?交通數(shù)據(jù)特性分析交通大數(shù)據(jù)在交通控制中的應(yīng)用目標(biāo)有三個(gè)。

　　第一，全面感知交通需求；

　　第二，實(shí)時(shí)響應(yīng)交通需求；

　　第三，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)交通控制。

　　交通感知數(shù)據(jù)包括：車(chē)流數(shù)據(jù)、客流數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、道路施工數(shù)據(jù)、交通氣象、交通環(huán)境及城市活動(dòng)、緊急事件等多各方面，這些數(shù)據(jù)變化都需要交通控制系統(tǒng)做出及時(shí)響應(yīng)。

　　分析交通數(shù)據(jù)，要從多個(gè)角度看待交通感知的特性。

　　首先從數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)空角度來(lái)看，感知空間上，分為斷面檢測(cè)、區(qū)域檢測(cè)和全域檢測(cè);感知時(shí)間上，交通檢測(cè)分為短時(shí)檢測(cè)和連續(xù)檢測(cè)。

　　從數(shù)據(jù)精度、采樣率上，既有全樣本檢測(cè)、也有抽樣的數(shù)據(jù)，比如來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的軌跡數(shù)據(jù)通常只要5%到10%左右的樣本量，而定點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備輸出的基本是全樣本的數(shù)據(jù)。從檢測(cè)精度來(lái)看，既要看到統(tǒng)計(jì)上的準(zhǔn)確性，也要關(guān)注數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，要根據(jù)控制場(chǎng)景需求對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)進(jìn)行分析。

　　從數(shù)據(jù)獲取方式上，傳統(tǒng)的檢測(cè)方式多為單向傳感式檢測(cè)，通過(guò)存在型檢測(cè)或通過(guò)型檢測(cè)來(lái)獲取交通數(shù)據(jù)。隨著車(chē)路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展，以通信交互為主的數(shù)據(jù)獲取方式可以獲得更加多維的交通數(shù)據(jù)。

　　不同的數(shù)據(jù)屬性對(duì)控制方法、控制理論的研究以及對(duì)控制系統(tǒng)的研發(fā)都會(huì)帶來(lái)巨大的影響。

　　從數(shù)據(jù)屬性維度看，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通常關(guān)注的是流量、速度、占有率等，多維數(shù)據(jù)可以描述個(gè)體的身份ID、實(shí)時(shí)的坐標(biāo)位置、路徑選擇信息、OD關(guān)系等等。

　　此外，從交通供給需求角度，不僅要知道車(chē)，可能還要知道道路通行能力、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和它當(dāng)前的服務(wù)水平，包括交通與環(huán)境數(shù)據(jù)、緊急事件、城市活動(dòng)、道路工程等。

　　所有的數(shù)據(jù)結(jié)合才真正是交通大數(shù)據(jù)，而不僅僅是來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)。

　　?控制系統(tǒng)分類分級(jí)

　　有了數(shù)據(jù)之后，交通控制系統(tǒng)在利用數(shù)據(jù)進(jìn)行控制優(yōu)化時(shí)，也同樣有很多問(wèn)題值得思考，不同的控制方法，會(huì)產(chǎn)生完全不同的控制效果。

　　我們從兩個(gè)角度來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題：優(yōu)化時(shí)間粒度、優(yōu)化運(yùn)行方式。我們談到控制優(yōu)化，往往會(huì)直接聯(lián)想到用數(shù)據(jù)做配時(shí)優(yōu)化，方法有兩種。

　　第一種是方案級(jí)優(yōu)化。利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)生成配時(shí)方案，或者在備選的方案當(dāng)中選擇相對(duì)優(yōu)秀的方案，我將這種優(yōu)化定義為方案級(jí)優(yōu)化。

　　第二種是實(shí)時(shí)優(yōu)化。交通感知數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)（秒級(jí)）上傳，系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)控制進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整并立即執(zhí)行。

　　優(yōu)化的方案生成之后，它的運(yùn)行方式有三種。

　　第一種是下端運(yùn)行。將方案形成，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將方案下載到前端控制設(shè)備中，然后進(jìn)行方案切換運(yùn)行。

　　第二種是中心運(yùn)行。實(shí)時(shí)優(yōu)化，實(shí)時(shí)運(yùn)行。

　　第三種是分級(jí)運(yùn)行，中心運(yùn)行與下端運(yùn)行結(jié)合。

　　從運(yùn)行模式上看，如果一個(gè)完全不同的方案替換現(xiàn)有方案，控制器通常需要方案過(guò)渡，這個(gè)過(guò)渡過(guò)程通常會(huì)對(duì)交通現(xiàn)狀造成極大擾動(dòng)。

　　實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)是不斷的在秒級(jí)水平上實(shí)時(shí)微調(diào)方案，并及時(shí)運(yùn)行，可以避免方案過(guò)渡造成擾動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑運(yùn)行。

　　方案在中心運(yùn)行和下端運(yùn)行進(jìn)行有效結(jié)合，中心實(shí)時(shí)響應(yīng)交通數(shù)據(jù)并做宏觀優(yōu)化，下端針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)需求做微觀修正。

