蘇州高速公路、普通公路和城市快速路交通流引導均衡化研究

陳飛 遲福源 高曉楓 余婷 戈悅淳

摘要 隨著區域間的聯系越發緊密，跨區出行需求的日益增長，高速公路、普通公路、城市快速路的擁堵程度日益嚴重。針對以上問題，文章擬圍繞路網流量均衡，制定“感知—研判—指引”體系的信息化技術方案，以提升高速公路、普通公路和城市快速路的網絡感知能力，提高路網運行的效率和穩定性，為出行者提供更科學的出行指引和綜合服務，提升出行體驗感。最后，以蘇州城區收費站作為示范案例，簡述如何實行路網均衡流量信息化方案。

關鍵詞 流量均衡；信息化技術；出行體驗感

中圖分類號 U491.13文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0026-03

0 引言

長三角一體化發展、上海都市圈融合等戰略的實施，蘇州作為區域樞紐城市的地位凸顯。一方面，過境、跨區等長距離出行需求增加，需要高速公路、普通公路和城市快速路等各級路網之間緊密銜接，構建起完善的路網體系。另一方面，蘇州市機動車保有量全國排名第四，交通擁堵呈現緩慢增長趨勢，而高速公路、普通公路和城市快速路是目前交通擁堵較為集中的區域[1]。基于此，該文從信息化技術方面，深入研究高速公路、普通公路和城市快速路三級路網交通運行特征和時空分布特性，精準識別車流時空不均衡分布的特點，提出多層次路網流量均衡方案，制定路網流量均衡的整體對策，給出“感知—研判—指引”體系的詳細方案，為下一步落地提供實施方案和路徑。

1 路網均衡流量信息化技術方案研究

1.1 技術路線

圍繞“感知－研判－指引”的業務邏輯來制定路網均衡流量的信息化技術方案，技術路線如圖1所示。

在感知層面，在擁堵路段增加信息化設備，如定點布置激光雷達、高清攝像機、邊緣計算單元、視頻流量檢測器等設備，提高路段感知能力。

在研判層面，構建大數據決策平臺，統一處理感知層的檢測信息，進而生成實時的路段狀態檢測結果。

在指引層面，結合其他交通信息，經過篩選、匹配、融合與信息挖掘處理之后，生成可以應用的交通誘導服務信息，并實時發布。

1.2 一體化綜合監測

制定統一的數據接入標準，實現高速沿線高點視頻、高清卡口、激光雷達、氣象監測、物聯傳感等設備的接入，深度集成機器視覺AI技術，對異常交通流、交通事件、道路異常狀況等進行主動準確識別。通過融合重點車輛GPS數據、手機信令數據、收費站運營數據等數據，實現對高速公路的路網運行、預警事件、重點車輛、重點區域、環境氣象等一體化綜合監測。同時，通過交通實時仿真及基于多源數據（天氣、城市交通、事故等）影響的交通預測模型，實現多種場景下的交通狀態發展趨勢的精準預判。

1.2.1 交通感知體系

構建交通感知體系，對交通流、交通事件、道路運行狀況等進行主動準確識別，實現交通感知體系全覆蓋，并結合充分利舊的原則，實行桿件合一和設備合一。

結合其他城市現有的示范項目，激光雷達和高清攝像機是感知層面最重要的設備。一般城市都選擇將兩者配合起來使用，以攝像機為主，雷達輔助。一般情況下，高清攝像機的布置距離為200 m左右，而雷達則根據具體需求進行選擇。如果僅僅用于對關鍵瓶頸的監控時，雷達的布置距離一般為300～400 m；如果需要采集高精度的車輛軌跡信息、車牌信息等，則根據情況適當加密雷達[2]。根據蘇州市實際情況，建議采用雷視一體微波檢測器和高位監控智能球機。

1.2.2 交通事件快速檢測

交通事故、車輛拋錨、追尾、車輛違規停車、應急車道的占用、大型貨物的掉落等交通事件除了本身會引起人員傷亡和經濟損失，還會影響車流正常通行，阻塞車道，造成高速公路上的通行瓶頸，甚至會誘發二次事故，造成更大的人員傷亡、貨物損失和設備損毀。目前事件檢測以攝像機為主，性能差、準確率低、覆蓋率低，管理上自動化和智能化程度不高，事件發現的時效性低。

