路車協(xié)同智慧治理模式的研究與應(yīng)用分析

梁光勝 田 璐

（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

目前，我國機動車擁有量增速與停車泊位增速差別很大，停車難問題非常突出[1]。亂停車問題造成道路交通混亂，嚴(yán)重阻礙城市交通、居民出行、生產(chǎn)生活的正常運行[2]。我國城市交通壓力與日俱增，道路擁堵問題愈發(fā)突出，建立健全的城市道路交通管理機制十分迫切[3-4]。近年來，各地采用了一些道路治理模式和方法，如在馬路邊劃設(shè)停車位[5]，在道路中間加裝鐵柵欄防止車輛逆行、穿行，在關(guān)鍵路段加裝減速帶防止車輛超速，在馬路兩邊擺放水泥墩或埋設(shè)金屬隔離樁防止車輛亂停亂放。這樣的治理模式會帶來一系列負(fù)面效應(yīng)，如路邊劃設(shè)停車位使寬敞的道路有效通行空間縮小，加大了交通擁堵概率；鐵柵欄的大量使用造成大量鋼鐵資源的浪費，且一個方向車輛臨時出現(xiàn)停車狀況時，會導(dǎo)致后面車輛無法前行而堵車；減速帶的使用導(dǎo)致駛過車輛更顛簸，對城市道路的環(huán)境衛(wèi)生清潔工作造成極大不便[6-7]。本文研究了路車協(xié)同智慧治理模式，通過監(jiān)測車輛逆行、超速、違章停車等行為，采取扣分、罰款等措施，運用互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)，對城市道路和機動車輛進(jìn)行協(xié)同治理[8]，將依靠隔離護(hù)欄、減速帶、水泥墩的硬性治理模式轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂每萍际侄蔚娜嵝灾卫砟Ｊ絒9]。

1 系統(tǒng)功能規(guī)劃

為實現(xiàn)路車協(xié)同慧治理模式，設(shè)計了路車協(xié)同智慧治理系統(tǒng)。該系統(tǒng)涉及停車收費管理和違規(guī)行為監(jiān)測兩大核心任務(wù)[10]，圍繞系統(tǒng)的兩大核心任務(wù)進(jìn)一步細(xì)化了系統(tǒng)的各功能模塊。

系統(tǒng)功能規(guī)劃如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能規(guī)劃

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

路車協(xié)同智慧治理系統(tǒng)由服務(wù)器、中心主控管理計算機、應(yīng)用層管理軟件、監(jiān)測攝像頭、信息顯示牌、網(wǎng)絡(luò)交換機、微信小程序等組成。

2.2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)果如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

中心主控管理計算機安裝了停車收費管理、違規(guī)車輛監(jiān)測、違規(guī)車輛查詢、園區(qū)車輛進(jìn)出管理、違規(guī)車輛取證與處罰等應(yīng)用層管理功能軟件。

2.3 各關(guān)鍵功能模塊設(shè)計

（1）前端視頻圖像采集模塊。

在馬路邊、校園和居民小區(qū)的關(guān)鍵點位布設(shè)監(jiān)測攝像頭。前端視頻圖像采集模塊采用“多桿合一”模式，依托分布廣泛的路燈桿，作為車輛監(jiān)控、交通標(biāo)志牌、公安監(jiān)控、小型化微基站等多種功能的承載體，使用太陽能供電[11]。

（2）車牌識別模塊。

利用python和OpenCV編程，使用深度學(xué)習(xí)算法，設(shè)計了車牌識別程序，實現(xiàn)了對車牌的自動識別。

（3）計時收費管理模塊。

記錄車輛的進(jìn)入時間、離開時間和停車時長，通過軟件編程實現(xiàn)自動計時收費功能。

（4）違規(guī)停車監(jiān)測模塊。

該模塊功能是檢測靜態(tài)違規(guī)車輛，在攝像頭監(jiān)測區(qū)域，通過圖像分析技術(shù)判定車輛停車是否違規(guī)，實現(xiàn)違規(guī)停車智能識別功能[12]。

（5）違規(guī)行車監(jiān)測模塊。

通過視頻動態(tài)分析技術(shù)自動測算車輛速度，并判定車輛是否超速。

（6）違規(guī)行為提示牌。

車輛違規(guī)行為信息顯示牌能夠?qū)崟r顯示系統(tǒng)監(jiān)測到的違規(guī)車輛信息，包括車牌、車主姓名、違規(guī)類型和違規(guī)時間，并發(fā)出語音警告。

