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　　引言

　　社會經(jīng)濟的發(fā)展對城市道路交通提出了越來越高的要求。如今，交通擁擠和交通事故正越來越嚴重地困擾著世界各國的大城市，解決這些問題的重大社會、經(jīng)濟意義已成為全社會的共識。為解決這類世界性的難題，基于車輛、通信、電子、計算機以及網(wǎng)絡技術(shù)的智能運輸系統(tǒng)ITS(IntelligentTransportationSystem)，從本世紀80年代末、90年代初開始得到世界各國的普遍關注。許多發(fā)達和發(fā)展中國家相繼提出各自的發(fā)展戰(zhàn)略，既為解決本國的交通困境，也試圖通過發(fā)展ITS帶動本國基于上述高新技術(shù)的經(jīng)濟新一輪大發(fā)展。同時，也正是這些高新技術(shù)為ITS的發(fā)展提供了可以實施的技術(shù)基礎；借助這些技術(shù)，實現(xiàn)路網(wǎng)信息的集成和共享，改善路網(wǎng)中擁擠和通行能力剩余共存的局面，提高路網(wǎng)通行能力的利用效率，緩解城市交通擁擠；通過誘導信息影響出行前、出行中的出行人，動態(tài)誘導、控制網(wǎng)上交通流，試圖實現(xiàn)城市交通網(wǎng)絡系統(tǒng)的預期均衡，使現(xiàn)有的路網(wǎng)交通設施運行在效益最佳狀態(tài)。城市交通流誘導作為智能運輸系統(tǒng)的核心研究內(nèi)容之一，是用于提高道路的通行能力和車輛的運輸效率，減少交通擁擠和交通事故的有效方法。

　　交通流誘導系統(tǒng)自誕生以來，就受到人們的普遍關注。許多發(fā)達國家如美國、日本、德國等近些年投入了大量的人力、物力和財力對其進行研究、試驗和開發(fā)。目前，已開發(fā)成功的系統(tǒng)有：TravTek（美）、ADVANCE（美）、Ali-Scout（德）、AMTICS（日）等。

　　我國同樣面臨著嚴峻的交通擁擠問題，并且隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，道路交通矛盾顯得更為突出。尤其值得注意的是，在我國大部分城市交通中，自行車占據(jù)了主導的地位，因而我國在解決交通問題時，必須將自行車交通作為一個重要的因素考慮，針對機非混行的特點，研制開發(fā)具有中國特色的城市交通機非混行的交通流誘導系統(tǒng)，是當前我國解決日趨嚴重的交通問題的重要手段之一。

　　本文擬就我國城市交通機非混行的交通流誘導系統(tǒng)的研制與開發(fā)進行初步的探索，制定系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，并對所需的硬件設施進行初步的歸納，為深入研究作好必要的準備。

　　1系統(tǒng)的組成

　　交通流誘導以交通流預測和實時動態(tài)交通分配(DTA)為基礎，應用現(xiàn)代通信技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等為路網(wǎng)上的出行者提供必要的交通信息，為其指出當前的最佳行駛路線，從而避免盲目出行造成的交通阻塞，達到路網(wǎng)暢通、高效運行的目的。參考國外的成功經(jīng)驗并結(jié)合我國的自身特點，以“實時動態(tài)交通分配”技術(shù)為理論基礎，在進行交通流誘導系統(tǒng)的開發(fā)時，可針對系統(tǒng)的功能分類制定分塊并行、層層推進的總體研究方案。

　　就機動車誘導而言，系統(tǒng)一般可由車輛定位模塊、通訊模塊以及駕駛者決策支持模塊這三大功能模塊組成。

　　1.1車輛定位模塊

　　車輛定位模塊的功能是跟蹤車輛在道路網(wǎng)絡中的位置。它所使用的數(shù)據(jù)源有：

　　（1）傳感器數(shù)據(jù)；

　　（2）數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫；

　　（3）全球定位系統(tǒng)（GPS）信號。

　　車輛定位模塊的輸出包括車輛當前的絕對位置（經(jīng)度、緯度、高度）和車輛在地圖上的相對位置。完成此功能需要進行航位測定（Dead-reckoning）、地圖匹配（Map-matching）和絕對位置修正。

　　航位測定是利用傳感器數(shù)據(jù)來計算車輛位置的過程。

　　地圖匹配指利用各種數(shù)據(jù)（傳感器數(shù)據(jù)、數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫、已知最優(yōu)路線），確定車輛在地圖上的相對位置。

　　GPS由一組通訊衛(wèi)星組成，在12000英里的軌道上產(chǎn)生全天候覆蓋地球表面任何一點的信號。GPS接收器利用其天線，可以接收到4顆或更多衛(wèi)星發(fā)來的信號，從而得到車輛的絕對位置：經(jīng)度、緯度和高度。利用GPS可以對航位測定中產(chǎn)生的誤差進行絕對校正。

