徐琳琳

（淄博市公安局交通警察支隊周村大隊，山東淄博 255300）

0 引言

智能交通系統(tǒng)是一種綜合運用現(xiàn)代信息技術(shù)和通信技術(shù)對交通實施監(jiān)測、管理與優(yōu)化的系統(tǒng)，目的是提高交通效率、減少交通擁堵和事故，改善城市居民的出行體驗。城市路網(wǎng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，對其布局進(jìn)行評價與優(yōu)化的關(guān)鍵是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)的優(yōu)勢，通過數(shù)據(jù)分析、模擬仿真和智能化交通控制策略等手段調(diào)整布局，提高交通效率、減少擁堵與事故?；诖耍瑢谥悄芙煌ㄏ到y(tǒng)的城市路網(wǎng)布局評價及優(yōu)化方法進(jìn)行研究，以期進(jìn)一步改善城市居民的出行體驗。

1 城市路網(wǎng)布局評價

1.1 總體思路

當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，城市交通路網(wǎng)難以有效滿足民眾日漸增長的出行需求，如何對城市路網(wǎng)布局加以優(yōu)化，成為交通領(lǐng)域關(guān)注的焦點[1]?；诖耍扇∫韵滤悸穼Τ鞘新肪W(wǎng)布局作出客觀評價：

首先，選取經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會效益指標(biāo)，對城市路網(wǎng)布局作出整體評價。在評價體系設(shè)計環(huán)節(jié)，引入比較評分法與專家綜合評分法，總體思路是對現(xiàn)有交通路網(wǎng)進(jìn)行升級改造，并使用智能化技術(shù)提升交通道路的智能化、現(xiàn)代化水平，為城市交通運力的改善提供技術(shù)保障。在城市路網(wǎng)布局思路的選擇上，充分考慮當(dāng)?shù)氐恼?、社會、財政和文化等因素，為簡化研究流程，不對這類影響因素展開分析。

其次，選擇人均道路面積、路網(wǎng)密度、道路連接度等中觀層面指標(biāo)完成路網(wǎng)布局效益評價任務(wù)。上述指標(biāo)屬于物理性指標(biāo)，其變化與城市人口數(shù)量、基數(shù)和機(jī)動車持有量存在密切關(guān)系。若一個城市的物理基礎(chǔ)條件指標(biāo)不利，城市路網(wǎng)布局優(yōu)化所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益則不夠顯著，不僅會造成資源浪費，也無法徹底解決城市交通擁堵狀況。因此，選擇城市路網(wǎng)布局思路之前，研究人員需要開展調(diào)研工作，了解該城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，并對城市交通參數(shù)指標(biāo)含義給出準(zhǔn)確解釋，在此基礎(chǔ)上預(yù)留足夠的改造空間。

最后，由于路網(wǎng)布局方式直接影響城市建設(shè)模式、時序與方案，因此在對城市交通路網(wǎng)布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，研究人員需要具體問題具體分析，充分了解城市交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀，并分析當(dāng)前物理指標(biāo)存在的具體問題，對相關(guān)問題進(jìn)行深度剖析。目前，問題集中體現(xiàn)在路網(wǎng)布局的物理指標(biāo)、局部節(jié)點設(shè)計不規(guī)范等方面，上述問題長期存在會導(dǎo)致交通系統(tǒng)運行不暢，影響城市交通經(jīng)濟(jì)發(fā)展。解決上述問題的關(guān)鍵是改造當(dāng)前路網(wǎng)布局、設(shè)計多層次布局方案及采取道路新建措施。以現(xiàn)存問題為落腳點，提出設(shè)計智慧交通系統(tǒng)的構(gòu)想，同時借助該系統(tǒng)對城市路網(wǎng)布局方案進(jìn)行實時調(diào)整，以最大化發(fā)揮智能交通場景的應(yīng)用優(yōu)勢。

該研究的核心內(nèi)容是城市路網(wǎng)布局優(yōu)化，即對城市目前道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計，注重關(guān)鍵路段、關(guān)鍵節(jié)點的智能化設(shè)計與相關(guān)功能的實現(xiàn)。在具體研究過程中，也對影響城市路網(wǎng)運行質(zhì)量的關(guān)鍵因素作出評價，分析當(dāng)前城市路網(wǎng)布局是否合理，在此基礎(chǔ)上利用智能技術(shù)實現(xiàn)路網(wǎng)科學(xué)布局。完成布局效益評價后，研究人員也可以借助智能交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對當(dāng)前城市路網(wǎng)體系的運行效率加以評估，設(shè)計針對性的改善措施，使該路段的承載力和服務(wù)水平達(dá)到新高度。

1.2 評價方法

1.2.1 關(guān)鍵路段

對于關(guān)鍵路段，需使用模糊評價法，以城市道路歷史資料、相關(guān)規(guī)范為依據(jù)，將關(guān)鍵節(jié)點延誤系數(shù)的平均值、關(guān)鍵路段整體飽和度及車速平均值作為評價交通運行質(zhì)量的核心指標(biāo)（見表1）。