（7）違規(guī)行為提示微信小程序。

小程序首頁分為車位快速查找、今日車輛限號、事故違法業(yè)務(wù)、加油站等板塊。

在“預(yù)約”一欄，可以查看目前還有多少停車位。

在“我的”一欄，可通過獲取微信手機號直接注冊并登錄，登錄后可查看正在使用的停車位信息。

“最新消息”會提醒停車位已使用時間和剩余時間，防止車主停車后遺忘。

在“我的訂閱”里可查詢最近的停車位數(shù)量。

在“我的打卡”里，通過打卡可獲得優(yōu)惠券或小禮物，調(diào)動用戶積極性。

在“地圖查找”中，可獲得自己定位，并顯示周圍停車位的數(shù)量以及道路擁堵情況。

小程序還擁有車輛查找功能，以防用戶忘記個人車輛停放位置。

（8）違規(guī)取證和處罰模塊。

根據(jù)管理需求設(shè)置監(jiān)控區(qū)域是否可以停車、允許停車的時間段、車輛行駛范圍等，系統(tǒng)可對違規(guī)停車和超速行駛進(jìn)行判斷，出現(xiàn)違規(guī)行為時，系統(tǒng)自動拍照取證，并根據(jù)情況對違規(guī)行為進(jìn)行處罰。

（9）園區(qū)進(jìn)出管理模塊。

對園區(qū)員工車輛和常駐園區(qū)車輛進(jìn)行授權(quán)登記，被授權(quán)車輛可以按照規(guī)定出入園區(qū)[13]。若臨時車輛進(jìn)入園區(qū)，監(jiān)控系統(tǒng)會自動識別車輛和駕駛員信息，放行正常車輛，攔截問題車輛。若車輛在園區(qū)正常停車和行駛，系統(tǒng)將根據(jù)收費標(biāo)準(zhǔn)自動收取停車費；若車輛在園區(qū)內(nèi)有違規(guī)行為，如違規(guī)停車、超速行駛等，系統(tǒng)將通過短信和微信小程序提醒車主，實施罰款、記錄不良信用等措施。

（10）路邊停車收費管理模塊。

根據(jù)不同路段的具體情況，在道路兩邊規(guī)劃出停車位；根據(jù)不同時間車流量及路況的差別，開放不同的停車位；車輛停靠后系統(tǒng)開始計時，并根據(jù)停車時長收取費用。若停車時間超出停車位規(guī)定的使用時間或時段，系統(tǒng)將通過短信和微信小程序提醒車主[14]。

（11）公安交通車輛違規(guī)監(jiān)測上傳模塊。

將車輛違規(guī)信息上傳服務(wù)器，在城市公安交通管理部門授權(quán)下，將系統(tǒng)記錄的道路車輛違規(guī)信息對接城市公安交通違規(guī)處理系統(tǒng)。

3 柔性治理模式實施方案

在學(xué)校、商場、醫(yī)院、居民小區(qū)出入口、十字路口等附近關(guān)鍵路段設(shè)立車輛監(jiān)測點位，通過交管部門施劃交通標(biāo)線，按照“多桿合一”理念合理布設(shè)太陽能供電攝像頭，撤除隔離護(hù)欄、隔離樁、隔離水泥墩以及減速帶等硬性隔離物件。

大學(xué)校園師生多、車輛多，車輛亂停亂放現(xiàn)象嚴(yán)重，早、中、晚高峰時段容易造成短時交通擁堵；校園內(nèi)路上人少時段車輛速度快，容易引發(fā)交通事故。在校園內(nèi)關(guān)鍵路段設(shè)立車輛監(jiān)測點位，應(yīng)用智慧治理系統(tǒng)，同時撤除硬性隔離設(shè)施，將校園車輛進(jìn)出收費管理與車輛違規(guī)監(jiān)測、違規(guī)處罰有機結(jié)合。

居民小區(qū)中停車位緊張，沒有固定停車位的車主隨意占道停車，嚴(yán)重影響車輛出行和人員通行，物業(yè)管理部門在關(guān)鍵路口路邊加裝隔離樁和隔離水泥墩用于限制停車。在居民小區(qū)內(nèi)關(guān)鍵路段設(shè)立車輛監(jiān)測點位，應(yīng)用智慧治理系統(tǒng)，同時撤除硬性隔離樁和隔離墩，將小區(qū)車輛進(jìn)出收費管理與車輛違規(guī)監(jiān)測、違規(guī)處罰有機結(jié)合，改善小區(qū)車輛和居民出行的道路環(huán)境和生活環(huán)境，增加停車位供給和改善停車秩序，節(jié)約大量道路硬性隔離設(shè)施消耗和經(jīng)費投入。

