城市智慧交通的內涵及建設思路

郭朝陽

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

隨著我國城鎮化水平快速提高和經濟高速發展，城市人口不斷增加，家庭汽車的擁有率也逐年增加，與此同時也給城市交通帶來了很多亟待解決的難題，如交通擁堵、交通安全、交通違法等。

近年來，國家實施交通強國戰略，在政策、資金等方面給予交通大力支持，在交通基礎設施建設、交通管理運營體系建設等方面都加大投入，強調將智慧交通貫穿交通建設各階段全過程，旨在為公眾提供高效安全便捷的出行服務，本文著重探討智慧交通在城市交通的應用方向。

1 城市交通擁堵的原因分析

1.1 城市功能布局不合理,職住分離現象突出

在中國城鎮化率超過50%的階段，中國正經歷制度轉型和空間重構的過程。城市用地的功能不斷改變，且受地租級差效應的影響，大部分城市的職住空間往往出現兩種情況：一是在城市郊區建設以居住功能為主的新城，配備與市區聯系方便的交通基礎設施，使居民雖在新城居住生活，而仍在老城就業；二是城市郊區新建的工業園區或者開發區提供了大量就業崗位，但忽略了生活服務設施的配置，居民依然居住在生活服務配套較完善的城市中心區；三是隨著城市交通系統和交通基礎設施的不斷完善以及交通出行方式的機動化，居民的遠距離出行已經不是問題，跨地域通勤日益增加，這些因素造成了城市職住分離現象的產生。

根據2015年全國50個城市交通調查報告顯示(見圖1)，城市居民的平均通勤時間為28 min，平均通勤距離為9.18 km，而北京、上海這樣的超大城市的平均通勤時間已超過50 min，平均通勤距離在19 km左右。另外，在這50個城市中，平均通勤距離大于10 km的城市居民占74%，僅有13個城市的居民平均通勤距離小于10 km。通勤距離較遠導致了居民生活質量下降、交通擁堵、空氣污染等問題。

1.2 交通管理手段及需求管理缺少統籌

需統籌解決的交通需求管理問題有：1)處理交通的供需問題時，往往只注重解決交通供給問題，在城市中建設了大量快速路、高架橋等，而忽視了解決交通需求問題。2)缺少解決交通需求管理與設施供給的統籌方案。3)沒有協調好用地功能布局，以至于造成了過多的交通需求與無效的交通出行。

1.3 城市機動車數量日益增多

隨著我國城市化與經濟高速發展，汽車制造行業迅速發展，汽車成為我國居民出行的主要交通工具，在給居民出行帶來便利的同時也加劇了交通擁堵。加之近幾年，城市中電動汽車的數量迅速增加，這為中老年人的出行提供了方便，但是同時使城市交通的擁堵進一步加劇。今天，在中國任一城市的總體規劃中，都有大約30%的土地用作道路基礎設施建設，而且這1/3的土地并不包括停車設施的建設。雖然城市把1/3的土地用作建設道路基礎設施，修建了大量的快速路、高架橋等，但一味通過增加交通供給來迎合機動車交通需求的做法，并沒有解決交通擁堵的問題，反而使城市機動車數量進一步增加，致使交通擁堵問題更加嚴重。在中國各地市積極開展智慧交通建設的契機下，我們必須拓展思路、調整目標，綜合協調土地利用與交通系統間的關系，把城市建設得更加緊密，提高居民出行和貨物運輸的可達性。

2 交通管理發展階段

第一階段：智力交通管理階段(19世紀初—20世紀60年代)。1918年，在紐約市，出現了一種由紅、黃、綠三種顏色組成的手動信號燈，這是交通信號燈的雛形，第一次實現了對交通的控制。1926年，英國發明了機械式交通信號燈，已經可以按固定程序自動控制紅綠燈切換，奠定了交通信號自動控制的基礎。1964年，首個利用計算機進行交通信號控制的系統在加拿大誕生，標志著交通控制系統發展進入新階段。第二階段：智能交通管理階段(20世紀60年代—2010年)。隨著城市化與工業化的發展，全球范圍內迎來了汽車數量的爆發式增長，但同時，交通基礎設施相對落后、交通服務建設滯后以及公眾安全意識薄弱，交通擁堵日趨嚴重。為解決汽車數量激增帶來的問題，1967年，美國聯邦公路局著手對電子路徑誘導系統的研究，隨后歐洲和日本也展開了相關研究工作。智能交通是集成并運用了傳感、衛星定位、計算機控制及處理等技術的交通運輸管理體系，對交通行為進行引導與控制，來提高路網的通行能力，進而解決交通擁堵的問題，創造良好的交通運輸環境。第三階段：智慧交通管理階段(2010年以后)。2010年，在IBM公司提出智慧城市的概念后，智慧交通開始受到社會各界廣泛關注，由于交通通暢對城市發展至關重要，所以智慧城市的建設首先應關注智慧交通系統，而且現有的信息技術已能夠支撐智慧交通系統的建設，實現信息采集、傳遞、分析、決策的集成應用，將信息技術貫穿交通建設管理全過程，完善鐵路、公路、水路、民航、管道互聯互通的現代化交通運輸網，加強人車路協同，使基礎設施、管理部門、服務對象信息集成動態處理，實現全方位綜合化智慧交通目標。本文著重論述解決城市道路交通擁堵的智慧交通建設。

