用車聯網技術解決道路擁堵的探討

楊 宏（北京吉利大學 中國 北京 102202）

城市公路的發達程度是城市現代化發展水平的標志。在我國的大、中型城市高峰時段交通擁堵，都是普遍存在而且是難以解決的問題。北京、上海等一線城市的一些城區主干道幾乎每天都是超負荷的，隨著更多汽車的上路，城市交通擁堵會越來越突出的顯現。道路擁堵增加了很多事故的機會，加劇了空氣污染，影響著人們的心情和出行效率，也成為越來越嚴重的社會問題之一。

就北京市而言，近幾年的道路建設發展是迅速的。眾所周知，對于這樣一個大都市，單獨依賴于不斷增加市區路橋建設解決城市道路擁堵肯定是不現實的，因為市區里每開辟一條新路以及城市軌道的建設費用是極其昂貴的。顯然，我們有必要考慮其他的治理方案。分析目前現有道路，不難發現還存在許多影響道路暢通的問題。比如，一些路口設計的人車交叉；一些立交橋路仍存在不合理的設計；原有道路規劃設計考慮不到汽車容量增長如此之快，存在設計單一等等問題，再加上我們的道路自動化水平和智能化水平都很低，這些都成為形成交通擁堵的諸多因素，直接影響著道路的暢通。面對現存的交通擁堵我們必須采取綜合管理方案，將每個方面的因素統籌考慮，從不同的渠道解決交通擁堵問題。首先，對于交通設計而言，由于設計方案錯綜復雜，涉及到的交通因素諸多，而且各種因素互相作用，往往在設計時會出現許多矛盾，更增加了預見的難度。比如，洛克菲勒大學的人口學教授、數學家約耳·科恩[1]認為：網絡上增加一條線路會增加駕駛時間以及不可預測的瓶頸效應。還有許多交通專家都認為增加公路的容量會犧牲交通系統的可靠性。這將提醒我們在道路交通改造過程中，必須關注一些交通元素之間的矛盾關系，有必要將設計方案選擇適當的測試工具和手段進行預測，達到優化的設計和改善交通擁堵的目的。在交通設計的預測上，早在20世紀90年代世界各國的交通專家們已經獲得了極為有效的成果。比如，使用計算機將交通中廣泛分散的不同元素按不同的組織層次結合起來，模擬出不同設計方案的交通系統“實況”，將不同時間脈沖的“實時”圖像加以分析，利用這種計算機“現場”模擬，來預測增加一架新橋或開辟一條新路是否能夠到達預期的目的及方案的可行性，可以避免了計劃實施以后的設計漏洞。由伯拉茲創建的這種方案稱為交通分析模擬系統（TRANSIMS）[1]，由美國交通環保機構主持將該系統分別于1993年、1995年、1998年等多次運用到美國有關地域的交通設計改建方案之中，通過模擬提供給設計者各種結果，揭示出各種交通設計的“真實”狀況，提供了各種形象生動的模擬效果，從而選擇出最佳的方案。交通分析模擬系統僅僅是一種假想的探索和研發，有助于專家們在交通設計中發現意想不到的問題。

此外，隨著物聯網的實際應用，以車聯網形式實現道路交通的智能化控制，是增加道路功能，改善交通供不應求，提高道路效率和通過能力的更有效方式。通過國外道路交通專家進行的試驗[2]，對于一條通過能力為每小時2000輛的公路，裝配了車聯網自動化設備，可以實現自動引導車輛行駛，在這種情況下，該路的通過能力可達到每小時6000輛。這將提高公路的通過能力和容量3倍，可以節省出大量鋪設新路或拓寬道路的資金，也提高城市道路的自動化水平，加快城市交流的流通速度。

