智慧城市下的新型智能通道路系統(tǒng)

胡家寶

（河北建筑工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院）

1 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車已經(jīng)成為了常用的交通工具。但在便利出行的背后，也帶來了堵車這一大難題。大量的人流、車流向市中心聚集，使得城市道路擁堵。尤其是在上下班高峰，汽車在路上非常容易產(chǎn)生擁堵，更嚴(yán)重者發(fā)生連環(huán)交通事故，對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的損害[1]。我們?cè)谶@些基礎(chǔ)上整理出了一套適合城市發(fā)展的，有助于緩解交通壓力的智能通道路系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)背景

城市若不能形成真正意義上的功能組團(tuán)各司其職，而是攤大餅似地向外擴(kuò)張，只會(huì)制造新的堵塞區(qū)域。路網(wǎng)布局及交通設(shè)施改造、大力發(fā)展公共交通之類都是治標(biāo)不治本的方法。尤其是在上班或下班的時(shí)候，汽車在路上非常容易產(chǎn)生擁堵。交通部門雖然實(shí)施限行的方案或是建議人們避開高峰期出行等，但道路上也會(huì)水泄不通。但也有一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，在部分雙行路段里，有時(shí)候車輛擁擠僅僅只是單向的，并不是兩邊都堵。因此，為了有效緩解高峰期道路擁堵問題，我們研發(fā)了這套更加自動(dòng)化，智能化的“智能通道路系統(tǒng)[2]。

3 設(shè)計(jì)說明

3.1 傳統(tǒng)潮汐車道

在眾多的擁堵現(xiàn)象中，有一種擁堵現(xiàn)象是比較常見而又有趣的，即交通中的“潮汐現(xiàn)象”，該道路的擁堵并不是全天全方位擁堵，而且隨著時(shí)間的變化以及高峰期的變化出現(xiàn)單方向的擁堵。例如每天早高峰時(shí)段，居民區(qū)前往商業(yè)區(qū)方向交通流量大，反向流量小[3]。到了晚高峰則商業(yè)區(qū)前往居民區(qū)方向交通流量大，反向流量小。在這樣的背景下，“潮汐車道”應(yīng)運(yùn)而生，它是一個(gè)可變型車道，是根據(jù)城市路段的早晚流量不同情況，對(duì)該路段設(shè)置一定數(shù)量的方向隨時(shí)間段變化的車道。通過增加流量大的車道，減少流量小的車道這一方式來緩解交通壓力。由于目前大多數(shù)的潮汐車道更改方式需要拉力車的幫助，相比較下更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

3.2 智能通道路系統(tǒng)

項(xiàng)目的名稱為“智能通道路系統(tǒng)”，是建立在城市交通道路里直道上的一種障礙系統(tǒng)。該系統(tǒng)有兩種裝置。第一種是將傳統(tǒng)的路中央的護(hù)欄替換成可升降的智能護(hù)欄，并在其兩旁相鄰的車道邊分別安裝這種裝置，共三道可升降護(hù)欄（默認(rèn)中間的護(hù)欄為常升狀態(tài)，兩邊常降）。第二種是將護(hù)欄改裝為可橫向移動(dòng)的智能護(hù)欄。及該護(hù)欄可以左右移動(dòng)，用以隔離來往車輛。兩種方案初心相同，都是可以自動(dòng)根據(jù)道路實(shí)況進(jìn)行智能隔離車道，但兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。該系統(tǒng)借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算來往車輛密度，分析其變化規(guī)律，當(dāng)車輛密度變化率達(dá)到一定值（根據(jù)當(dāng)?shù)氐缆窢顩r確定）時(shí)，也就是在車輛高峰期即將到來時(shí)（具體時(shí)間根據(jù)路況分析，一般為十分鐘左右），將單向三車道擴(kuò)為單向四車道和二車道，八車道同理。以這樣的方式來進(jìn)行自動(dòng)緩解交通壓力。

4 智能通道路系統(tǒng)工作原理

智能通道路系統(tǒng)有兩種工作模式。一是通過在路段兩端安裝紅外傳感裝置以及蜂鳴器，統(tǒng)計(jì)各時(shí)段車輛數(shù)量，將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，利用互聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)分析路段情況。高峰期過后系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常模式；二是通過聯(lián)網(wǎng)直接與當(dāng)?shù)亟煌ň诌B接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

第一種裝置（地下伸縮式）是將伸縮護(hù)欄建于地底，由系統(tǒng)控制同時(shí)升或降。這套裝置適用于高峰期易產(chǎn)生擁堵，并且持續(xù)時(shí)間非常長(zhǎng)并少有行人走的路段。該裝置會(huì)在高峰期即將到來時(shí)，收起路中央的護(hù)欄，開放路兩側(cè)的護(hù)欄（根據(jù)來往車輛的方向開放某側(cè)護(hù)欄），在護(hù)欄進(jìn)行變換是蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音來提醒行人及司機(jī)注意。護(hù)欄頂部均安裝有LED燈。當(dāng)其啟動(dòng)時(shí)或某個(gè)護(hù)欄出現(xiàn)故障時(shí)，LED燈常亮提醒以及響鈴提醒。