3 城市智慧交通的內涵

隨著智慧城市建設進入實踐階段，智慧交通也開始在實踐中探索和發展，但目前專家學者和政府對于智慧交通內涵的認識還不充分，只是單純地將智慧交通看作是各種新技術、新科技的集成系統，看作是智能交通的技術升級，實際上二者有著本質區別。智慧交通和智能交通均是將傳感、信息、定位、工業4.0、新硬件等多種先進技術運用在道路交通方面的系統，兩者在關鍵技術、建設內容和應用目標等方面包含較多共同部分。但是智慧交通是智能交通的升華，不單純是利用先進技術對交通行為進行控制的管理智能化；而是要“智慧化”地找出造成交通擁堵的根源，在擁堵產生的源頭上解決好交通供需的矛盾，促使城市可達性空間結構與城市日常活動空間相匹配。城市的交通系統就是改變不同空間區域的可達性，從而使生活和工作在城市不同空間區域中的居民，能便利地參與到社會之中；城市的空間結構關系，主要是指城市的交通系統與公共服務設施分布之間的關系；城市日常活動空間結構由居民的日常活動空間組成，是城市社會空間的基礎。

綜上，本文認為城市智慧交通的內涵是：將通信傳感技術、大數據運算等先進技術有效整合并運用于城市交通體系，綜合運用交通科學、人工智能和知識挖掘等理論與工具，通過科學決策使路網結構與用地結構合理分布，解決交通供需結構性失衡的問題；通過新技術運用使各種交通運輸方式協調運行，解決交通供需耦合性失衡的問題。

4 城市智慧交通建設思路

智慧的詞義是一種高級的綜合能力，包含感知、記憶、分析、決策等能力。必須明確數據只是后臺技術問題，并不是智慧交通面臨的核心難點，智慧交通應該收集足夠的信息，進行科學的分析，然后使交通規劃做出正確的、成功的決策，使道路運行通暢，真正發揮“智慧”。

4.1 智慧地解決交通結構性失衡

交通的結構性失衡是造成城市交通擁堵的主要原因之一，城市土地利用與道路系統的不匹配會直接造成城市交通的結構性失衡，比如城市路網的規劃布局沒有充分考慮城市形態和人口空間分布等因素，規劃城市結構時沒有考慮交通瓶頸的制約等。不同于大部分發達國家，我國的城鎮化率還在持續增長，在人口不斷涌入城市的背景下，有限的土地資源與無限的交通需求之間的矛盾顯得尤為突出，這是我國城市化過程中“不平衡不充分”的突出問題，需要得到重視與妥善解決。在此背景下，僅僅依靠大量建設交通基礎設施顯然是缺少思考、不正確的做法，單純依靠管理手段進行需求管控也不能起到太大作用。城市交通管理必須在交通供需產生時就處理好兩者關系，避免城市可達性空間結構與城市日常活動空間的矛盾，使土地利用與道路系統同步規劃、統籌考慮。傳統的交通規劃理念是通過完善道路交通體系以迎合機動車數量的增加，從而緩解交通擁堵問題，但現實是道路容量的增長永遠滿足不了交通需求的增長，因此在建設智慧交通體系時，我們必須擯棄傳統的交通規劃理念，不應該只注重提高機動車的機動性，而應該把提高居民出行的便利程度和提高貨物運輸的可達性作為交通規劃的首要目標。可達性代表著出行的難易程度，交通可達性的提高，從側面反映了居民生活水平的提高以及城市未來發展動力的提高。提高可達性必須綜合協調土地利用與路網布局間的關系，通過交通系統的規劃盡可能縮短出發地與目的地間的空間距離。在規劃體系轉型的時代背景下，本文建議政府在編制交通規劃時，首先要對城市的人口、經濟、政治、自然等發展因素進行充分研究，初步確定城市交通供需的規模；在對城市自然與社會條件評估的基礎上，編制國土空間規劃決定土地利用、城市結構、人口以及就業崗位的分布，在宏觀上確定城市交通的主要流向與流量，調控城市總體的交通需求。接著，在微觀層面堅持“TOD”的發展理念，以公共交通的站點為核心，提高站點周圍用地的多樣性以及完整性，采取高開發強度、高混合性的土地開發模式，為實現就地職住平衡奠定基礎，從而在源頭上控制交通需求，從本源上防止交通擁堵產生。

