙神線等地開展交通誘導(dǎo)的實踐與研究中得出，交通誘導(dǎo)的實現(xiàn)首先要依據(jù)路段的交通運行水平，判定當前路網(wǎng)中交通擁堵路段，確定周邊道路是否具備誘導(dǎo)分流條件。在此基礎(chǔ)上，從時間、距離以及駕駛員心理三個層面綜合分析，確定交通誘導(dǎo)路徑，最終給出路徑誘導(dǎo)方案（如圖1所示）。

為了提高交通誘導(dǎo)決策的準確度與科學(xué)性，改善當?shù)氐穆访娼煌ㄏ到y(tǒng)，減少車輛在路面逗留時間，實現(xiàn)交通流在公路路網(wǎng)中合理分配，從而形成高品質(zhì)的出行服務(wù)，主要開展五個方面的研究運用：

公路交通狀態(tài)研究判斷

圖1 路徑誘導(dǎo)技術(shù)路線

圖2 視頻檢測器交通信息采集的虛擬線圈

圖3 無線地磁檢測器原理

交通誘導(dǎo)系統(tǒng)對實時道路交通狀況的掌握，其核心技術(shù)在于自動、準確、高效的判斷道路交通狀態(tài)（如暢通、擁擠、堵塞）。道路交通狀態(tài)的實時獲取，必須首先解決公路網(wǎng)交通狀態(tài)判斷問題，掌握公路網(wǎng)交通運行的整體水平，才能提供實時有效的管理決策和誘導(dǎo)服務(wù)。針對交通狀態(tài)判別方法，國內(nèi)外均有大量研究和成果。迄今為止，針對交通狀態(tài)判別國內(nèi)外主要從經(jīng)典算法、數(shù)理統(tǒng)計、突變理論、模糊數(shù)學(xué)、人工智能三個角度進行過研究。

一是通過對路段評判指標和交叉口評判指標進行深入分析，建立一種基于FAHP和模糊綜合評判的交通狀態(tài)判別模型，并利用VISSIM的仿真實驗證實判別模型的可行性。二是模糊綜合評判的城際道路擁堵狀態(tài)判別模型，針對不同種類浮動車的速度特征信息，構(gòu)建了綜合評判中的權(quán)重和隸屬函數(shù)，形成了基于模糊綜合評判方法的城際道路擁堵狀態(tài)判別算法。三是采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，再通過模糊推理法對交通擁堵狀態(tài)進行評判，最后利用可變情報板、網(wǎng)絡(luò)等形式發(fā)布道路交通狀態(tài)。綜合分析，全市公路區(qū)域路網(wǎng)的交通狀態(tài)可以引用模糊理論中算法比較成熟、原理簡單、參數(shù)標定容易、模式類別劃分較好的模糊C-均值算法（FCM算法）模型作為區(qū)域路網(wǎng)交通狀態(tài)判別的基礎(chǔ)模型。在此基礎(chǔ)上，對模型改進優(yōu)化，以滿足公路交通狀態(tài)良好判別的需求。

公路交通數(shù)據(jù)前期采集

交通數(shù)據(jù)采集與處理是公路交通狀態(tài)判別的前期準備工作，通過分析采集到的交通數(shù)據(jù)來挖掘公路交通流蘊含的信息，為交通狀態(tài)判別研究提供更多參考信息。數(shù)據(jù)的質(zhì)量對算法交通狀態(tài)判別參數(shù)的選取以及聚類精度影響都很大，公路交通流受到干擾的因素多，數(shù)據(jù)噪音大，通過數(shù)據(jù)簡單處理來剔除某些錯誤數(shù)據(jù)，并對缺失數(shù)據(jù)進行合理補充，進而提高了樣本數(shù)據(jù)集所反映的交通特征真實度和算法判別精度，同時也保障了研究所需的樣本量。