4 預(yù)期效能分析

4.1 撤除道路隔離設(shè)施的效能

（1）護(hù)欄。

近幾年，北京市道路隔離護(hù)欄總量超過2 500 km，再加上大學(xué)校園、居民小區(qū)等內(nèi)部設(shè)置的隔離護(hù)欄，數(shù)量相當(dāng)龐大。2020年初，已經(jīng)撤除了1 370 km，還有1 200 km護(hù)欄仍未撤除。按照護(hù)欄75 元/m的平均價格計算，僅北京市的道路隔離護(hù)欄就需要花費1.875億元，再加上學(xué)校和小區(qū)中使用的護(hù)欄，開銷更大；護(hù)欄壽命約10年，更換護(hù)欄的成本巨大；護(hù)欄重量約15 t/km，2 500 km護(hù)欄重量約為37 500 t，使用護(hù)欄造成了大量鋼鐵資源浪費。

（2）減速帶。

減速帶被廣泛應(yīng)用于限制車速的路段，雖然在物理上強制將車速降了下來，但人車顛簸會嚴(yán)重影響人的行車體驗，且會縮減汽車使用壽命。減速帶的廣泛使用消耗了大量的資源，造成了嚴(yán)重的浪費。

（3）水泥墩。

水泥墩被廣泛應(yīng)用于道路兩邊和居民小區(qū)、學(xué)校中，防止車輛的亂停亂放。根據(jù)調(diào)研，一個居民小區(qū)約使用80個水泥墩，一所大學(xué)約使用200個水泥墩。北京市內(nèi)約有4 000個居民小區(qū)、90所大學(xué)，總計使用338 000個水泥墩。一個水泥墩造價約為50元，總造價約為1 700萬元。

若采用路車協(xié)同智慧治理模式，可以大幅度減少護(hù)欄、減速帶、水泥墩的使用量，減少城市交通道路運行維護(hù)的資金投入和人力投入，節(jié)約大量的鋼鐵、水泥等資源。同時，這些設(shè)施的撤除為城市道路環(huán)保人員的環(huán)境衛(wèi)生清理帶來了極大便利。

4.2 道路暢通產(chǎn)生的綜合效能

2005～2015年，北京市累計投資60億元用于緩解交通擁堵；2016年，北京市加大資金支持力度，累計達(dá)25億元。據(jù)統(tǒng)計，北京市每天約有200萬車輛出行，平均出行時間約為2.5 h。若使用本方案，道路擁堵現(xiàn)狀會得到緩解，平均出行時間可降低至2.2 h，每輛車可節(jié)約燃油0.6 L，每天總計可節(jié)約燃油120 萬L，每年北京市機動車燃油消耗量可減少43.8 萬t，節(jié)約262 800萬元，大幅度減少尾氣排放，也能減少人們出行的時間成本。

5 結(jié)語

（1）路車協(xié)同智慧治理模式將停車收費與違規(guī)監(jiān)測有機結(jié)合，適用于城市道路、學(xué)校、居民小區(qū)等場所，有望實現(xiàn)交通道路和學(xué)校、居民小區(qū)等場所從依靠隔離護(hù)欄、減速帶、水泥墩的硬性治理模式到使用科技手段的柔性治理模式的轉(zhuǎn)變。

（2）智能化治理模式的應(yīng)用可以緩解警力不足和現(xiàn)場執(zhí)法取證難的問題，保證違法停車行為能夠得到及時糾正以及查處。

（3）將車輛監(jiān)控攝像頭、路燈、指示牌、4G/5G基站整合實現(xiàn)“一桿多用”，使用太陽能供電，能夠節(jié)約大量空間、減少資金投入，還可以減少桿件資源消耗。

（4）車主可通過微信小程序?qū)崟r查詢目標(biāo)停車位分布和使用情況。

綜上所述，路車協(xié)同智慧治理模式在城市道路和園區(qū)停車治理方面具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，能夠產(chǎn)生巨大的環(huán)保效益、社會效益、經(jīng)濟效益。