交通事件快速檢測的目標是重點路段事件檢測水平的提高。利用全球領先的綜合事件檢測技術，實時精準檢測主線及匝道發生的交通事故、異常停車、車輛逆行、道路遺撒等事件，同步完善事件應急處置預案，聯動聯勤救援排障，及時處理交通事件，提高行車安全，方便市民出行，最終實現擁堵檢測精度大于98%，事故和其他事件檢測精度大于95%，交通事件發生量減少10%以上。

1.3 主動式精細管控

1.3.1 主線車道級管控

由于車流量過高、突發事件等因素，高速公路主線常常交通運行環境惡劣，出現車輛行程時間增加、道路通行效率降低等問題，形成交通瓶頸區域[3]。因此，可以采用主線車道級管控應對上述問題。主線車道級管控包括主線行車誘導和面向交通事件的車道管控。主線行車誘導指通過應急車道信號的開閉控制車流量，減少瓶頸路段車流交織和積壓；面向交通事件的車道管控指結合下游發生交通事件對主線車流的影響，采取合適的車道關閉、可變限速等策略，提前預警交通事件。主線車道級管控可以結合現有門架，通過門架的車道箭頭指示燈，以此告知駕駛員車道是否關閉。主線車道級管控應具有及時性、可靠性。

1.3.2 互通匝道精細化控制

蘇州市高速公路、城市快速路的堵點大多集中于高速公路的互通立交和城市快速路的上下匝道。目前，城市快速路部分匝道設有匝道控制，并以人工控制策略為主。從整體上看，高速公路、城市快速路各自實行匝道控制策略，聯動不足。

通過交通感知體系檢測的交通流狀態，利用車道箭頭指示燈、匝道誘導屏、定向廣播等手段，控制匝道進入主線的車流量，實現高速公路、普通公路和城市快速路的“三位一體”協同管控[4]。

1.4 伴隨式立體服務

1.4.1 視聽融合快速處理系統

目前交通事故發生后的處置不及時，涉事駕駛員對事故責任認定的不統一等問題，常常導致事故車輛滯留在行車道上，引起交通擁堵，并威脅上游車輛的行車安全。因此，在發生事故或出現嚴重擁堵時，結合交通感知體系，實現事故非現場快速處置，應急指揮事故現場或擁堵路段的交通秩序，加快現場車輛的疏散，減少車輛滯留。可以采用的方法包括定向廣播、互聯網快速處理。定向廣播指在事故多發路段、部分擁堵頻發的分合流點、互通立交區域設置定向廣播喊話設備。互聯網快速處理指通過移動互聯網或短信提醒的方法提醒事故當事人及時撤離或提醒附近車輛駕駛員前方發生事故。最終，實現輕微事故平均影響時間小于5 min。

1.4.2 交通信息發布和誘導系統

結合高速公路和城市快速路已建的情報板和誘導屏，通過增設場外LED可變信息誘導屏，實現交通誘導、交織控制和事件發布等功能，同時要保證信息發布的準確性、及時性和有效性。

廣域或區域交通誘導指結合其他交通信息，掌握高速公路、普通公路和城市快速路的動態交通運行狀況后，通過對信息的篩選、匹配、融合與挖掘處理，生成交通誘導服務信息，并實時發布。交織控制指告知駕駛員主線與匝道分合流點的交通狀態以減少車流交織，規范駕駛行為。事件發布指以路側文字形式提前預警上游發生的交通事件、事故及管控措施。

2 路網均衡流量信息化示范案例

2.1 現狀分析

蘇州城區收費站是G1522常臺高速入口，臨近東南環立交，與東環路、南環路、獨墅湖大道連通。蘇州城區收費站設置4根入口車道和5根出口車道。蘇州城區收費站入口方向包含左側2根ETC車道，右側2根混合車道，通行車輛以客車為主。收費站車流量總體較大，特別是節假日，進口方向擁堵非常嚴重[5]。

蘇州城區收費站存在的主要問題表現在以下幾個方面：

（1）收費站早高峰入口流量飽和，排隊較長。

（2）收費站路段車輛交織嚴重，存在貨車闖禁現象。

（3）南向北方向匝道匯入主線車輛交織導致主線車流行駛緩慢。

（4）感知能力不足，蘇州城區收費站入口處僅布置少量攝像頭，且部分攝像頭已經年久失修，路段感知能力嚴重不足。

（5）高速公路主線路段與收費站進出車輛協同管控有待提升。

2.2 交通感知體系構建

結合已有的高速公路監控設備，適當加密布置檢測器，形成蘇州城區收費站高速公路一體化綜合監測體系。檢測器采用“雷達+視頻”一體化設計，可以實時顯示每個目標在檢測區域內被跟蹤情況以及目標即時位置、速度、車輛長度等實時信息；可以檢測每條車道多個斷面的流量、平均速度、占有率、車頭時距、車間距、排隊長度等交通數據；可以檢測區間車輛數、空間占有率、區間平均速度等信息。蘇州城區收費站需要布設14個雷視一體化微波檢測器，分別布設在蘇州城區收費站和蘇州城區收費站高速匝道處。

