交通與社會的發(fā)展和人們的生活密切相關(guān)。但不容忽視的是，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，各類交通問題日益凸顯，交通擁堵問題越來越嚴重，已成為世界性難題。尤其是我國，人口眾多，居住密度大，人們的出行頻率高，交通擁堵相比其他國家更為嚴重，除影響人們的出行效率外，也對運輸、物流造成巨大的損失。據(jù)粗略統(tǒng)計，我國交通擁堵每年造成的損失占GDP的5%?8%，相當(dāng)于每年GDP的增速，而歐美日等發(fā)達國家和地區(qū)僅為1%?3%。如2020年我國的GDP已經(jīng)突破100萬億元，交通擁堵造成的損失即達5萬多億元，這個數(shù)字可謂觸目驚心。因此，解決交通擁堵問題被提上國家戰(zhàn)略層面，國家“十三五”發(fā)展規(guī)劃、新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃和交通強國建設(shè)綱要均對開展智能交通管控的基礎(chǔ)理論方法、技術(shù)、裝備研究開發(fā)以及研究范式提出明確要求。

中國科學(xué)院自動化研究所十多年來一直致力于交通擁堵問題的研究，以交通預(yù)測與控制作為關(guān)鍵問題，采用多種先進的科學(xué)方法進行深入研究，著力打造智能交通系統(tǒng)。

據(jù)中國科學(xué)院自動化研究所副研究員呂宜生介紹，交通預(yù)測與控制面臨的主要問題;一個是數(shù)據(jù)的缺失，一個是影響因素的繁雜，一個是環(huán)境的開放性。比如北京有兩千多萬人，不同的人有不同的出行行為，對這些出行行為進行一定的刻畫是非常困難的;又如天氣情況、房屋框架、局部地區(qū)舉辦大型活動等，都會對交通狀況產(chǎn)生較大影響。另外，雖然在道路上設(shè)置了很多傳感器，但是不一定能夠全部正常運行，所以交通大數(shù)據(jù)就難以保證質(zhì)量。而且交通系統(tǒng)除有工程特性外，還受到社會因素的影響，不可能開展大規(guī)模的重復(fù)實驗，一是成本高，二是有些問題也是不能真正去做實驗的。這些問題給開展交通問題研究帶來較大的困難，如何把影響交通系統(tǒng)運行的外部因素嵌入交通時空預(yù)測模型中進行相關(guān)分析，是要花大力氣去做的工作。

關(guān)于數(shù)據(jù)驅(qū)動的交通預(yù)測與控制具體研究工作，呂宜生介紹，科研團隊主要從以下幾個方面開展了研究工作設(shè)計。

一是開展大規(guī)模路網(wǎng)動態(tài)的交通預(yù)測，主要是基于一些時間序列方法開展研究。自2012年以來，研究團隊在平行交通系統(tǒng)的框架下，面向交通大數(shù)據(jù)的發(fā)展形勢，利用深度學(xué)習(xí)方法，開展交通預(yù)測。這一做法在國際上也是開展得比較早的。主要是把交通路網(wǎng)大規(guī)模的交通流時空特征通過多模塊加以抽取，然后進行融合分析，得到的預(yù)測結(jié)果比較好。

另外，因為路網(wǎng)也是圖的結(jié)構(gòu)，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖和路網(wǎng)結(jié)構(gòu)結(jié)合進行交通預(yù)測也是當(dāng)前研究的一個技術(shù)點，也是一個研究方向。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖可以很好地對路網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行表征，但當(dāng)時間序列表征不足，可以考慮某一時間片段路網(wǎng)圖的時間特征和空間特征，進行融合預(yù)測交通狀況，通過構(gòu)建時間圖和空間圖并設(shè)計一個模塊在公開數(shù)據(jù)集上進行比較，采用時空同步聚合方法，以得到非常好的預(yù)測結(jié)果。

在交通預(yù)測過程中，還涉及交通數(shù)據(jù)的彌補問題，可以用TSCE制造編碼機，完成對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換彌補，并開發(fā)相關(guān)的模型，對不同的數(shù)據(jù)模式進行相關(guān)的處理。對于數(shù)據(jù)不全的問題，可以利用深度學(xué)習(xí)模型進行增廣，開展一些數(shù)據(jù)合成。

二是開發(fā)一個面向特大城市交通系統(tǒng)的訪問平臺。利用這個平臺可以進行一些交通管控實驗的評估，然后進行優(yōu)化，來開展一些具體的工作。比如可以借鑒一些好的交通信號配置策略，構(gòu)建一個交通信號管控智能機器人，創(chuàng)建一個基于策略推薦和機器學(xué)習(xí)的管控系統(tǒng)，提升城市交通信號配置水平和交通管控能力。該系統(tǒng)在杭州市的一千多個路口進行了實際應(yīng)用，大幅度提高了交通信號配置能力，處理效率提高了2?3倍，大大減少了報警次數(shù)。

三是充分利用手機序列數(shù)據(jù)對北京市居民的出行活動進行一些相關(guān)分析。通過15種簡單的出行形態(tài)刻畫出北京市全體居民的出行模式，聯(lián)合北京市規(guī)劃院對北京市的交通出行狀況進行模擬，也支撐了北京市中心區(qū)的規(guī)劃和機場建設(shè)等相關(guān)的一些工作。

四是設(shè)計了一個具有標準符合性特色的、基于硬件在環(huán)技術(shù)的交通控制系統(tǒng)裝備平臺，部署在無錫公安部交通管理科學(xué)研究所檢測中心，對于全國交通信號管控設(shè)備的標準符合性檢測發(fā)揮了較大作用。

呂宜生解釋，交通系統(tǒng)是一個開放的、復(fù)雜的巨系統(tǒng)，涉及的問題很多。對交通進行預(yù)測與控制可以有多種方法，比較好的一個是數(shù)據(jù)驅(qū)動，另一個是機制模型驅(qū)動，但是數(shù)據(jù)驅(qū)動比機制模型驅(qū)動更為精準，二者可以結(jié)合使用。在缺少交通數(shù)據(jù)時也可以使用數(shù)據(jù)模型進行計算，以作為參考。