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  • 三类传感器构建智能感知识别 保障无人驾驶安全

            无人驾驶技术现如今其实非常成熟了,就以现在的技术水平看,如果把大城市复杂的交通状况变成实验室特定的格局,场景内有制式统一的车辆以及符合规矩的行人正常通行,那么不用方向盘,全程自动行驶的汽车当下就可以面世了。

     

     

     

     

    三类传感器构建智能感知识别保障无人驾驶安全

     

    湖北快三       问题就出在了汽车如何能对现实中复杂的交通状况了如指掌,如何可以像人的眼睛和大脑一样灵活应变。关键就在需要各种各样的传感器合作来解决,它们最终将监测到的数据传给高精密的处理器,识别道路、标示和行人,做出加速、转向、制动等决策。

     

           在智能感知识别的部分,车载光学系统和车载雷达系统是保证行车安全最为重要的,目前,主流的用于周围环境感测的传感器有以下三种。

     

           激光雷达(LiDAR)

     

           通过扫描从一个物体上反射回来的激光来确定物体的距离,可以形成精度高达厘米级的3D环境地图,因此它在ADAS(先进驾驶辅助系统)及无人驾驶系统中起重要作用。从当前车载激光雷达来看,机械式的多线束激光雷达是主流方案,但受制于价格高昂的因素尚未普及开来。

     

           在去年12月10日路测成功的百度无人驾驶汽车车身上,除了部署了毫米波雷达、视频等感应器,其车顶就安置了一个体积较大、价值70万余人民币的64位激光雷达(VelodyneHDL64-E),谷歌同样也是采用的相同高端配置激光雷达。车载激光雷达系统的优劣主要取决于2D激光扫描仪的性能。激光发射器线束的越多,每秒采集的云点就越多。然而线束越多也就代表着激光雷达的造价就更加昂贵。

     

    湖北快三       就以Velodyne的产品为例,64线束的激光雷达价格是16线束的10倍。激光雷达除了成本高昂,遇到烟雾介质以及雨雪天气中表现一般,将掣肘它的发挥。

     

    湖北快三       不过作为核心传感器,低成本方案将加速无人驾驶的到来。目前,高精度的车用激光雷达产品的生产厂商主要集中于国外,包括美国的Velodyne、Quanegy以及德国的IBEO公司等。国内的激光雷达产品目前相对落后,中国航空汽车系统控股有限公司高级专务周世宁曾表示,博世、大陆、法雷奥、英飞凌、德尔福等外资零部件企业早已抢占ADAS技术制高点,特别是在传感器的市场布局上,我国汽车零部件企业已经输在起跑线上了。

     

           毫米波雷达(millimeterwave)

     

    湖北快三       毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的电磁波,毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。同厘米波导引头相比,毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候(大雨天除外)全天时的特点,这能与激光雷达的作用产生互补。另外,毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。

     

           缺点是毫米波雷达由于波长原因,探测距离非常有限,也无法感知行人,而激光雷达可以对周边所有障碍物进行精准的建模。为了克服不同缺点缺点,车企势必要将这些传感器组合在一起。

     

           目前看毫米波雷达也是智能汽车ADAS系统的标配传感器,按照目前主流分类,毫米波雷达可分为24GHz雷达和77GHz雷达。参照其特性,通常车辆周围的车辆检测使用24Ghz,前方车辆检测使用77GHz。以中国的实际国情以及芯片研发进度等行业特点来看,未来三年内24GHz毫米波雷达在国内仍有市场空间。望眼全球,我国77GHz毫米波雷达的大规模应用将稍微推后。

     

    湖北快三       由于ADAS的功能,往往是通过传感器处理器的方式捆绑销售,国内汽车毫米波雷达系统的芯片、算法还主要依赖进口,成本很高。加快开发国产的77GHZ毫米波雷达芯片并尽快车载应用,将是我国汽车毫米波雷达产业的机遇。同济大学汽车学院白杰教授认为,相对在摄像头方面的激烈竞争,毫米波雷达更有创新性,潜在的市场空间更大,机会更多。

     

           视觉传感器

     

           ADAS应用摄像头作为主要传感器是因为摄像头分辨率进高于其他传感器,可以获取足够多的环境细节,帮助车辆进行环境认知,车载摄像头可以描绘物体的外观和形状、读取标志等,这些功能其他传感器无法做到。从降低成本的角度看摄像头是识别用传感器的有力候补之一,在一切清晰的情况下当然摄像头是最好的选择,但是受环境因素以及外部因素影响较大,比如隧道中光线不足,天气因素导致的视线缩小等。

     

    湖北快三       采集图像信息的重要工具,部分类似路标识别、车道线感应等功能智能由摄像头实现。目前摄像头的应用主要有:单目摄像头、后视摄像头、立体摄像头或称双目摄像头、环视摄像头,按照2015年全球超过8000万辆新增车辆与单车6-8颗摄像头需求,未来总体需求有望超6亿颗,对应千亿市场空间。

     

    湖北快三       视觉算法在ADAS技术路线中必不可少,毫米波雷达等主动式传感器对算法依赖程度较低,算法较为简单,摄像头等被动式传感器对算法依赖程度较高,一般由第三方企业单独提供。比如视觉算法企业Mobileye。

     

           此前,Tesla和Mobileye终止合作的事沸沸扬扬,Mobileye提供标准的传感器安装方式地图数据云服务软件体系平台构建,但是Tesla是想通过在线收集数据的众包模式优化自动驾驶体验,EyeQ3芯片限制了Tesla建立自己的地图,所以Tesla未来要自己研发图像算法以及图像处理芯片。

     

           不过Mobileye还是凭几款产品占领了90%的市场份额,这家以色列的企业在当地的江湖地位相当于BAT。算法和硬件是ADAS系统的核心,也是Mobileye的核心竞争力所在。Mobileye站在ADAS的顶端,甩出竞争对手好几条街,ADAS和传统车载视觉产品对软件技术、硬件要求不同,传统车载电子公司要切入ADAS市场并不容易。国内团队如从零开始至少需要3、4年才可能完成初步的技术积累。

     

    湖北快三       当然为了提高环境感知的准确度,通常需要多种传感器的组合,最终提供一个稳定耐用的解决方案。当下比较典型的就是毫米波雷达、激光雷达和车载摄像头,其他的超声波技术和红外线技术以及这些技术的算法融合都将让传感器产业带来巨大的市场。不过毋庸置疑,在汽车实现完全智能化的这几年中,传感器产业链应该是最先获得收益的。

                                                                                                                               (文章来源:雷锋网)

  • 北京市交通运行协调指挥中心(TOCC)功能及运行模式研究

    1 研究背景分析


    1.1 北京市交通指挥中心的建设现状


    交通指挥中心是对各种交通信息资源进行统一存储、统一维护、统一管理,并在更高层面对常态和应急状态下交通的某一方面或者多种交通运输方式交叉配合进行协调指挥的中枢机构。交通指挥中心是以工作信息化为基础并最终服务于智能化交通运行协调指挥的必要手段。国内外多年实践表明,交通指挥中心在科学组织交通、提高道路通行能力、处置突发性事件、缓解交通拥堵,以及增强快速反应能力等方面发挥了重要的作用。


    目前北京市拥有北京市交通管理局交通指挥中心、北京市轨道交通指挥中心、北京市道路路网管理与应急处置中心、北京公交集团调度指挥中心等多个交通指挥中心,有政府主导建设的,也有企业独立建设运营的。它们分别从公安交通管理、轨道交通、路政养护、地面公交等业务领域开展指挥工作。


    1.2 存在问题剖析


    上述交通指挥中心虽取得了一定成就,但依然存在不足和问题,无法很好地应对越来越复杂的综合交通系统,无法很好满足“大交通”背景下的综合运输协调指挥需求。具体的问题表现在:


    1) 现有交通指挥中心业务领域明确且较单一,缺乏信息共享。造成大量基础设施的重复建设,不仅浪费资源和时间,还大大降低了工作效率。对实时交通运行情况掌握也不够,目前掌握的数据,尤其是动态数据依然严重不足,例如,公路交通流检测器密度太低,仍未建立统一的轨道交通基础数据库,无法掌握公共交通换乘客流情况,城市居民出行调查仅仅依靠低样本量的人工调查数据等等。


    2) 现有数据利用不足,尤其是动态数据利用率较低,数据格式没有统一的规范和标准,各部门之间的交通信息数据兼容性差。例如:城市路网中的浮动车数据与公路交通流数据并未融合,无法获取全路网的动态路况;北京市交通地理信息系统(GIS-T)数据在交通行业内部并未统一,使用范围不大等等。

    3) 决策支持能力不足,例如:现有数据远不能满足交通规划设计、交通需求管理等需求,交通运行分析指标体系未建立,全市统一交通仿真平台、交通应急指挥专家系统等尚未建立等。缺乏对建立完备、实时的交通信息采集网的投入,缺乏对基于实时交通信息的交通突发事件检测技术以及其他信息融合技术的研究与开发。


    4) 信息服务能力不足且内容不够丰富,例如:展现手段不够丰富,未针对会商特点研发专门的会商展示系统;动态信息服务质量参差不齐,未建立统一标准;动态信息服务覆盖范围比较窄等。对各自业务领域的专注导致信息服务内容不够丰富,缺乏交互信息。


