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  • 顾金刚:聚焦场景,目标导向,城市交通靶向治理路径思考

    2021-03-09 17:18:55 来源:ITS世界 作者:ITS世界 评论:
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    顾金刚 副研究员

    公安部交通管理科学研究所交通控制技术研究部副主任




    01


    城市交通治理的时代需求


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    首先,简要介绍一下我们城市目前的发展。城市交通确实发展得比较迅速,从道路建设来看,截止2018年底,城市道路有43万公里,每年有5%的增速。但在同期中机动车的增长率是更快的,近些年来以超过了12%-13%的速度在增长。到现在为止,目前的机动车保有量是3.65亿量,汽车是2.75亿量,31个城市超过200万辆,12个城市超过300万辆,机动车增长迅速,带来的交通拥堵、交通事故各方面的问题都比较突出。

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    为了解决城市交通问题,实际上我们一直在努力,在公安部部署了多方面的工作,围绕城市交通治理做了大量的部署,从2000年开始的畅通工程2017年实施的文明畅通计划,现在每年公安部也在发布一些指导意见,2019年我们发布了交通组织的指导意见,2018年发了勤务机制改革指导意见,今年我们刚刚发布了信号控制指导意见,这也说明我们的工作在逐渐深入,针对一些细化的领域在做具体化的指引,希望我们的工作能做得更加精细一点,为了解决城市的问题,我们也在不断努力做一些新的工作。

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    虽然我们也很努力,但机动车确实增长得太快了,现在一些交通拥堵的问题还是比较突出的。通过这些现象的分析,我们觉得有几方面的原因比较突出。

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    第一,交通组织渠化、设施设置以及信号控制与交通动态变化需求不匹配。

    第二,交通管控技术方法、系统的孤立运用与网联以及大数据环境下融合应用不协同。

    第三,重建设轻应用、重经验求数据,科技投入与应用能力提升存在不平衡。

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    习总书记讲,我国已进入高质量发展阶段,我们要集中解决发展不平衡不充分的矛盾问题。交通也一样,虽然现在做了很多基础的工作,但也要解决不匹配、不协同以及不平衡的问题。

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    交通问题我们可以做区分,不同的交通现象是有差异性的,有的问题跟我们的基础设施有关,有的是运行当中产生的问题。这些问题有的是偶发性的,有的是常态化的,这些问题我们要做区分,区分出来的问题我们可以称之为场景,这些场景要细化对应。针对这些场景,我们要去治理。最近我们也有国家课题做支撑,利用数据做深度的分析,找出要解决的问题到底是什么,然后再实施一个精准的治理,最后再做一些评估,形成精准治理的闭环,用数据做驱动,我们要树立一些明确的靶向,这跟我们下午论坛的主题 “数据赋能 靶向智能” 非常契合。 


    02


    聚焦场景的数据画像和诊断



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    具体怎么做呢?围绕一些场景,怎么利用数据做深度刻画呢?对此我们做了一些研究。一方面,从路网运行层面可以去做大的宏观评价,从这里面可以得出很多的结论。关于整个城市的运行层面,我们也需要大量的数据做分析,我们也利用互联网的出行数据,从多维角度评估体系,然后用一些方法画像,其实画像呈现城市不同的特点,还是非常有意思的。我们今天主要聚焦具体的道路场景。

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    我们具体要解决路网上面运行的不均衡、不协调以及拥堵的场景,我们要用数据刻画它。怎么刻画呢?首先要把场景构建出来,先利用本身的一些属性,比如运行时的动态属性,我们把这些属性叠加起来,针对它在什么地方,有什么样的运行对象,产生了什么样的现象,我们构建成一个场景,用数据化描述交通拥堵、秩序乱、安全问题低的问题。我们平时说,这个地方很堵,这个地方秩序很差,这些场景需要用数据化构建。

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    我们提取了一些画像指标,道路基础的通行畅通能力,再到路口交通流运行的压力,以及需要通过的交通流有多少,造成的运行状态是什么样的,有什么样的规律,会用一些指标刻画。用指标刻画出来,我们觉得每个路口还是很有特点的,同样是一个十字交叉路口,可能在主干路上,交通量非常大,体现出来的特征与不同位置、不同交通状态所表现的特点是不一样的。 

