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　　引言

　　社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)城市道路交通提出了越來(lái)越高的要求。如今，交通擁擠和交通事故正越來(lái)越嚴(yán)重地困擾著世界各國(guó)的大城市，解決這些問(wèn)題的重大社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義已成為全社會(huì)的共識(shí)。為解決這類(lèi)世界性的難題，基于車(chē)輛、通信、電子、計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能運(yùn)輸系統(tǒng)ITS(IntelligentTransportationSystem)，從本世紀(jì)80年代末、90年代初開(kāi)始得到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。許多發(fā)達(dá)和發(fā)展中國(guó)家相繼提出各自的發(fā)展戰(zhàn)略，既為解決本國(guó)的交通困境，也試圖通過(guò)發(fā)展ITS帶動(dòng)本國(guó)基于上述高新技術(shù)的經(jīng)濟(jì)新一輪大發(fā)展。同時(shí)，也正是這些高新技術(shù)為ITS的發(fā)展提供了可以實(shí)施的技術(shù)基礎(chǔ)；借助這些技術(shù)，實(shí)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(guò)誘導(dǎo)信息影響出行前、出行中的出行人，動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)、控制網(wǎng)上交通流，試圖實(shí)現(xiàn)城市交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的預(yù)期均衡，使現(xiàn)有的路網(wǎng)交通設(shè)施運(yùn)行在效益最佳狀態(tài)。城市交通流誘導(dǎo)作為智能運(yùn)輸系統(tǒng)的核心研究?jī)?nèi)容之一，是用于提高道路的通行能力和車(chē)輛的運(yùn)輸效率，減少交通擁擠和交通事故的有效方法。

　　交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)自誕生以來(lái)，就受到人們的普遍關(guān)注。許多發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本、德國(guó)等近些年投入了大量的人力、物力和財(cái)力對(duì)其進(jìn)行研究、試驗(yàn)和開(kāi)發(fā)。目前，已開(kāi)發(fā)成功的系統(tǒng)有：TravTek（美）、ADVANCE（美）、Ali-Scout（德）、AMTICS（日）等。

　　我國(guó)同樣面臨著嚴(yán)峻的交通擁擠問(wèn)題，并且隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)大部分城市交通中，自行車(chē)占據(jù)了主導(dǎo)的地位，因而我國(guó)在解決交通問(wèn)題時(shí)，必須將自行車(chē)交通作為一個(gè)重要的因素考慮，針對(duì)機(jī)非混行的特點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)具有中國(guó)特色的城市交通機(jī)非混行的交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)，是當(dāng)前我國(guó)解決日趨嚴(yán)重的交通問(wèn)題的重要手段之一。

　　本文擬就我國(guó)城市交通機(jī)非混行的交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)進(jìn)行初步的探索，制定系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，并對(duì)所需的硬件設(shè)施進(jìn)行初步的歸納，為深入研究作好必要的準(zhǔn)備。

　　1系統(tǒng)的組成

　　交通流誘導(dǎo)以交通流預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通分配(DTA)為基礎(chǔ)，應(yīng)用現(xiàn)代通信技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(dāng)前的最佳行駛路線，從而避免盲目出行造成的交通阻塞，達(dá)到路網(wǎng)暢通、高效運(yùn)行的目的。參考國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我國(guó)的自身特點(diǎn)，以“實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通分配”技術(shù)為理論基礎(chǔ)，在進(jìn)行交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)，可針對(duì)系統(tǒng)的功能分類(lèi)制定分塊并行、層層推進(jìn)的總體研究方案。

　　就機(jī)動(dòng)車(chē)誘導(dǎo)而言，系統(tǒng)一般可由車(chē)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(chē)輛定位模塊

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

　　（1）傳感器數(shù)據(jù)；

　?。?）數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫(kù)；

　?。?）全球定位系統(tǒng)（GPS）信號(hào)。

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

　　航位測(cè)定是利用傳感器數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算車(chē)輛位置的過(guò)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(kù)、已知最優(yōu)路線），確定車(chē)輛在地圖上的相對(duì)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(diǎn)的信號(hào)。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(lái)的信號(hào)，從而得到車(chē)輛的絕對(duì)位置：經(jīng)度、緯度和高度。利用GPS可以對(duì)航位測(cè)定中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行絕對(duì)校正。

　　1.2通訊模塊

　　通訊模塊負(fù)責(zé)完成車(chē)輛和交通控制中心的數(shù)據(jù)交換。車(chē)輛利用接收器可以獲得從交通控制中心發(fā)射來(lái)的實(shí)時(shí)交通信息（當(dāng)前路段行駛時(shí)間、堵塞或事故發(fā)生地點(diǎn)等）。反過(guò)來(lái)，車(chē)輛作為流動(dòng)的交通信息探測(cè)設(shè)備，把當(dāng)前的交通信息通過(guò)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(wú)線電廣播通訊）、紅外通訊、微波通訊、蜂窩狀移動(dòng)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(jì)算、路線引導(dǎo)及信息顯示。此模塊接受駕駛員的數(shù)據(jù)輸入，通過(guò)計(jì)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(dǎo)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部分。在進(jìn)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(dāng)前車(chē)輛的位置，并計(jì)算出一條從出發(fā)點(diǎn)到達(dá)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(shí)間最短路線等。