　　1.2通訊模塊

　　通訊模塊負責完成車輛和交通控制中心的數(shù)據(jù)交換。車輛利用接收器可以獲得從交通控制中心發(fā)射來的實時交通信息（當前路段行駛時間、堵塞或事故發(fā)生地點等）。反過來，車輛作為流動的交通信息探測設備，把當前的交通信息通過發(fā)射裝置反饋給交通中心。目前，廣泛使用的通訊方式有：射頻通訊（無線電廣播通訊）、紅外通訊、微波通訊、蜂窩狀移動電話通訊等。

　　1.3駕駛員決策支持模塊

　　駕駛員決策支持模塊的功能包括最優(yōu)路線的計算、路線引導及信息顯示。此模塊接受駕駛員的數(shù)據(jù)輸入，通過計算給出路線及其它有用信息，幫助駕駛員作出正確的路線選擇決策。

　　1.3.1最優(yōu)路線的搜索

　　這是交通流誘導系統(tǒng)的一個關鍵部分。在進行搜索前，首先由用戶輸入目的地，然后，駕駛員決策支持模塊從定位模塊獲得當前車輛的位置，并計算出一條從出發(fā)點到達目的地的最優(yōu)路線。所得到的路線隨駕駛員的需求不同而不同，例如可以是路程最短路線，也可以是時間最短路線等。

　　1.3.2路線引導

　　路線引導的功能是在恰當?shù)臅r間和地點，給出引導指令，對駕駛員下一步的路線選擇提出建議。向駕駛員提供引導指令的方式一般有三種：文本方式、聲音方式和圖形方式。

　　1.3.3人機界面

　　人機界面是駕駛員與系統(tǒng)的接口。人機界面的硬件組成一般包括：彩色顯示器、喇叭、輸入設備等。通過人機界面，駕駛員可以輸入信息（出發(fā)地、目的地等），并得到聲音提示和圖文并茂的交通信息顯示。

　　在我國進行交通流誘導系統(tǒng)的研究與開發(fā)，與國外發(fā)達國家相比一個根本性的區(qū)別在于非機動車的處理。盡管從基本原理上對于非機動車的誘導中，同樣存在著類似的功能模塊，但是，限于非機動車的特點，各功能模塊的內(nèi)容、處理手法及措施都十分不同。例如，在實現(xiàn)車輛定位及通訊功能方面，由于非機動車的自身限制，不可能象機動車那樣實現(xiàn)準確的動態(tài)定位，僅僅是采用路面信號設施等的監(jiān)控來獲取非機動車的信息采集，這不同于機動車可自帶定位及通訊裝置。

　　因此，該系統(tǒng)應由上述三大功能模塊組成。整個交通流誘導系統(tǒng)的研制開發(fā)可分為三個板塊，針對三種功能各自進行研究。每一個板塊相對獨立地選擇硬件及開發(fā)相應軟件實現(xiàn)要求的功能，最后可設計各個板塊間接口部分，將三部分結(jié)合起來，實現(xiàn)系統(tǒng)的各個結(jié)構(gòu)劃分。對于非機動車誘導，由于其特殊性，可以將其作為一個獨立于上述三大板塊的部分進行專門的研究。在城市交通誘導中一個十分重要的因素是排除交叉口機動車的沖突。平交路口實行機動車與非機動車的時空分離誘導方法（即對非機動車的左轉(zhuǎn)實行二次過境）將會大大地減少平交路口機動車與非機動車的沖突而達到混合交通流協(xié)調(diào)誘導的目的。其詳細的誘導策略與誘導模型將另撰文發(fā)表。

　　2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)我國城市交通的特點及借鑒國外的成功經(jīng)驗，我國城市交通機非混行的交通流誘導系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由四個子系統(tǒng)組成，概述如下。

　　2.1交通流采集子系統(tǒng)

　　交通流采集是在交通控制中心進行。所以，城市安裝自適應的交通信號控制系統(tǒng)是實現(xiàn)交通流誘導的前提條件。這個子系統(tǒng)涉及到兩個關鍵問題：

　　（1）交通信號控制系統(tǒng)應該是實時自適應交通信號控制系統(tǒng)。

　　（2）接口技術(shù)的研究。把交通控制中心獲得的網(wǎng)絡中的交通流傳送到交通流誘導主機，利用已研制的實時動態(tài)交通分配的模型和軟件進行實時動態(tài)交通分配，滾動式預測網(wǎng)絡中各路段和交叉路口的交通流量，為誘導提供依據(jù)。

　　如果城市建立了交通流誘導系統(tǒng)，有1/3車輛裝有接收裝置，并按照誘導系統(tǒng)的指示運行，就可以有效地改善城市交通擁擠，促進交通信號配時更加合理。這種反饋作用是一種良性循環(huán)，是改善城市交通的最佳途徑。

　　2.2車輛定位子系統(tǒng)

　　車輛定位子系統(tǒng)的功能是確定車輛在路網(wǎng)中的確切位置，主要研究內(nèi)容有：

　　（1）建立一套差分的理論模型應用技術(shù)，即討論如何根據(jù)基準臺所測出的測差來正確地修正車載機的誤差，從而達到準確定位的目的。

　　（2）設計系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，其中包括信號的編碼、發(fā)射和接收以及信號的調(diào)制和調(diào)解問題。