視頻交通檢測。視頻檢測系統(tǒng)主要構(gòu)成包括攝像機、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、視頻圖像處理器。外場攝像機的功能主要是把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，將道路上某個斷面的交通圖像拍攝下來，經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備傳給視頻處理器。通過視頻交通檢測技術(shù)可以獲取大量的道路交通信息。外場攝像機可以獲取的信息有道路交通圖像、時間、交通運行狀態(tài)等，一定范圍內(nèi)的路段交通狀況可以通過觀察視頻錄像直接獲取，具有直觀、真實、可靠的特點。

現(xiàn)有的視頻采集技術(shù)能夠獲得交通參數(shù)有流量、速度、占有率、車型、車頭時距等，視頻檢測已被廣泛用于交通信息采集、城市交通違章抓拍和安防等領(lǐng)域。

地磁交通檢測。無線地磁檢測技術(shù)主要是通過檢測由于金屬物體的存在造成的地磁場變化的原理來檢測車輛。通常由無線地磁檢測器和接收主機兩部分組成。地磁檢測器能夠全天候持續(xù)正常工作設(shè)置方便、靈活，系統(tǒng)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，可擴展性好、系統(tǒng)運行效率高，實時對多路口、多車道的車流量信息進行采集和統(tǒng)計。

無線地磁檢測器主要檢測車流量、占有率、車型、車頭時距以及速度數(shù)據(jù)。目前，在仙女山旅游公路主機設(shè)備同時具備市電220伏供電和太陽能供電功能，太陽能供電不會引起環(huán)境污染，產(chǎn)品安裝方便靈活，運行維護成本低。

浮動車數(shù)據(jù)采集。GPS浮動車技術(shù)作為新型的交通信息檢測技術(shù)具有覆蓋范圍廣、不受天氣影響、投資少、精度高等特點，同時可以獲得路段行程時間和行程速度數(shù)據(jù)，這些參數(shù)可以最直觀地描述交通流的運行狀態(tài)。

結(jié)合武隆仙女山等地情況，利用旅游大巴作為浮動車，在信息采集技術(shù)中首先確定浮動車采樣時間間隔和浮動車樣本量，之后數(shù)據(jù)會進行預(yù)處理，如判斷車輛行駛狀態(tài)等，再與電子地圖匹配，利用算法進行路徑選擇，形成浮動車運動軌跡，再根據(jù)瞬間速度的判斷算法，計算出道路的擁擠度，通過城市誘導(dǎo)系統(tǒng)展示。

公路交通數(shù)據(jù)的融合處理

數(shù)據(jù)融合處理是通過將數(shù)據(jù)組合并且推解出更多的價值信息，數(shù)據(jù)融合處理主要有3級劃分，即像素級、特征級和決策級。像素級處理是基于原始數(shù)據(jù)層面進行的處理，屬于最低層的處理；特征級處理屬于層面之間，通過對原始采集信息特征提取并對這些信息綜合分析和處理；決策級處理屬于高層融合，其結(jié)果為管控決策提供最直接的指令。實踐中，主要采取五種處理方式：

聚類融合處理。聚類融合處理是通過模糊聚類的方法將樣本數(shù)據(jù)集在數(shù)據(jù)特征層面進行劃分歸類，這個過程可以理解為對不同樣本數(shù)據(jù)集潛在的特征信息及其不確定性進行了綜合分析和處理，屬于特征級融合?；诰垲惾诤系乃惴ㄓ泻芏?，使用最多的還是基于模糊C均值聚類的方法，它既可以融合單一傳感器的數(shù)據(jù)，又可以對源傳感器的信息進行融合。

加權(quán)融合處理。加權(quán)融合實際上是基于加權(quán)平均的一種融合方法，該方法是通過對檢測器所提供的冗余信息賦予不同的權(quán)值，利用加權(quán)算術(shù)平均的運算來獲取其融合值，其融合值綜合性地表達了包括冗余信息在內(nèi)的全部檢測數(shù)據(jù)信息特征，其加權(quán)權(quán)重的取值對較好的表達融合后的信息或者特征至關(guān)重要。