2.3 交通事件快速檢測

利用綜合事件檢測技術，對視頻中的車輛狀態進行檢測，包括車輛的減速、停車、變道、掉頭等行為。通過對車輛在視頻中的速度矢量等參數的分析，可以判斷車輛當前運行狀態。如果當車輛某些參數值達到閾值時，系統就會發生報警，認定交通事件發生，同時建立交通流的流量速度關系模型，分析高速公路車輛運行特征。當處于穩定流時，路網運行效率最高。當處于擁堵流時，可以通過誘導屏、短信提醒、地圖導航等方式，共享發布高速擁堵信息，引導車輛分流，促進路網流量均衡。

2.4 視聽融合快速處理系統

當高速公路出現流量較高、交通事故等交通事件，形成瓶頸路段時，采用定向廣播、短信快處等方式，提前告知駕駛員。

定向廣播設備可以提醒蘇州城區收費站禁止貨車通行，避免貨車進入收費站后掉頭，影響其他汽車通行；當節假日擁堵時，播報擁堵路段，提供警示信息；對發生輕微事故車輛，提示其盡快撤離，減少二次擁堵的發生。蘇州城區收費站需要布置定向廣播6個。

互聯網快速處理，即在蘇州城區收費站附近道路設置電子柵欄，當出現流量較高、交通事故等交通事件時，對在電子柵欄范圍內的駕駛員發送短信，提醒駕駛員。

2.5 交通信息發布和誘導

在城區收費站路口上游，新增收費站信息情報板，提供收費站入口擁堵情況、車道開放情況、排隊信息、預計通過時間等信息，并提供收費站廣場實時視頻供進入高速公路駕車者查看當前收費站廣場車流情況，也可以為交警發布城市道路交通路況信息。

在高速公路大流量、大型異常事件（如惡劣天氣和重大交通事故）等情況下，發布分流誘導信息，提供地面道路到達城區收費站的駕車者可選擇的上下游高速收費站，及時提醒上游車輛更換路線，避免車輛到達收費站附近時才發現擁堵，導致擁堵不能及時消解。要實現這些功能，需要安裝誘導屏2塊，微誘導屏3塊。

3 結語

在區域聯系日益緊密與機動化水平高速發展的背景下，高速公路、普通公路和城市快速路交通需求增長過快，道路交通逐漸擁堵。由于司機不能完全把握路網的運行狀況，因此常發生路網流量不均衡的現象，即某路段擁堵水平明顯高于其他路段。針對上述現象，圍繞“感知—研判—指引”的業務邏輯來制定路網均衡流量信息化技術方案，實現高速公路、普通公路和城市快速路的網絡感知和協同管控，提高路網運行的效率和穩定性。在感知層面，通過增加信息化設備，定點布置激光雷達、高清攝像機等設備，提高路段感知能力，獲取路段具體的流量信息，車輛的車速分布、車型等信息；在研判層面，通過對感知層獲取的大量路段信息的處理，生成實時的路段狀態檢測結果；在指引層面，采用視聽融合快速處理、交通誘導分流等手段，及時發布信息，為駕駛員提供出行服務。

參考文獻

[1]沈強. 基于高速公路收費數據的路網運行狀態評價[J]. 公路交通科技， 2012（8）： 118-126.

[2]過秀成. 高速公路交通運行狀態分析方法及應用[M]. 南京：東南大學出版社， 2012.

[3]代洪娜， 姚恩建， 劉莎莎， 等. 基于基尼系數的高速公路網流量不均衡性研究[J]. 交通運輸系統工程與信息， 2017（1）： 205-211.

[4]崔瑋， 張俊友， 孫曉亮. 高速路網流量均衡仿真的改進研究[J]. 廣西大學學報：自然科學版， 2016（2）： 512-519.

[5]周漪， 李健. 重大節假日高速公路和國省干道流量不均衡現象分析[J]. 上海公路， 2018（S1）： 100-105.