孫躍男

(甘肅天成道橋勘察設(shè)計(jì)有限公司,蘭州 730070)

現(xiàn)代城市中,交通管理系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用,有效的交通管理系統(tǒng)可保證道路暢通無(wú)阻,提高道路的使用率,減少交通事故的發(fā)生。隨著科技的發(fā)展,交通管理系統(tǒng)也在不斷演變,特別是智能交通系統(tǒng)(ITS)的出現(xiàn),為城市交通管理帶來(lái)了巨大的變化。ITS結(jié)合了信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、電子識(shí)別技術(shù)等,實(shí)現(xiàn)了交通信息的實(shí)時(shí)采集,快速處理,準(zhǔn)確發(fā)布,有效改善了交通狀況,提升了道路安全性,減少了能源消耗[1]。

過(guò)去,交通管理主要依靠人工進(jìn)行,道路規(guī)劃及設(shè)計(jì)主要基于交通流量及交通需求進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。隨著汽車的普及,城市交通擁堵問(wèn)題愈發(fā)凸顯,早期的交通管理系統(tǒng)已無(wú)法滿足人們的需要。計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)的引入對(duì)交通管理系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。電子信號(hào)系統(tǒng)被用于交通燈,大大提高了交通流量的處理能力。計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入令交通管理系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化成為可能。該技術(shù)提高了道路運(yùn)行效率,為公路安全提供了重要保障。智能交通系統(tǒng)(ITS)的出現(xiàn)標(biāo)志著交通管理系統(tǒng)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段[2]。其利用先進(jìn)的信息通信技術(shù)對(duì)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理及分析,從而實(shí)現(xiàn)交通管理的自動(dòng)化及智能化。通過(guò)ITS,人們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及調(diào)控交通狀態(tài),預(yù)測(cè)交通流量,優(yōu)化交通信號(hào)控制,提高道路運(yùn)行效率,有效地降低了交通事故的發(fā)生率。

1 智能交通系統(tǒng)(ITS)

智能交通系統(tǒng)(ITS)是一種利用高科技電子及通信技術(shù)來(lái)改善交通流量管理、提高道路安全性、優(yōu)化車輛性能、降低交通對(duì)環(huán)境影響的系統(tǒng),多學(xué)科交叉,包括信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信、電子工程、交通工程及城市規(guī)劃等,典型的ITS包含以下幾個(gè)部分:①數(shù)據(jù)收集設(shè)備。使用各種傳感器(如攝像頭、雷達(dá)、感應(yīng)線圈等)收集交通數(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇煌ü芾碇行摹＂劢煌ü芾碇行?。?duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并生成交通控制策略。④控制設(shè)備。基于生成的策略對(duì)交通信號(hào)進(jìn)行控制或向駕駛員提供實(shí)時(shí)交通信息。

1.1 ITS的主要功能

實(shí)時(shí)交通信息服務(wù)。向駕駛員提供實(shí)時(shí)路況信息,幫助他們做出更好的行駛決策。實(shí)時(shí)交通信息服務(wù)包括交通流量、事故、道路維修、天氣條件、施工信息及其他可能影響行駛決策的因素,這些信息可以通過(guò)多種方式傳遞給駕駛員,如智能手機(jī)應(yīng)用程序、車載導(dǎo)航系統(tǒng)、廣播電臺(tái),甚至是高速公路旁的電子信息顯示板。

自動(dòng)交通信號(hào)控制。自動(dòng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器(如視頻攝像頭、線圈檢測(cè)器、雷達(dá)等)收集實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù),包括車輛數(shù)量、速度、行駛方向等信息,這些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng),其中高級(jí)算法會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,預(yù)測(cè)未來(lái)幾分鐘或幾小時(shí)的交通狀況,并據(jù)此調(diào)整交通信號(hào)的燈色切換順序及時(shí)長(zhǎng)。