　　（3）研究系統(tǒng)的電子地圖制作方法以及在光盤上的實現(xiàn)技術(shù)。

　　（4）建立系統(tǒng)的自學習系統(tǒng)，以便不斷地修正電子地圖。

　　（5）建立一套故障自診斷系統(tǒng)，以防止在系統(tǒng)發(fā)生故障或在信號傳輸中出現(xiàn)較大誤差時，保證系統(tǒng)能正確地確定車輛位置。

　　2.3交通信息服務子系統(tǒng)

　　交通信息服務子系統(tǒng)是交通流誘導系統(tǒng)的重要組成部分，它是把主機運算出來的交通信息（包括預測的交通信息）通過各種傳播媒介傳送給公眾。這些媒介包括：有線電視、聯(lián)網(wǎng)的計算機、收音機、公共場所的電話亭、路邊的可變交通標示牌和車載行車的誘導裝置，使人們在家中、在路上都可以得到交通誘導信息。

　　2.4行車路線優(yōu)化子系統(tǒng)

　　行車路線優(yōu)化子系統(tǒng)也可稱為行車誘導系統(tǒng)。其作用是依據(jù)車輛定位子系統(tǒng)所確定的車輛在網(wǎng)絡中的位置和出行者輸入的目的地，結(jié)合交通數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)傳輸?shù)穆肪W(wǎng)交通信息，為出行者提供能夠避免擁擠，減少延誤，高效率到達終點的行車路線。在車載計算機的顯示屏幕上給出車輛行駛前方的道路網(wǎng)絡狀況圖，并以箭線標示所建議的最佳行駛路線。

　　以上即是交通流誘導系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它的建立是以系統(tǒng)的功能劃分為基礎的，其目的在于將系統(tǒng)的功能與各種硬軟件設施相結(jié)合，以期更好地實現(xiàn)合理分配交通量、有效緩解交通擁擠的目標。

　　通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究可知，整個系統(tǒng)需要如下一些先進設施設備作為基礎：

　　(1)交通控制中心，作為各種信息接收、處理的中心；

　　(2)裝備一定硬軟件設備的智能車輛，其中包括車載計算機、雙向通信裝置及數(shù)字化地圖軟件、路徑誘導軟件等，用以接收控制中心發(fā)出的信息并反饋相應信息；

　　(3)其它輔助設施，如衛(wèi)星、電視臺、交叉路口攝像機及交通信號機等。

　　對于非機動車的誘導，可將其視為一個相對獨立的部分。在系統(tǒng)的交通控制中心可以單獨開設一個專門的監(jiān)控窗口，通過在自行車道設置專門的傳感器，反饋車流量，在控制中心對數(shù)據(jù)進行處理（包括流量的合理分配等），在既定的交通誘導策略指導下，結(jié)合自行車道狀況及路網(wǎng)總體情況，計算出適宜的交通信號配置，以此作為車流誘導的主要手段。

　　3系統(tǒng)的誘導模型與算法

　　城市交通機非混行的交通流誘導系統(tǒng)的研究，一個關鍵性技術(shù)就是機非混行的交通流誘導模型與模型的求解算法研究。從當前我國的國情分析，完全采用國外發(fā)達國家的先進技術(shù)來進行交通流誘導是行不通的，其原因有以下幾點：(1)我國非機動車（主要是自行車）在絕大多數(shù)城市交通中占有主導地位，而國外的技術(shù)僅僅限于機動車；(2)我國的城市交通信息化程度較低，設備相對落后；(3)交通管理水平不高；(4)出行者的交通意識較差。為此，在我國進行交通流誘導系統(tǒng)的模型與算法的研究必須分兩步進行：第一步，研究信息化程度較低的擬實時誘導系統(tǒng)與算法；第二步，隨著我國城市交通信息化程度的提高，研究高度信息化的實時誘導系統(tǒng)模型與算法。

　　模型與算法研究的設想：

　　模型方面：

　　通過對機動車與非機動車運行特點的分析，確定機動車與非機動車車流的各自運行分布規(guī)律；建立機動車與非機動車相對獨立協(xié)調(diào)的路徑誘導模型；誘導策略采用相鄰交叉口協(xié)調(diào)誘導。模型的相對獨立性表現(xiàn)在平交路口的“機非時空分離”，以避免交叉口的機非沖突。

　　算法方面：

　　借助近年非線性科學的前沿研究成果，如遺傳算法、模擬退火算法等，根據(jù)問題的自身結(jié)構(gòu)來構(gòu)造其行之有效的求解算法。上述算法的特點尤其是遺傳算法，對目標函數(shù)及約束沒有過多的要求，同時能用于大規(guī)模問題的求解。

　　綜上所述，城市交通機非混行的交通流誘導系統(tǒng)研究在我國剛剛起步，大量的問題有待進一步的研究與探索,其具體的誘導策略、模型與算法將另文發(fā)表。