　　1.3.2路線引導(dǎo)

　　路線引導(dǎo)的功能是在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間和地點(diǎn)，給出引導(dǎo)指令，對(duì)駕駛員下一步的路線選擇提出建議。向駕駛員提供引導(dǎo)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(jī)界面

　　人機(jī)界面是駕駛員與系統(tǒng)的接口。人機(jī)界面的硬件組成一般包括：彩色顯示器、喇叭、輸入設(shè)備等。通過(guò)人機(jī)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(guó)進(jìn)行交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比一個(gè)根本性的區(qū)別在于非機(jī)動(dòng)車(chē)的處理。盡管從基本原理上對(duì)于非機(jī)動(dòng)車(chē)的誘導(dǎo)中，同樣存在著類(lèi)似的功能模塊，但是，限于非機(jī)動(dòng)車(chē)的特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)車(chē)輛定位及通訊功能方面，由于非機(jī)動(dòng)車(chē)的自身限制，不可能象機(jī)動(dòng)車(chē)那樣實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)定位，僅僅是采用路面信號(hào)設(shè)施等的監(jiān)控來(lái)獲取非機(jī)動(dòng)車(chē)的信息采集，這不同于機(jī)動(dòng)車(chē)可自帶定位及通訊裝置。

　　因此，該系統(tǒng)應(yīng)由上述三大功能模塊組成。整個(gè)交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)可分為三個(gè)板塊，針對(duì)三種功能各自進(jìn)行研究。每一個(gè)板塊相對(duì)獨(dú)立地選擇硬件及開(kāi)發(fā)相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)要求的功能，最后可設(shè)計(jì)各個(gè)板塊間接口部分，將三部分結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)結(jié)構(gòu)劃分。對(duì)于非機(jī)動(dòng)車(chē)誘導(dǎo)，由于其特殊性，可以將其作為一個(gè)獨(dú)立于上述三大板塊的部分進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的研究。在城市交通誘導(dǎo)中一個(gè)十分重要的因素是排除交叉口機(jī)動(dòng)車(chē)的沖突。平交路口實(shí)行機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)的時(shí)空分離誘導(dǎo)方法（即對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)的左轉(zhuǎn)實(shí)行二次過(guò)境）將會(huì)大大地減少平交路口機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)的沖突而達(dá)到混合交通流協(xié)調(diào)誘導(dǎo)的目的。其詳細(xì)的誘導(dǎo)策略與誘導(dǎo)模型將另撰文發(fā)表。

　　2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)我國(guó)城市交通的特點(diǎn)及借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)城市交通機(jī)非混行的交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)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(jìn)行。所以，城市安裝自適應(yīng)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)交通流誘導(dǎo)的前提條件。這個(gè)子系統(tǒng)涉及到兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

　?。?）交通信號(hào)控制系統(tǒng)應(yīng)該是實(shí)時(shí)自適應(yīng)交通信號(hào)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(luò)中的交通流傳送到交通流誘導(dǎo)主機(jī)，利用已研制的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通分配的模型和軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通分配，滾動(dòng)式預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中各路段和交叉路口的交通流量，為誘導(dǎo)提供依據(jù)。

　　如果城市建立了交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)，有1/3車(chē)輛裝有接收裝置，并按照誘導(dǎo)系統(tǒng)的指示運(yùn)行，就可以有效地改善城市交通擁擠，促進(jìn)交通信號(hào)配時(shí)更加合理。這種反饋?zhàn)饔檬且环N良性循環(huán)，是改善城市交通的最佳途徑。

　　2.2車(chē)輛定位子系統(tǒng)

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

　　（1）建立一套差分的理論模型應(yīng)用技術(shù)，即討論如何根據(jù)基準(zhǔn)臺(tái)所測(cè)出的測(cè)差來(lái)正確地修正車(chē)載機(jī)的誤差，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。

　?。?）設(shè)計(jì)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，其中包括信號(hào)的編碼、發(fā)射和接收以及信號(hào)的調(diào)制和調(diào)解問(wèn)題。

　?。?）研究系統(tǒng)的電子地圖制作方法以及在光盤(pán)上的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

　?。?）建立系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以便不斷地修正電子地圖。

　?。?）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(hào)傳輸中出現(xiàn)較大誤差時(shí)，保證系統(tǒng)能正確地確定車(chē)輛位置。

　　2.3交通信息服務(wù)子系統(tǒng)

