車流溯源 交通智控

文/ 供圖 | 東南大學

“基于車流溯源的道路交通出行誘導與信號控制一體化技術及應用”項目研究，以東南大學為總體牽頭單位，聯合高德軟件有限公司、南京萊斯信息技術股份有限公司、南京慧爾視智能科技有限公司、重慶市交通規劃研究院、華設設計集團股份有限公司5家單位協作攻關，榮獲2022年中國公路學會科學技術獎一等獎。

項目研發形成了道路交通流動態溯源、路徑誘導與信號控制一體化技術和系統裝備，突破了數據與模型雙驅動的路徑級管控效果推演技術，研制了出行誘導與信號控制一體化技術及系統裝備，為提升智能化精準化交通管控與治堵水平，推動智能交通新興產業發展，實施加快建設交通強國戰略、“一帶一路”倡議等提供重要技術支撐。

/ 打造智能交通管控系統新構架/

面對交通擁堵日趨嚴重、突發事件頻繁發生的挑戰，以科技創新為驅動大力發展智能交通系統，提升交通問題科學治理能力，已成為全國各地城市的普遍選擇，也是智慧城市和交通強國建設的重要任務。然而，對智能交通系統的巨大投入尚未取得理想的建設效果。“交通大腦”等新概念新產品存在“中看不中用”的傾向，實際上多停留在數據可視化層面，未能為精準化交通管控提供有效支撐；常態化治堵與非常態應急管控手段存在“治標不治本”的局限，主要關注當前和局部的擁堵現象，無法從源頭上應對未來和全局的擁堵態勢。

具體來說，智能化交通管控系統目前尚存的主要瓶頸為交通感知以路段為單元進行斷面集計，無法實現道路流量的路徑級溯源，擁堵源頭難以辨識；交通預測依賴既有場景的歷史數據學習，難以支撐多場景下待實施管控方案（無充足的相關歷史數據）的評價分析，管控效果難以推演；交通管控依賴固定點位的路側設施實施誘導與控制，沒有發揮車載導航終端全程服務的優勢，車流分布難以優化。

總體思路與創新點架構

項目在國家重點研發計劃“綜合交通運輸與智能交通”專項項目等課題資助下，攻克片段化觀測條件下的全時空車輛路徑重構、交通狀態精確辨識與動態溯源、城市交通誘導與信號控制協同仿真、融合信號控制的多場景路徑誘導等關鍵技術，構建覆蓋“辨識-推演-優化”閉環流程的全鏈條創新技術群，在理論、技術與方法上取得了突破與創新。

/ 突破智能交通管控新技術/

項目依托國家重點研發計劃“綜合交通運輸與智能交通”專項項目等課題資助下，歷經10年產、學、研、用聯合，重點針對擁堵源頭難辨識、管控效果難推演以及車流分布難優化三類技術瓶頸，取得了多項創新成果。

創新成果：首創基于車輛路徑重構的全時空道路交通流溯源技術

針對國內機動車運行檢測數據的片段化特征，項目發明了基于高精度地圖和車載導航的車輛出行路徑與起訖點實時推斷方法；對于雷達應用數量增加，相互間干擾嚴重、現有產品檢測區域小、精度低、抗干擾性弱、穩定性差的現狀，項目研究出一款高性能的微波視頻一體化交通智能感知終端，破解了交通管理的精細化難題；面對國內機動車運行檢測數據的片段化特征，項目發明了融合浮動車檢測器數據的固定檢測器數據地圖匹配新算法，拓展了多類非常態場景下的交通事件識別技術，可實現大規模路網交通流量估計與動態溯源，可實現對交通系統效率影響程度，以及事件與空間影響范圍的量化計算。

智能交通系統可視化

基于車輛路徑重構的全時空道路交通流溯源技術基礎架構

開發的“點、段、面”擁堵溯源可視化模塊

項目基于高精度地圖和車載導航終端數據，提出樣本車輛出行路徑與起訖點實時推斷方法；率先研發“雷達+視頻”的全息交通數據路側采集終端，提升重點路段復雜環境下車輛標識與軌跡片段的全天候、高精度獲取能力；融合連續的車載導航數據和片段的路側檢測數據，創建全時空車輛路徑重構和流量反推算法，首創大規模路網交通流動態溯源技術。檢測器空間覆蓋率不高于10%的條件下，支持每小時10萬級樣本規模路徑重構精度82%以上、路口/路徑/路網多層級流量動態溯源精度達到80%以上。