第二種裝置（導(dǎo)軌轉(zhuǎn)移式）是一種可移動(dòng)的護(hù)欄，這種護(hù)欄會(huì)建在固定軌道上，通過橫向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)改變車道。這套裝置適用于擁堵情況不是很嚴(yán)重，并且有行人走動(dòng)的道路。這套裝置會(huì)將各個(gè)護(hù)欄連在一起形成一個(gè)整體，互相牽動(dòng)。同樣根據(jù)紅外傳感器的回饋，在高峰期之前同時(shí)移動(dòng)到道路相對(duì)寬松的一側(cè)，起到拓寬道路的作用，并且當(dāng)護(hù)欄出現(xiàn)問題時(shí)，同樣也有LED燈提醒和響鈴提醒。

5 設(shè)計(jì)的自我評(píng)價(jià)

5.1 產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)

1）便捷性

相對(duì)于傳統(tǒng)的潮汐車道，智能車道系統(tǒng)內(nèi)的裝置更加便捷，從實(shí)施上來說，不需要車輛的輔助來進(jìn)行變化，只需通過一套完整的裝置來進(jìn)行操控，節(jié)省了人力物力，且減少了時(shí)間的浪費(fèi)，有效的為城市交通帶來便捷。

2）靈活性

我們擬定通過紅外傳感裝置測(cè)試道路車流量與時(shí)間以及一年內(nèi)的關(guān)系圖，從而確定每日該系統(tǒng)的變化時(shí)間。當(dāng)然了，我們的另一種控制方式便是與遠(yuǎn)程交通局連接，遠(yuǎn)程操控，為更多的用途提供靈活多變。

3）整體性

后期通過整體建設(shè)，讓整個(gè)城市交通形成一個(gè)互相連接的整體，由城市主干道發(fā)展到城市大小道路，讓道路交通盡可能的不擁堵。

5.2 性能及可行性分析

①目前傳統(tǒng)的機(jī)械化的潮汐車道已經(jīng)具備，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上加上了一些智能化的設(shè)施。使其可以自動(dòng)完成護(hù)欄的變換，減少人力物力的浪費(fèi)。

②該項(xiàng)目投資也不會(huì)很大，因此不需要政府花很多的錢投入進(jìn)去。

③該項(xiàng)目屬于非科技前沿設(shè)備，技術(shù)方面并不是特別難解決。一些急難解決的問題，我們會(huì)從網(wǎng)上查找方案并解決這些“疑難雜癥”。

④符合目前國(guó)家的有關(guān)政策，實(shí)現(xiàn)人們生活全面一體化、自動(dòng)化，將自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)用到人們生活的每一個(gè)地方。

⑤無論發(fā)生什么，即使未來車輛實(shí)現(xiàn)無人化，那也不會(huì)造成道路擁堵。因此該項(xiàng)目無論是在現(xiàn)在還是將來都是有現(xiàn)實(shí)意義的。永遠(yuǎn)不會(huì)被歷史的潮流所推翻。

6 設(shè)計(jì)實(shí)施的優(yōu)勢(shì)及阻力

6.1 設(shè)計(jì)實(shí)施的優(yōu)勢(shì)

①現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能化的普及，以及大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用。

②本設(shè)計(jì)非科技前沿類項(xiàng)目，技術(shù)上的問題可以通過咨詢相關(guān)老師或查閱資料解決。

③國(guó)家鼓勵(lì)高校學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)，并且有一定的優(yōu)惠政策。

6.2 設(shè)計(jì)實(shí)施的阻力

①前期所需信息量極大，如果不能掌握有關(guān)道路的特性信息則無法匹配系統(tǒng)運(yùn)行。

②前期成本投入較大。

③維護(hù)成本較高。

7 設(shè)計(jì)規(guī)劃及實(shí)施方案

7.1 設(shè)計(jì)規(guī)劃

①近期目標(biāo)，研發(fā)完善模型，進(jìn)行現(xiàn)實(shí)的模擬，然后將它投入到試驗(yàn)道路進(jìn)行模擬試驗(yàn)。結(jié)合使用情況，統(tǒng)計(jì)民眾意見，再進(jìn)行完善更新。

②遠(yuǎn)期目標(biāo)，產(chǎn)品技術(shù)成熟而且已經(jīng)應(yīng)用后，將和交通部門合作，根據(jù)應(yīng)用回饋和創(chuàng)新建議繼續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品性能以及開發(fā)產(chǎn)品的新功能。第一步是適當(dāng)改造城市內(nèi)的主干道以及支干道上的直道；第二步則是改造十字路口、丁字路口等；第三部則是在此基礎(chǔ)上和各干道的紅綠燈相結(jié)合形成一個(gè)智能化、一體化的智能道路系統(tǒng)。

③當(dāng)設(shè)計(jì)成型后，先在市區(qū)的部分道路實(shí)施，輔以交警指揮管理。

8 結(jié)語

在本項(xiàng)目進(jìn)行中還有大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，大數(shù)據(jù)分析可以提供項(xiàng)目應(yīng)用所需要的數(shù)據(jù)以及交通實(shí)時(shí)情況，以便管理者進(jìn)行及時(shí)的全方位的管理。提高管理者的管理效率以及準(zhǔn)確性。