表1 關(guān)鍵路段等級與評價指標(biāo)

分析關(guān)鍵節(jié)點延誤系數(shù)時，不僅要考慮延誤原因、延誤地點和時間，還要考慮停車地點及停車時間，一般來說，該指標(biāo)取值越大，表明運行質(zhì)量越不理想[2]。路段飽和度是設(shè)計交通量、實際交通量的比值，既能夠表示運行質(zhì)量，又可以表示用戶滿意度，該指標(biāo)取值越大，說明節(jié)點交通供不應(yīng)求的矛盾越嚴(yán)重。確定車速平均值要先計算車輛行駛總距離、行駛總時長，再計算二者的比值，一般情況下，車速平均值越大，表示運行狀態(tài)越理想、民眾的出行成本越低。在實際工作中，研究人員應(yīng)以路網(wǎng)實際運行情況為依據(jù)，將運行狀態(tài)不理想的路段、重要路段作為研究對象，根據(jù)上文所述的計算方法，確定關(guān)鍵節(jié)點、路段評價指標(biāo)取值。了解路網(wǎng)全部關(guān)鍵路段的情況后，再參考路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，借助智能交通系統(tǒng)自帶的采集、計算與調(diào)控功能為智能交通相關(guān)設(shè)施增設(shè)提供可靠依據(jù)，真正做到有的放矢，確保相關(guān)設(shè)施得到充分利用。

1.2.2 關(guān)鍵節(jié)點

確定關(guān)鍵節(jié)點評價指標(biāo)時，研究人員既要考慮模糊評價法的特點，又要分析城市道路歷史資料、相關(guān)規(guī)范，最終將評價指標(biāo)定為延誤、飽和度及效率系數(shù)。隨后，根據(jù)交通工程、城市道路設(shè)計規(guī)范提出的要求，將節(jié)點衡量等級分成四級，根據(jù)加權(quán)平均計算得出結(jié)果，確定衡量等級（見表2）。

表2 關(guān)鍵節(jié)點的等級和評價指標(biāo)

2 基于智能交通的優(yōu)化思路與方法

2.1 優(yōu)化思路

城市路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)分布與圖論模型有向邊、節(jié)點圖結(jié)構(gòu)相似，以圖論模型為基礎(chǔ)，可用下列公式表示區(qū)域路網(wǎng)：

式（1）中：Vi表示路網(wǎng)自起點到目標(biāo)點所包含的交叉口數(shù)量；Mij表示路網(wǎng)自起點到目標(biāo)點的路徑組合總數(shù)。

優(yōu)化思路如下：分析自起點到目標(biāo)點的全部路徑的關(guān)鍵路段、交叉口節(jié)點。根據(jù)關(guān)鍵路段、交叉口節(jié)點情況，對設(shè)置智能交通的條件展開研究，通過增設(shè)智能交通設(shè)施的方式，對路段、節(jié)點交通流情況進(jìn)行調(diào)整，改善交通運行狀況。如果出行路徑改變導(dǎo)致其他路段或節(jié)點出現(xiàn)擁堵問題，則要擴(kuò)大研究范圍，根據(jù)可以調(diào)用的費用、時間對出行路徑進(jìn)行迭代優(yōu)化，并判斷是否需要在更大范圍內(nèi)或更深層次上增設(shè)智能交通設(shè)施[3]。對關(guān)鍵路段、交叉口節(jié)點增設(shè)智能交通后，需要分析路網(wǎng)運行狀況，如果改善效果不理想，則要分析問題原因，并調(diào)整路網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)或采取其他方式進(jìn)行優(yōu)化，保證路網(wǎng)順暢、高效運行。

2.2 優(yōu)化方法

2.2.1 交通分流

城市道路可分為支路、次干路、主干路和快速路四級，不同等級道路的功能定位、具體作用和要求，均由土地屬性、具體位置決定。例如，快速路是連接不同區(qū)域、實現(xiàn)各區(qū)域高速運轉(zhuǎn)的道路，其功能主要是縮短城鎮(zhèn)、城市的時空距離。主干路和快速路共同組成交通走廊，次干路的核心功能為集散功能，可以在具有通達(dá)功能的支路的配合下，對小區(qū)交通車輛進(jìn)行匯集。

近幾年，受城市化建設(shè)影響，城鎮(zhèn)居民汽車保有量不斷增加，汽車數(shù)目增長速度在道路資源整體增長速率之上，在每日出行高峰期，道路擁堵情況十分常見，導(dǎo)致出行舒適度下降、能源消耗增加、出行時間增加，環(huán)境污染、交通事故等問題的發(fā)生率上升等。解決干道擁堵問題的常規(guī)手段包括交通控制、優(yōu)化路網(wǎng)形態(tài)布局等，以達(dá)到分流交通的目的。