3)分類決策：按照K個最近鄰的訓練樣本，返回前K個點中出現頻率最高的類別作為測試數據的預測分類，就是對整個測試樣本的最終分類結果。

創新成果：突破數據與模型雙驅動的路徑級管控效果推演技術

項目提出的混合時空圖卷積網絡是綜合利用計劃流量的交通預測框架。在H-STGCN中，轉換器將未來交通流量信號轉化為通行時間信號。路段間參數共享的門控卷積用于提取時間依賴信息。基于復合鄰接矩陣的圖卷積從合并后的通行時間信號中捕捉空間依賴信息。H-STGCN經過由端到端的訓練，可具備基于計劃中交通流量信息預測未來擁堵的能力。利用真實交通數據集進行實驗，驗證H-STGCN的效果顯著優于各種前沿模型，使得出行時間預測偏差嚴重的案例數量降低了15%；并基于此構建數據與模型雙驅動道路交通仿真推演，將萬節點級大規模路網交通管控方案量化仿真分析時間降至1分鐘以內。

面向路徑級交通流管控仿真推演技術基礎架構

基于車流溯源的混合時空圖卷積網絡算法

項目構建富信息環境條件下的路網交通流動態演化模型，揭示了誘導與管控信息對出行者經驗更新和路徑選擇行為的影響機理；創建了基于車輛溯源和路網態勢信息的混合時空圖卷積網絡算法，實現常態擁堵/極端天氣/交通事故/大型活動等多場景下交通流量與狀態精準預測；構建數據與模型雙驅動的道路交通仿真推演平臺，推演和評估不同出行誘導和信號控制策略的實施效果。可支持涵蓋百萬級人口城市的多源一體化交通信息數據庫構建，實現萬節點級大規模路網交通態勢推演及提前30分鐘的交通擁堵預測。

創新成果：研制出行誘導與信號控制一體化技術及系統裝備

針對現有交叉口，項目基于多關鍵路徑的交通信號協調控制，實現了車均延誤平峰期降低15%、高峰期降低10%；面對融合信號控制的多場景路徑誘導，項目誘導信息發布總耗時不超過兩秒，整體通行速度上升30.0%，通行時間下降34.7%；項目構建了基于“云邊端”的城市交通智能協同管控體系，突破了基于復合交通網絡的數據協同、“虛擬聯網”下自組網交通信號主動控制等技術，解決了現有管控體系缺乏有效的數據安全及協同控制機制的問題。

道路交通多場景路徑級管控技術和系統裝備架構

“云邊端”集成的多場景路徑級管控系統裝備

項目提出面向多場景的車輛出行關鍵路徑判別技術，克服傳統子區控制邏輯局限性，突破了兼容階段流和相位環控制結構的信號控制優化技術，實現了面向出行本質的路徑級控制；創建融合信號控制的多場景路徑誘導技術，實現路徑誘導策略與信號控制方案的集成優化；自主研制云邊端集成的路徑級交通管控系統裝備，提供安全高效的“辨識-推演-管控”閉環解決方案。聯網聯控能力由800個路口擴展至5000個，誘導信息生成和發布總耗時不超過兩秒，較未調控情景節約出行時間10%以上。

/ 開創交通信控一體化新前景/

項目授權國家發明專利23項、軟件著作權18項，發表學術論文36篇，制訂技術標準10項，形成自主化系列系統裝備。經第三方評價認為，總體技術達到國際先進水平，其中在多場景交通控制方面達到國際領先水平。項目成果已多方位應用于雄安新區智能交通系統建設、北京冬奧會賽事交通組織、“一帶一路”沿線智能交通技術對外輸出中，支撐了國家重大工程實施。成果在江蘇南京、重慶等200多個城市，白俄羅斯、肯尼亞等“一帶一路”沿線國家，河北雄安新區、北京冬奧會等重大工程中進行了應用，經濟社會效益巨大，推廣應用前景廣闊。成果應用有力提升了城市交通智能化精準化管控水平，有力保障了疫情防控和重大活動期間道路交通安全高效運行。

項目產品首創了基于車輛路徑重構的全時空道路交通流溯源技術，提高了多場景下全時空交通狀態辨識精度，突破了數據與模型雙驅動的路徑級管控效果推演技術，實現了路網交通流多層級高精度動態溯源和快速仿真推演，研制了出行誘導與信號控制一體化技術及系統裝備，實現了集信號控制與路徑誘導于一體的道路交通流路徑級精準管控，取得了顯著的社會經濟效益。

