文/汪俊

1 合肥市人工智能建設發(fā)展歷程

1999年，是合肥的寶藏時代，成立輕軌辦、市府廣場改造、徽園的建成、北京華聯(lián)和東方商城開業(yè)。

2009年，合肥交通還不發(fā)達，大家出門主要靠公交、出租車、電動車，私家車還不多，路也不算堵。

2014年，曾經的圓形天橋、繁鬧的女人街、古老科教書店、熱鬧的小香港，都成為合肥人心中最深處的記憶。破而后立，這是城市發(fā)展的代價。

2016年，合肥城市建設與經濟飛速發(fā)展，“大湖名城，創(chuàng)新高地”不僅僅是個口號。然而居民出行的機動化程度增加，合肥市的機動車保有量逐年提升，路段的通行壓力日益增大，路口的緩行現(xiàn)象日益突出，城市擁堵排名全國居前。2016年12月，《智慧合肥建設“十三五”規(guī)劃綱要》出臺，明確指出聚焦城市交通物聯(lián)感知、優(yōu)化控制和綜合服務三個層面，構建智慧交通綜合管理與應用服務體系。

2017年12月，習近平總書記主持集體學習國家大數(shù)據戰(zhàn)略，強調要推動實施國家大數(shù)據戰(zhàn)略，加快完善數(shù)字基礎設施，推進數(shù)據資源整合和開放共享，保障數(shù)據安全，加快建設數(shù)字中國，更好服務我國經濟社會發(fā)展和人民生活改善。

繁重的科學和工程本是由人腦承擔，如今計算機不但能完成這類任務，而且能夠比人腦做得更快、更準確。隨著人工智能的發(fā)展，人工智能技術的引入，引發(fā)鏈式突破，推動經濟社會各領域向智能化加速躍升。

2 人工智能的重要性體現(xiàn)

我國發(fā)展人工智能具有良好基礎，國家在人工智能科技研發(fā)、應用推廣和產業(yè)發(fā)展等方面推出了一系列政策和措施，人工智能領域持續(xù)取得重要進展，語音合成、語音識別技術世界領先，感知智能、認知智能等技術具備跨越式發(fā)展能力。安徽省在人工智能領域具有良好的先發(fā)優(yōu)勢，以科大訊飛為代表的人工智能龍頭企業(yè)在國際上獲得廣泛關注和認可，并建有全國唯一定位于人工智能領域的國家級產業(yè)基地——“中國聲谷”。

3 人工智能在生活中的具體應用

立足于合肥市交通整體現(xiàn)狀的基礎上，合肥交警攜手科大訊飛、中科院自動化所及清華大學（以下簡稱“項目研究團隊”），針對核心示范區(qū)，從流量感知、信號優(yōu)化、智能語音應用及交通事件研判四個方面著重考慮，解決合肥市交通痛點問題，以此改善交通擁堵現(xiàn)狀，提高合肥交通智能化水平。

2018年11月，“項目研究團隊”在合肥市包河區(qū)徽州大道-蕪湖路沿線率先試點，利用AI算法實現(xiàn)了信號配時優(yōu)化。整套方案采用視頻方式監(jiān)測數(shù)據，可以精準識別道路上每一條車道的全量數(shù)據，包括交通流量、車輛排隊長度等。同時，基于中科院自動化所和清華大學團隊提出的平行強化學習新方法，根據感知到的道路車流擁堵情況，對交通進行實時的區(qū)塊化綜合治理，算法可擇優(yōu)給出基于統(tǒng)計指標的分時段相位配時方案；結合傳統(tǒng)信號燈時鐘同步和相位協(xié)調的方式，方案通過計算實驗對連續(xù)通過4個路口的車流合理分割策略的擇優(yōu)并投入執(zhí)行，保證流量均勻分布，避免集中在某個路口導致的交通壓力過大。

初步測試的優(yōu)化效果為：排隊長度降低13%左右，西方向直行排隊長度稍微增加（綠燈時間調整到其他三個方向）。未來，“項目研究團隊”期望實現(xiàn)路網交通數(shù)據到后端AI智能體的實時交互，實現(xiàn)信號燈實時控制策略。

目前交通信號控制大多采用單點控制、綠波控制，只能做到局部最優(yōu)，無法做到全局最優(yōu)。項目研究團隊基于平行強化學習的信號控制可以將區(qū)域多個信號路口控制建模并計算，“牽一發(fā)而動全身”自適應實現(xiàn)整體全局優(yōu)化，不再需要人工對交通區(qū)域進行控制子區(qū)劃分，無需單獨操作某個局部參數(shù)，無需要大量人工干預，可以實現(xiàn)區(qū)域信號控制效果的全局最優(yōu)或次優(yōu)解。合肥交通信號控制即將邁入“AI控制時代”。

流量不均衡現(xiàn)象時常伴隨公民出行每一天，不均衡程度、不均衡時段、不均衡方向（潮汐現(xiàn)象）等各項指標都對路口信號燈相位設置、配時長短影響甚大。早晚高峰、午間高峰是每個城市最繁忙的時段，合理有效的設置信號燈相位、配時長短，有效緩解路面壓力，減輕路網擁堵指數(shù)不僅是合肥交警首要任務，也是公民最迫切的訴求。

