基于智能交通系統的城市路網布局評價及優化方法研究

徐琳琳

（淄博市公安局交通警察支隊周村大隊，山東淄博 255300）

0 引言

智能交通系統是一種綜合運用現代信息技術和通信技術對交通實施監測、管理與優化的系統，目的是提高交通效率、減少交通擁堵和事故，改善城市居民的出行體驗。城市路網是智能交通系統的重要組成部分，對其布局進行評價與優化的關鍵是充分利用現代信息技術、通信技術的優勢，通過數據分析、模擬仿真和智能化交通控制策略等手段調整布局，提高交通效率、減少擁堵與事故。基于此，對基于智能交通系統的城市路網布局評價及優化方法進行研究，以期進一步改善城市居民的出行體驗。

1 城市路網布局評價

1.1 總體思路

當前，隨著經濟社會的快速發展，城市交通路網難以有效滿足民眾日漸增長的出行需求，如何對城市路網布局加以優化，成為交通領域關注的焦點[1]。基于此，采取以下思路對城市路網布局作出客觀評價：

首先，選取經濟、環境與社會效益指標，對城市路網布局作出整體評價。在評價體系設計環節，引入比較評分法與專家綜合評分法，總體思路是對現有交通路網進行升級改造，并使用智能化技術提升交通道路的智能化、現代化水平，為城市交通運力的改善提供技術保障。在城市路網布局思路的選擇上，充分考慮當地的政治、社會、財政和文化等因素，為簡化研究流程，不對這類影響因素展開分析。

其次，選擇人均道路面積、路網密度、道路連接度等中觀層面指標完成路網布局效益評價任務。上述指標屬于物理性指標，其變化與城市人口數量、基數和機動車持有量存在密切關系。若一個城市的物理基礎條件指標不利，城市路網布局優化所產生的經濟效益和社會效益則不夠顯著，不僅會造成資源浪費，也無法徹底解決城市交通擁堵狀況。因此，選擇城市路網布局思路之前，研究人員需要開展調研工作，了解該城市的經濟發展水平，并對城市交通參數指標含義給出準確解釋，在此基礎上預留足夠的改造空間。

最后，由于路網布局方式直接影響城市建設模式、時序與方案，因此在對城市交通路網布局進行優化設計時，研究人員需要具體問題具體分析，充分了解城市交通網絡發展現狀，并分析當前物理指標存在的具體問題，對相關問題進行深度剖析。目前，問題集中體現在路網布局的物理指標、局部節點設計不規范等方面，上述問題長期存在會導致交通系統運行不暢，影響城市交通經濟發展。解決上述問題的關鍵是改造當前路網布局、設計多層次布局方案及采取道路新建措施。以現存問題為落腳點，提出設計智慧交通系統的構想，同時借助該系統對城市路網布局方案進行實時調整，以最大化發揮智能交通場景的應用優勢。

該研究的核心內容是城市路網布局優化，即對城市目前道路網絡結構進行重新設計，注重關鍵路段、關鍵節點的智能化設計與相關功能的實現。在具體研究過程中，也對影響城市路網運行質量的關鍵因素作出評價，分析當前城市路網布局是否合理，在此基礎上利用智能技術實現路網科學布局。完成布局效益評價后，研究人員也可以借助智能交通網絡系統，對當前城市路網體系的運行效率加以評估，設計針對性的改善措施，使該路段的承載力和服務水平達到新高度。

1.2 評價方法

1.2.1 關鍵路段

對于關鍵路段，需使用模糊評價法，以城市道路歷史資料、相關規范為依據，將關鍵節點延誤系數的平均值、關鍵路段整體飽和度及車速平均值作為評價交通運行質量的核心指標（見表1）。

表1 關鍵路段等級與評價指標

分析關鍵節點延誤系數時，不僅要考慮延誤原因、延誤地點和時間，還要考慮停車地點及停車時間，一般來說，該指標取值越大，表明運行質量越不理想[2]。路段飽和度是設計交通量、實際交通量的比值，既能夠表示運行質量，又可以表示用戶滿意度，該指標取值越大，說明節點交通供不應求的矛盾越嚴重。確定車速平均值要先計算車輛行駛總距離、行駛總時長，再計算二者的比值，一般情況下，車速平均值越大，表示運行狀態越理想、民眾的出行成本越低。在實際工作中，研究人員應以路網實際運行情況為依據，將運行狀態不理想的路段、重要路段作為研究對象，根據上文所述的計算方法，確定關鍵節點、路段評價指標取值。了解路網全部關鍵路段的情況后，再參考路網結構，借助智能交通系統自帶的采集、計算與調控功能為智能交通相關設施增設提供可靠依據，真正做到有的放矢，確保相關設施得到充分利用。

1.2.2 關鍵節點

確定關鍵節點評價指標時，研究人員既要考慮模糊評價法的特點，又要分析城市道路歷史資料、相關規范，最終將評價指標定為延誤、飽和度及效率系數。隨后，根據交通工程、城市道路設計規范提出的要求，將節點衡量等級分成四級，根據加權平均計算得出結果，確定衡量等級（見表2）。

