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1城市道路交通擁堵的治理現狀

1．1公交體系落后觀公交體系落后觀認為不完善的公共交通體系是造成交通擁堵的主要原因。此類觀點建議大力發展快速公交(BRT，busrapidtransit)系統，設置公交專用通道將會促使一部分私家車主放棄開車的頻率而選擇公交出行［5］。從載客量方面講，公共交通工具確實比私家車更有優勢。但是，公共交通工具的添置不僅會增加政府財政壓力，還有可能在非交通高峰期間造成資源閑置或浪費。此外，公交車與私家車可能存在更加激烈的道路資源競爭，從而帶來更嚴重的交通擁堵。因此單方發展公交系統對于緩解交通擁堵是有爭議的。

1．2資源過分集中觀資源過分集中觀認為優良的醫療和教育資源過分集中在城市，導致人口向城市聚集，從而更加依賴交通工具，是產生交通擁堵的主要原因。該觀點認為降低人口流動頻率或將人口流動限制在某個特定范圍是解決交通擁堵的根本措施［6－7］。對此，城市的總體規劃設計需要充分論證，且實施應具連續性，同時地區甚至國家層面的政策支持仍不可少。隨著人們對生活多樣化的追求，過分限制人口流動的可操作性不強。因此，合理設計、有效分散、協調發揮城市優良資源，對于緩解城市交通擁堵在短期內難以成型。綜上分析，城市道路交通擁堵是一個復雜的系統問題，很難通過單一的方法解決，需要大量的物力、財力、時間和政策機制等資源的統一協調，且不同城市情況各異，沒有統一的參考模式。伴隨著信息時代的蓬勃發展，物聯網應用逐漸走進了大眾視線，它將為城市道路交通擁堵提供較好的解決方案。

2發展物聯網的需求分析

造成交通擁堵的原因有行人交通安全意識淡薄、駕駛員對道路交通情況不了解、交通事故、占道停車、車輛故障、惡劣天氣、交通信號燈故障、道路施工，以及道路標示不清等，概括起來，主要是4種因素:人、車、路和環境。為避免交通擁堵，實時準確地獲取人、車、路、環境信息對于選擇行車路線、交通工具、出行時間以及出行地點顯得十分重要。

2．1對人因素的需求分析首先，從安全出行角度來看，機動車駕駛員的違法行為，例如超速占道、無證駕駛、酒后駕駛、疲勞駕駛、藥物駕駛、冒險駕駛以及攻擊性駕駛［8］等是造成交通事故的主要原因;而非機動車駕駛員和行人橫穿道路、攀爬道路中央護欄或與機動車搶道造成的交通事故也不在少數。這些都是造成交通擁堵的潛在隱患。其次，從出行服務角度來看。為了選擇合理的出行時間和線路，所有出行者往往希望能夠通過互聯網、手機、車載設備等手段隨時隨地獲取道路交通情況，例如哪些出行線路比較通暢、沿線交通信號燈的個數、當前紅燈的剩余時間、公共交通工具是否準點到等，以便及時調整出行計劃。最后，從快捷停車的角度來看。機動車駕駛員在到達目的地之前更關心的是停車需求，包括目標停車場是否有空位、能否預定車位、如何找到該停車位等。這些都是駕駛員想要獲得的信息。

2．2對車因素的需求分析車輛在行駛的過程中，車輛本身的未知缺陷或其他原因可能引起停車或交通事故，導致交通擁堵。與車輛相關的因素包括輪胎的磨損情況、胎壓大小、制動靈敏度、轉向、底盤懸掛、發動機運行狀態、油箱剩余油量等，此外維修保養、安全技術檢驗、駕駛證及保險是否到期也是值得關注的。

2．3對道路因素的需求分析道路因素導致的交通擁堵主要包括路面損壞、道路施工、道路標示不清以及交通信號燈故障等。路面損壞和道路施工將導致車輛臨時避讓，造成交通瓶頸致使交通擁堵。道路標示包括路面標示和路旁標示，道路標示不清將導致機動車駕駛員左顧右盼、注意力不集中、車輛方向亂打、出現交通沖突，致使交通擁堵的發生。在交通高峰時段交通信號燈出現故障，若無外部行為指揮協調，交通擁堵壓力將會加劇。