事故檢測(cè)與管理。自動(dòng)事故檢測(cè)(AAD)是ITS的重要組成部分,依靠傳感器、監(jiān)視器、數(shù)據(jù)分析技術(shù)及通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)報(bào)告道路交通事故,自動(dòng)檢測(cè)事故發(fā)生并快速響應(yīng),以減少事故對(duì)交通流的影響,提高道路安全性。

環(huán)境保護(hù)。通過(guò)優(yōu)化交通流量,減少交通擁堵,減少車輛尾氣排放,達(dá)到環(huán)保目的。

圖2 自動(dòng)交通信號(hào)控制功能Fig.2 Automatic traffic signal control function

1.2 ITS在現(xiàn)代交通管理系統(tǒng)中的作用

智能交通系統(tǒng)改變了現(xiàn)代城市的交通管理方式,通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集及分析,可以準(zhǔn)確地掌握交通流狀況,制定有效的交通控制策略[3]。人們可以獲取實(shí)時(shí)的交通信息,做出合理的行駛決策,這大大提高了道路使用率,減少了交通擁堵,改善了城市環(huán)境。ITS對(duì)道路安全性產(chǎn)生了重大影響。例如,自動(dòng)事故檢測(cè)及管理系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)事故,減少事故對(duì)交通流的影響,提高道路安全性。

2 智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 在流量管理中的應(yīng)用

ITS采用各種傳感器及監(jiān)視設(shè)備(如閉路電視、車載GPS、雷達(dá)傳感器等)進(jìn)行實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)的收集,這些數(shù)據(jù)包括車輛數(shù)量、速度、類型,甚至是駕駛員的行為等,將這些數(shù)據(jù)送到中央控制室并進(jìn)行處理分析,以形成對(duì)當(dāng)前交通狀況的準(zhǔn)確理解。實(shí)時(shí)的交通情況反饋能夠幫助管理者迅速了解并響應(yīng)交通事件,如交通事故、道路施工及突發(fā)事件,從而進(jìn)行有效的交通流量管理。

ITS能夠自動(dòng)調(diào)整交通信號(hào)燈的時(shí)序,根據(jù)實(shí)時(shí)交通狀況優(yōu)化綠燈時(shí)間分配,以確保交通流的順暢。例如,在交通高峰期,主要通道的綠燈時(shí)間可能會(huì)延長(zhǎng),以容納更多的車流,而在非高峰期,調(diào)整信號(hào)時(shí)序來(lái)優(yōu)化交通流量,減少交通阻塞,提高道路通行能力。

ITS可根據(jù)實(shí)時(shí)交通狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整高速公路或其他收費(fèi)道路的通行費(fèi)[4]。在高峰期,為了阻止過(guò)多的車輛同時(shí)上路導(dǎo)致?lián)矶?提高通行費(fèi),反之在交通量較少時(shí)通行費(fèi)則會(huì)降低,這種價(jià)格信號(hào)能夠引導(dǎo)駕駛員改變出行時(shí)間或選擇其他交通方式,有效調(diào)節(jié)交通流量,減少交通擁堵。

ITS通過(guò)優(yōu)先信號(hào)系統(tǒng)令公交車在需要時(shí)優(yōu)先通行。例如,當(dāng)檢測(cè)到有公交車接近交叉口時(shí),信號(hào)燈可提前變綠或延長(zhǎng)綠燈時(shí)間,讓公交車優(yōu)先通過(guò),這種系統(tǒng)鼓勵(lì)公共交通的使用,減輕私家車對(duì)交通流量的壓力。

2.2 在道路安全設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

相比傳統(tǒng)的定時(shí)交通信號(hào),智能交通信號(hào)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通流量并自動(dòng)調(diào)整信號(hào)時(shí)間的能力,此技術(shù)可以大幅度降低交通堵塞及交通事故發(fā)生的可能性。例如,當(dāng)智能交通信號(hào)檢測(cè)到某條道路的交通流量突然增加時(shí),可通過(guò)增加該路段的綠燈時(shí)間,從而更有效地分散交通流量,減少交通壓力,降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