圖4 基于 FCM 流量、速度聚類效果圖

貝葉斯估計。此方法是數(shù)據(jù)融合的一種手段，是融合靜態(tài)環(huán)境下傳感器獲得的高層面信息的常用方法。貝葉斯估計融合方法的核心在于其概率融合規(guī)則，其傳感器信息融合是通過概率原則進行組合，對于不確定的信息采用條件概率來表示。多貝葉斯估計是將不同傳感器依次給予貝葉斯估計，將各個單獨物體的關(guān)聯(lián)概率分布聯(lián)合建立成基于后驗概率的分布函數(shù)，使用該函數(shù)似然函數(shù)最小規(guī)則，提供多傳感器信息的最終融合。

D-S證據(jù)推理。D-S證據(jù)推理是一種自上而下的融合方法，主要分為三級。第一級為目標的合成，就是將多源信息整合為一個整的輸出結(jié)果的過程；第二級是邏輯推斷，其目的是在獲取的合成結(jié)果之上進行邏輯推斷；第三級是數(shù)據(jù)的更新，各種傳感器獲得的感測數(shù)據(jù)都會存在或多或少的隨機誤差，因此需要在推斷和目標合成之前更新傳感器的觀測數(shù)據(jù)。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身是具有強大的容錯性、自組織能力，能夠處理較為復(fù)雜的非線性問題，這些特性和非線性處理能力，符合多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)處理的要求。多源傳感器造成觀測信息的不確定，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠通過當前樣本的相似性自動去建立分類標準，通過分類標準和自身的推理能力完成多源數(shù)據(jù)的融合。

公路交通數(shù)據(jù)接入共享

實踐中，充分利用各地已建成的交通綜合信息平臺，將交通誘導(dǎo)系統(tǒng)接入現(xiàn)有平臺，實現(xiàn)管理軟件一體化和資源共享，并在山區(qū)公路多個路段進行了應(yīng)用，同期同路段相比，交通事故率下降了40%左右，交通擁堵率下降70%以上，全面保障廣大群眾安全暢通出行。

GIS地理信息接入。交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)備接入、數(shù)據(jù)存儲、軟件開發(fā)，均在當?shù)亟煌ňC合信息平臺的GIS地理信息管理系統(tǒng)平臺上進行擴充和完善，主要包括：采集層，車輛檢測設(shè)備位置信息、運行狀態(tài)、統(tǒng)計信息以及獲取的交通信息數(shù)據(jù)等；應(yīng)用層，誘導(dǎo)屏位置信息、顯示內(nèi)容、運行狀態(tài)等。

其他獨立系統(tǒng)銜接。交通誘導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)充分利用各地現(xiàn)有信息化系統(tǒng)平臺，獲取區(qū)域交通信息。例如，通過重慶交通運行管理平臺獲得連接各地各條高速公路運行情況；加強與各地應(yīng)急指揮系統(tǒng)、交警交通管理系統(tǒng)對接獲取外場豐富的視頻監(jiān)控資源、交通流數(shù)據(jù)；與旅游（集團）有限公司游客管理系統(tǒng)、鐵路旅客信息系統(tǒng)等系統(tǒng)對接獲取游客人次數(shù)據(jù)，以此增加交通數(shù)據(jù)多樣性，更加全面地獲取區(qū)域路網(wǎng)交通數(shù)據(jù)。

交通數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)布。交通誘導(dǎo)系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有硬件設(shè)施資源，如服務(wù)器、大屏幕顯示系統(tǒng)、存儲設(shè)備、安全與通信設(shè)備等實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。例如平臺的交調(diào)點、重要路段的視頻監(jiān)控、地質(zhì)觀測點等數(shù)據(jù)可供交通誘導(dǎo)系統(tǒng)處理分析使用，系統(tǒng)交通實時監(jiān)控數(shù)據(jù)可供平臺交通監(jiān)控調(diào)度使用，并通過通過公眾信息網(wǎng)、交通誘導(dǎo)屏、手機應(yīng)用、專業(yè)網(wǎng)站等發(fā)布路網(wǎng)交通運行狀態(tài)。