實現公路自動化或智能化，世界各國在這一領域的嘗試從未停止過。例如，由美國詹姆斯·亨·瑞林斯[2]在90年代末提出的具體的方案是在一段高速公路的上實現自動化控制，在汽車上安裝一套電磁設備，用來檢測嵌入路面的磁鐵，使汽車經過磁鐵時能轉換為數字信息，用來反映自動化汽車的定位或指示汽車將要進入彎道行駛。此外，一種雷達或紅外傳感器可以用來探測障礙危險，同時可探測到前面的其它車輛，其攝像機與計算機相連還可以判別道路分界，通過這些設備來實現智能化剎車、駕駛、減速、保持合適的車速和車距。裝在車上的數字無線電設備能與相鄰的同樣裝有計算機道路管理設備的汽車相互通訊，在各自的顯示器上顯示汽車的有關控制信息。此外，實現自動導航駕駛還需要在線路上安裝相關的設備?？梢圆扇煞N模式：限定道路模式——在所限定的道路或路段上只行駛自動駕駛的車輛；另一種是混合的公路模式——既有自動導航駕駛，也有正常駕駛的車輛共同占居公路。當汽車進入限定的道路模式的道路時，由汽車上的計算機系統提供信息，需要司機指定目的地；若汽車處于混合的公路模式，當司機要進入自動化駕駛時，必然要與裝在線路的設備配合。若指定的路段上可以使用自動化控制，汽車就可以進入自動控制線路。具體進入可以利用一種專用引橋來引渡。當汽車接近該自動化高速公路的路口時，在入口處需要安裝相應的傳感設備，通過電子提問，詢問車輛行駛的目的地，而后檢查該車所適合的自動化設備的工作狀態，若車經過了檢查，司機將汽車開進自動化線路，引橋是從人工駕駛轉換為自動駕駛的過渡路段。這時汽車檔位將置于計算機控制，錄入的所有車輛由專家系統迅速定位，使車輛與已在線路上運行的車輛保持協調一致。車輛之間互相通訊可分享有關交通信息，更多時候需用計算機顯示路上的各種情況，起到監督作用，調節車速車距，使得自動化公路在任何時間內都時刻保持車流的平穩。進入到自動高速路的車流，既可以是獨立駕駛，也可以根據需要編隊行駛。車隊行駛方式需用無線電通訊網緊密的聯系在一起，通訊網能連續不斷的交換有關速度、加速度、剎車、障礙等類似的信息，車隊可容納10～20輛自動化車輛，由于相互連接的媒介是通訊網，所以聯接是動態的，可以組合也可以分開，根據交通條件和各自的目的地的需要而改變。車隊之間的精確控制可以達到車間幾米的距離。無論采用哪種方式，車輛都必須能保證駕駛自如，都必須能根據路面條件和控制設備的電子反應具有獨立的剎車能力，防止前車因為突發障礙突然剎車而引起后車相撞。最后當這些車輛離開自動化公路回到正常行駛時，在撤離之前，還要在線路出口設標志，同時設有警報裝置，來提醒司機將駛出自動化公路，恢復到人工駕駛過程。整個自動化的旅程結束。

隨著近些年來汽車智能化的發展，汽車自動駕駛功能、汽車雷達安全等技術都得以實現。自動化公路控制需要許多技術和經濟條件支撐，如自動化汽車，線路感應設備，計算機網絡技術，通信技術和系統集成技術等等。伴隨這些技術的迅速發展，催生了物聯網的應用——車聯網技術的成熟和運用。隨著道路交通的發展，一些增加汽車駕駛安全性的電子設備已大量的使用，傳感技術的多樣化發展，車聯網的技術已從科研成果，不斷地運用于實際道路控制，使得道路管理更加智能化。隨著車聯網技術的不斷普及應用，一定會充分的緩解不斷增長的道路需求速度，為解決道路交通的擁堵起到至關重要的作用。我們可以隨時關注這一領域的最新動態，不斷將這些促進交通暢通的新技術運用于現有交通的改造與治理之中，提高現有交通設施的利用效率，從而改善城市道路的交通擁堵局面。

［1］Kenneth R.Howard.SCIENTIFIC AMERICAN.1997，10.

［2］James H.Rillings.SCIENTIFIC AMERICAN.1997，10.