基于大数据驱动的城市交通控制决策研究

2021-01-30陈乙利

电子技术与软件工程 2020年22期

陈乙利

（深圳榕亨实业集团有限公司广东省深圳市 518000）

基于大数据驱动的城市交通控制决策研究是新一代智能交通系统重要研究部分，以国际先进的智能交通体系视野俯瞰城市交通控制与决策支持，以区域与城市相结合的坐标定位研究内容和方向，以支撑物流枢纽、公交都市、现代化综合运输体系的理念规划城市交通控制决策研究。基于大数据驱动的城市交通控制决策研究了信息集成与服务项目，根据《城市发展策略》、《综合交通“十三.五”发展规划》建设成为在新一代信息技术时代引领城市综合交通运输体系、服务于公众出行信息一体化集成服务的国内领先系统。在社会发展方面，提出通过智能交通系统体制和环境建设，创造方便、高效、舒适、安全的城市交通环境。在生态发展方面，提出了形成绿色交通结构，构建“智慧交通、e 行全程”交通信息服务新体系，保障城市交通运输高效、安全，提高智能交通资源利用效率，促进人与道路、人与车辆、车与车的和谐统一，互联互通。在空间发展方面，协调和统筹，建立区域性智能化服务的信息集成服务平台。在产业发展方面，强调了注重优化体系、缓解拥堵、智慧出行、节能减排，更加注重实现智能交通系统发展速度和结构、质量、效益相统一，体现智能交通系统的高品质质量。

1 总体研究背景及技术路线

1.1 智能交通公用信息大数据平台（客运、货运）

智能交通公用信息大数据平台是城市智能交通系统ITS 的核心支撑，通过实现城市交通各个子系统之间信息采集、存储、管理和传输，成为实现交通运输管理系统各项功能的核心和关键技术，它最终形成一个对公用数据进行收集、组织、存储、加工、查询、传输、通信等管理服务的数据仓库系统，不仅是为各类交通信息的整合提供技术依托，同时也将为城市交通各相关子系统提供引导接入策略和实现信息共享服务，实现城市智能交通各个子系统信息的整合提供技术保障。如图1所示。

智能交通公用信息平台组成：

基于GIS 的后台数据仓库：公用信息平台的基础，包括静态交通数据、动态交通数据、图形数据及表格、统计资料等属性数据。综合信息处理中心：负责实时、动态的处理各类交通信息，如数据的抽取、融合、统计、分析、计算、挖掘和各种相关曲线的制作等。知识库（智能决策系统）：以智能化决策，存储各类经验和知识，相关模型与计算算法，包括铁路、民航及轨道交通时刻表编制等。智能交通各个相关子系统之间的接口。

1.2 智能交通公用大数据信息平台的信息来源与应用

智能交通公用信息平台是在综合交通运输信息基础上集成的，又通过智能化手段使交通运输信息成为公用的服务信息平台。其主要特征：集成化的综合交通信息数据库，离散的公用交通运输信息应用服务门户，公用的数据交换平台，模块化相关计算算法与各种优化模型。其主要信息来源：道路等（包括轨道与公路交通）动态交通信息；静态交通信息包括车站、码头信息以及其他相关信息。如图2所示。

图1：城市智能交通公用信息平台总体结构框架

图2：智能交通公用大数据信息平台的信息

图3

1.3 智能交通公用信息平台总体结构

如图3所示。

智能交通公用信息平台包括：门户平台、数据平台、应用平台、安全平台。

门户平台：在公域网络环境下，轨道交通应用系统、数据资源、互联网资源统一集成到门户中，根据每个用户使用特点和角色的不同，形成个性化用户界面，并通过对事件和消息的处理传输把用户联系起来。

在智能交通公用信息平台上信息资源的共享，主要表现在交通运输信息应用服务的数据支持，包括公众交通运输信息服务（信息查询、票务服务、出行时刻、列车时刻）、交通管理服务（调度指挥、交通管理、车辆调度）、公用交通信息应用服务（决策支持、交通仿真、交通规划）三个层面。

数据平台：对交通运输系统内部及外部的异构分散数据进行整理、分类、搜索、分析和报表，形成用户所需求的数据，并以多样化的手法展现出来。主要包括数据抽取（同构或异构数据进入公用信息平台前的处理），数据挖掘（通过公用信息平台的数据进行知识开发），信息融合（协同、加工多源信息，获得对同一事物或目标更为科学、更有代表性的信息综合技术）。

应用平台：开放的、具有柔性的应用集成平台。以中间件为核心，连接存在于交通管理中的应用系统，实现应用间部门信息交互，数据查询、分析。

安全平台：保障系统运行安全的计算机软硬件体系智能化、集成化、模块化的智能交通公用信息平台。

1.4 综合交通枢纽的ITS目标和功能

保障枢纽的安全与畅通；对于综合交通枢纽ITS 来说，特别是要保障多种交通模式结合部，如空港、火车站、海港、公路站场、轨道与道路的平交路口的安全与通畅；提高枢纽的综合效率；使混合交通流分配更均衡、更合理，充分发挥各种交通模式的各自优势，大力发挥客、货多式联运，提高枢纽的综合效率；改善对枢纽用户的服务质量；使枢纽用户能方便、及时地得到关于综合交通枢纽的各种信息，包括静态、动态和优化的交通信息，使旅行更舒适方便，物流更安全畅通。