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    比如一个主干道的交叉口,交通压力非常大,交通需求和运行状态偏高,运行可靠性的指数偏低,明显能刻画出它的特点。如果是属于潮汐现象比较大的路口,它的各方面指标表现也是不一样的。我们首先通过正向来看,知道这个地方是堵的,它的特点我们也知道,所以我们用数据做刻画,构建一个模型出来,把不同的场景用数据进行描述,形成一个模型,以后把数据和模型分析的方式倒过来,用这样的数据模型来找这个城市哪些是比较堵的路口,哪些是潮汐方向比较明显的路口,我们事先不知道,只是通过数据去读取分析,我们想这样去干,把数据模型构建起来,到了一个城市,就可以用数据模型反推每个城市的特点。

    用这种数据画像的方式,能让我们把一个场景的特性更加量化,也可以用可视化的方式体现出路口的特点。画像的目的,是为了刻画这个路口或者这一段路运行的规律和特点,有了刻画出来的这些规律和特点,再通过一些分析和比较,我们就可以对它存在的问题进行诊断。

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    比如这是一个排队不太均衡的路口,首先从交通流量的变化就能看出,从排队的程度和数据指标也可以看得出来,建立一些关系表达的方式,比如早晚高峰之间的差距,或者是不同方向之间的差距,我们来分析到底是对象的失衡,还是同方向不同流向的失衡,我们来细化地刻画它,从而可以诊断出这个路口是一种失衡的状态。

    在这个基础之上,我们还可以更细化地探讨原因是什么,我们引入对信号的一些评价,比如把信号的周期、空旷率、绿色有效率等等联系起来,做一些比较,可以更深入地得知这个路口到底是控制上存在问题,还是说交通组织存在什么样的问题,或者是其他设施上有问题,一步步地进行深度刻画。深度刻画以后,得出管理的症结,并做深入分析。

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    我们要用大量的数据支撑这项工作,我们现在有什么样的数据?一方面,数据来源于路面上前端的设备,有大量的感知设施,有监控,有卡口,有本身信号机产生的数据。这些前端的数据我们已经有了基础,中心系统也有大量的数据,公安系统也有数据,公交平台也有数据,还有物联网的数据,比如车辆轨迹以及分析拥堵的热力图,这些都可以作为支撑。但是这两方面的数据各有优缺点,路上采集的信息比较精确、比较准,但覆盖率比较低,我们的一个卡口只能管一个断面,即使在路口,咱们有反向的视频检测或者雷达,也就只能管200米,是断面化的,覆盖面比较小。中心系统的一些数据面比较大,全程都在跟踪,有泛在的特点,但样本率达不到我们所期望的需求。这两者虽然能融合,但我们希望以后数据的发展,包括系统以后的建设,向全量化、全要素、全数据的方向发展,从而提出下一步交通建设的方向。

    第一步,我们对场景进行刻画,描述规律,通过规律发现问题,引入管控措施进行深度诊断。诊断之后,就要看看怎么治理。如果要治理,首先我们得确定目标,不是说针对这些问题直接开始干,要干到什么程度?我们要治理一个超饱和的路口,要追求什么程度?如果这个路口饱和度下降到0.7-0.8,这不是合理目标,但我们有一些具体的诉求,这可能是主干线上或通勤道路上的关键节点,这里面有一些刚性的需求,比如经常要通过这个路口的通勤交通,我们把它找出来,就像伍所长说的常旅客,路上应该有常走的车,把它找出来,看数量大概有多少,应该把路口的通行能力维持在什么样的水平。另外的一些交通流是可调可控的,我们通过一些手段分流掉,这才是我们可行的目标,对不同的交通运营场景,我们分别制定不同的目标,做一些治理的措施。新的目标确立,对不同场景有不同的目标。