4.2 智慧地解決交通耦合性失衡

智慧交通正成為城市交通系統發展的方向，智慧交通管理模式運用現代科技對交通進行治理，改變了城市交通供需系統內部各個主體只關注自身運作的傳統模式，使各個主體的功能結構與運作機制能夠協同合作，協調了城市交通供給與需求的矛盾，提高了交通系統運行效率。

4.2.1 智慧感知信息共享

充足的數據是智慧交通系統所必需的，所以智慧交通的建設需要一張全信息動態感知網，使感應線圈和監控視頻等傳統交通信息采集設備，與物聯網終端和車聯網終端等新型交通信息采集設備相互結合，實現城市道路全覆蓋乃至市際共享。這就要求建立“智慧路段+智慧交叉口”的新型智慧道路感知體系。

1)智慧路段(見圖2)，以智慧路燈、智慧路帖為載體，實現車流量監測、車輛軌跡跟蹤、行人過街警示、交通信息發布等功能為一體，全面告知道路運行狀況。2)智慧交叉口(見圖3)，以智慧信號燈為載體，主動集成和整合道路內跨行業交通設施，通過前端邊緣計算與后臺集成管控，實現以智慧交叉口為單元的公交優先控制，實現綠波交通。

4.2.2 智慧精準決策

智慧決策體系是智慧交通的中央處理器，可以全面感知交通運行狀態，預測交通發展態勢，對可能發生的交通事故事件預警以及輔助做出決策：

1)基于在線仿真模型，實時推演各種復雜交通條件下道路交通運行狀況。通過在線仿真模型推演，對宏觀區域內交通運行狀況及交通走廊、節點交通流狀況整體了解。根據車流量監測數據以及大數據資源，實時推演道路交通運行狀況，預測道路交通狀況變化趨勢。既可實現區域交通聯控，又可在優化信號配比、方案評價與優選、交通改善方案評價等方面精準決策，全面提高交通管理和決策水平，實現道路高效、有序運行。2)基于交通事故推演模型，全面降低突發交通事件的負面影響。通過實時在線推演模擬交通事故，在發生交通事故后，即時生成交通應急方案，迅速、智能化部署警力，最大限度降低事故造成的負面影響。

4.2.3 智慧整合運營

智慧運營是要加快整個交通系統的運營速度，通過建設城市交通耦合系統，提升城市交通系統的整體功能，主要減少居民乘坐交通系統的等候時間和換乘時間，提供出行選擇。城市交通耦合系統是城市交通供給系統、交通需求系統以及智慧交通的智慧決策體系三者的耦合，能夠對道路交通資源進行充分整合，對各個交通子系統實現最大化利用，保障城市交通系統健康高效的發展。

4.2.4 智慧服務綠色出行

智慧交通的最終成果會體現在它的綜合服務能力上，智慧服務體系可以和交通服務供應商一起打造一個整合不同交通方式和出行服務的平臺，根據不同居民的出行需求，為他們量身打造個性化的出行服務。

這個出行服務平臺可依托于智慧交通的強大技術后臺，綜合處理各種數據，對交通需求的管理采取主動管理的思維，把整個城市交通系統作為一個整體，提供舒適和快速便捷的出行服務，并且全部出行只需進行一次支付。這有助于提升出行服務品質，促使更多的居民采用綠色出行的方式，使整個城市交通體系運行順暢，緩解交通擁堵。

5 結語

在我國持續城鎮化進程的大背景下，開展智慧交通建設來解決城市擴張帶來的交通擁堵問題勢在必行。智慧交通的建設和發展必須轉變傳統的交通規劃思路，要體現以人為本的交通發展理念，不僅將“智慧”體現在新技術的開發運用上，更多地要從根本上解決交通供需矛盾，處理好城市可達性空間結構與城市日常活動空間之間的關系，使土地利用與道路系統相平衡，最大化利用各種交通資源，改善人民出行體驗；通過工業化與信息化的融合、體制機制的保障，我國智慧城市智慧交通建設一定能夠走出一條滿足人民群眾對美好生活新需要、適合中國國情的發展之路。