2．4對環境因素的需求分析惡劣天氣是造成交通擁堵的主要環境因素，例如雨雪天氣致使路面濕滑，輪胎抓地能力下降，車輛剮蹭機率增加。而霧、霾、大風天氣使得空氣能見度降低，行車速度下降可能導致交通擁堵的發生。明確上述4個方面需求將有利于出行者及時掌握道路交通信息，變被動出行為主動，對于安全、快捷、便利出行，緩解城市道路交通擁堵具有重要的現實意義。為此本文將從信息化智能交通角度入手，圍繞物聯網體系結構，設計了一種智能化城市道路交通擁堵導引系統。

3物聯網框架下城市道路交通擁堵導引系統設計

3．1系統搭建物聯網通過射頻識別(radiofrequencyidentifi-cation，RFID)、無線傳感器網絡(wirelesssensornetworks，WSN)、無線通信網絡將各種信息采集設備(各種類型的傳感器、定位裝置、掃描裝置)與現有互聯網連接起來，實現物理對象與互聯網的無縫連接，使得物體間、人物間能夠實時通訊，從而達到智能化識別、定位、跟蹤和管理的目的，是未來互聯網的重要組成部分［9］。物聯網體系結構自下而上依次是感知層、網絡層和應用層。感知層負責相關信息的采集，網絡層負責信息的處理或傳輸，應用層負責具體應用。

3．1．1感知層感知層針對人、車、路、環境4個方面的信息需求，主要采集面向個人的駕駛信息和面向公眾的交通信息。前者包括2個功能:其一，評估當前機動車駕駛員的身體、精神狀況信息，判斷其當前駕駛行為是否適合規范、安全;其二，對當前車體進行自檢，實時提醒駕駛員及時采取相應的措施，確保安全駕車。后者會全面采集城市道路和環境信息。

3．1．2網絡層網絡層的作用是實現人、車、路、環境之間的互聯互通，主要包括2個方面:第一，負責各類交通擁堵因素信息的接入，主要的接入方式有:3G/4G網絡、DSRC(DedicatedShortRangeCommunica-tions，專用短程通信技術)、WLAN技術、ZigBee、UWB(UltraWideBand，超寬帶)、Bluetooth(藍牙)或衛星通信等;第二，基于原有的電信網絡、電視網、電話網實現信息的遠程傳輸，與出行者實現信息交換。

3．1．3應用層應用層可細化為上下兩層:下層業務管理單元和上層出行體驗單元。下層控制中心模塊實現交通擁堵信息的匯總、分析和研判，上層通過現有終端設備實現各類交通信息的融合以多媒體界面呈現。用戶群體可以通過選擇不同的功能模塊來掌握實時的道路交通狀況。

3．2系統架構該系統將鋪設覆蓋全市城區范圍的傳感網節點，構建廣泛互聯的交通擁堵要素感知互聯網絡，為公眾出行提供人性化界面。本文以物聯網體系結構為基礎，結合集中控制和分布式處理［10－11］搭建系統總體架構，如圖1所示。

3．2．1集中控制方面主要包括了應用層中業務管理單元的11個模塊，除控制中心、反饋監督模塊外其余9個模塊均與感知層中的2個信息采集單元有直接的數據交換。1)控制中心模塊它是整個應用層的核心，包括2個方面的作用:一是集中管理、集中控制、集中操作其余模塊的數據信息，為上層應用提供人性化數據信息;二是協調其余模塊的數據信息在時間上同步，保證數據信息的實時有效。控制中心模塊需要系統管理員權限才能訪問，一般用戶無權訪問該模塊。2)反饋監督模塊模塊的主要功能包括以下幾個方面:一是反饋，接收用戶在數據信息使用過程中提出的疑問，甚至是投訴、建議和意見，并在規定時間內答復;二是監督，若政府、相關企業或其他業務歸口部門未在規定時間內回復用戶的問題，可按照規定給予對應部門一定的處分或物質懲罰，若駕駛員一旦出現酒駕、疲勞駕駛或危險駕駛等違法違規駕駛時，這些記錄將會以告警呈現的形式在第一時間反饋至相關政府行政部門，這些部門會立即對駕駛員電話提醒、約談甚至做出行政處罰，并將記錄備份至駕駛員的駕駛檔案中，規范其以后的駕駛行為;三是設備養護提示，當系統檢測到故障或失效設備(傳感器、定位設備、網絡設備等物聯網硬件設備)時發出告警，提示相關企業對設備進行檢修或更換，且設備的養護信息應及時至系統平臺，接收公眾和主管部門的監督，提高設備的利用率。

