引言

　　社会经济的发展对城市道路交通提出了越来越高的要求。如今，交通拥挤和交通事故正越来越严重地困扰着世界各国的大城市，解决这些问题的重大社会、经济意义已成为全社会的共识。为解决这类世界性的难题，基于车辆、通信、电子、计算机以及网络技术的智能运输系统ITS(IntelligentTransportationSystem)，从本世纪80年代末、90年代初开始得到世界各国的普遍关注。许多发达和发展中国家相继提出各自的发展战略，既为解决本国的交通困境，也试图通过发展ITS带动本国基于上述高新技术的经济新一轮大发展。同时，也正是这些高新技术为ITS的发展提供了可以实施的技术基础；借助这些技术，实现路网信息的集成和共享，改善路网中拥挤和通行能力剩余共存的局面，提高路网通行能力的利用效率，缓解城市交通拥挤；通过诱导信息影响出行前、出行中的出行人，动态诱导、控制网上交通流，试图实现城市交通网络系统的预期均衡，使现有的路网交通设施运行在效益最佳状态。城市交通流诱导作为智能运输系统的核心研究内容之一，是用于提高道路的通行能力和车辆的运输效率，减少交通拥挤和交通事故的有效方法。

　　交通流诱导系统自诞生以来，就受到人们的普遍关注。许多发达国家如美国、日本、德国等近些年投入了大量的人力、物力和财力对其进行研究、试验和开发。目前，已开发成功的系统有：TravTek（美）、ADVANCE（美）、Ali-Scout（德）、AMTICS（日）等。

　　我国同样面临着严峻的交通拥挤问题，并且随着国民经济的高速发展，道路交通矛盾显得更为突出。尤其值得注意的是，在我国大部分城市交通中，自行车占据了主导的地位，因而我国在解决交通问题时，必须将自行车交通作为一个重要的因素考虑，针对机非混行的特点，研制开发具有中国特色的城市交通机非混行的交通流诱导系统，是当前我国解决日趋严重的交通问题的重要手段之一。

　　本文拟就我国城市交通机非混行的交通流诱导系统的研制与开发进行初步的探索，制定系统总体结构框图，并对所需的硬件设施进行初步的归纳，为深入研究作好必要的准备。

　　1系统的组成

　　交通流诱导以交通流预测和实时动态交通分配(DTA)为基础，应用现代通信技术、电子技术、计算机技术等为路网上的出行者提供必要的交通信息，为其指出当前的最佳行驶路线，从而避免盲目出行造成的交通阻塞，达到路网畅通、高效运行的目的。参考国外的成功经验并结合我国的自身特点，以“实时动态交通分配”技术为理论基础，在进行交通流诱导系统的开发时，可针对系统的功能分类制定分块并行、层层推进的总体研究方案。

　　就机动车诱导而言，系统一般可由车辆定位模块、通讯模块以及驾驶者决策支持模块这三大功能模块组成。

　　1.1车辆定位模块

　　车辆定位模块的功能是跟踪车辆在道路网络中的位置。它所使用的数据源有：

　　（1）传感器数据；

　　（2）数字地图数据库；

　　（3）全球定位系统（GPS）信号。

　　车辆定位模块的输出包括车辆当前的绝对位置（经度、纬度、高度）和车辆在地图上的相对位置。完成此功能需要进行航位测定（Dead-reckoning）、地图匹配（Map-matching）和绝对位置修正。

　　航位测定是利用传感器数据来计算车辆位置的过程。

　　地图匹配指利用各种数据（传感器数据、数字地图数据库、已知最优路线），确定车辆在地图上的相对位置。

　　GPS由一组通讯卫星组成，在12000英里的轨道上产生全天候覆盖地球表面任何一点的信号。GPS接收器利用其天线，可以接收到4颗或更多卫星发来的信号，从而得到车辆的绝对位置：经度、纬度和高度。利用GPS可以对航位测定中产生的误差进行绝对校正。

　　1.2通讯模块

　　通讯模块负责完成车辆和交通控制中心的数据交换。车辆利用接收器可以获得从交通控制中心发射来的实时交通信息（当前路段行驶时间、堵塞或事故发生地点等）。反过来，车辆作为流动的交通信息探测设备，把当前的交通信息通过发射装置反馈给交通中心。目前，广泛使用的通讯方式有：射频通讯（无线电广播通讯）、红外通讯、微波通讯、蜂窝状移动电话通讯等。

　　1.3驾驶员决策支持模块

　　驾驶员决策支持模块的功能包括最优路线的计算、路线引导及信息显示。此模块接受驾驶员的数据输入，通过计算给出路线及其它有用信息，帮助驾驶员作出正确的路线选择决策。

　　1.3.1最优路线的搜索

　　这是交通流诱导系统的一个关键部分。在进行搜索前，首先由用户输入目的地，然后，驾驶员决策支持模块从定位模块获得当前车辆的位置，并计算出一条从出发点到达目的地的最优路线。所得到的路线随驾驶员的需求不同而不同，例如可以是路程最短路线，也可以是时间最短路线等。