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    在研究当中我们列举了若干场景库,针对不同的场景有很多诊断接口,我们会建立优化的对策库,有很多对应的措施。比如公交延误,有很多方法对应,这些方法要有一定的适用条件,在不同条件下要用不同的方法。还有一些实践的案例,我们会建立案例库,慢慢积累很多好的经验方法。构成这些库的目的,如果咱们在座一些单位和企业有能力,咱们用人工智能的方式学习这些库,做好以后的人工学习辅助,这就是资源,可以把这些资源作为学习的基础进行提供,这也是为了面向未来,我们会构建对策库和案例库。


    03


    目标导向的优化对策和评估



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    实施了对策之后,应该要马上干一件事,评价。评价也要围绕刚才确认的目标,比如说我是为了改善运行的稳定性,会有一系列的评价指标,看看有没有达到要求。这种评价不是一味地追求这个路的长度缩短了多少,速度提高了多少,而是我们有合理的一套指标进行评判。实际上就算我们从不同的维度共同实现目标,我们的评估也应该要多维化。

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    这里有一个案例,对一个短连接的路段,通过规律的分析,制定一个目标,让它中间的路段不能堵起来,这是具体场景的具体目标。实施的方式,通过信号的协同,把中间滞留的车辆减少,做信号方案实施然后评估,我们去做一些评价,看它的效果到底是好还是坏,从图上来看下降是有明显变化的,但这个变化不是我们所期望的最好目标,还存在溢出现象,我们再通过循环优化,把溢出率降得更低一点,一步一步形成循环迭代,让交通治理的措施更加有效。


    04


    治理能力提升的支撑条件



    要实现精准治理,需要几个支撑。

    首先是数据支撑,就是要利用好现有的系统,把数据打通并让数据融合,把它变成我们可用的数据。前端的数据要直联,现在问题比较大的是,各个系统还是像烟囱一样,直接对着自己的中心,没有把数据推到前方去,虽然前面的数据很多,但可利用率不高。我们现在在做这方面的研究,在研究边缘计算的节点,希望能够把相关的路面设施数据植入到路上节点,再推送到控制中心,比如以信号机为中心,把数据推送给它,让它在前端直接开始做控制。特别是以后车联网发展以后,车联网的数据可以直接跟前端做通讯,做一些实时的调整。后端也要广泛互联,不同系统之间的数据要联系起来,要融合,各自发挥各自的作用。比如互联网通行数据的特性,对整个交通运行状态的诊断是比较好的,我们自己的数据对于精准找到哪些车辆来说是比较有用的,这些优势组合起来,形成大家共同的数据。

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    我们也在做一些基础性的工具,这些数据需要有一些标准化的接入,或者说发布的接口,这些标准我们逐渐在制定。比如说最近正在征求意见稿,有接口规范,有信号设施的通信协议,我们准备升为国标,还有一些系统方面的数据。从最前端到中心的节点,比如信号控制,再到中心独立的信号系统,再到大平台,比如集成平台,各个层面之间的标准我们都在制定,形成一个标准化的支撑。包括我们的运行评估,也在做相关的技术规范,有了同样的规范之后,我们评估的工作基本上能统一起来,或者说是形成一致的评价结果,不会说同样的方法让这个城市很堵,到另外一个地方变得不堵,标准不统一会有问题。

    我们的运行机制要形成体系化,做好了诊断、分析、策略,要运行下去。执行体除了常见的信号控制系统之外,实际上警力和交通诱导也是我们很重要的手段。比如超饱和的路口,我们希望其中的一些交通流要分流掉,光靠信号不够,要通过导航提前分流掉,所以我们的执行体是需要做一些体系化建设的,更关键的是,有了这些数据,还需要很多的算法支撑,有了这些算法,我们才能把一些数据做得更好,这是科研院校更擅长的,从而形成整个的大体系。

    以上就是我今天汇报的主要内容,简单来说就是问题导向、数据画像、分析诊断、靶向目标、精准治理、效果评估,形成一个精准治理的闭环。


    (本文根据第十五届中国智能交通年会速记整理,未经本人确认)


  • 关键字: 智慧交通
  •    责任编辑:黑萝莉
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