張娜

摘要：近年來，我國的智能化建設(shè)的發(fā)展迅速，智能交通系統(tǒng)是緩解城市交通擁堵，提升城市交通治理能力的重要手段之一。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)的快速發(fā)展，為城市交通智能治理提供了重要的支撐。人工智能技術(shù)在處理復(fù)雜高維非線性的城市交通系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。特別是在城市交通流預(yù)測(cè)、交通信號(hào)控制，以及智能決策支持等方面表現(xiàn)出重要的優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)城市交通系統(tǒng)特性，研發(fā)了基于模式匹配的深度學(xué)習(xí)交通流預(yù)測(cè)技術(shù)、基于環(huán)結(jié)構(gòu)約束的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)信號(hào)優(yōu)化控制技術(shù)，以及基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的城市交通智能決策支持系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：城市交通;大腦賦能;智慧交通管理

引言

新基建對(duì)交通運(yùn)輸行業(yè)而言，本質(zhì)是利用數(shù)字化、智能化技術(shù)改變傳統(tǒng)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字信息技術(shù)，將智能的交通智慧化。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)與交通運(yùn)輸行業(yè)的深度融合，給行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇：自動(dòng)駕駛、車路協(xié)同、共享交通等，民眾生活的智慧水平不斷攀升。無論是新基建還是交通強(qiáng)國，在世界范圍的科技變革中，信息技術(shù)都成為不可或缺的部分。

1基于環(huán)結(jié)構(gòu)約束的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)信號(hào)優(yōu)化控制

城市交通信號(hào)優(yōu)化控制是城市交通智能管控的核心問題，也是一個(gè)經(jīng)典的非線性決策問題，非常適合采用強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法進(jìn)行建模。傳統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)采用人工預(yù)先設(shè)定、涵蓋有限狀態(tài)空間的價(jià)值函數(shù)，無法應(yīng)對(duì)交通狀態(tài)的短時(shí)隨機(jī)溢界問題，嚴(yán)重制約了方案的執(zhí)行效果。深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)則可以將原始狀態(tài)數(shù)據(jù)直接輸入至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以獲取價(jià)值函數(shù)值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)“狀態(tài)-動(dòng)作”端對(duì)端關(guān)系的充分挖掘，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)的缺陷，因此深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前交通信號(hào)優(yōu)化控制領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。由于多路口交通流之間存在著交互影響，為提升區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)層面的交通流運(yùn)行效率，需要實(shí)行多路口協(xié)同控制策略。協(xié)同策略的早期思路是匯集節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，構(gòu)造區(qū)域共享狀態(tài)空間，并依據(jù)共享空間由獨(dú)立智能體完成多路口信號(hào)方案的同步優(yōu)化。該思路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，但全局最優(yōu)性難以保證，且算力需求隨路口數(shù)量增加呈爆炸式增長，無法滿足大規(guī)模區(qū)域信號(hào)優(yōu)化的需求?；诖?，后續(xù)研究普遍采用“分層優(yōu)化、中心交互”的方式完成區(qū)域協(xié)作，其核心理念是：控制體系由中心智能體和多個(gè)子智能體組成，中心智能體匯聚子智能體數(shù)據(jù)（如排隊(duì)長度、延誤時(shí)間等），測(cè)算固定時(shí)段的累計(jì)獎(jiǎng)勵(lì)，進(jìn)而從宏觀層面對(duì)子智能體網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行評(píng)判與優(yōu)化，提升區(qū)域信號(hào)控制的全局最優(yōu)性。然而，這種理念下，很多方法僅存在正向反饋，使得不良方案更新速度慢，動(dòng)作趨優(yōu)時(shí)間長，甚至無法收斂。為此，后續(xù)研究引入正負(fù)評(píng)價(jià)概念，通過負(fù)反饋減少不良動(dòng)作的選擇概率，使得評(píng)價(jià)對(duì)動(dòng)作的優(yōu)化效果顯著提升。針對(duì)當(dāng)前深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法中存在的忽略狀態(tài)

2我國智慧交通發(fā)展現(xiàn)狀

從20世紀(jì)90年代中期開始，我國就進(jìn)行了關(guān)于智能交通系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略、體系框架、標(biāo)準(zhǔn)體系等方面的研究。其中，智能交通關(guān)鍵技術(shù)還進(jìn)行了專項(xiàng)攻關(guān)和試點(diǎn)示范。2013年，交通運(yùn)輸部提出了“綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通”的發(fā)展理念。2017年，黨的十九大報(bào)告中首次明確提出“交通強(qiáng)國”發(fā)展戰(zhàn)略。2019年，中共中央、國務(wù)院正式印發(fā)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，為智慧交通的發(fā)展指明了方向：“大力發(fā)展智慧交通。推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級(jí)計(jì)算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合。推進(jìn)數(shù)據(jù)資源賦能交通發(fā)展，加速交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)、能源網(wǎng)與信息網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展，構(gòu)建泛在先進(jìn)的交通信息基礎(chǔ)設(shè)施?！?019年，《推進(jìn)綜合交通運(yùn)輸大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要（2020—2025年）》明確，到2025年，綜合交通運(yùn)輸大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系更加完善，基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)載工具等成規(guī)模、成體系的大數(shù)據(jù)集基本建成。2020年，《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》提出，到2035年，交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得顯著成效。先進(jìn)信息技術(shù)深度賦能交通基礎(chǔ)設(shè)施，精準(zhǔn)感知、精確分析、精細(xì)管理和精心服務(wù)能力全面提升，成為加快建設(shè)交通強(qiáng)國的有力支撐。泛在感知設(shè)施、先進(jìn)傳輸網(wǎng)絡(luò)、北斗時(shí)空服務(wù)在交通運(yùn)輸行業(yè)深度覆蓋，行業(yè)數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)安全體系基本建立，智能列車、自動(dòng)駕駛汽車、智能船舶等逐步應(yīng)用。

