城市智慧交通的内涵及建设思路

郭朝阳

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

随着我国城镇化水平快速提高和经济高速发展，城市人口不断增加，家庭汽车的拥有率也逐年增加，与此同时也给城市交通带来了很多亟待解决的难题，如交通拥堵、交通安全、交通违法等。

近年来，国家实施交通强国战略，在政策、资金等方面给予交通大力支持，在交通基础设施建设、交通管理运营体系建设等方面都加大投入，强调将智慧交通贯穿交通建设各阶段全过程，旨在为公众提供高效安全便捷的出行服务，本文着重探讨智慧交通在城市交通的应用方向。

1 城市交通拥堵的原因分析

1.1 城市功能布局不合理,职住分离现象突出

在中国城镇化率超过50%的阶段，中国正经历制度转型和空间重构的过程。城市用地的功能不断改变，且受地租级差效应的影响，大部分城市的职住空间往往出现两种情况：一是在城市郊区建设以居住功能为主的新城，配备与市区联系方便的交通基础设施，使居民虽在新城居住生活，而仍在老城就业；二是城市郊区新建的工业园区或者开发区提供了大量就业岗位，但忽略了生活服务设施的配置，居民依然居住在生活服务配套较完善的城市中心区；三是随着城市交通系统和交通基础设施的不断完善以及交通出行方式的机动化，居民的远距离出行已经不是问题，跨地域通勤日益增加，这些因素造成了城市职住分离现象的产生。

根据2015年全国50个城市交通调查报告显示(见图1)，城市居民的平均通勤时间为28 min，平均通勤距离为9.18 km，而北京、上海这样的超大城市的平均通勤时间已超过50 min，平均通勤距离在19 km左右。另外，在这50个城市中，平均通勤距离大于10 km的城市居民占74%，仅有13个城市的居民平均通勤距离小于10 km。通勤距离较远导致了居民生活质量下降、交通拥堵、空气污染等问题。

1.2 交通管理手段及需求管理缺少统筹

需统筹解决的交通需求管理问题有：1)处理交通的供需问题时，往往只注重解决交通供给问题，在城市中建设了大量快速路、高架桥等，而忽视了解决交通需求问题。2)缺少解决交通需求管理与设施供给的统筹方案。3)没有协调好用地功能布局，以至于造成了过多的交通需求与无效的交通出行。

1.3 城市机动车数量日益增多

随着我国城市化与经济高速发展，汽车制造行业迅速发展，汽车成为我国居民出行的主要交通工具，在给居民出行带来便利的同时也加剧了交通拥堵。加之近几年，城市中电动汽车的数量迅速增加，这为中老年人的出行提供了方便，但是同时使城市交通的拥堵进一步加剧。今天，在中国任一城市的总体规划中，都有大约30%的土地用作道路基础设施建设，而且这1/3的土地并不包括停车设施的建设。虽然城市把1/3的土地用作建设道路基础设施，修建了大量的快速路、高架桥等，但一味通过增加交通供给来迎合机动车交通需求的做法，并没有解决交通拥堵的问题，反而使城市机动车数量进一步增加，致使交通拥堵问题更加严重。在中国各地市积极开展智慧交通建设的契机下，我们必须拓展思路、调整目标，综合协调土地利用与交通系统间的关系，把城市建设得更加紧密，提高居民出行和货物运输的可达性。

2 交通管理发展阶段

第一阶段：智力交通管理阶段(19世纪初—20世纪60年代)。1918年，在纽约市，出现了一种由红、黄、绿三种颜色组成的手动信号灯，这是交通信号灯的雏形，第一次实现了对交通的控制。1926年，英国发明了机械式交通信号灯，已经可以按固定程序自动控制红绿灯切换，奠定了交通信号自动控制的基础。1964年，首个利用计算机进行交通信号控制的系统在加拿大诞生，标志着交通控制系统发展进入新阶段。第二阶段：智能交通管理阶段(20世纪60年代—2010年)。随着城市化与工业化的发展，全球范围内迎来了汽车数量的爆发式增长，但同时，交通基础设施相对落后、交通服务建设滞后以及公众安全意识薄弱，交通拥堵日趋严重。为解决汽车数量激增带来的问题，1967年，美国联邦公路局着手对电子路径诱导系统的研究，随后欧洲和日本也展开了相关研究工作。智能交通是集成并运用了传感、卫星定位、计算机控制及处理等技术的交通运输管理体系，对交通行为进行引导与控制，来提高路网的通行能力，进而解决交通拥堵的问题，创造良好的交通运输环境。第三阶段：智慧交通管理阶段(2010年以后)。2010年，在IBM公司提出智慧城市的概念后，智慧交通开始受到社会各界广泛关注，由于交通通畅对城市发展至关重要，所以智慧城市的建设首先应关注智慧交通系统，而且现有的信息技术已能够支撑智慧交通系统的建设，实现信息采集、传递、分析、决策的集成应用，将信息技术贯穿交通建设管理全过程，完善铁路、公路、水路、民航、管道互联互通的现代化交通运输网，加强人车路协同，使基础设施、管理部门、服务对象信息集成动态处理，实现全方位综合化智慧交通目标。本文着重论述解决城市道路交通拥堵的智慧交通建设。