應用期間，支撐江蘇南京、浙江寧波成為全國暢通工程一等管理水平城市，支撐重慶科學實施戰疫情交通管控方案，保障北京冬奧會、南京青奧會、國家公祭日、馬拉松賽事等重大活動成功舉辦，累計減排二氧化碳368.7萬噸、一氧化碳2.5萬噸、氮氧化合物1497.84噸、碳氫化合物2496.4噸、PM顆粒112.34噸，環境效益顯著。

成果經濟效益顯著

成果為各部門交通流態勢研判、信控方案評估提供決策支持

東南大學

東南大學是國家“985 工程”和“211 工程”重點建設的教育部直屬高校，入選世界一流大學建設A 類高校名單，是我國交通運輸系統和交通基礎設施人才培養的重要基地。交通運輸工程學科在全國一級學科評估中連續并列第一（A+），連續入選教育部“雙一流”建設學科，2021 年軟科世界一流學科排名世界第一，入選首批江蘇高校優勢學科和江蘇高校品牌專業，擁有多個國家級教學團隊和特色專業。近年來，交通學院緊密圍繞交通強國重大戰略，在城市綜合交通系統的規劃、交通系統優化、基礎設施建設、高等級道路及大跨徑橋梁鋪裝結構與材料等方向一直保持著領先優勢，涉及交通大數據分析、智能網聯交通、智能交通管理等新興領域。近20 年獲國家科技進步獎和國家技術發明獎15 項，省部級科學技術獎170 余項，獲得國家科學技術進步獎位居全國交通類高校第一。

高德軟件有限公司

高德地圖是中國領先的數字地圖內容、導航和位置服務解決方案提供商，擁有多個甲級測繪資質，其優質的導航電子地圖數據庫及其服務體系成為公司的核心競爭力。2014 年4 月，高德地圖正式與阿里巴巴集團達成并購協議，正式成為阿里巴巴集團旗下企業。在移動互聯網領域，高德地圖覆蓋iOS 及Android 操作系統，并為蘋果公司提供在華地圖服務。在汽車應用領域，高德為大眾、奧迪、奔馳等國際著名汽車廠商提供優質的地圖數據、導航軟件和車聯網服務。在智慧交通領域，高德以大數據、云計算、人工智能、物聯網等前沿科技為基礎，依靠高德海量交通出行數據，結合行業著名專家學者智庫，精細化考量城市交通，打造一體化解決方案。

南京慧爾視智能科技有限公司

南京慧爾視智能科技有限公司，業務定位于智慧交通領域智能雷達的研發、生產及場景應用推廣和服務，是國家認定的高新技術企業，是江蘇省認定的智能雷達工程技術研究中心，是江蘇省最具成長型科技百強企業。公司肩負“交通更暢通，出行更安全”的企業使命，以解決交通痛點、亂點和難點為己任，聯合公安部門、交通部門及智能交通行業巨頭及渠道共建交通行業生態。目前，公司業務遍及全國20 多個省份，超過200 座城市。公司從事交通雷達業務10 余年，擁有超150人的技術團隊，先后推出“廣域雷達微波檢測器”“雷視融合微波檢測器”等多款業界創新產品，參與了國家“863”計劃、交通運輸部和公安部等多項科技重點研發項目建設。

南京萊斯信息技術股份有限公司

南京萊斯信息技術股份有限公司（以下簡稱“萊斯信息”）成立于 1988 年，是中國電子科技集團公司的子公司之一。面向“交通強國”“數字經濟”等國家重大戰略需求，重點布局道路交通、航空運輸、智慧城市三大業務板塊，提供以指揮控制技術為核心的指揮信息系統整體解決方案和系列產品，服務國家治理體系和治理能力現代化建設。公司在智慧交通領域深耕近 40 年，從“七五”“八五”國家科技攻關開始，率先解決城市道路交通信號控制系統及核心設備國產化的“卡脖子”難題，實現信號控制產品國產化從“0”到“1”的重大突破。目前，萊斯信息形成了以“城市交通大腦”為核心的智慧交通產品體系，覆蓋智慧交管、智慧交運、智慧公路等多個領域。其中，交通信號控制系列產品獲得市場高度認可，服務于國內300 多個大中小城市及地區，超4 萬個路口。憑借“品質優先、效率優先、服務優先”的經營理念，打造了北京、重慶、南京等多個超大特大城市的智慧交通精品工程。