    5) 协调能力有待提高,目前各指挥中心之间仍然是简单的设备组合,实质性的相互集成与信息共享实现程度低,影响了整体效益的发挥。北京市在重大活动期间,只能依靠成立临时的交通保障机构来应对缺乏综合运输保障协调指挥机构的现状。由于缺乏常态化的综合交通中心、人员和信息化支撑系统,无法实时掌握综合交通运行状况和根据具体情况进行高效协调指挥;无法实现及时预警和高效处理。

     

     


    1.3 必要性分析

     


    成功举办奥运会之后,北京提出建设“世界城市”的战略目标,对综合交通运输保障和安全应急指挥提出了更高的要求。为了达到这个目标,2009年市政府颁布了《北京市建设人文交通科技交通绿色交通行动计划(2009年-2015年)》,其中第3项行动计划的第12项任务提出“建设综合交通指挥中心及面向路网运行、运输监管和公交安保的三个分中心”。2010年北京市政府工作报告提出“建立北京市交通运行协调指挥中心(TOCC)”,并将TOCC列入市政府折子工程第110项。


    TOCC作为全国首个城乡一体化的交通运行协调指挥中心,其功能和运行模式的定位与设计是核心内容之一,也是TOCC未来能够高效运转的重要保障,鉴于国内尚无类似规模的交通指挥中心,需要借鉴国内外大城市的成熟经验,进行科学、系统、充分的论证。


    2 国内外城市交通指挥中心情况调研


    为准确定位北京市交通运行协调指挥中心的功能,科学选择指挥中心的运行模式,本研究对国外相关城市交通指挥中心进行调研,针对其的功能和运行模式进行深入分析与研究。在此基础上结合北京交通的实际情况,汲取已有交通指挥中心的成熟经验,为北京市交通运行协调指挥中心功能和运行模式的确定提供借鉴。


    2.1 美国德克萨斯州奥斯汀综合交通与应急指挥中心


    美国德克萨斯州奥斯汀综合交通与应急指挥中心(The Combined Transportation, Emergency and Communications Center (CTECC))建立于2004年5月,服务范围2652平方公里,指挥大厅设有100多个坐席,年热线数量约为170万次。

    CTECC由多个单位或部门共同建立,其他单位或部门采取租用坐席的方式进驻指挥中心,实现合署办公。目前进驻部门包括州交通运输部,郡公安、应急管理部门,市交通、公安、卫生、消防、应急部门等。指挥中心的工作人员分为领导层、执行层、综合经理和职员,其独立运行对领导层负责,并为各派驻部门的执行层提供技术保障、数据汇总报送和运行费用的预算等。日常情况下,领导层、执行层不在指挥中心办公,有特殊需要时进行现场指挥工作。

     

     

    ◆ CTECC管理层级图

    指挥中心的领导层由德州交通运输部领导、奥斯汀市领导、特拉维斯郡公安和应急管理部门领导组成,主要负责批准年度预算、人事任免,制定中心政策,协助处理中心事务。执行层由奥斯汀市交通、公安、卫生、消防、应急管理等部门负责人或其指派人员,如部门领导,德州交通部门的片区主任等,指派人员至少是主管代理或助理,负责每年向领导层提交中心运维预算草案,评估综合经理的业绩,提交新招聘员工的计划。综合经理在执行层的指导下主要负责管理指挥中心的设备、公共系统、中心雇员和日常运营,并直接向奥斯汀市管理人员进行汇报。职员采用雇佣或各相关单位派驻的方式来开展指挥中心的工作。

    日常情况下,各派驻部门人员负责各自业务,指挥中心负责数据汇总、分析上报、系统维护、财务管理、技术支持等,并负责多部门间的协调工作。应急情况下,指挥中心通报相关部门执行层和领导层。所有的进驻单位都有员工24小时驻守在CTECC。并且将额外增加不同单位和部门的将近200人进驻CTECC,他们主要负责与其他单位之间的联动与协调。


    在CTECC,进驻单位间可以共享系统和电子文件。这种共享信息的机制,在有限的时间里,为各单位的决策者提供更好更高效的决策支持。


    这种运行模式的特点是场地共建、合署办公、信息共享、分工明确、分级管理。

     

    2.2 德国柏林 VKRZ 交通控制中心


    柏林 VKRZ 交通控制中心隶属于柏林交通管理部门,现已运行了25年。与警察局、道路建设与维护部门、公共交通管理部门、环保局等部门之间实现了数据共享和协调联动,重大活动期间和紧急情况下,相关责任单位进驻VKRZ 交通控制中心。其主要功能包括日常监测,应急指挥,交通控制,信息服务,高速公路管理,突发事件的警力调度。


    日常情况下,指挥中心控制着超过2000个交叉路口的交通信号灯,同时,管理着环柏林国道300个显示信号架上的各种信号。利用摄像头、交通流量检测器,对交通运行状况进行监测和预测。对收集到的数据进行汇总、分析、上报,并为各相关单位的派驻人员提供技术保障和信息服务。应急情况下,指挥中心启动应急预案,并通报相关部门。所有监控系统都将为决策提供支持。


    VKRZ系统与国家交通警报服务结合在一起,为道路用户提供有关交通阻塞、交通信号灯失效、道路作业地点或活动地点的相关信息。柏林交通管理局发布的有关道路作业和活动的时间安排和许可通行信息,都会传送到VKRZ系统上,然后,这些信息以交通布告的形式通过交通警报服务系统进行分发。无论什么时候,只要交通测量站测试到超过预设值(过密的交通流或者交通停止)时,交通通告就会自动生成。


    这种运行模式的特点是由政府部门建设,以交通管理为主,多部门之间数据共享和协调联动。

     

     


    2.3 英国伯明翰国家交通控制中心

     


    英国伯明翰国家交通控制中心由国家交通部和高速公路管理局共建,委托企业运营,负责交通数据采集、汇总、交通运行状态监控、拥堵疏导、事故处理以及信息发布。


    交通控制中心由高速公路管理局通过合同授权私营,与七个地区控制分中心(主要进行路网监控、巡视、维护、拥堵疏导和事故处理)实现数据共享和协调联动。


    日常情况下,中心负责交通数据采集,分中心数据汇总,交通运行状态监测,信息服务,拥堵疏导。紧急情况下,中心总协调指挥,分中心进行现场指挥和处置。

    这种运行模式的特点是由政府部门建设,委托企业运营,总中心与地区分中心协调联动。


    2.4 北京奥运交通运行中心


    作为奥运会主办城市的交通主管部门,北京市交通委员会牵头成立了北京奥运交通运行中心,成员包括路政局、运输局、交管局、交通执法总队、重点交通企业等。全面协调和负责奥运赛时交通安全保障、赛事交通服务、城市运输服务和交通设施保障工作。主要功能包括对奥运通道交通运行的监测、预警,出行服务,信息发布,协调联动,应急指挥等。

    奥运交通运行中心建立了市交通系统“平安奥运”工作体系和三级指挥协调机制,制订和实施平安奥运行动工作计划。在客运保障和货运保障方面,分别制定了相应的政策和配套措施,保障奥运期间城市交通和奥运物资运输正常有序。另外,组建了交通应急救援保障队伍,加强公共交通安全防范工作。


    2.5 启示


    纵观国外的交通指挥中心,其功能大致包括日常监测,应急指挥,交通控制与管理,信息服务,高速公路管理,突发事件的警力调度,消防和救援等。它们多是由政府部门牵头建立,以合同的方式出租坐席,达到合署办公的效果。我国的城市交通指挥中心建设经过近20年的发展,在功能选择和技术应用上都进行了很多的尝试和应用。广州、深圳、苏州、济宁等国内许多城市的交通指挥中心也已建成并投入运行,区别于国外的是,它们都是由政府出资建设,并以公益性方式运营,在设计之初就为各协调单位预留的坐席。


    应急和重大活动期间的临时交通运输组织保障机构有其特殊性,建立的交通运行中心——各分中心——专门保障组的指挥协调模式,都是由相关政府部门、企业组成,采用集中办公的方式,实现了跨部门协调联动。通常具备应急指挥,交通控制与管理,信息服务,高速公路管理,突发事件的警力调度等功能,这在很大程度上反映出了北京对于建设常态化交通指挥中心的功能需求。


    3 TOCC功能和运行模式设计


    3.1 TOCC定位


    根据北京市交通运输管理体制、机制现状,为发挥指挥中心的最大作用和效益,北京市交通运行协调指挥中心需下设路网管理、运输监管、公交安保三个分中心,应成为全市交通综合运输协调、交通安全应急指挥、数据共享和信息发布中枢。TOCC将促进交通发展模式“从交通各行业的独立运行向综合运输协调”转变,形成一体化、智能化综合交通指挥支撑体系,为公众出行、企业运营、政府管理决策提供支持,为缓解拥堵、提高交通运行效率和安全水平提供支撑,成为全国首个城乡一体化的交通运输综合指挥中心。


    3.2 功能设计


    参考国内外交通指挥中心的成功经验,结合北京自身需求,北京市交通运行协调指挥中心(TOCC)应包括综合运输协调指挥、交通安全应急指挥、决策支持与信息服务三大功能,从不同层面实现TOCC协调指挥的理念。


