城市交通大脑赋能智慧交通管理

张娜

摘要：近年来，我国的智能化建设的发展迅速，智能交通系统是缓解城市交通拥堵，提升城市交通治理能力的重要手段之一。随着大数据、人工智能等信息技术的快速发展，为城市交通智能治理提供了重要的支撑。人工智能技术在处理复杂高维非线性的城市交通系统中发挥了重要作用。特别是在城市交通流预测、交通信号控制，以及智能决策支持等方面表现出重要的优势。本文针对城市交通系统特性，研发了基于模式匹配的深度学习交通流预测技术、基于环结构约束的深度强化学习信号优化控制技术，以及基于系统动力学的城市交通智能决策支持系统。

关键词：城市交通;大脑赋能;智慧交通管理

引言

新基建对交通运输行业而言，本质是利用数字化、智能化技术改变传统的交通基础设施建设，通过互联网和物联网等数字信息技术，将智能的交通智慧化。随着经济的发展，人工智能、大数据等新兴技术与交通运输行业的深度融合，给行业带来新的发展机遇：自动驾驶、车路协同、共享交通等，民众生活的智慧水平不断攀升。无论是新基建还是交通强国，在世界范围的科技变革中，信息技术都成为不可或缺的部分。

1基于环结构约束的深度强化学习信号优化控制

城市交通信号优化控制是城市交通智能管控的核心问题，也是一个经典的非线性决策问题，非常适合采用强化学习方法进行建模。传统强化学习技术采用人工预先设定、涵盖有限状态空间的价值函数，无法应对交通状态的短时随机溢界问题，严重制约了方案的执行效果。深度强化学习则可以将原始状态数据直接输入至神经网络以获取价值函数值，可实现对“状态-动作”端对端关系的充分挖掘，很好地弥补了传统强化学习技术的缺陷，因此深度强化学习网络是当前交通信号优化控制领域的研究重点。由于多路口交通流之间存在着交互影响，为提升区域和网络层面的交通流运行效率，需要实行多路口协同控制策略。协同策略的早期思路是汇集节点状态，构造区域共享状态空间，并依据共享空间由独立智能体完成多路口信号方案的同步优化。该思路结构简单、易于实施，但全局最优性难以保证，且算力需求随路口数量增加呈爆炸式增长，无法满足大规模区域信号优化的需求。基于此，后续研究普遍采用“分层优化、中心交互”的方式完成区域协作，其核心理念是：控制体系由中心智能体和多个子智能体组成，中心智能体汇聚子智能体数据（如排队长度、延误时间等），测算固定时段的累计奖励，进而从宏观层面对子智能体网络参数进行评判与优化，提升区域信号控制的全局最优性。然而，这种理念下，很多方法仅存在正向反馈，使得不良方案更新速度慢，动作趋优时间长，甚至无法收敛。为此，后续研究引入正负评价概念，通过负反馈减少不良动作的选择概率，使得评价对动作的优化效果显著提升。针对当前深度强化学习方法中存在的忽略状态

2我国智慧交通发展现状

从20世纪90年代中期开始，我国就进行了关于智能交通系统发展战略、体系框架、标准体系等方面的研究。其中，智能交通关键技术还进行了专项攻关和试点示范。2013年，交通运输部提出了“综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通”的发展理念。2017年，党的十九大报告中首次明确提出“交通强国”发展战略。2019年，中共中央、国务院正式印发《交通强国建设纲要》，为智慧交通的发展指明了方向：“大力发展智慧交通。推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合。推进数据资源赋能交通发展，加速交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网络融合发展，构建泛在先进的交通信息基础设施。”2019年，《推进综合交通运输大数据发展行动纲要（2020—2025年）》明确，到2025年，综合交通运输大数据标准体系更加完善，基础设施、运载工具等成规模、成体系的大数据集基本建成。2020年，《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》提出，到2035年，交通运输领域新型基础设施建设取得显著成效。先进信息技术深度赋能交通基础设施，精准感知、精确分析、精细管理和精心服务能力全面提升，成为加快建设交通强国的有力支撑。泛在感知设施、先進传输网络、北斗时空服务在交通运输行业深度覆盖，行业数据中心和网络安全体系基本建立，智能列车、自动驾驶汽车、智能船舶等逐步应用。

3区块链与交通融合应用

3.1个人交通出行服务

近年来网约车出行频繁爆出拒载、绕路、劫持等问题，让一些客户对网约车的服务质量难以接受，对人身安全担忧。通过区块链技术，可以对司乘人员及车辆最初注册的信息掌握了解到人员及车辆的信息，后台数据将会通过对比人与车的信息来确保安全问题，同时结合定位信息及车辆行车轨迹数据，可以判断出车辆的行车路线是否选择最优的路线，通过区块链技术我们掌握从最开始上车一直到达目的的全过程信息。同时，我们考虑应用区块链技术，解决单人乘车时行程信息对家人异地不透明这一本质问题，实现车辆行程和司机履历的可追溯，可以实时获取车辆信息及具体位置。在区块链技术中，由于每个区块的信息均不可被修改或消除，不可篡改性保证了信息的可靠，确保司机信息及车辆信息均未合法准确，否则未能通过审核注册成功。同时，对司机的从业表现评估及评价积分及良好车况信息进行记录标记，建立资信联盟，保障乘客安全便捷出行。

3.2车辆道路高效管理

城市交通的管理，是城市治理的基本要求。城市交通主要由市民、车辆及道路构成，如何使市民的出现规范，车辆来往有序，道路规划科学，这是对城市交通管理的有效有段。针对该问题，可以利用区块链技术，构建系统的顶层智能管理平台，将市民出行、车辆及道路等数据汇聚起来，进行科学分析规划，建立人与车、人与路、车与路的分布式数据库，以区块链技术为基础，建立区块链数据库，及时、准确、详细的掌握各领域各环节的数据，通过汇聚的大数据进行分析研判，在不同环节相互供需间提供更加科学、可靠的策略。城市道路的有序畅通，是促进城市发展的根本保障。拥堵的城市道路，是目前城市治理的最头疼的课题之一。区块链技术可以增加交通领域的监控系统的兼容性，将人、车、路及环境归为交通治理的整体，通过区块链技术搭建的平台，采集个人出行、车辆行驶、道路规划等综合信息，利用区块链技术，建立道路区块信息，市民出行区块数据，以及车流量信息区块，实现各区块数据的共享，可以实时掌握道路人流量和车辆量及道路的具体情况，通过各区块的数据信息，根据各道路的实时情况，统筹城市交通信号进行精准分析，对人与车进行引导分流，减轻拥堵路段的人流量和车流量。完成城市点、线、面交通路段信号的协调控制，在政策法规的保障下，可以起到约束人车路的规范有序，有效提高城市交通管理的能力。

结语

总而言之，随着智慧城市建设的持续推进，未来物联网通信技术必然会在智能城市中得到更多的应用，而要想保证物联网通信技术应用的有效性，取得理想的智慧城市建设成果，则需要不断加强对网络传感技术、射频识别技术、云计算技术等关键技术手段的研究，同时把握好物联网通信技术在智能电网建设、智慧医疗建设、智慧交通建设、智慧环保建设、智慧养老建设等方面的应用要点。

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