4 人工智能的發(fā)展難點

異常突發(fā)事件，往往帶有一定的偶然性與“災難性”，對于交通而言，突發(fā)事件往往造成事件地交通擁堵、混亂，如果不及時處理疏導，甚至會造成擁堵區(qū)域蔓延擴散。項目研究團隊所采用實時電警流量作為數(shù)據源，一方面全面準確定位不均衡時段、不均衡方向、不均衡程度，另一方面動態(tài)感知各個高峰期來臨與結束時刻，同時對于突發(fā)事件、異常事件具有精準感知力，能有效應對以上場景下的信號控制。

5 解決措施

采用中科院自動化研究所團隊開創(chuàng)性提出的平行智能管理與控制相關理論與方法，根據真實交通場景，結合當前大數(shù)據和云計算等技術，采用面向智能交通管控的平行強化學習技術優(yōu)化信號燈控制，提出構建人工交通系統(tǒng)+強化學習網絡的面向交通流量控制與引導的平行智能技術框架。

信號燈優(yōu)化的平行交通技術方案主要分為三個階段：首先基于合肥真實交通數(shù)據構建人工交通系統(tǒng)；然后在人工系統(tǒng)中對信號控制方案進行優(yōu)化；最后將優(yōu)化后的信控方案通過平行執(zhí)行應用于真實交通場景中。

在構建人工交通系統(tǒng)階段，以合肥真實路網、信號燈相位及傳感器配置為基礎，保持人工系統(tǒng)中的相關配置信息與真實系統(tǒng)一致，并在此基礎上基于真實電警卡口過車數(shù)據生成相應人工車流。人工交通系統(tǒng)可較為準確地模擬真實交通系統(tǒng)運行規(guī)則，同時為信號控制研究提供了計算實驗及測試評估環(huán)境。

在信號控制方案計算優(yōu)化階段，采用基于策略迭代的平行深度強化學習算法，從零開始自主地學習信號控制策略。一個強化學習系統(tǒng)主要由環(huán)境與智能體構成，兩者通過狀態(tài)，動作及回報進行交互。

環(huán)境為智能體提供當前時刻的交通狀態(tài)，如各檢測點的車流量、平均速度、排隊長度及各信號燈的相位。智能體基于當前狀態(tài)計算并選擇相應控制策略并執(zhí)行控制動作，控制動作將指示信號燈是否切換到下一相位。在動作執(zhí)行后環(huán)境將會切換到下一個時刻的狀態(tài)，并向智能體返回即時回報，即時回報衡量了當前控制策略的性能。例如，如果路口各向車輛均衡度較高并且路網凈流出車輛數(shù)為正，則控制策略將會有較高的即時回報。同時，智能體的控制策略通過神經網絡實現(xiàn)，網絡的輸入為當前人工交通環(huán)境的狀態(tài)，輸出為信號燈是否切換相位的動作指令。在信號優(yōu)化過程中，通過策略迭代算法執(zhí)行計算實驗，訓練該策略網絡以最大化控制方案在特定時段的累積回報。

通過計算實驗得到的控制策略，能夠在人工系統(tǒng)中提升區(qū)域路網車輛通行量，減少車輛的等待時間，均衡路口各向流量。在實際部署階段，由計算實驗擇優(yōu)生成的信號配時方案被部署到真實交通系統(tǒng)中。

真實系統(tǒng)與人工系統(tǒng)同時運行，一方面該信控方案將在真實交通場景中有效引導系統(tǒng)有序運行，提升真實交通系統(tǒng)整體運行效率。另一方面，真實交通運行效果進一步作為輸入被人工交通系統(tǒng)學習，作為經驗累積，增強系統(tǒng)智能水平。

在人工系統(tǒng)的信號優(yōu)化算法性能測試中，就整個建設區(qū)范圍信號優(yōu)化效果來看，平行交通管理與控制的方案較現(xiàn)有方案在路口排隊長度、車輛等待時間、路網車輛總數(shù)等指標均上均有明顯提升。區(qū)域路口車輛排隊長度，全網排隊長度在高峰期、平峰期均減少25%左右；區(qū)域路口車輛等待時長，全網平均等待時長在高峰期、平峰期分別減少30%、28%左右。

通過平行強化學習信號優(yōu)化算法，能準確預測并感知早高峰時段的車流分布情況，及時應對各種各向車流，指導信號燈快速、安全、穩(wěn)定的疏導路面交通情況，減輕路面執(zhí)勤民警的壓力。

6 成果和結語

2019年，百度中國城市交通報告中合肥市第二季度高峰擁堵指數(shù)環(huán)比下降4.86%。高德中國主要城市交通分析報告中，合肥市高峰擁堵排行從2017年的第9名下降至27名。合肥交警與科大訊飛、中科院自動化研究所以及清華大學的合作，必將為合肥智能交通發(fā)展打開嶄新局面。