    综合运输协调指挥功能应可实现对全市路网交通量、运行速度、事件、气象等运行状况的监测,对地面公交、轨道交通、出租、省际客运、旅游、化危运输、停车、租赁等运输行业的运行状况进行日常监测、分级预警、情况通报、趋势分析,加强交通基础设施与运输、各种运输方式、城乡运输、相关单位和行业企业之间等的协调配合力度,配合重大活动交通保障机构,协调相关单位和行业企业,为春运和黄金周、重大活动、大件运输、公共交通联动等提供交通运输保障支持。


    交通安全应急指挥功能应可实现应急值守,风险源、抢险物资及抢险队伍分布展示,相关图像信息统一接入及展示,综合通信,视频会议,应急预案管理,应急指挥调度等,通过信息化智能化手段实现对全市交通资源的监控和调配,为实现“信息交互、统一协调、分级指挥、一致行动”的应急联动机制提供强有力支撑。配合委交通应急指挥机构协调相关单位和行业企业,提供交通运输保障支持。


    决策支持与信息服务功能应可实现对交通行业数据的整合与分析,形成交通行业数据共享交换中心和统一的综合信息报送体系;对网站、可变情报板、移动终端上发布的交通信息内容及质量进行监测;实现紧急信息的统一发布。以大屏展示、领导桌面、短信服务、网站、服务热线、动态导航等方式,为政府决策与管理、企业运营与服务、公众出行提供准确及时的信息服务。为领导和业务部门提供全市路网的实时运行状况、交通行业运行指标的分析,为交通运行分析和疏堵工程提供支撑。TOCC将为政府、行业企业和公众提供服务。支撑行业监管和精细化管理,提高政府服务、决策和应急处置能力;支撑行业企业间数据共享、协调联动,提高企业服务水平和运行效率;支撑政府与公众的沟通、互动,为公众提供超前的服务。


    3.3 运行模式设计


    3.3.1 设计原则


    围绕指挥中心的定位,在功能设计基础上,确定以下运行模式设计原则:

     

    数据为基础的原则


    TOCC的一项重要定位就是全市数据共享中枢。接入的交通行业基础设施建设信息、交通基础设施信息、交通运输相关信息、交通执法相关信息是TOCC工作的基础;同时,通过对数据的有效整合,达到为政府做决策、为公众做服务的目的。


    服务为导向的原则


    TOCC一项重要的功能是信息发布与服务,其中包含面向政府决策的信息报送和面向公众的出行服务两部分内容。面向政府决策部分主要是通过日常监测和数据分析,为决策部门报送相关指标或运行报告;面向公众出行服务部分主要是为公众提供路况信息、出行信息等,并在重大活动或应急期间,统一在可变情报板上发布信息。


    平战相结合的原则


    TOCC的另外两项定位是全市交通综合运输协调、交通安全应急指挥中枢,即将日常交通运输保障与应急指挥相结合。交通综合运输协调是指日常情况下的运输监测、协调指挥;交通安全应急指挥是指应急情况下启动应急预案、调用应急资源、进行应急指挥。日常的综合运输监测能及时发现突发情况,降低事故发生率,是应急指挥工作的日常化延伸;交通安全应急指挥可缩短反应时间,提高应急处置效率,减少事故造成的损失;二者相辅相成,是构建高效、安全、舒适交通体系的重要基础。


    3.3.2 运行模式分析


    随着北京城市交通发展越来越复杂,出行者的出行距离和时间被拉长,出行交通方式的选择也趋于多样化,仅依靠单一行业企业已不能满足公众的出行需求。TOCC作为全市的交通综合运输协调、交通安全应急指挥、数据共享和信息发布中枢,若要更好的为政府和公众提供服务、为疏堵工程提供支撑,就需要多个单位或部门之间共享信息、协调配合。基于对TOCC功能的分析结果,提出两种运行模式设计方案。


    方案一:合署办公


    合署办公本指两个或两个以上的机构由于工作性质相近或联系密切,在同一处所办公。合署办公机构现系指由两个或两个以上的机构组成的联合机构。“合署”不是合并,合署单位可分别配备行政领导班子(也可兼职),机构的人员、资源可在上级统一指挥调度下视工作需要而灵活运用。


    路网运行、运输监管、公交安保分中心,行业重点企业,北京铁路局、华北民航局和交管局等相关单位派遣联络员或部分员工驻守在TOCC里,根据各自业务开展交通基础设施和综合运输运行状况监测、预警通报,高速公路运行管理,交通秩序管理,数据收集、整理、分析和信息报送,值班值守等工作,对综合交通运行状态进行监控。


    指挥中心的专职人员负责数据汇总、分析上报、系统维护、财务管理、技术支持等,并负责多部门间的协调工作。在应急和遇重大活动情况下,由指挥中心通报进驻单位高层,各进驻单位负责人进驻TOCC进行协调指挥。


    方案二:统一管理


    日常情况下由专职人员负责中心的日常运营及管理,开展交通基础设施和综合运输运行状况监测、预警通报,高速公路运行管理,数据收集、整理、分析和信息报送,值班值守等工作,对综合交通运行状态只监不控;应急和遇重大活动情况下,提供工作场所,为进驻单位提供指挥环境及综合保障。

    一般情况下,TOCC的指挥指令直接下达到三个分中心,由分中心负责下派或直接执行。在需要扁平化指挥时,可直接向轨道交通指挥中心、地面公交调度指挥中心和高速公路信息管理中心下达指挥指令,由上述中心直接执行。TOCC负责监视和跟踪命令的执行情况,完成指令执行的闭环检查。同时,TOCC负责协调北京铁路局、华北民航局和交管局等,达到综合运输协调运转的效果。


    应急和重大活动期间,路网运行、运输监管、公交安保分中心,行业重点企业,北京铁路局、华北民航局和交管局等相关单位派遣联络员,进驻TOCC,并在相应坐席上办公,负责下达指挥指令,督促相关部门、行业企业执行指令并检查效果,达到快速反应,综合协调指挥的效果。重大活动保障期间,按工作流程规定的时间,各分中心由下至上报告任务执行情况,遇紧急情况随时报告,按指令启动预案,做到政令下达及时,运行监控到位,指挥响应有效。应急情况下,上报事件内容、地理位置及原因,跟踪突发事件处理过程并进行记录和反馈。

     

    3.3.3 工作内容


    1) 日常监测与值班值守:


    日常监测:全市交通基础设施及路网运行、综合运输运行状况,地面公交、轨道交通、出租汽车、化危运输、省际客运、旅游等车辆的位置信息,交通事件信息,相关指标及网站、可变情报板、移动终端上发布的交通信息内容和质量进行监测,同时,实现分级预警。所有值守和监测人员需记录下每日的交通运行情况,根据需求填写不同的报表,对进入处理状态的事件,进行过程追踪和意见反馈。在应急情况下,及时将事件相关信息向委机关安全应急指挥部门带班领导报告,根据报送流程和领导指示,报委主管领导、市应急办、交通运输部等。


    值班值守:在重要节假日、重大活动、应急期间实行领导带班制、24小时值守,值守人员负责接收电话、电传、800M电台、电子邮件,处理和传递紧急通知及相关工作。


    2) 信息采集和服务:


    TOCC将实现从数据采集到分析、共享、交换及决策支持的完整流程,弥补目前北京市数据采集和数据利用不足的缺陷,将TOCC作为唯一的信息接收入口和信息发布出口。


    信息采集:接入全市交通信息化系统和数据,对数据更新情况进行监控,接收数据采集报表,协调和督促各数据来源单位按时保质提供数据。


    信息服务:对交通运行静态、动态数据进行分析处理,定期编写和发布监测情况,向委领导及相关部门报送重要指标和行业动态信息,为政策研究制定和疏堵工程提供决策支持。通过多种渠道和方式的信息发布为公众提供服务。同时,提供数据共享交换服务。


    3) 应急与运输组织指挥保障:


    运输组织保障:运输保障在应急和重大活动期间,各相关单位和部门相互配合,做好应急指挥、重要节假日及重大活动期间的综合交通运输组织、协调指挥的保障工作。主要包括通讯系统的技术保障,监控视频会议系统的工作状态,发现故障及时告知运维技术单位,并监督解决,保障应急和重大活动期间的视频会议系统畅通。同时,实现重点场站、活动区域周边、应急现场周边道路的信息发布及管理。


    账户管理:建立联络通讯管理系统,对其常用系统的账户进行统一管理。


    4) 系统运维和保障:


    对系统的运维和保障方面的工作,主要集中在对坐席计算机、图像系统、应用系统的管理,大屏及其切换系统的管理。监控这些系统的工作状态,安装应用系统,并监督解决发现的故障。


    4 TOCC运行保障措施


    4.1 政策法规保障


    通过制定政策法规,明确各方在交通运行协调指挥中心(TOCC)运行管理方面的权利与义务,为TOCC营造一个良好的社会环境,确保发挥TOCC的最大效益。

    1) 交通信息资源共享的地方政策法规


    以地方法规的形式,明确与交通相关的各部门在信息资源共享中的责任、权利和义务,规定交通信息资源共享的一般原则,包括共享信息内容的原则、共享范围与访问权限的设置原则、利益补偿的原则等。