　　交通信息服務(wù)子系統(tǒng)是交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分，它是把主機(jī)運(yùn)算出來(lái)的交通信息（包括預(yù)測(cè)的交通信息）通過(guò)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(jì)算機(jī)、收音機(jī)、公共場(chǎng)所的電話亭、路邊的可變交通標(biāo)示牌和車(chē)載行車(chē)的誘導(dǎo)裝置，使人們?cè)诩抑?、在路上都可以得到交通誘導(dǎo)信息。

　　2.4行車(chē)路線優(yōu)化子系統(tǒng)

　　行車(chē)路線優(yōu)化子系統(tǒng)也可稱(chēng)為行車(chē)誘導(dǎo)系統(tǒng)。其作用是依據(jù)車(chē)輛定位子系統(tǒng)所確定的車(chē)輛在網(wǎng)絡(luò)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(dá)終點(diǎn)的行車(chē)路線。在車(chē)載計(jì)算機(jī)的顯示屏幕上給出車(chē)輛行駛前方的道路網(wǎng)絡(luò)狀況圖，并以箭線標(biāo)示所建議的最佳行駛路線。

　　以上即是交通流誘導(dǎo)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(chǔ)的，其目的在于將系統(tǒng)的功能與各種硬軟件設(shè)施相結(jié)合，以期更好地實(shí)現(xiàn)合理分配交通量、有效緩解交通擁擠的目標(biāo)。

　　通過(guò)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究可知，整個(gè)系統(tǒng)需要如下一些先進(jìn)設(shè)施設(shè)備作為基礎(chǔ)：

　　(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(shè)備的智能車(chē)輛，其中包括車(chē)載計(jì)算機(jī)、雙向通信裝置及數(shù)字化地圖軟件、路徑誘導(dǎo)軟件等，用以接收控制中心發(fā)出的信息并反饋相應(yīng)信息；

　　(3)其它輔助設(shè)施，如衛(wèi)星、電視臺(tái)、交叉路口攝像機(jī)及交通信號(hào)機(jī)等。

　　對(duì)于非機(jī)動(dòng)車(chē)的誘導(dǎo)，可將其視為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。在系統(tǒng)的交通控制中心可以單獨(dú)開(kāi)設(shè)一個(gè)專(zhuān)門(mén)的監(jiān)控窗口，通過(guò)在自行車(chē)道設(shè)置專(zhuān)門(mén)的傳感器，反饋車(chē)流量，在控制中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（包括流量的合理分配等），在既定的交通誘導(dǎo)策略指導(dǎo)下，結(jié)合自行車(chē)道狀況及路網(wǎng)總體情況，計(jì)算出適宜的交通信號(hào)配置，以此作為車(chē)流誘導(dǎo)的主要手段。

　　3系統(tǒng)的誘導(dǎo)模型與算法

　　城市交通機(jī)非混行的交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究，一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)就是機(jī)非混行的交通流誘導(dǎo)模型與模型的求解算法研究。從當(dāng)前我國(guó)的國(guó)情分析，完全采用國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)來(lái)進(jìn)行交通流誘導(dǎo)是行不通的，其原因有以下幾點(diǎn)：(1)我國(guó)非機(jī)動(dòng)車(chē)（主要是自行車(chē)）在絕大多數(shù)城市交通中占有主導(dǎo)地位，而國(guó)外的技術(shù)僅僅限于機(jī)動(dòng)車(chē)；(2)我國(guó)的城市交通信息化程度較低，設(shè)備相對(duì)落后；(3)交通管理水平不高；(4)出行者的交通意識(shí)較差。為此，在我國(guó)進(jìn)行交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)的模型與算法的研究必須分兩步進(jìn)行：第一步，研究信息化程度較低的擬實(shí)時(shí)誘導(dǎo)系統(tǒng)與算法；第二步，隨著我國(guó)城市交通信息化程度的提高，研究高度信息化的實(shí)時(shí)誘導(dǎo)系統(tǒng)模型與算法。

　　模型與算法研究的設(shè)想：

　　模型方面：

　　通過(guò)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行特點(diǎn)的分析，確定機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)流的各自運(yùn)行分布規(guī)律；建立機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)相對(duì)獨(dú)立協(xié)調(diào)的路徑誘導(dǎo)模型；誘導(dǎo)策略采用相鄰交叉口協(xié)調(diào)誘導(dǎo)。模型的相對(duì)獨(dú)立性表現(xiàn)在平交路口的“機(jī)非時(shí)空分離”，以避免交叉口的機(jī)非沖突。

　　算法方面：

　　借助近年非線性科學(xué)的前沿研究成果，如遺傳算法、模擬退火算法等，根據(jù)問(wèn)題的自身結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)造其行之有效的求解算法。上述算法的特點(diǎn)尤其是遺傳算法，對(duì)目標(biāo)函數(shù)及約束沒(méi)有過(guò)多的要求，同時(shí)能用于大規(guī)模問(wèn)題的求解。

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