3 城市智慧交通的内涵

随着智慧城市建设进入实践阶段，智慧交通也开始在实践中探索和发展，但目前专家学者和政府对于智慧交通内涵的认识还不充分，只是单纯地将智慧交通看作是各种新技术、新科技的集成系统，看作是智能交通的技术升级，实际上二者有着本质区别。智慧交通和智能交通均是将传感、信息、定位、工业4.0、新硬件等多种先进技术运用在道路交通方面的系统，两者在关键技术、建设内容和应用目标等方面包含较多共同部分。但是智慧交通是智能交通的升华，不单纯是利用先进技术对交通行为进行控制的管理智能化；而是要“智慧化”地找出造成交通拥堵的根源，在拥堵产生的源头上解决好交通供需的矛盾，促使城市可达性空间结构与城市日常活动空间相匹配。城市的交通系统就是改变不同空间区域的可达性，从而使生活和工作在城市不同空间区域中的居民，能便利地参与到社会之中；城市的空间结构关系，主要是指城市的交通系统与公共服务设施分布之间的关系；城市日常活动空间结构由居民的日常活动空间组成，是城市社会空间的基础。

综上，本文认为城市智慧交通的内涵是：将通信传感技术、大数据运算等先进技术有效整合并运用于城市交通体系，综合运用交通科学、人工智能和知识挖掘等理论与工具，通过科学决策使路网结构与用地结构合理分布，解决交通供需结构性失衡的问题；通过新技术运用使各种交通运输方式协调运行，解决交通供需耦合性失衡的问题。

4 城市智慧交通建设思路

智慧的词义是一种高级的综合能力，包含感知、记忆、分析、决策等能力。必须明确数据只是后台技术问题，并不是智慧交通面临的核心难点，智慧交通应该收集足够的信息，进行科学的分析，然后使交通规划做出正确的、成功的决策，使道路运行通畅，真正发挥“智慧”。

4.1 智慧地解决交通结构性失衡

交通的结构性失衡是造成城市交通拥堵的主要原因之一，城市土地利用与道路系统的不匹配会直接造成城市交通的结构性失衡，比如城市路网的规划布局没有充分考虑城市形态和人口空间分布等因素，规划城市结构时没有考虑交通瓶颈的制约等。不同于大部分发达国家，我国的城镇化率还在持续增长，在人口不断涌入城市的背景下，有限的土地资源与无限的交通需求之间的矛盾显得尤为突出，这是我国城市化过程中“不平衡不充分”的突出问题，需要得到重视与妥善解决。在此背景下，仅仅依靠大量建设交通基础设施显然是缺少思考、不正确的做法，单纯依靠管理手段进行需求管控也不能起到太大作用。城市交通管理必须在交通供需产生时就处理好两者关系，避免城市可达性空间结构与城市日常活动空间的矛盾，使土地利用与道路系统同步规划、统筹考虑。传统的交通规划理念是通过完善道路交通体系以迎合机动车数量的增加，从而缓解交通拥堵问题，但现实是道路容量的增长永远满足不了交通需求的增长，因此在建设智慧交通体系时，我们必须摈弃传统的交通规划理念，不应该只注重提高机动车的机动性，而应该把提高居民出行的便利程度和提高货物运输的可达性作为交通规划的首要目标。可达性代表着出行的难易程度，交通可达性的提高，从侧面反映了居民生活水平的提高以及城市未来发展动力的提高。提高可达性必须综合协调土地利用与路网布局间的关系，通过交通系统的规划尽可能缩短出发地与目的地间的空间距离。在规划体系转型的时代背景下，本文建议政府在编制交通规划时，首先要对城市的人口、经济、政治、自然等发展因素进行充分研究，初步确定城市交通供需的规模；在对城市自然与社会条件评估的基础上，编制国土空间规划决定土地利用、城市结构、人口以及就业岗位的分布，在宏观上确定城市交通的主要流向与流量，调控城市总体的交通需求。接着，在微观层面坚持“TOD”的发展理念，以公共交通的站点为核心，提高站点周围用地的多样性以及完整性，采取高开发强度、高混合性的土地开发模式，为实现就地职住平衡奠定基础，从而在源头上控制交通需求，从本源上防止交通拥堵产生。

