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解决城市拥堵,能依靠智慧信号灯吗


名校 2018-07-03 04:24 我要评论

 

现在,有更多城市开始着手建设“城市大脑”。其中主要做法之一,是用大数据去计算和支撑信号灯的配时,即交叉路口处红、绿灯的时间配比。甚至有企业雄心勃勃地称之为治堵神器。依靠智慧信号灯,来打一场治堵战役,这种思维模式恰恰意味着,产业界乃至交通部门亟需完善治堵对策。智慧信号灯不能包治百病信号灯的配时优化已有几十年历史,并非新鲜事。而所谓智慧信号灯能提供的,主要是支撑配时的数据采集手段和数据整合能力,以及信号灯之间的联网和协调能力。毋庸置疑,互联网企业的介入和大数据技术的出现,为这类工作提升了效率和想象空间。但交通管理机构对此应有清醒认识。交叉口的交通控制,需要结合各种流量特征的数据调查,以制定交通工程方案;需要利用标志标线导流设施的相互配合,以调整交叉口的视距;需要控制行人、非机动车、机动车的行走线路和频率,使交叉口的冲突点尽量减少,交叉口的冲突区域尽量简化,交叉口冲突的频率尽量降低。这些工作,仅依靠所谓智慧信号灯或城市大脑是无法完成的。而且,信号灯只是交叉口控制措施的选项之一。很多时候,交叉口根本不应该安装信号灯。

美籍华裔资深工程师梁康之为国内某路口做的早高峰流量特征调查图,分车道标注出早高峰流量数据。这是做好交叉口控制的基本功,在没有基本的技术和财政政策确保这项工作完成之前,很多治堵措施都难以奏效。严格意义上讲,信号灯是大部分交通控制措施失效后,采用的一种控制用路行为的极端手段,其目的是通过强制性的部分延误,来确保道路使用的秩序。既然是手段,就有效率的考量。要评估每一个强制性的人为延误是否值得,正是大数据技术最应覆盖的领域之一。这也是智能交通技术出现后,在国际上被普遍寄予厚望的一个方向,即交通管理措施的效果评价和提升。但是,在交叉口基本交通控制工程的建设完善之前,仅寄望于信号灯的配时优化,却忽视更基础的工作,则是不科学的做法。举例来说,信号配时,要考虑行人过街的能力,还要考虑驾驶任务的难度。正常成年人的普通步行速度约为每秒钟1.5米,而老人和儿童就不能按照这个速度标准。如果交叉口的几何空间布局不合理,会导致行人过街用时过长,驾驶难度过大。因此,再智慧的信号灯也无法缩短行人过街的时间延误,也无法让固定距离里的通行速度更快。城市出行主体高度有序一座城市的交通出行是高度有序的。从空间而言,城市中有医院、大商场等各种交通吸引点;从时间而言,早晚各有通勤高峰。面对高度有序的出行需求,道路使用的稳定可靠和安全便捷,要比智慧多变来得更加重要。城市最大的出行主体是有刚需的本地居民,其最主要出行目的为通勤、上学和维持生活,他们选择的出行方式,是经过个人测算最合理的方式。也就是说,城市的大部分出行,无论行人、非机动车、电动车还是机动车,都是经过计划且形成习惯的。按照美国的统计,大约有80%的城市出行与通勤有关。因此,对出行时间准确度的期待,构成了人们对拥堵的感受。在出行时间指数TTI(Travel Time Index,指点对点高峰通行时间与平峰通行时间的比值。如果平峰20分钟,高峰24分钟,TTI指数就是1.2)之外,还有一个计划出行时间指数PTI(Planning Time Index),即人们为计划行程准备的时间与真实需要的时间之间的比率。如果一个人平时上班的路程,不堵车时只需要20分钟,而他为出行预留了48分钟,那么PTI就是2.4,属于比较严重的拥堵感受。所以,对一座城市而言,道路使用者期待的是稳定的线路、可靠的时间、安全和便捷高效的出行模式,对这种需求的数据采集和模式细分,是大数据技术的天然优势。但这种作用只是用来支持决策,而无法解决拥堵问题。正是出于对稳定可靠的需求,每一个交叉口的主要流量,都有明确的穿行特征与规律。而这种特征和规律一旦形成,往往不会出现大的变动,除非关联区域里出现新的、对交通流产生较大影响的交通吸引点。在这种情况下,控制交叉口的惯常手段,往往是有规律和重复的,不需要智慧多变。这就是为什么晚高峰时交警需要在交叉口执勤的原因。对此,信号灯的灵活配时可以有一定贡献,但无法起到主导作用。常规出行也有突发情况需要处置。这时也不能仅依靠智慧信号灯和城市大脑。完善的应急预案、正确的导流措施和可以及时投放的警力、控制设施与防护装备等,都是更常规和重要的措施。比如,在英国智慧快速路的技术规范里专门强调,在每隔2.5公里的区间之内,必须配备应急救援资源,以应对事故和突发事件,保护主干道的通行效率。在实践中,已在发达国家运行的智慧信号灯,最大的优势在于,联网后的信号灯可以更有效地做好提前的分流和导流。而这种应用不限于交叉口节点的信号灯,还包括行车道上的控制信号。这种控制信号对应的是单一车道,一般采用信息板显示,如红叉代表禁止通行、绿灯代表放行等。通过对交通量的动态监控与预判,在大型主干道上调整行车道供给模式,并利用分车道的信号灯动态来调整流量。在这个领域,英国是最早出台“智慧快速路”和相应信号与监控控制规范的国家。更值得关注的是,在英国的规范里,更强调分车道标线的形式差异问题,而不仅仅依靠信号灯来控制交通。下图是这种交通管理模式的应用场景。

英国智慧快速路(SMART MOTORWAY)系统对硬路肩的动态控制场景。可以看到,图中最左侧的硬路肩(注:英文为hard shoulder,国内常称为应急车道)上的信号灯显示红叉,代表该车道关闭,车辆不能使用。而有时这条车道也会作为行车道开放。对于城市的交通管理部门,今天的智慧信号灯热和城市大脑热,恰恰说明我们还需要更“智慧”一些,需要用“大脑”对每项措施进行科学的评价,对每个节点做智慧的处置。而解决这些问题,需要的不仅是信息技术,也需要工程技术,还需要积极的、智慧的财政政策的支持。如果一座城市里,缺乏相应资金,无法确保对每个交叉口的流量特征进行持续调查,不能维系一支长期服务于本地的交通工程队伍,或是没有完备的交通工程基础设施,那么问题只会延续下去。

智慧信号灯正在开启交通行业的互联网盛宴