3區(qū)塊鏈與交通融合應(yīng)用

3.1個(gè)人交通出行服務(wù)

近年來網(wǎng)約車出行頻繁爆出拒載、繞路、劫持等問題，讓一些客戶對(duì)網(wǎng)約車的服務(wù)質(zhì)量難以接受，對(duì)人身安全擔(dān)憂。通過區(qū)塊鏈技術(shù)，可以對(duì)司乘人員及車輛最初注冊(cè)的信息掌握了解到人員及車輛的信息，后臺(tái)數(shù)據(jù)將會(huì)通過對(duì)比人與車的信息來確保安全問題，同時(shí)結(jié)合定位信息及車輛行車軌跡數(shù)據(jù)，可以判斷出車輛的行車路線是否選擇最優(yōu)的路線，通過區(qū)塊鏈技術(shù)我們掌握從最開始上車一直到達(dá)目的的全過程信息。同時(shí)，我們考慮應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，解決單人乘車時(shí)行程信息對(duì)家人異地不透明這一本質(zhì)問題，實(shí)現(xiàn)車輛行程和司機(jī)履歷的可追溯，可以實(shí)時(shí)獲取車輛信息及具體位置。在區(qū)塊鏈技術(shù)中，由于每個(gè)區(qū)塊的信息均不可被修改或消除，不可篡改性保證了信息的可靠，確保司機(jī)信息及車輛信息均未合法準(zhǔn)確，否則未能通過審核注冊(cè)成功。同時(shí)，對(duì)司機(jī)的從業(yè)表現(xiàn)評(píng)估及評(píng)價(jià)積分及良好車況信息進(jìn)行記錄標(biāo)記，建立資信聯(lián)盟，保障乘客安全便捷出行。

3.2車輛道路高效管理

城市交通的管理，是城市治理的基本要求。城市交通主要由市民、車輛及道路構(gòu)成，如何使市民的出現(xiàn)規(guī)范，車輛來往有序，道路規(guī)劃科學(xué)，這是對(duì)城市交通管理的有效有段。針對(duì)該問題，可以利用區(qū)塊鏈技術(shù)，構(gòu)建系統(tǒng)的頂層智能管理平臺(tái)，將市民出行、車輛及道路等數(shù)據(jù)匯聚起來，進(jìn)行科學(xué)分析規(guī)劃，建立人與車、人與路、車與路的分布式數(shù)據(jù)庫，以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)，建立區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫，及時(shí)、準(zhǔn)確、詳細(xì)的掌握各領(lǐng)域各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，通過匯聚的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研判，在不同環(huán)節(jié)相互供需間提供更加科學(xué)、可靠的策略。城市道路的有序暢通，是促進(jìn)城市發(fā)展的根本保障。擁堵的城市道路，是目前城市治理的最頭疼的課題之一。區(qū)塊鏈技術(shù)可以增加交通領(lǐng)域的監(jiān)控系統(tǒng)的兼容性，將人、車、路及環(huán)境歸為交通治理的整體，通過區(qū)塊鏈技術(shù)搭建的平臺(tái)，采集個(gè)人出行、車輛行駛、道路規(guī)劃等綜合信息，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，建立道路區(qū)塊信息，市民出行區(qū)塊數(shù)據(jù)，以及車流量信息區(qū)塊，實(shí)現(xiàn)各區(qū)塊數(shù)據(jù)的共享，可以實(shí)時(shí)掌握道路人流量和車輛量及道路的具體情況，通過各區(qū)塊的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)各道路的實(shí)時(shí)情況，統(tǒng)籌城市交通信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)分析，對(duì)人與車進(jìn)行引導(dǎo)分流，減輕擁堵路段的人流量和車流量。完成城市點(diǎn)、線、面交通路段信號(hào)的協(xié)調(diào)控制，在政策法規(guī)的保障下，可以起到約束人車路的規(guī)范有序，有效提高城市交通管理的能力。

結(jié)語

總而言之，隨著智慧城市建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，未來物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)必然會(huì)在智能城市中得到更多的應(yīng)用，而要想保證物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用的有效性，取得理想的智慧城市建設(shè)成果，則需要不斷加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)手段的研究，同時(shí)把握好物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)、智慧醫(yī)療建設(shè)、智慧交通建設(shè)、智慧環(huán)保建設(shè)、智慧養(yǎng)老建設(shè)等方面的應(yīng)用要點(diǎn)。

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