　　大數(shù)據(jù)應(yīng)用于交通控制，一定要以交通控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，不同的優(yōu)化運(yùn)行方式，對(duì)數(shù)據(jù)有不同的需求，實(shí)現(xiàn)不同控制效果，所以我嘗試著對(duì)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)。

　　我將這個(gè)評(píng)價(jià)從L0到L3進(jìn)行分級(jí)。

　　L0是單點(diǎn)運(yùn)行，能夠保障基本的交通安全，按照時(shí)間表運(yùn)行或進(jìn)行基本的感應(yīng)控制。

　　L1指信號(hào)控制機(jī)首先是聯(lián)網(wǎng)的，在中心能夠?qū)π盘?hào)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，具有聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一授時(shí)，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程配時(shí)，遠(yuǎn)程人工干預(yù)。

　　L2系統(tǒng)是在L1的基礎(chǔ)上，具有交通檢測(cè)能力，能夠進(jìn)行中心狀態(tài)監(jiān)控、統(tǒng)一授時(shí)、遠(yuǎn)程配時(shí)、遠(yuǎn)程干預(yù)。系統(tǒng)能夠進(jìn)行方案級(jí)的優(yōu)化、執(zhí)行能力，比如分時(shí)段的方案生成、自動(dòng)方案選擇等功能。

　　L3級(jí)系統(tǒng)在具備L2級(jí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，具備實(shí)時(shí)的交通感知能力，能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)交通流變化，實(shí)時(shí)進(jìn)行方案優(yōu)化并實(shí)時(shí)執(zhí)行優(yōu)化決策。

　　目前，我們看到的現(xiàn)狀是：絕大多數(shù)信號(hào)控制系統(tǒng)是L1級(jí)別，部分城市建設(shè)的是L2、L3系統(tǒng)，但是由于運(yùn)行維護(hù)的原因，實(shí)際運(yùn)行在L1水平，能夠運(yùn)行在L2、L3水平的系統(tǒng)很少。

　　?交通數(shù)據(jù)與交通控制

　　隨著交通感知技術(shù)的發(fā)展，地磁、視頻、微波雷達(dá)等傳感技術(shù)為交通控制帶來(lái)了豐富的數(shù)據(jù)源，互聯(lián)網(wǎng)軌跡數(shù)據(jù)以及未來(lái)的車(chē)路協(xié)同技術(shù)會(huì)帶來(lái)更加豐富的數(shù)據(jù)源，如何適應(yīng)不同的交通控制需求，挖掘數(shù)據(jù)潛力是一個(gè)重要的研究方向？

　　應(yīng)用于交通控制的數(shù)據(jù)包括：傳統(tǒng)的交通檢測(cè)數(shù)據(jù)有全樣本量，多是基于斷面檢測(cè)（如線圈、地磁、傳統(tǒng)視頻虛擬線圈），或者小區(qū)域檢測(cè)（如廣域雷達(dá)、基于人工智能的視頻分析等）;最近幾年出現(xiàn)的來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)的軌跡數(shù)據(jù);以及來(lái)自第三方的事件數(shù)據(jù)、影響交通的環(huán)境數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、城市活動(dòng)數(shù)據(jù)等。

　　這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于不同的控制場(chǎng)景，各具特點(diǎn)，我試圖給這些數(shù)據(jù)在不同控制方面的應(yīng)用效果打分，比如傳統(tǒng)數(shù)據(jù)可以用來(lái)優(yōu)化周期、綠信比、相位差，可以做感應(yīng)控制請(qǐng)求、擴(kuò)展、方案優(yōu)化，或者是實(shí)時(shí)優(yōu)化等；軌跡數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于控制評(píng)價(jià)、交通事件發(fā)現(xiàn)等。

　　也有一些我還沒(méi)有考慮周全的，比如軌跡數(shù)據(jù)是否能夠應(yīng)用到感應(yīng)控制上，事件數(shù)據(jù)是否能用來(lái)影響周期的相位差等，這里面有很多需要進(jìn)一步研究的話題。

　　?案例

　?。ㄈ缟蠄D）這是SCOOT系統(tǒng)界面以及SCOOT系統(tǒng)優(yōu)化的基本原理。SCOOT基本排隊(duì)模型，上游的檢測(cè)形成排隊(duì)，以及到路口的飽和通行能力，通過(guò)對(duì)排隊(duì)模型和消散能力的運(yùn)算或者周期、綠信比等參數(shù)來(lái)優(yōu)化路口。這樣的模型需要的是上游實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的存在檢測(cè)，并輸出精準(zhǔn)的檢測(cè)脈沖，因此對(duì)檢測(cè)器的類型、檢測(cè)域特性有嚴(yán)格的要求。

　　上圖是實(shí)際應(yīng)用效果的界面，這個(gè)路口由兩相位組成，可以看到實(shí)時(shí)自適應(yīng)的系統(tǒng)控制效果，周期與每個(gè)信號(hào)階段的時(shí)長(zhǎng)都在實(shí)時(shí)變化，這些變化的依據(jù)就是來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)交通感知數(shù)據(jù)。

　　最后總結(jié)一下，大數(shù)據(jù)應(yīng)用于交通控制，首先要有可以響應(yīng)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)控制環(huán)境，實(shí)時(shí)自適應(yīng)系統(tǒng)就是承載大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)。

　　北方工業(yè)大學(xué) 張福生