1.5 综合交通枢纽ITS的功能体系

综合交通枢纽的基本功能是：保证完成直通作业、中转作业、枢纽地方作业以及城市对外联系的相关作业。交通枢纽内的作业系统分为两个分系统：客运和货运作业系统；在综合交通枢纽的智能化系统中，着重研究旅客集疏运和货物集疏运系统；因旅客集疏运系统和货物集疏运系统具有相对的独立性，在研究智能化管理中，把他们分别独立进行。其主要功能要素如下：

各种交通模式之间、各种交通模式与枢纽协调中心之间的数据交换（硬件方面建立公共的数据网络和各种接口；软件方面建立公共的交通出行数据字典和数据交换的标准和协议，建立公共数据库）。综合枢纽交通信息服务、综合枢纽旅客换乘引导、综合枢纽货运集疏运引导、综合枢纽协调管理、综合枢纽能力与效率的评价、枢纽结合部的安全救援、交通流预测与分配优化（多模式混合交通流OD 预测、多模式混合交通流动态分配、多模式路线/换乘/换装优化、多模式需求引导、多模式货运优化配载）。

2 交通大数据驱动现状研究

2.1 当前数据驱动力现状

交通大数据交通基础信息现状：当前交通大数据交通基础信息现状采集覆盖不足,存在信息获取盲区，无法全面掌握交通运行状态是本次研究最大工作量之处。

相对于国内范围内整体监测的实际需要，基础信息采集的覆盖范围存在严重不足。例如：某市检测线圈、视频等交通运行信息采集主要集中在城市区域内主干道以及部分次干道；公交车辆中只有巴士安装了GPS 监控设备；地铁、机场、码头、火车站及大多数交通场站及枢纽的视频监控系统尚未建设或信息尚未接入。与国内智能交通发达的城市如北京、上海等城市相比，各其他城市交通基础信息监测方面存在着明显差距，需要将更多道路、交叉口和运营车辆纳入综合监测的范围，实时、全面采集整个路网的交通状态信息、客流疏导信息与关键场站的运营状态信息等。交通基础信息监测水平不平衡，交通监测系统接入程度和覆盖密度较低；随着各城市范围的扩大，城市化进程进一步加速，交通基础信息和营运信息监测网络，管理部门无法了解交通运行状况，使得基于交通监测信息的一系列应用无法实现，如远程监控、事件监测、智能管理调度等。迫切需要扩大对交通综合监测覆盖范围，扭转交通监测相对薄弱的局面，提升交通整体监测能力与水平。

2.2 信息交换共享与挖掘利用方面

信息采集格式和标准不统一；目前，由于多数信息系统在建设时没有统一的规划，开发的单位各自不同、采用的技术标准也千差万别，造成国内各城市建设交通基础数据存在数据标准格式不统一、数据粒度粗细不一、数据分类标准不统一等各方面问题。特别是在数据采集和统计方面，数据采集前缺乏标准的采集格式，采集后又缺乏相应的标准化处理，导致数据存储不标准、数据质量不高。此外，全市交通行业数据的采集还缺乏一个健全的数据采集机制，很多数据的采集都是在临时需要的时候或年底统计的时候进行临时调研和要求报送，缺乏标准的格式。缺乏数据融合与数据挖掘信息在经过采集和存储之后，应进行合理有效的处理和挖掘，才能生成更贴近业务需求和服务需求的信息，为决策和发布服务。目前全市大多数交通基础信息仅以最初采集后的原始状态进行传递和使用，交通基础数据也只是发挥了“原材料”的基础作用，大量的数据资源没有进行进一步处理以发挥决策支持、业务应用等多方面的作用。如客流统计数据、GPS 数据、交通量数据这些应用范围及其广泛的数据，尚未实现数据的深度挖掘和利用。信息的正确性和数据一致性难以保证，信息的正确性问题主要是指可能出现数据错误，数据的一致性问题是指同一数据项在不同系统中表现形式的不一致，从而导致不同系统中同一条件下同一数据项在形式上或内容上出现不一致。造成数据正确性和一致性出现问题的主要原因除了信息采集和存储标准不统一以外，还有缺乏保障数据来源正确性的监管机制，即政府缺乏对企业上报的数据真实性、数据统计责任的监管机制，目前很多数据依靠企业自行提供，数据的准确性完全依靠填报单位的责任心和积极性，难以避免误报和瞒报现象，数据来源的可靠性有待提高。