    2) 交通运行协调指挥中心(TOCC)信息共享制度


    主要面向交通运行协调指挥中心(TOCC)的各个利益攸关方,明确规定各利益攸关方向TOCC提供数据的内容、提供方式、数据更新方式、共享范围与权限设置等,各利益攸关方从TOCC获取信息的内容、方式等,以及各利益攸关方因信息共享而带来的利益补偿原则与具体补偿方案。

     

    4.2 组织保障


    交通运行协调指挥中心(TOCC)的目的是将ITS牵涉到的各个主体(包括政府管理部门、企业、科研单位及用户)通过一定的机制和技术手段,有效地协调起来,在合理的范围内实现信息和资源的充分共享,使各部门协调一致。由于涉及到多部门、多行业领域,协调难度大,因此TOCC的运行管理是一种组织创新、观念创新、技术创新和管理创新的过程。必须建立一套有利于各方协调的TOCC的组织机制。


    TOCC的运行涉及到了多个政府部门的职能范围,必须要加强协调、理顺关系,注重机制、体制创新。建议专门的TOCC协调领导小组和运行管理机构,起到协调各相关部门,在政策、战略、规划以及实施的组织与协调等方面起到重要作用,同时根据需要设立专家顾问组,保持专家的咨询作用。充分发挥专家组在制定发展规划、政策法规以及重大工程实施中的重要作用。


    4.3 资金保障


    TOCC的运行和完善需要稳定、大额的资金投入,从广义上讲由两部分组成,即硬件开支和软件开支(包括人员培训)。硬件开支是指购置各种专业设备和环境改造所需的资金。软件开支是指保障TOCC正常运行的技术开支和人力开支,如购置、开发一定数量的应用软件,对现有人员进行专业技术培训,系统维护和数据库转换等。所有这一切都需要充足的资金保障才能得以实现。


    4.4 标准规范保障


    建立规范,统一标准,是完善交通运行协调指挥中心(TOCC)、保障TOCC成功运行的有力工具。


    在建设完善和管理TOCC时期,应该充分意识到标准化工作的重要性。TOCC的标准化战略是:在充分了解相关标准现状的基础上,开展TOCC乃至全行业信息化的标准需求研究,明确提出需要标准化的领域。


    进而针对提出的需要标准化的领域,按照标准化需求的迫切程度,逐步形成一些关键标准;在此基础上初步建立并逐步完善TOCC的标准化体系。


    TOCC需要标准化的领域主要体现在以下方面:信息(数据)编码规范、数据管理机制、数据字典、交通数据模型、数据交换规范、软件平台总体构架、相关的系统接口规范、网络通信协议等。


    5 总结


    随着我市人口、机动车保有量的不断增长,居民出行、交通运输面临着更大的压力与挑战,特别是在重大活动、春运、黄金周等特殊情况下,交通特征与平日差别显著,若缺乏合理、系统的指挥,容易导致运力不足、局部甚至区域交通瘫痪等情况发生。综合运输协调指挥涉及行业多个领域,建设全市交通运行协调指挥中心,探索新的工作模式,才能适应越来越复杂的交通环境。通过统一、高效的组织协调各种交通方式的有效衔接,多个单位部门的相互配合,才能够为交通运行高效有序、居民出行便捷安全提供保障。

                                                             (文章来源:Trbbs.com)

     

  • 《中国交通工程学术研究综述•2016》系列之交通流理论

    1交通流理论(同济大学孙剑老师统稿)

      交通流理论是采用模型描述道路上车辆(或非机动车/行人)与道路设施和环境交互运行规律的基础科学,也是交通工程学的基础。自1935年Greenshields等[1]提出流量-速度关系模型以来,交通流理论已经有80余年的发展历史。为反映交通流理论最近研究趋势及研究热点,本节主要围绕交通流基本图模型、微观交通流理论及仿真、中观交通流理论及仿真、宏观交通流理论、网络交通流理论5个部分展开。

     

    1.1交通流基本图模型(东南大学王昊老师,同济大学李健、孙剑老师提供初稿)

      交通流基本图模型是针对宏观交通运行特性指标(流量、密度和速度,简称流密速三参数)之间关系进行分析与建模的理论与方法,是交通流理论和交通工程学科的基石。近年来,随着交通流自动检测设施的大规模安装,基于实证数据的交通流运行特征经验分析取得了重要进展。本节从交通流三参数关系模型、三相交通流理论、宏观基本图以及交通流实证发现和原因分析共4个部分论述国内外研究现状,总结目前存在的问题、研究方向与发展对策。

     

    1.1.1国内外研究现状

    1.1.1.1交通流三参数关系模型

      自1935年Greenshields[1]在其开创性论文《通行能力研究》中首次提出Greenshields模型以来,交通流三参数模型经历了80多年的发展,许多学者基于Greenshields模型提出了一些修正模型,包括Greenberg模型、Underwood模型、Northwestern模型、Drew模型、Pipes-Munjal模型、Newell模型、Del Castillo模型、Edie模型[2]等,详见文献[3]。

      近年来随着检测技术的进步和普及,部分学者开始关注交通流三参数关系的随机性特征,包括速度和流量的离散性。May[3]提出用行程速度变异系数来表征一定密度条件下的速度离散性,实测数据表明速度变异系数的分布在8%~17%之间。Shankar等[4]利用结构模型研究了基于车道的平均速度和速度方差之间的关系。Treiber等[5]在假设速度变异系数和交通密度正相关的基础上对速度方差进行了建模,结果证实速度变异系数在自由流状态下低于10%。Park等[6]研究了高速公路速度方差、变道行为和车辆类别之间的关系,统计分析显示变道行为和大型车辆对速度方差的影响很大。Wang等[7]利用南京的高速公路数据分析了速度方差,认为交通密度可以表示为速度变异系数的指数函数。Li等[8]利用随机建模探讨了速度方差和交通密度与自由流速度之间的关系,Li[9]湖北快三等采用速度变异系数指标对降雨环境下速度的离散性进行了实证分析,并针对降雨量对速度变异系数的关系进行了建模分析。

     

    1.1.1.2三相交通流理论

      (1)三相交通流理论的形成

      从1997年开始,Kerner等[10]根据德国高速公路的交通流数据,提出了同步流的概念,并在2004年形成了三相交通流理论体系[11]湖北快三,认为交通流有3个独立的交通相,分别为自由流、同步流和堵塞。其显著特点是在交通流基本图上的数据点呈二维散布,流量和密度之间无一一对应关系。

      (2)争议与讨论

      自2000年起,Kerner等[11-14]发表了大量文章,争论三相交通流理论的合理性。Schnhof等[12-14]认为交通流存在唯一的基本图,同步流数据来源于其他因素的干扰,包括测量误差、不同密度计算方法,以及大型车辆、复杂天气、道路线形和坡度、交通事故、车辆换道行为等,数据点的二维散布特性也可以通过调整现有交通流模型的参数来实现。Kerner[11]的模拟结果显示高匝道流量下出现时走时停的堵塞,低匝道流量下出现均匀稳定的同步流,而Schnhof等[12]的模拟结果则正好相反。最终发现Kerner[11]湖北快三的模拟结果和实测数据定性一致,这成为了三相交通流理论有效性的重要实测依据。

      (3)控制性试验

      由于实地采集的交通流数据不可避免存在各种影响因素,为了排除干扰、探寻本质,Sugiyama等[15]和Tadaki等[16]分别在室外和室内进行了不同的环道运动试验,Jiang等[17]在郊区道路上进行了直线运动试验。然而,由于条件限制,这些控制性试验规模都较小,仅包含几十辆试验车。

     

    1.1.1.3网络交通流宏观基本图 

      与传统交通流基本图不同,交通流宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagram,MFD)关注道路网络层面上交通流三参数之间的关系和性质。2007年,Daganzo[18]给出了MFD具体的模型并通过日本横滨的实测数据验证了其存在性与基本性质[19],MFD由此引发学术界的广泛关注,并逐渐成为一个新的热点研究方向。

      (1)MFD基本性质

      国外学者在MFD基本性质领域的研究工作开始较早,主要集中在存在性和获取方法2个方面。Geroliminis等[19]认为,MFD具备3个基本性质:①道路网内平均交通流量和交通密度(占有率)之间存在与交通流基本图类似的抛物线关系;②网络平均流率与网络总输出流量之间存在稳定的线性关系;③MFD是网络交通流的固有性质,由网络基本设施形态及交通控制决定,与交通需求无关。目前MFD的获取方法主要有3种,分别为实测法[19]、解析法[20]以及仿真分析法[21]

      (2)MFD影响因素

      现有研究表明,MFD的影响因素主要包括4个方面:道路设施、交通条件、管控条件以及路径选择行为。本质上,所有影响因素皆因引发网络密度的改变,从而最终对MFD产生影响,形成“回滞现象”[22]。Buisson等[23]发现MFD的形状受到道路网络形态的影响;Zheng等[24]探讨了不同交通方式的分担率及空间分布对MFD的影响;Zhang等[25]运用元胞自动机模型研究了城市主干道网络MFD在3种不同的自适应交通控制模式(SCATS-L,SCATS-F和SOTL)下的形态和特性,验证了网络密度均匀化能够提高网络的通行能力与整体性能。