然而，上述手段在時效性方面存在明顯不足，以帶狀城市為例，這類城市的形成與地貌地形相關(guān)，共性特點是橫向跨度大、通道走廊數(shù)量有限，在上下班高峰期，無論是中心城區(qū)、商業(yè)區(qū)還是周邊區(qū)域，均存在交通量大的情況，通常要通過交通控制達(dá)到分流的目的。但交通控制有固定模式，只有在固定模式下酌情采取限行、交通組織或信號控制等措施，才能使分流效果達(dá)到預(yù)期。在原定出行路徑出現(xiàn)擁堵情況時，駕駛?cè)藛T需要憑借自己長期駕駛車輛所積累的經(jīng)驗，選擇新路徑，這也間接說明交通分流效果主要取決于駕駛?cè)藛T的經(jīng)驗及選擇。在車路協(xié)同條件下，智慧交通系統(tǒng)可在駕駛?cè)藛T正式出行前，參考客戶終端提供的可以實時反映道路交通量的數(shù)據(jù)，初步確定出行路徑。駕駛?cè)藛T駕車上路后，系統(tǒng)能夠根據(jù)實時獲取的當(dāng)前出行路徑和備選路徑的各項數(shù)據(jù)，計算通行時長，通過即時交互達(dá)到有效分流的目的，在保證交通效率的前提下，提升道路整體服務(wù)水平、承載能力，幫助駕駛?cè)藛T節(jié)約出行時間。

2.2.2 交通監(jiān)測

車路協(xié)同系統(tǒng)由交通控制系統(tǒng)、環(huán)境檢測單元、管控服務(wù)器、車載單元、監(jiān)控系統(tǒng)共同組成[4]。環(huán)境檢測單元負(fù)責(zé)檢測交通狀態(tài)、道路環(huán)境，實時采集交通信息，通過無線通信技術(shù)將信息數(shù)據(jù)上傳至控制平臺，控制平臺根據(jù)計算結(jié)果確定最佳路徑。上下班高峰期，區(qū)域路網(wǎng)車輛數(shù)目成倍增加，需實時計算路徑是否合適，以車輛所在位置、對應(yīng)時間節(jié)點為依據(jù)，實時反饋道路交通信息，通過反復(fù)計算并調(diào)整出行路徑，保證出行路徑為最優(yōu)路徑。

2.2.3 瓶頸預(yù)測

系統(tǒng)的后臺學(xué)習(xí)、計算和選擇迭代路徑等環(huán)節(jié)，均會用到長時間積累的常態(tài)化出行數(shù)據(jù)，以歷史出行數(shù)據(jù)為依據(jù)，對不同區(qū)域、不同時間段的最優(yōu)出行路徑進(jìn)行模擬及預(yù)測，可憑借成熟的算法和海量數(shù)據(jù)預(yù)測特定時間段、特定區(qū)域的交通參數(shù)，根據(jù)預(yù)測結(jié)果判斷路網(wǎng)現(xiàn)存瓶頸與問題，為日后有關(guān)部門優(yōu)化路網(wǎng)、建設(shè)城市提供科學(xué)依據(jù)[5]。

2.2.4 交通調(diào)控

車路協(xié)同既有前期引導(dǎo)機(jī)制是以智能交通系統(tǒng)所提供的交互數(shù)據(jù)為核心，向駕駛?cè)藛T提供符合實際情況的選項。受個體交通單元加入的影響，系統(tǒng)車載終端的交互對象數(shù)量增加，在多方交互的前提下，要想做到實時反饋交通量、判斷道路擁堵程度、提醒事故情況、引導(dǎo)車輛分流，關(guān)鍵要有交通調(diào)控系統(tǒng)提供支持。

以往，交通控制多依托交通標(biāo)志、管理人員或信號燈指揮，存在固化程度高、指揮效率低等不足，極易出現(xiàn)僅考慮某路段交通問題，致使其他路段出現(xiàn)計劃外擁堵的情況，甚至形成“走一段，堵一段”的問題。車路協(xié)同需要集成管控區(qū)域交通控制方式，道路資源的真實資料，實時監(jiān)控該區(qū)域短、中、長距離所對應(yīng)的出行需求，再根據(jù)交通信息、出行需求，以車路協(xié)同為前提，通過交通系統(tǒng)對出現(xiàn)交通問題的路段制訂穿越或截留決策，通過更改用戶終端、動態(tài)信息派或綠信比方式分流交通。

3 結(jié)論

第一，通過智能交通系統(tǒng)中的交通數(shù)據(jù)，可以對城市路網(wǎng)進(jìn)行基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的評價，識別交通瓶頸、擁堵點和事故易發(fā)區(qū)域等問題，從而為優(yōu)化路網(wǎng)布局提供依據(jù)。

第二，利用交通仿真和模擬軟件，可以對城市路網(wǎng)進(jìn)行虛擬仿真，模擬不同場景下的交通流動情況，評估布局方案效果，找出最優(yōu)解。

第三，采用智能信號配時、優(yōu)化車道布局等智能交通控制策略，能夠?qū)崟r調(diào)整交通流動，減少擁堵和延誤，提高整體路網(wǎng)效率。

第四，在路網(wǎng)布局優(yōu)化中，要考慮不同交通模態(tài)的整合，優(yōu)化不同交通模態(tài)的協(xié)同和銜接，提高整體交通效率和出行便利性。