4.2 智慧地解决交通耦合性失衡

智慧交通正成为城市交通系统发展的方向，智慧交通管理模式运用现代科技对交通进行治理，改变了城市交通供需系统内部各个主体只关注自身运作的传统模式，使各个主体的功能结构与运作机制能够协同合作，协调了城市交通供给与需求的矛盾，提高了交通系统运行效率。

4.2.1 智慧感知信息共享

充足的数据是智慧交通系统所必需的，所以智慧交通的建设需要一张全信息动态感知网，使感应线圈和监控视频等传统交通信息采集设备，与物联网终端和车联网终端等新型交通信息采集设备相互结合，实现城市道路全覆盖乃至市际共享。这就要求建立“智慧路段+智慧交叉口”的新型智慧道路感知体系。

1)智慧路段(见图2)，以智慧路灯、智慧路帖为载体，实现车流量监测、车辆轨迹跟踪、行人过街警示、交通信息发布等功能为一体，全面告知道路运行状况。2)智慧交叉口(见图3)，以智慧信号灯为载体，主动集成和整合道路内跨行业交通设施，通过前端边缘计算与后台集成管控，实现以智慧交叉口为单元的公交优先控制，实现绿波交通。

4.2.2 智慧精准决策

智慧决策体系是智慧交通的中央处理器，可以全面感知交通运行状态，预测交通发展态势，对可能发生的交通事故事件预警以及辅助做出决策：

1)基于在线仿真模型，实时推演各种复杂交通条件下道路交通运行状况。通过在线仿真模型推演，对宏观区域内交通运行状况及交通走廊、节点交通流状况整体了解。根据车流量监测数据以及大数据资源，实时推演道路交通运行状况，预测道路交通状况变化趋势。既可实现区域交通联控，又可在优化信号配比、方案评价与优选、交通改善方案评价等方面精准决策，全面提高交通管理和决策水平，实现道路高效、有序运行。2)基于交通事故推演模型，全面降低突发交通事件的负面影响。通过实时在线推演模拟交通事故，在发生交通事故后，即时生成交通应急方案，迅速、智能化部署警力，最大限度降低事故造成的负面影响。

4.2.3 智慧整合运营

智慧运营是要加快整个交通系统的运营速度，通过建设城市交通耦合系统，提升城市交通系统的整体功能，主要减少居民乘坐交通系统的等候时间和换乘时间，提供出行选择。城市交通耦合系统是城市交通供给系统、交通需求系统以及智慧交通的智慧决策体系三者的耦合，能够对道路交通资源进行充分整合，对各个交通子系统实现最大化利用，保障城市交通系统健康高效的发展。

4.2.4 智慧服务绿色出行

智慧交通的最终成果会体现在它的综合服务能力上，智慧服务体系可以和交通服务供应商一起打造一个整合不同交通方式和出行服务的平台，根据不同居民的出行需求，为他们量身打造个性化的出行服务。

这个出行服务平台可依托于智慧交通的强大技术后台，综合处理各种数据，对交通需求的管理采取主动管理的思维，把整个城市交通系统作为一个整体，提供舒适和快速便捷的出行服务，并且全部出行只需进行一次支付。这有助于提升出行服务品质，促使更多的居民采用绿色出行的方式，使整个城市交通体系运行顺畅，缓解交通拥堵。

5 结语

在我国持续城镇化进程的大背景下，开展智慧交通建设来解决城市扩张带来的交通拥堵问题势在必行。智慧交通的建设和发展必须转变传统的交通规划思路，要体现以人为本的交通发展理念，不仅将“智慧”体现在新技术的开发运用上，更多地要从根本上解决交通供需矛盾，处理好城市可达性空间结构与城市日常活动空间之间的关系，使土地利用与道路系统相平衡，最大化利用各种交通资源，改善人民出行体验；通过工业化与信息化的融合、体制机制的保障，我国智慧城市智慧交通建设一定能够走出一条满足人民群众对美好生活新需要、适合中国国情的发展之路。