      (3)MFD应用研究

      MFD理论提出以后,引发了人们对其应用领域研究的极大兴趣,并主要集中在网络控制和网络评价2个方面。Keyvan-Ekbatani等[26]研究了基于MFD的反馈闸门控制方法,并对美国加州网络进行了仿真应用,取得了良好的效果。Lin等[27]湖北快三提出了2个用于评价网络控制模型的指标,并通过分析网络MFD的稳定性说明了指标的适用性。

     

    1.1.1.4交通流实证分析

      随着检测手段的发展和普及,利用自动检测的交通流数据,对交通流基本图相关的研究有了很多新的实证发现,包括交通流失效(Traffic Breakdown)现象、通行能力下降(Capacity Drop)现象、磁滞(Hysteresis)现象、震荡(Oscillation)现象、松弛(Relaxation)现象、飞镖(Boomerang)效应[13]等。其中松弛现象(换道/跟驰车辆在换道后先保持较小的跟驰间距,然后逐渐恢复/松弛到正常跟驰状态)和飞镖效应(产生扰动的车队在向下游移动的过程中扰动逐渐增大,当振幅超过一定值后,扰动向上游传播)是交通流中的特殊现象,现有研究较少,下文将重点对交通流失效、通行能力下降、磁滞和震荡现象相关研究进行阐述。

      (1)交通流失效

      交通流失效是现实交通系统中广泛存在的现象,是指当交通需求达到或接近路段通行能力时,车流速度出现急速下降的现象。交通流失效的内在产生机理至今仍不明朗,但多数学者认为路段瓶颈失效不会发生在稳定的流率,而是具有随机性。Bullen[28]首次提出了交通流失效概率模型,认为失效概率是流率的增函数。Bank[29]发现交通流失效在流量未达到通行能力时即可发生,并认为匝道流量是引起快速路交通失效的主要原因之一。Elefteriadou等[30]随后印证了Bank[29]的结论,并对快速路匝道区域和交织区交通流失效进行了定义。Lorenz等[31]认为由于交通流失效现象的存在,路段通行能力不应被定义为一个固定值,而应被定义为一个与失效概率有关的概率函数,并提出了以快速路和匝道流量为自变量的S形交通流随机概率模型。

      针对交通流失效概率的建模计算对于分析交通系统的稳定性和可靠性至关重要。Evans 等[32]首先采用离散时间马尔科夫链的方法对快速路汇入区的失效概率进行了研究;Sun等[33-34]利用上海市快速路流量数据发现早发性失效现象,即流量在远小于通行能力的情况下就产生交通流失效,并通过换道行为对这种特殊现象进行了解释。

      (2)通行能力下降

      诸多研究发现,交通瓶颈在失效前的稳定流量(Pre-queue Flow, PQF)大于瓶颈失效后的稳定消散流量(Queue Discharge Flow, QDF),这种现象即为瓶颈路段通行能力下降。许多研究对瓶颈路段通行能力下降的平均值进行了实证研究,其取值从3%~12%不等[29,35]。近些年研究热点为通行能力下降的内在机理,这其中主要包括车道数量,车道流量的异质性特征。Yeo[36]研究发现,通行能力下降与减速波的数量以及瓶颈车道数有关。Oh等[37]通过对美国加州的多个瓶颈区实证数据进行分析,发现通行能力下降与瓶颈区车道数量有显著的负相关性,并且当匝道汇入比增加时,通行能力下降幅度有所减小。Srivastava等[38]通过美国双子城的快速路系统实测数据对匝道汇入区的通行能力下降进行了研究,也发现通行能力下降程度与匝道的汇出比有关,同时验证了控制策略是否对通行能力下降能起到积极作用。

      (3)磁滞现象

      磁滞现象指交通流在拥堵状态变换过程中存在的一种延时效应。Treiterer等[39]首先观测到快速路交通流磁滞现象:一组车队在受到干扰时的速度-密度曲线的变化呈现明显的环状曲线特征。一些学者提出不同的理论和模型用于解释交通流磁滞现象。Newell[40]推测磁滞的产生与车辆加减速过程的不对称性有关。Zhang[41]采用3种不同的交通状态(加速、减速和强均衡)来描述交通流,并证实速度-密度曲线在不同交通状态的转换会引发磁滞现象,并从数学上论证了这种不对称性,并且他提出的理论可以很好地解释一些经验数据。后来,Zhang等[42]提出了一个跟驰模型用于解释磁滞现象,在该模型中,车辆速度由交通状态和车头时距决定,该模型可以模拟磁滞现象,但没有得到实际数据的验证。此外,还有其他一些学者从不同角度对交通磁滞现象进行了解释。Wong等[43]认为磁滞现象可能与驾驶人的异质性有关。他们把运动波(Kinematic Wave)模型扩展为多用户类型,并假设不同用户类型服从特定的速度-密度曲线,仿真可以得到顺时针磁滞环,但是该模型的基本假设缺少实际数据验证。Laval[44]认为此前有关磁滞的研究均受到测量偏误的影响,以往研究多采用测量平稳态交通流的集计方法,即假设在不同的集计区间内交通流的变化是稳定的,然而在磁滞发生时交通处于非平稳状态,他采用Edie[2]提出的广义交通流密速的定义,使用车辆轨迹数据并将区域稳定态(稳定态或稳定的非均衡态)作为测量指标。Chen等[45]从行为的角度对磁滞现象进行了解释,发现磁滞现象的发生及其类型都和驾驶人的行为有密切关系;其统计分析结果表明,驾驶人行为的差异取决于不同的拥堵阶段,并建议在拥堵的不同阶段采用不同跟车模型以更好地描述真实交通状态。

      (4)交通流震荡现象

      交通流震荡是指随着车流密度的增加,交通流失效后形成的走走停停(Stop and Go)的现象。交通流震荡会导致道路通行能力减小、交通事故增加,而且频繁的加减速也会导致车辆油耗和排放增加。Edie[2]首次在纽约林肯隧道观察到交通流震荡现象,随后许多学者对震荡现象产生的原因和扩散机理进行了研究。

      对于交通流震荡现象产生的原因,目前普遍认为其与换道行为[46]或者其他移动瓶颈有关[47]。Newell[48]基于跟车理论,引入驾驶人反应时间来解释交通流震荡现象,但仅能对很小时间段内的交通流进行解释。而对于Edie[2]发现的纽约林肯隧道内的约5 min的交通流震荡现象,Newell[49]猜想交通流流量-密度基本图右半侧应该有上下2个分支,上方的分支是指车流减速状态,而下方的分支是指车流加速状态,但并没有指出这2个分支之间的变化路径,而且没有从驾驶人行为角度进行深层次解析;而对于交通流震荡现象传播机理的研究,主要是通过在现有模型中增加随机参数用于描述驾驶行为的差异性[50]

      近年来,一些学者基于详细的车辆轨迹数据对交通流震荡现象进行了解释,例如Laval等[51]湖北快三利用新一代仿真程序数据集(NGSIM)中车辆轨迹数据,认为保守和攻击性驾驶人驾驶行为的差异性是交通流震荡现象产生的原因,并通过解析模型和仿真试验进行了验证。

     

    1.1.2存在的问题

      尽管交通流基本图模型至今已有80余年的历史,但是其仍是交通工程研究的热点问题,特别对于中国而言,基本图模型研究仍相对落后,突出表现在理论研究成果众多,而利用实证数据进行系统、全面的分析仍相对较少。例如对于最基本的流密速关系图,近来的研究表明,即使在相似的设施设计和限速条件下,中国和美国的流密速曲线也存在很大差异[52],建立中国标准的流密速曲线簇是当前面临的首要问题。此外,中国对于交通流三参数的随机特征及其产生和影响机理的研究还没有引起足够的重视,需要进行系统和深入探究。

      对于三相交通流理论目前尚存在3个主要争议点:①同步流相是不是一个独立的交通相;②交通流是否存在唯一基本图;③同步流相是否具有实用价值。解决前2项争议点的难点在于,同一现象、同一组数据存在不同的解释方式,并且在逻辑上都能自洽[13-14]。对于第3项争议点,传统交通工程领域认为把交通流划分为拥堵和非拥堵2种状态即可;而Kerner[53]则认为基于三相交通流理论的方法和模型可以在交通管理和控制上做得更好。

      现有关于MFD存在性的证明及影响因素的分析大多基于具体网络及相关数据,对于道路网络结构、交通模式及管控措施与MFD的形态、性质之间一般性的关系尚缺乏机理层面的认识。同时现有面向MFD的小区划分方法主要集中在静态划分方面,如何根据实际交通状态进行小区动态划分有待于进一步研究。另外,现有基于MFD的交通网络管控策略研究大多将小区简化为一个单元进行分析,缺乏对不同类型网络及不同需求构成模式下网络控制策略的研究。

    湖北快三  对于交通流实证现象,其发生的外在表现与内在驾驶行为机理息息相关,如国外普遍存在的通行能力下降现象,在中国的城市快速路则表现为早发性失效,而表现出“通行能力上升”现象。因此对于磁滞、震荡等利用国外数据的机理解析并不一定适用于中国的交通流特征。同时目前的研究多聚焦于单个独立瓶颈,对于多瓶颈关联的交通流特征,仍有待于进一步研究。