隨著V2X(Vehicle to Everything)技術(shù)的發(fā)展,車輛間通信(V2V)與道路和車輛通信(V2I)發(fā)揮的作用越來(lái)越大。V2V技術(shù)允許車輛之間分享行駛信息,如速度、位置及方向,可提前知道其他車輛的行駛狀態(tài),從而做出反應(yīng),避免碰撞。V2I技術(shù)令車輛接收到道路設(shè)施(如交通信號(hào)、道路標(biāo)志)發(fā)出的信息,有助于駕駛員做出安全的駕駛決策。例如,當(dāng)前方交通信號(hào)變?yōu)榧t燈時(shí),提前減速,避免闖紅燈。

ITS能提供實(shí)時(shí)天氣及路況信息,當(dāng)?shù)缆窛窕蛴蟹e雪時(shí),通過(guò)車載信息系統(tǒng)向駕駛員發(fā)送警告,提示其降低速度或改變行駛路線。此外,如果發(fā)生交通事故或道路施工,ITS可實(shí)時(shí)提供信息,避免人們駛?cè)胛ｋU(xiǎn)區(qū)域。

3 智能交通系統(tǒng)在環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展中的作用

ITS的重要作用之一是優(yōu)化交通流量,減少交通擁堵,這種優(yōu)化包括實(shí)時(shí)調(diào)整交通信號(hào)、預(yù)測(cè)交通擁堵并提前采取行動(dòng),基于交通狀況提供最佳的導(dǎo)航建議。降低交通擁堵可以減輕駕駛員的壓力,提高其駕駛體驗(yàn)。公交優(yōu)先系統(tǒng)是ITS中的一個(gè)重要組成部分,通過(guò)優(yōu)先為公交車提供綠燈或設(shè)定專用道路,令公交出行變得更加方便快捷。此系統(tǒng)不僅可以提高公共交通吸引力,鼓勵(lì)人們使用公共交通,還可以有效減少私家車的使用,降低碳排放。公交優(yōu)先系統(tǒng)的實(shí)施促進(jìn)了城市交通的可持續(xù)發(fā)展。

ITS可收集分析大量的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù),為人們提供環(huán)保的出行方案[5]。例如,ITS可基于實(shí)時(shí)交通狀況提供最優(yōu)路線或在交通擁堵的情況下提供替代路線,避免汽車長(zhǎng)時(shí)間怠速排放。某些ITS系統(tǒng)還可以提供最節(jié)能的駕駛模式建議,改變駕駛行為(如避免急加速和急剎車),減少燃料消耗,為環(huán)保出行提供有力的技術(shù)支持。

表1 ITS對(duì)未來(lái)交通道路的影響趨勢(shì)預(yù)測(cè)

4 發(fā)展趨勢(shì)

AI將在預(yù)測(cè)交通流量、優(yōu)化交通信號(hào)定時(shí)、自動(dòng)化駕駛等方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。其可促進(jìn)智能交通管理,如通過(guò)深度學(xué)習(xí)分析過(guò)去的交通數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)未來(lái)的交通需求。ITS將利用大數(shù)據(jù)改進(jìn)服務(wù),包括分析交通流量模式、行車時(shí)間、事故發(fā)生率等,以優(yōu)化交通管理及道路設(shè)計(jì)[6]。云計(jì)算將使ITS的所有組成部分實(shí)時(shí)連接,提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的交通信息,并在必要時(shí)進(jìn)行迅速反應(yīng)。需利用此技術(shù)來(lái)優(yōu)化交通,制定合適的政策來(lái)保護(hù)個(gè)人隱私及數(shù)據(jù)安全,確保公路暢通。

未來(lái),道路設(shè)計(jì)需考慮自動(dòng)駕駛的需求。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的車輛將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛,這對(duì)道路設(shè)計(jì)提出了新要求。雖然人工智能、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算為ITS發(fā)展提供了巨大的技術(shù)支持,但這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與集成還存在一些問(wèn)題,還需進(jìn)一步研究,找到妥善的解決方案。