公路交通數(shù)據(jù)技術(shù)保障

智能誘導(dǎo)軟件。在誘導(dǎo)軟件設(shè)計中，選擇C語言作為編程語言。集成開發(fā)環(huán)境選擇ARM公司的KeilμVision4。庫函數(shù)選擇ST官方stm32f10x標準外設(shè)函數(shù)庫v3.5。在運行方式選擇上，于較大型程序設(shè)計需要考慮高效、全局、資源利用、低功耗等因素。由于誘導(dǎo)系統(tǒng)采用GSM作為遠程通信，涉及到錯誤排查以及超時等待、自動連接檢查，而操作系統(tǒng)有利于管理系統(tǒng)資源，切換、喚醒任務(wù)，對于復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計更加穩(wěn)定可靠，選用RTX實時操作系統(tǒng)，系統(tǒng)每個函數(shù)運行的周期都嚴格可控，運行時間可預(yù)測。

智能誘導(dǎo)無線通信。當下常用無線通信技術(shù)有 2G、3G、LTE、WLAN、RFID、Bluetooth、UWB和 ZigBee等，其工作頻段、調(diào)制方式、輻射距離、數(shù)據(jù)率各不相同，因此在不同領(lǐng)域下有各自的應(yīng)用。在雙車道公路誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究設(shè)計中，上位機與路側(cè)誘導(dǎo)單元、上位機和能見度儀間相距較遠，其指令和圖片等信息的傳遞需借助無線通信?？紤]到成本、應(yīng)用環(huán)境和資源等因素，本系統(tǒng)的遠程控制是借助GPRS通用分組無線服務(wù)技術(shù)實現(xiàn)的。GPRS屬于第二代移動通信數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供10倍于GSM的傳輸速度，兼具永遠在線、按流量計費、全國省、市覆蓋區(qū)域廣等突出優(yōu)勢。

圖5 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)架構(gòu)圖

路側(cè)單元單片機。單片機利用VLSI技術(shù)在硅片上集成CPU、RAM、ROM、多種I/O口、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能電路。在系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)計中，需結(jié)合具體應(yīng)用，在成本、性能、可擴展性、開發(fā)周期等各因素權(quán)衡應(yīng)用需求，選擇適合的微處理單元作為系統(tǒng)核心的主控器件，再進行系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計和搭建。根據(jù)前面功能需求分析，實現(xiàn)目標可以初步得出：隨機存取存儲器RAM不小于20k，通用異步收發(fā)傳輸器UART多余3個并且波特率可到11.52kbps，主頻大于8MHz。

公路交通誘導(dǎo)的前景方向

交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的建立完善是實現(xiàn)智慧交通的重要標志，并將成為當前和未來運輸管理體系的模式和發(fā)展方向，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)時代的來臨，交通誘導(dǎo)應(yīng)用前景將更加廣闊。

利用“交通測序”開展交通誘導(dǎo)?！敖煌y序”系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)和業(yè)務(wù)邏輯基于每輛車精準的運動坐標提取，對應(yīng)現(xiàn)實情況實現(xiàn)了虛擬坐標呈現(xiàn)，從而為實時交通參數(shù)、完整空間軌跡回放、全程GIS事件預(yù)警等提供數(shù)據(jù)支持，這些斷面流量、交通參數(shù)等讓公路交通管理更加有的放矢，實現(xiàn)“所見即所現(xiàn)”。

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開展交通誘導(dǎo)。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠提供比以往更快、更精確的交通狀況分析及預(yù)測，對影響交通關(guān)鍵因素進行全面洞察，分析城市交通擁堵成因，并基于分析結(jié)果進行宏觀調(diào)控，實現(xiàn)公路交通從“治”理到“智”理的轉(zhuǎn)變，有效提高城公路管理科學(xué)化、現(xiàn)代化水平。

利用仿真模型開展交通誘導(dǎo)。仿真模型將所有交通資源集約在一張實景地圖上，通過全息感知、精確分析、實景作戰(zhàn)、高效調(diào)度，分析交通系統(tǒng)在各種設(shè)定條件下的可能行為，并通過仿真試驗尋求現(xiàn)實交通問題的最優(yōu)解和交通設(shè)計方案的評價，為公路交通規(guī)劃和整改提供決策輔助。