    湖北快三                                                                                             (文章摘选自中国公路学报)

  • 《中国交通工程学术研究综述•2016》系列之道路交通安全

    1道路交通安全(同济大学王雪松老师统稿)

    1.1交通安全研究基本框架(中南大学黄合来老师提供初稿)

    湖北快三  道路交通系统是由人-车-道路-环境等要素构成的动态复杂系统。道路交通系统中每个要素自成子系统又相互作用,交通事故是由各个子系统自身出现问题或相互间作用失调而导致。道路交通安全研究的基本框架(图2)可概括为:探究交通参与者、车辆、道路环境、事故救援等子系统各项风险因素与交通事故的关系,提出针对性的干预手段或改善措施,以达到降低事故风险和减轻事故伤害严重程度的目的。


      事故前,主要关注事故的发生机会和发生概率。事故发生机会指某个或某些交通参与群体、某个或某类道路网络和交通设施、或某种事故形态所面临的发生机会;事故发生概率则是指给定单位事故机会后,事故发生的条件概率。事故发生过程中或事故发生后,基于交通参与者的事故应对、道路交通安全设计、车辆被动安全、紧急救援和医疗救治等特征,最大程度降低事故伤害严重程度和其他损失是主要的关注点。

      事故潜在风险因素众多,可以涵盖道路交通系统所有相关要素,包括交通参与者、车辆、道路环境及紧急救援服务等。对于交通参与者,现有研究一方面关注机动车驾驶人年龄、性别、驾龄及驾驶能力等,另一方面侧重于探究攻击性驾驶、愤怒驾驶、酒后驾驶、分心驾驶及疲劳驾驶等危险驾驶行为[330]。其他弱势交通参与者,如行人、自行车和电动车骑乘人也是重点关注对象。道路与环境方面,研究主要关注道路网络布局、道路及交通设计、交通控制、主动式风险管控及环境条件等对交通安全的影响[331]。对于车辆安全,可划分为主动安全和被动安全[332]。主动安全研究集中于车辆智能防撞技术方面,如车辆碰撞预警系统、车道偏离警告系统等;被动安全关注车辆安全设施的设计和优化、车辆安全测试法规的制定和应用,以及车辆碰撞协调性等内容。此外,事故发生后的紧急救援服务,如事故识别和报警、救援资源分布与调度、紧急疏导及医疗救治[333]等也是重要的研究方向。

    湖北快三  道路交通安全干预手段和改善措施主要通过“4E”科学策略实施,即工程(Engineering)、教育(Education)、执法(Enforcement)和急救(Emergency)。工程是指基于工程设计手段的事故预防及改善,教育主要指以学校和社会为主的驾驶技能与交通安全意识培训,执法是由交通管理部门依据相关法律法规对交通行为进行监督和管理,急救则包括救护运输服务以及紧急医疗救治等。针对道路交通复杂系统,采取合理的组合策略,才能最终实现交通安全改善的目标。

      本节依次对交通安全规划、设施安全分析、交通安全管理、交通行为分析、车辆主动安全、中国交通安全技术标准与规范这6个方面中有价值的研究成果进行系统梳理和评述,并结合中国道路交通安全研究前沿,提出推进中国道路交通安全理论研究和实践管理进程的对策建议。

     

    1.2交通安全规划(同济大学王雪松老师提供初稿)

      交通安全受道路交通系统规划、设计、建设、运营、管理、维护各个阶段的影响,考虑到交通规划对塑造交通系统的深刻影响,交通安全应该在规划阶段就得到足够的重视和充分的考虑。交通安全是纽约等国际大都市最新一轮综合交通规划最为关注的主题[334-335]湖北快三。但由于宏观层面交通安全研究的不足,导致在交通规划阶段缺少可用的方法和工具来评价不同规划方案的安全性。

      国际上已经开始思考如何在交通规划的各个阶段充分考虑交通安全[336],并且开始定量研究道路网络特征、区域交通特征及区域其他影响因素与交通安全的关系。中国的一些学者也开始从定性的角度分析交通安全规划在中国的重要性。

      国外宏观安全研究是从分析交通事故的空间分布规律开始,1995年,Levine等[337]通过研究夏威夷火奴鲁鲁地区交通事故在主干道网络上的分布,发现交通事故在空间分布上具有一定的规律。为了进一步研究空间特征变量与交通安全之间的关联性,Levine等[338]使用修正的多元线性回归方法建立了人口普查街区(Census Block Group)交通事故总数与相应人口、就业、道路交通特征3类影响因素之间的统计关系。考虑到区域之间存在空间相关性,空间统计方法逐步被用到了宏观安全分析中,Quddus[339]湖北快三研究了英国伦敦基于贝叶斯空间统计模型分析选区层面(Ward-level)的交通事故与影响因素之间的关系。

      宏观安全模型研究的另一个目的是和交通需求分析的结果进行衔接,在交通规划阶段评价规划路网的安全性。基于这样的设想,Lord等[340]提出使用负二项回归建立反映规划路网特征的交通安全模型,用于交通规划过程中分析路网规划方案的安全性,然而其在定量分析时采取了把整体的路网拆分为独立的交叉口和路段的建模策略,这实质上是传统的微观层面的安全分析模型,同时其分析的因素也只考虑了预测交通量。然而该学者通过研究规划层面道路、交通网络安全特性的构想的确是很有价值的。Lovegrove等[341]通过案例分析了宏观安全模型应用于交通分析小区(Traffic Analysis Zone,TAZ)交通改善方案评价的可行性。

    湖北快三  目前宏观交通安全研究主要集中于4个方面:(1)建模策略与分析单元选取;(2)宏观层面交通安全影响因素提取和分析;(3)比较不同的统计分析方法,以期更加准确地分析影响因素与交通事故之间的关系;(4)面向区域交通安全评价的理论和应用研究。这些研究的进展与不足具体如下。

     

    1.2.1建模策略与分析单元选取

       为了能够方便地使用人口普查数据,美国的一些研究使用了基于人口普查区的小区划分[342];为了能够更好地利用交通规划的数据,一些研究基于交通分析小区进行安全分析[343-344],一般几个人口普查区组成一个交通分析小区,有时二者的边界不吻合,所以人口、社会经济指标集聚到交通分析小区时需要进行大量的数据处理。为了比较不同行政区的安全差异,一些研究基于县这一层面进行宏观安全分析[345],但是在这一层面高度集计使很多因素的作用无法分析。英国部分研究[337-346]基于选区(Ward)进行分析,不同的研究单元会影响分析的结果,Abdel-Aty等[347]对比了3种不同建模单元(交通分析小区、街区组、人口普查区)对于宏观因素分析的影响和建模的优劣,发现相较于人口普查区和街区组,交通分析小区更适合在宏观安全分析中作为分析单元。Wang等[348-349]湖北快三提出了新的宏观安全建模策略,把事故划分为主干道事故和交通分析小区内部道路事故,基于美国佛罗里达州Orange 县的研究发现主干道事故更多与主干道的特征相关,而小区内部道路事故与小区内的人口、道路网络特征关系紧密。

     

    1.2.2宏观层面交通安全影响因素提取和分析

      国外宏观交通安全研究主要从区域特征的3个方面进行了分析:区域人口经济和土地利用特征、区域道路网络特征和区域交通运行特征。已有研究中反映区域人口特征的常用因素包括人口总数、总户数、人口密度、老年人口和非老年人口数;反映区域经济水平的常用因素包括就业人数、失业率、户均小汽车数等;反映区域土地利用的常用因素为各类性质的用地面积。已有研究中反映道路网络特征最常用的因素有区域内交叉口规模和道路设施规模。已有研究中反映交通运行特征的因素包括交通流量、路网平均车速、区域平均车公里数和体现拥挤程度的区域平均饱和度。

      已有研究用到的区域特征仅仅是以区域为单位的设施数量的简单累计(如区域交叉口总数),这些对区域道路交通特征的简单提取并不能充分考虑不同区域之间的道路网络结构差异和交通运行差异,没有从路网功能属性、网络拓扑结构深度挖掘造成交通运行状况以及事故发生的根本原因。针对这一不足,Wang等[348,350]分析了美国佛罗里达州Orange县的道路网络空间特征,找到了一种能够较好描述道路网络特征的分析指标(Meshedness),初步分析了不同路网形态(离散型、尽端路加环形路、混合型、平行区县、方格网)的安全性。

     

    1.2.3宏观安全研究空间统计分析方法

      区域事故频率具有非负性、离散性、非正态分布等特点,根据经验,事故频率服从泊松分布,但是泊松分布均值等于方差的假设往往与实际不符。负二项分布回归基于泊松分布但设定误差服从Gamma分布,负二项分布被广泛用在宏观安全分析模型中[351-352]。简单的统计模型要求被研究的对象是独立分布的,然而安全数据具有复杂的空间分布,对空间特征的忽略将大大影响安全水平估计的准确性和鲁棒性。为克服传统事故预测模型的局限性,空间统计分析方法尤其是贝叶斯时空统计模型逐渐成为安全分析领域的一个前沿研究方向[353]。考虑到宏观安全数据的复杂空间分布,Quddus[339]使用了分层贝叶斯统计分析方法(Bayes Hierarchical Models)。许多学者利用分层贝叶斯模型对空间相关或时间相关问题进行了分析[354-355]。基于贝叶斯空间模型,Wang等[348]对交通分析小区路网空间结构和主干道、内部道路事故关系进行了研究,通过设定条件自相关(Conditional Autoregressive, CAR)的先验分布对交通分析小区空间相关特性进行了考虑。