表2 關鍵節點的等級和評價指標

2 基于智能交通的優化思路與方法

2.1 優化思路

城市路網的結構分布與圖論模型有向邊、節點圖結構相似，以圖論模型為基礎，可用下列公式表示區域路網：

式（1）中：Vi表示路網自起點到目標點所包含的交叉口數量；Mij表示路網自起點到目標點的路徑組合總數。

優化思路如下：分析自起點到目標點的全部路徑的關鍵路段、交叉口節點。根據關鍵路段、交叉口節點情況，對設置智能交通的條件展開研究，通過增設智能交通設施的方式，對路段、節點交通流情況進行調整，改善交通運行狀況。如果出行路徑改變導致其他路段或節點出現擁堵問題，則要擴大研究范圍，根據可以調用的費用、時間對出行路徑進行迭代優化，并判斷是否需要在更大范圍內或更深層次上增設智能交通設施[3]。對關鍵路段、交叉口節點增設智能交通后，需要分析路網運行狀況，如果改善效果不理想，則要分析問題原因，并調整路網物理結構或采取其他方式進行優化，保證路網順暢、高效運行。

2.2 優化方法

2.2.1 交通分流

城市道路可分為支路、次干路、主干路和快速路四級，不同等級道路的功能定位、具體作用和要求，均由土地屬性、具體位置決定。例如，快速路是連接不同區域、實現各區域高速運轉的道路，其功能主要是縮短城鎮、城市的時空距離。主干路和快速路共同組成交通走廊，次干路的核心功能為集散功能，可以在具有通達功能的支路的配合下，對小區交通車輛進行匯集。

近幾年，受城市化建設影響，城鎮居民汽車保有量不斷增加，汽車數目增長速度在道路資源整體增長速率之上，在每日出行高峰期，道路擁堵情況十分常見，導致出行舒適度下降、能源消耗增加、出行時間增加，環境污染、交通事故等問題的發生率上升等。解決干道擁堵問題的常規手段包括交通控制、優化路網形態布局等，以達到分流交通的目的。

然而，上述手段在時效性方面存在明顯不足，以帶狀城市為例，這類城市的形成與地貌地形相關，共性特點是橫向跨度大、通道走廊數量有限，在上下班高峰期，無論是中心城區、商業區還是周邊區域，均存在交通量大的情況，通常要通過交通控制達到分流的目的。但交通控制有固定模式，只有在固定模式下酌情采取限行、交通組織或信號控制等措施，才能使分流效果達到預期。在原定出行路徑出現擁堵情況時，駕駛人員需要憑借自己長期駕駛車輛所積累的經驗，選擇新路徑，這也間接說明交通分流效果主要取決于駕駛人員的經驗及選擇。在車路協同條件下，智慧交通系統可在駕駛人員正式出行前，參考客戶終端提供的可以實時反映道路交通量的數據，初步確定出行路徑。駕駛人員駕車上路后，系統能夠根據實時獲取的當前出行路徑和備選路徑的各項數據，計算通行時長，通過即時交互達到有效分流的目的，在保證交通效率的前提下，提升道路整體服務水平、承載能力，幫助駕駛人員節約出行時間。

2.2.2 交通監測

車路協同系統由交通控制系統、環境檢測單元、管控服務器、車載單元、監控系統共同組成[4]。環境檢測單元負責檢測交通狀態、道路環境，實時采集交通信息，通過無線通信技術將信息數據上傳至控制平臺，控制平臺根據計算結果確定最佳路徑。上下班高峰期，區域路網車輛數目成倍增加，需實時計算路徑是否合適，以車輛所在位置、對應時間節點為依據，實時反饋道路交通信息，通過反復計算并調整出行路徑，保證出行路徑為最優路徑。

2.2.3 瓶頸預測

系統的后臺學習、計算和選擇迭代路徑等環節，均會用到長時間積累的常態化出行數據，以歷史出行數據為依據，對不同區域、不同時間段的最優出行路徑進行模擬及預測，可憑借成熟的算法和海量數據預測特定時間段、特定區域的交通參數，根據預測結果判斷路網現存瓶頸與問題，為日后有關部門優化路網、建設城市提供科學依據[5]。

2.2.4 交通調控

車路協同既有前期引導機制是以智能交通系統所提供的交互數據為核心，向駕駛人員提供符合實際情況的選項。受個體交通單元加入的影響，系統車載終端的交互對象數量增加，在多方交互的前提下，要想做到實時反饋交通量、判斷道路擁堵程度、提醒事故情況、引導車輛分流，關鍵要有交通調控系統提供支持。

以往，交通控制多依托交通標志、管理人員或信號燈指揮，存在固化程度高、指揮效率低等不足，極易出現僅考慮某路段交通問題，致使其他路段出現計劃外擁堵的情況，甚至形成“走一段，堵一段”的問題。車路協同需要集成管控區域交通控制方式，道路資源的真實資料，實時監控該區域短、中、長距離所對應的出行需求，再根據交通信息、出行需求，以車路協同為前提，通過交通系統對出現交通問題的路段制訂穿越或截留決策，通過更改用戶終端、動態信息派或綠信比方式分流交通。

3 結論

第一，通過智能交通系統中的交通數據，可以對城市路網進行基于數據驅動的評價，識別交通瓶頸、擁堵點和事故易發區域等問題，從而為優化路網布局提供依據。

第二，利用交通仿真和模擬軟件，可以對城市路網進行虛擬仿真，模擬不同場景下的交通流動情況，評估布局方案效果，找出最優解。

第三，采用智能信號配時、優化車道布局等智能交通控制策略，能夠實時調整交通流動，減少擁堵和延誤，提高整體路網效率。

第四，在路網布局優化中，要考慮不同交通模態的整合，優化不同交通模態的協同和銜接，提高整體交通效率和出行便利性。