3．2．2分布式處理方面大量的數據采集傳感器和網絡通信設備設置在車輛內部和城市道路附近，為道路交通狀況數據信息的采集提供支撐。1)駕駛員信息模塊集中管理駕駛員體內酒精含量、疲勞狀態和危險駕駛數據。駕駛員血液內或呼氣中的酒精含量是衡量其酒駕的唯一標準，①為此將酒精傳感器節點安裝在主駕駛座位附近，通過傳感信號分類處理算法［12］辨識駕駛員或乘客體內酒精含量是否超標。同時，可以在車內外安裝光電傳感器(例如CCD或CMOS)，根據駕駛員疲勞駕駛時面部表情的變化和在危險駕駛時行車路線和車速變化的圖像特征結合相關算法模型估計出當前駕駛員的疲勞狀態或駕駛的危險程度。若駕駛員面部出現疲勞狀態或行車路線異常，車載警報系統將會實時提醒駕駛員。另外，通過身份識別系統明確該駕駛員的駕駛證信息，車輛一旦啟動，則該駕駛員與所駕駛車輛信息就進行綁定，整個駕駛過程日志將會被上傳至駕駛員信息模塊并保存至該駕駛員的駕駛檔案中。一旦出現酒駕、疲勞駕駛或危險駕駛行為，相關監督部門將立即收到告警提示，然后通過控制中心模塊訪問該駕駛記錄并對該駕駛員進行問責。駕駛員信息模塊工作流程如圖2所示。2)車輛自檢信息模塊集中管理車輛主設備運行數據，它的作用相當于ECU(electroniccontrolunit，電子控制單元或行車電腦)。駕駛員不但可以隨時關注車輛的運行狀態，同時車輛服務企業(例如車輛4S店、保險公司)通過訪問終端可實時或定期監控車輛運行狀態，及時提醒駕駛員進行維修保養。若車輛在行駛過程中出現故障，車輛服務企業將會在第一時間獲取告警提示趕赴現場救援，將交通擁堵的程度或影響降到最低。3)事故處理與道路施工模塊這2個模塊分別管理交通事故和道路施工的方位數據。當出現交通事故或道路施工時，事故當事人員、施工人員或者附近群眾將會在第一時間通過分布在道路周邊大量的傳感器節點(采集事件位置數據)和網絡設備(傳遞事件數據)建立連接，并及時向系統平臺事故或施工信息，提醒路人可能會造成交通擁堵的可能。針對交通事故，必要情況下交管部門也會趕赴現場進行事故處理，處理完畢后，需登錄系統平臺提示處理完畢;針對道路施工，施工完畢后，需登錄系統平臺提示施工完畢。這里需要注意的是，如在這2種情況下當事人員沒有及時或解除事件提醒，造成嚴重交通擁堵的，相關部門將會通過反饋監督模塊獲取舉報信息，經查證后將會對相關當事人員進行必要處罰。4)道路標示模塊集中管理道路標示的提示數據，其功能為:一是將各種傳感器節點、通信網絡和衛星定位系統嵌入到道路標示內，把標示牌“由死變活”，成為可顯示和可遠程訪問的標識;二是道路標示信息不僅附近的人員(包括機動車、非機動車駕駛員)可見，而且凡是登錄到系統平臺的所有人員均可見。5)智能信號燈模塊集中管理信號燈運行故障數據，這里關心的是出現故障的信號燈方位、紅燈剩余時間和下個路口信號燈燈顏色［13］。十字路口的交通信號燈內嵌入具有定位、信息處理、有線或無線通信等功能的傳感器節點，可實現自身故障上報、自行計算交通信號燈等待時間、實時變換交通信號燈的亮滅時間［14］等功能，其流程如圖3所示。6)氣象模塊集中管理實時與未來氣象數據，將大量分布在城市中的氣象傳感器采集的實時數據上傳至氣象模塊，經過數據信息的融合，在系統平臺上呈現當前和未來的氣象信息，為出行者提供天氣預報。7)停車誘導模塊集中管理停車方位與車位數據，主要包括:一是定位功能，集成城市GIS地圖，明確目的地附近公共停車場的位置信息，由車載導航系統實現位置導引;二是查詢功能，集成停車場車位管理系統，實時顯示停車場剩余車位信息及對應的收費標準;三是預約功能，在車輛出發前預訂目標車位，實現遠程繳費。8)公交運行模塊集中管理公交實時運行數據，主要是為出行者提供公共交通工具的到發時間、停靠站點、距離、最近一班車的到站時間等。它是系統的輔助模塊，便于非駕車人員公交出行，有利于緩解道路交通擁堵壓力。