     

    1.2.4面向区域交通安全评价的理论和应用

      从揭示区域层面交通安全的特征出发,研究人员将宏观安全模型用于区域交通安全评价,并进一步运用到交通规划方案制定和安全性比选中。交通安全模型用于交通规划的研究有:Lovegrove等[356]使用负二项回归方法建立了交通安全模型以评价温哥华地区实施交通需求管理政策对于交通安全的效果;应用该模型对比分析温哥华地区新的交通规划方案实行与否的安全水平差异[357];使用以上的交通安全模型为温哥华地区某邻里区域规划方案的制定提供安全评价。Pirdavani等[358]在基于活动的出行模型预测提高燃油价格对于交通分析小区内出行量的影响之后,利用安全分析模型预测该项措施的交通安全效益。宏观安全分析数据处理非常繁琐,为了能够促进社会、经济、交通改善的安全影响评价,Washington等[359]开发了交通安全规划方案评价软件(PLANSAFE),但该软件离实用还有较大距离。

     

    1.3设施安全分析

    1.3.1道路设计安全评估(同济大学王雪松老师提供初稿) 

    1.3.1.1道路安全审计  

    湖北快三  道路安全审计指的是按照一定的评价程序,采用定性和定量的方法,对道路交通安全进行全面、系统的分析与评价,目前道路安全审计以普通公路和高速公路的安全分析评估为主。道路安全审计贯穿道路生命周期的各个阶段,需要从整体上把控道路设计、运营的安全性,而相应的安全审计规范或指南则通过指导工程实践,发挥实际作用。

      世界范围内,道路安全审计的相关研究和法案大多出现在20世纪八九十年代,英国、新西兰、澳大利亚、美国、德国等国家较早开展了相应的研究。1980年代末期,英国率先研究建立了公路安全评价体系,通过分析影响交通安全的关键指标是否满足对公路安全性进行间接评价,道路安全审计成为英国全境主干道、高速公路建设与养护工程项目必须进行的程序。澳大利亚道路交通运输局(Austroads)在2002年出版了《道路安全审计》第2版[360],提出“道路安全以人为本,为道路使用者设计”的原则,强调在设计中考虑所有道路使用者,并制定了评价清单。1995年,美国正式提出《Road Safety Audit:A New Tool for Accident Prevention》[361],对安全性和道路及其环境的影响、保证安全的设计参数取值都做了详细论述。2006年,美国FHWA编写的《RoadSafety Audit Guidelines》[362]湖北快三详细说明了安全核查的一般步骤以及不同阶段(规划阶段、初步设计、施工图设计、通车前、建成后等)的核查内容,并指出安全核查应由独立、称职的团队操作,应具有前瞻性等。

      中国道路安全审计的相关研究也在1990年代开展,但这部分的研究并不系统、全面。《公路设计交通安全审查手册》[363]一书是较早用于实施交通安全审查的工具书,内容包括安全检查表、安全设计指南及安全审查实施程序。其中“交通安全审查表”章节由专家提出的250个问题组成,“交通安全设计指南”章节针对250个问题进行了具体的分析并给出了应达到的标准。2004年原交通部颁布的《公路项目安全性评价指南》(JTG/T B05—2004)是中国使用最为广泛的道路安全审计指南。该指南对中国具有代表性的高速公路、一级公路开展调查研究,对交通事故、公路几何指标以及车辆运动车速的关系进行统计分析,在参考欧美等国道路安全评价成果的基础上,提出了中国高速公路和一级公路安全性评价的内容、方法和标准。2016年交通运输部发布了《公路项目安全性评价规范》(JTG B05—2015),该规范是对2004版《公路项目安全性评价指南》的全面修订和补充,体现了“平安交通”的发展要求,其在评价道路的安全性时仍然以车速差(运行车速与设计车速的差值、相邻评价单元的车速差值)作为评价指标,并完善、补充了其他各等级公路的速度计算方法。

    湖北快三  中国的评价指南在编写之初主要参考欧美国家的车速、事故模型,但中外的驾驶人特性、道路设计建设水平存在差异,模型需要更多中国道路安全数据的标定。尤其对于特殊设施路段、组合线形路段,现有的规范没有特别考虑且在评价时偏向定性,因此道路设计的安全性评价标准仍有许多工作有待开展。

    湖北快三                                                                                                                  (文章摘选自:中国公路学报)

  • 《中国交通工程学术研究综述•2016》系列之交通规划

    1交通规划(东南大学陆建、任刚老师,北京交通大学邵春福老师,武汉理工大学钟鸣老师提供初稿;陆建老师统稿)

      交通规划是指根据对历史和现状的交通供需状况和地区的人口、经济和土地利用之间相互关系的分析研究,对地区未来不同人口、土地利用和经济发展的情形下,交通运输发展需求的分析和预测,确定未来交通运输设施发展建设的规模、结构、布局、运行等方案,并对不同方案进行评价比选,确定规划方案,同时突出建设实施序列的一个完整过程,一直是国内外交通领域的关注重点。

     

    1.1国际研究现状与研究热点

      自从1950年代末交通规划在美国诞生,近60年来交通规划的理念、方法、技术与手段已经有了显著的发展。在城市规模扩大、机动车数量剧增、城市交通拥堵现象蔓延而引发的资源紧缺、环境污染以及交通事故等多重压力下,可持续发展、绿色、低碳逐渐成为国际上交通规划的主流理念;城市交通规划与城市土地利用融合理念不断提升,实现交通规划与城市规划的有机结合是国际上交通规划的重要方法;信息技术的发展,极大地提升了交通信息采集与处理分析的能力,为获取更加全面、深入、充分的交通规划基础数据提供了强有力的手段。

    湖北快三  目前国际上交通规划领域主要有交通-土地利用互动关系、交通-环境协调发展、交通出行行为特征分析、交通调查方法及数据采集分析、交通需求预测、规划决策支持工具以及交通政策等热点研究主题,体现了当代规划理念可持续发展、与城市规划融合、信息化等特点。

     

    1.1.1交通-土地利用互动关系

      随着城市交通的不断发展以及交通规划研究的逐渐深入,基于出行生成、出行分布、方式划分及交通分配的四阶段交通规划理论的缺陷逐渐显露。传统四阶段法轻视了土地利用与交通系统两者间的互动关系,仅以客观的交通因子作为预测输入,未考虑两者间的相互反馈,常导致需求预测的偏差与错误。

      1970年代以来,Murphy[187]、Martens等[188]湖北快三基于区位理论提出了交通可达性的定义,通过建立城市用地与交通系统之间系统性的联系,使两者的发展一体化,改变传统交通规划理论中以机动性指标对规划方案进行评价的方法,并由此提出对城市整体用地布局及城市交通系统规划的目标和有效方案。

      近10年以来,交通-土地利用的互动机制成为各国学者高度关注的研究方向,并已逐步建立起成熟的理论架构。Paez等[189]提出了可达性度量模型,建立了以交通-土地利用互动模型为基础的规划模型与理论,更多的学者(如Hrelja[190]、Olaru等[191]、Martinez等[192])着眼于如何落实基于互馈机制的城市交通规划,将其应用于构建以公共交通为导向的城市交通系统,并与社会经济现状、人口、现代通信技术、社交网络等各因素相融合,研究建成环境对城市居民个体出行行为的影响、住宅区域的选择以及大型房地产开发等公共基础设施的投资。在这些研究成果的基础上,产生发展了应用于城市交通与土地利用整体规划的模型,主要有:基于Lowry模型的空间交互模型,如DRAM/EMPAL[193];空间投入产出模型,如MEPLAN,TRANUS和PECAS模型[194];基于城市经济竞租理论和离散选择的模型,如METROSIMS[195]和MUSSA系统;基于微观仿真的UrbanSim模型[196];基于元胞自动机的SLEUTH[197]和CLUE模型[198]

     

    1.1.2交通-环境协调发展

    湖北快三  自可持续发展理念提出后,以可持续发展为目标的绿色交通规划逐渐成为国际上交通规划的主流理念,围绕以人为本的核心思想,在规划研究中考虑个体出行行为特征对环境的影响,实现城市交通-环境-出行的良性协调发展。

      交通-环境协调发展的研究基础是不同交通方式对自然环境的影响,包括尾气排放污染、噪声污染及能源消耗等。Duffy等[199]、Beckx等[200]综合考虑各项相关影响因素,构建了各类出行方式的污染物排放及能源消耗的计算和分布模型。Lumbreras等[201]、Jones等[202]对城市交通-环境发展现状、绿色交通政策的实施效果进行了评估,提出了基于能源消耗以及气候变化的绿色交通规划理论。