2.3 智能交通系统应用现状分析

大多数城市尚未形成跨系统、跨部门的整体调控体系与方法交通运输管理和道路交通管理之间尚未形成跨系统、跨部门的整体调控体系与方法，具体表现为未形成有机的跨部门合作体系。尤其缺乏面向交通优化控制的常态化协调机制，单纯地依靠交通信号控制无法充分发挥对交通流的调控能力。尚未形成交通诱导+信号控制协调机制，没有建立有机的协调控制系统，没有发挥两个系统的协调工作能力；第四，尚未实现公交信号优先控制。公交行业缺乏有效的监管和决策手段，公交管理和服务水平有待提高；目前公交行业管理部门缺乏有效的行业监管手段主要表现在于取证困难，即：第一，由于缺乏覆盖全面、精细化的科技执法手段，对于营运违规的现象难以取证，仅靠人工实施取证效率低，难以形成对违法、违规行为的威慑力。第二，缺乏统一的企业评价标准和数据支持，尚未建立客运行业从业人员自律机制，难以形成对于行业从业人员的有效监管。公交决策方面，目前大多数城市公共交通主管部门缺乏有力的决策支持手段主要表现在三个方面：一是缺乏有效的信息收集手段；二是缺乏有效的辅助决策模型；三是缺乏决策结果仿真和评价的方法。交通信息服务内容和渠道有限，发布的信息内容有限：例如公交行业，目前发布的公交信息仅限于公交线路方面的信息，即线路号、线路起点、线路终点、线路运营公司、服务时间、往停靠站、返停靠站和票价等信息。其它公交换乘信息、行程时间、公交车到达时刻等动态信息未能发布。信息实时性服务不足：信息服务中只有停车诱导信息的实时性较强，其它公共交通信息、长途客运信息、旅游包车信息、列车信息等都只是发布了一些静态的信息。而市民对实时信息的需求相对强烈，如：列车晚点信息、航班延误信息、长途客车达到时刻信息、预计行程时间信息等，对于该类动态信息的收集、处理和发布还处于较低水平，造成出行时间的浪费和延误的增加。

2.4 智能交通建设保障措施情况

智能交通建设保障措施主要体现在信息存储、管理、数据维护机制建设等相关内容，智能交通系统的运维管理方面，由于缺乏前期经验等种种原因，还缺乏一套详细的、针对性强的智能交通系统运维方案；信息存储与管理方面，各个业务系统数据库的整合还有较大难度，且目前已有的数据格式不统一，同一数据在各个系统重复存储，数据冗余和数据不一致现象严重；信息维护方面，现状交通行业基础数据维护工作缺乏健全的机制、专门的资金、专门的维护人员。当前的城市智能交通标准还有待全面梳理，造成系统间难以整合、信息难以共享、业务难以协调的问题。现状的多数信息系统在建设时缺乏统一的规划，开发的单位各自数据标准不同、设备技术标准也千差万别，特别是在数据采集方面，数据采集前缺乏标准的采集格式，采集后又缺乏相应的标准化处理，是造成数据难以共享、数据质量不高的重要原因。

3 大数据驱动下的城市交通控制决策效益分析

3.1 提升社会公众交通信息服务水平

大数据驱动下的城市交通控制决策效益主要体现在整合海陆空铁各类交通信息资源，建立多通道、实时的综合交通信息服务平台，极大地提升社会公众交通信息服务水平。缓解交通拥堵改善交通服务水平，建立实时动态交通监测与信息发布平台，及时处置突发交通事件，引导市民合理选择交通方式与出行路线，多管齐下综合治理，缓解交通拥堵，改善交通服务水平。提升主管部门综合交通管理水平，通过建立相关业务管理系统，全面掌控各类综合交通数据信息，以及综合交通数据的深度挖掘应用，极大地提升了主管部门的综合交通管理能力，以及工作和服务效率。如依托基于网格化的智慧交通业务管理系统，建立闭环管理体系，很好地解决了城市区域范围内基层交通管理单元的巡查、养护、监督、考核等管理问题。通过出租车GPS 数据与营运数据的综合挖掘，运管人员足不出户就可以解决出租车载客不打表、恶意绕路、私自调校计价器等违法行为的查处问题，可以节省大量执法人力、物力成本。另外，通过出租车非正常聚集情况的监控预警，在出租车行业维稳方面也发挥了非常重要作用。

3.2 提高交通规划管理政策制定水平

通过建立综合交通大数据集成应用平台，对各类交通数据按主题进行深度挖掘应用，以数据说话，为交通规划管理政策的制定提供科学依据。目前，已分别应用于公交线网规划、优化，公交成本规制与补贴政策制定，轨道运营计划制定和优化，出租车运价结构调整和司机营收警戒线制定，长途客运线路审批和运力投放审批，突发交通事件的应急协同与指挥调度等业务领域，乃至宏观交通规划、交通发展战略和交通管理政策的制定等，对提高城市交通规划管理政策制定水平，发挥了很好了作用。提升广域范围内交通管理体制改革效果实现了城市交通规划、建设和运行的一体化管理，打破了原有条块分割的体制弊端，为整体提升城市综合交通运行管理效率创造了良好的体制环境。通过建立综合交通运行监测系统、基于网格化的智慧交通业务管理系统、信息交换平台、应急指挥协调调度管理系统等，建立了信息共享、沟通交流和协同工作机制和平台，为打破原有的条块分割、各自为政弊端，促进各部门、各单位协同运作，发挥协同作战效果，提供了技术支撑和保障，有效提升和巩固了交通管理改革成效。