3．3通信網絡通信網絡設置的原則是安全、簡單、方便、成本低。首先，在業務管理層收發數據前設置防火墻(例如VPN－虛擬專用網絡)，確保信息安全和通信質量;其次，各數據信息采集設備通過自身的無線信號收發裝置實現數據信息的交換、互聯、上傳和反饋。例如，移動的車載終端、公共交通工具通過設置在道路兩旁的無線通信接入點(無線AP)實時與交通信號燈、道路標示之間進行數據交換，實現交通流量控制;固定的交通信號燈、道路標示則是通過WSN中的匯聚節點以有線或無線方式接入到Internet;故障或事故車輛、施工、停車場方位信息可以通過自身的GPS或北斗導航系統或道路兩旁的無線AP在系統平臺進行，實時提醒機動車駕駛員調整行車路線;系統使用者可以通過無線/有線終端訪問附近的局域網實現對當前交通擁堵、天氣、公共交通等相關信息的查詢。系統網絡布局見圖4。

3．4系統功能由圖1可知，該系統的用戶群體包括出行者、相關企業和政府部門，因此不同用戶在使用過程中系統所反映的功能側重點是不同的。

3．4．1對于出行者人是影響道路交通最活躍的因素，主要包括機動車駕駛員和其他行人。對于機動車駕駛員而言，主要關注以下幾點:一是車載導航設備可以實時更新顯示道路兩旁傳感設備釆集的交通擁堵信息，以及時調整出行線路;二是車載提醒系統隨時提醒個人駕車行為是否規范合法;三是可以實時關注車輛主要部件的運行狀況，對于安全行駛做到心中有數;四是可以提前預約目的地附近的停車場車位及收費標準，做到順利、規范停車。對于其他行人而言，則可以提供便利的出行信息，包括天氣狀況、公共交通工具到發時間及換乘信息等。

3．4．2對于相關企業主要包括車輛售后服務商、負責數據信息采集和傳輸的傳感器、網絡設備售后服務商、道路施工承包商。對于車輛售后服務商，提供的信息包括:一是實時接收來自車輛主要設備的故障告警信息，并在必要時提醒駕駛員，確保車輛及時得到維修保養;二是接收來自客戶的反饋監督，及時回答或滿足客戶提出的問題或訴求，提升售后服務質量。對于數據信息采集和傳輸設備售后服務商，首要的工作就是維護好設備的正常運行，當設備出現故障時及時檢修或者更換，將交通擁堵的可能性降到最低。對于道路施工承包商，如道路附近基礎設施出現問題，要在規定的時間內及時施工道路的方位消息和撤銷道路施工的提示信息，有效疏散交通擁堵。

3．4．3對于政府部門主要包括公安機關道路管理部門和行政監督管理部門。對于公安機關道路管理部門，首要任務就是指揮疏導道路車流，包括在規定時間內及時處理交通事故，和撤銷交通事故方位信息，以及通過信息媒介定時城市交通道路狀況信息。對于行政監督管理部門，主要是接收來自公眾對相關企業工作完成情況的監督。按照誰主管誰負責的原則，建立健全相關制度和法規，為個人、企業的問責或處罰提供制度和法律依據。同時本級部門受上級直屬部門的監督，監督不力同樣要接受追責。

4結束語

本文基于物聯網體系結構設計了一款城市道路交通擁堵導引系統，將駕駛員、人、車輛、事發點方位、道路標示、信號燈、天氣、公交等“隱藏”信息“顯現”出來，起到道路交通導引作用，使出行者由“被動”變為“主動”，從而緩解交通擁堵。但在具體的實施過程中還需要解決許多問題，例如:在稀缺的道路資源附近如何利用、架設、集成新舊數據信息采集設備與網絡通信設備;各業務部門之間如何協調合作實現數據信息的共享;如何在法律、制度層面完善系統監管機制;如何保護個人隱私安全;如何確保信息安全等。總之，代表信息化發展方向的物聯網為解決城市道路交通擁堵提供了一種全新方案。

作者：趙凌張冰菲單位：鐵道警察學院治安系中國移動通信集團河南有限公司網絡管理中心