      交通-环境协调发展的研究目的是希望通过调节个体的出行方式选择行为,减少交通对城市环境的影响。Giord等[203]、Hatzopoulou等[204]对出行与环境两者间的关系进行了较为全面且深入的探讨,从个体活动的角度出发,建立交通供需、居民出行路径与机动车能耗、尾气排放的关系模型。Bubeck等[205]、Laurel[206]、Fujii等[207]研究提出通过转变个体出行行为、扩大公共交通使用率,制定有效减少机动车尾气排放量、噪音及空气污染的政策,从而实现多种交通方式的一体化建设。

      需要指出的是,随着城市货运需求的不断增加,绿色交通的建设对象不再局限于传统的居民出行方式,Liu等[208]、Kirschstein等[209]研究了货车等重交通模式对环境的影响,环境友好型的货运、物流规划逐渐得到国际学者的重视,成为绿色交通的另一研究重点。

     

    1.1.3交通出行行为特征

      出行行为特征的研究是城市交通规划、建设与管理的基础工作,也是现今交通规划领域研究的重要课题及热点方向。

      早期出行行为特征的研究多利用聚类数据进行简单的参数估计,从而达到预测个体出行行为的目的。Mitra等[210]、David[211]、Hensher[212]提出的非集计理论模型(如二项Logit模型、多项Logit模型、Nested Logit模型等)是分析个体出行方式选择行为的传统理论;Borjesson等[213-214]不断深入,衍生出Mixed Logit模型、Multinomial Probit模型以及Cross-nested Logit等改进模型,丰富了非集计理论。

      随着城市及社会的发展,影响个体出行行为的因素日趋复杂,社会经济、城市环境、价值观念等主客观条件均会改变人们的出行特征。1990年代至今,学者们提出了基于活动的出行行为分析方法、基于出行链的出行行为分析方法,并取得了重大发展。Ardeshiri[215]和Choocharukul等[216]提出结构方程模型(Structural EquationsModels);Pawlak等[217]、Mohammadian等[218]提出了机会模型(Hazard Models);Bohluli等[219]、Salon[220]提出了离散选择模型(Discrete Choice Models);Nordfjrn等[221]、Friedrichsmeier等[222]提出了经验分析理论与习惯模型(Habit-based Models);Chorus等[223]、Rasouli等[224]提出了基于活动的出行模型(Activity-based)以及基于出行链的分析模型(Trip-chain Based),其中,机会模型与结构方程模型多与社会经济、人口因素以及土地利用等相结合,基于活动与基于出行链的出行行为分析模型能够较好地对个体或家庭的日常活动模式进行模拟,分析预测复杂的出行与活动决策过程,为多数研究者所采用。

    1.1.4交通调查及数据采集分析

      交通调查是交通规划的基础环节,其数据的可靠性、真实性和准确性对交通需求预测结果、交通规划方案制订有重要影响。现代信息通信技术的不断发展也使得交通调查方法从传统的调查问卷、家庭访问、路边询问、明信片法、车辆牌照法等逐渐趋于多样化。

      由于技术手段的不断变革,传统的OD调查方法得到不断改进,调查重点从传统的宏观调查扩展至微观的居民日出行调查。Sperry等[225]和Diana[226]首先利用互联网作为新型的调查媒介,获取更为广泛而全面的出行数据;Axhausen等[227]利用出行日记来获取居民日常出行信息;Martínez等[228]湖北快三采用新的方法与算法对交通小区进行重新定义划分,提出基于个体出行特征的交通小区规模确定,从而提高数据准确度与预测精度。

      信息通信技术的崛起为交通数据的采集提供了更多思路和渠道。Robinson等[229-230]将GPS、手机、公共交通智能卡系统、蓝牙等技术在居民的OD出行数据采集中进行了应用。

     

    1.1.5交通需求预测

     城市交通问题的复杂化使得传统的四阶段法已无法满足当代交通的发展规划需求。随着交通领域研究的不断深入,各国学者纷纷对需求预测各阶段方法进行改进。

      Yasmin等[231]、Davidson等[232]建立了考虑出行者多样化偏好的基于活动出行的交通需求预测模型,该模型应用对象包括城市总体或区域的出行预测以及客货运需求预测,其在传统需求预测的4个阶段均有所创新。Arsalan等[233]、Gulden等[234]将出行生成预测理论与个体的活动出行分析研究紧密结合,从集计的、以交通小区为基础单元的预测方法发展至非集计的、以家庭或个体出行层次为研究单位的预测模型,并同时考虑社会经济、土地利用系统、人口等各类因素对交通吸引率的影响。Perrakis等[235]、Cools等[236]将传统的分布预测方法与基于活动出行或出行链的出行模型相结合,使结果更能满足愈为复杂的居民出行需求预测要求;随着信息技术及交通大数据的不断发展,出行分布预测的方法及形式趋于多样化,Bekhor等[237]、Martin等[238]、Pan等[239]湖北快三提出基于手机的追踪定位数据的OD出行矩阵预测、基于智能卡自动售检票系统数据采集的居民出行分布预测、基于元胞数据提取技术的分布预测等方法。

      由于个体的活动出行特征已成为交通规划的研究重点,非集计模型也逐步成为国外学者研究交通方式划分的主要工具。Zhang等[240-241]湖北快三改进了早期的Logit模型和Probit模型,提出了Nested Logit模型(即NL模型)、MNP模型(MultinomialProbit)、CNL模型(Cross-nestedLogit)和FNL模型(Fuzzy Nest Logit)等,或与神经网络相结合,基于效用最大化,结合SP(Stated-preference)与RP(Revealed-preference)数据,应用于研究个体因素、通勤模式、非机动车基础设施建设(自行车、电动车)、公共交通系统发展以及交通政策等要素引起的交通方式分担率变化预测。

      在交通分配方面,Razo等[242]提出了出行者出行路径选择模型与动态网络交通流分配模型,前者考虑个体出行成本、出行时间最优化、个体出行偏好等,提出了多准则的路径分配决策模型与最短路问题[243],具有代表性的有基于累积前景理论的随机用户平衡模型[244-245]、基于弹性需求的随机用户平衡模型[246]、基于时间窗的车辆路径问题[247]。基于时间窗的车辆路径问题根据出行者出行选择假定的不同分为确定性的动态分配模型[248]与随机性动态分配模型[249],根据研究方法的不同可分为基于仿真的动态交通分配模型[250]与解析的动态交通分配模型[251]。需要指出的是,随着可持续发展概念的提出,机动车的尾气排放量等以环境效益为分配目标的研究也越来越受到重视,如Anthony等[252]提出了基于环境效益约束的交通分配模型。

     

    1.1.6规划方案决策支持工具

    湖北快三  科学的决策是提高规划水平、促进城市交通良性发展的重要前提。随着决策技术的不断优化,基于静态设计经验与动态系统分析测算,结合计算机高速信息处理和精密逻辑运算的决策支持工具逐渐成为国际上交通规划决策研究的趋向。

      现今国外学者所研究的决策工具应用对象多为交通政策的效果预测评估与交通规划建设项目排序两大类。Barfod等[253]、Nogues[254]、lengin等[255]通过研究社会经济、人口特征、环境、地域、居民活动参与、出行特性等因素的综合作用以及在大量基础数据的基础上,结合现代信息技术(如GIS,ArcGIS等),构建数据库、模型库进行可达性测度、项目优选、投资决策、政策及基础设施建设的影响分析,并用以编制综合、协调且具有可持续发展性的交通运输规划策略;Xu等[256]致力于提高决策精度,围绕决策误差开展了有关研究。

      项目的效益分析(Cost-benefit Analysis)也是规划方案决策的重要组成部分。国外学者主要从经济学的角度出发,探讨交通基础设施建设、公共交通系统建设对国民经济所带来的综合影响,如Salling等[257]、Eliasson[258]围绕个人出行成本效益、环境效益、社会经济效益等研究了交通规划项目的效益分析方法。

     

    1.1.7交通政策

      交通规划是政府重要的公共政策制定与决策过程,交通政策具有的战略性、全局性特征,在交通规划中占有重要的地位。

      Lam等[259]、Litman[260]、Olaru等[191]围绕土地利用和交通政策一体化问题,建立了土地-交通系统的互动模型,为构建以公交为导向的土地利用发展政策奠定了基础;Lamiquiz[261]、Boarnet[262]、Mcfadden等[263]研究提出了有利于交通系统可持续发展的城市用地政策,这类政策除了在宏观层面上指导城市用地布局之外,在微观层面基于土地利用与个体出行的关系,促进居民出行方式向环境友好型转变;Wang等[264]研究了经济杠杆政策调控的作用机理,包括碳税、燃油税、公交票价、油价、拥堵收费制度、道路收费制度、停车费等对城市交通带来的影响,研究成果支撑了斯德哥尔摩、伦敦、佛罗里达州以及新加坡等地区的拥堵收费、差别化停车收费、个体机动化交通工具拥有和使用成本调节等经济杠杆政策的应用。

    湖北快三  伴随着理论研究的推进,国外学者在道路网规划、公共交通系统规划、慢行交通规划、综合交通枢纽规划、辅助客运交通系统规划、货运及物流规划等专项交通规划领域进行了一系列的应用研究。

    湖北快三                                                                         (文章摘自中国公路学报)

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