　　1.3.2路线引导

　　路线引导的功能是在恰当的时间和地点，给出引导指令，对驾驶员下一步的路线选择提出建议。向驾驶员提供引导指令的方式一般有三种：文本方式、声音方式和图形方式。

　　1.3.3人机界面

　　人机界面是驾驶员与系统的接口。人机界面的硬件组成一般包括：彩色显示器、喇叭、输入设备等。通过人机界面，驾驶员可以输入信息（出发地、目的地等），并得到声音提示和图文并茂的交通信息显示。

　　在我国进行交通流诱导系统的研究与开发，与国外发达国家相比一个根本性的区别在于非机动车的处理。尽管从基本原理上对于非机动车的诱导中，同样存在着类似的功能模块，但是，限于非机动车的特点，各功能模块的内容、处理手法及措施都十分不同。例如，在实现车辆定位及通讯功能方面，由于非机动车的自身限制，不可能象机动车那样实现准确的动态定位，仅仅是采用路面信号设施等的监控来获取非机动车的信息采集，这不同于机动车可自带定位及通讯装置。

　　因此，该系统应由上述三大功能模块组成。整个交通流诱导系统的研制开发可分为三个板块，针对三种功能各自进行研究。每一个板块相对独立地选择硬件及开发相应软件实现要求的功能，最后可设计各个板块间接口部分，将三部分结合起来，实现系统的各个结构划分。对于非机动车诱导，由于其特殊性，可以将其作为一个独立于上述三大板块的部分进行专门的研究。在城市交通诱导中一个十分重要的因素是排除交叉口机动车的冲突。平交路口实行机动车与非机动车的时空分离诱导方法（即对非机动车的左转实行二次过境）将会大大地减少平交路口机动车与非机动车的冲突而达到混合交通流协调诱导的目的。其详细的诱导策略与诱导模型将另撰文发表。

　　2系统的结构

　　根据我国城市交通的特点及借鉴国外的成功经验，我国城市交通机非混行的交通流诱导系统的结构主要由四个子系统组成，概述如下。

　　2.1交通流采集子系统

　　交通流采集是在交通控制中心进行。所以，城市安装自适应的交通信号控制系统是实现交通流诱导的前提条件。这个子系统涉及到两个关键问题：

　　（1）交通信号控制系统应该是实时自适应交通信号控制系统。

　　（2）接口技术的研究。把交通控制中心获得的网络中的交通流传送到交通流诱导主机，利用已研制的实时动态交通分配的模型和软件进行实时动态交通分配，滚动式预测网络中各路段和交叉路口的交通流量，为诱导提供依据。

　　如果城市建立了交通流诱导系统，有1/3车辆装有接收装置，并按照诱导系统的指示运行，就可以有效地改善城市交通拥挤，促进交通信号配时更加合理。这种反馈作用是一种良性循环，是改善城市交通的最佳途径。

　　2.2车辆定位子系统

　　车辆定位子系统的功能是确定车辆在路网中的确切位置，主要研究内容有：

　　（1）建立一套差分的理论模型应用技术，即讨论如何根据基准台所测出的测差来正确地修正车载机的误差，从而达到准确定位的目的。

　　（2）设计系统的通信网络，其中包括信号的编码、发射和接收以及信号的调制和调解问题。

　　（3）研究系统的电子地图制作方法以及在光盘上的实现技术。

　　（4）建立系统的自学习系统，以便不断地修正电子地图。

　　（5）建立一套故障自诊断系统，以防止在系统发生故障或在信号传输中出现较大误差时，保证系统能正确地确定车辆位置。

　　2.3交通信息服务子系统

　　交通信息服务子系统是交通流诱导系统的重要组成部分，它是把主机运算出来的交通信息（包括预测的交通信息）通过各种传播媒介传送给公众。这些媒介包括：有线电视、联网的计算机、收音机、公共场所的电话亭、路边的可变交通标示牌和车载行车的诱导装置，使人们在家中、在路上都可以得到交通诱导信息。

　　2.4行车路线优化子系统

　　行车路线优化子系统也可称为行车诱导系统。其作用是依据车辆定位子系统所确定的车辆在网络中的位置和出行者输入的目的地，结合交通数据采集子系统传输的路网交通信息，为出行者提供能够避免拥挤，减少延误，高效率到达终点的行车路线。在车载计算机的显示屏幕上给出车辆行驶前方的道路网络状况图，并以箭线标示所建议的最佳行驶路线。

　　以上即是交通流诱导系统的结构，它的建立是以系统的功能划分为基础的，其目的在于将系统的功能与各种硬软件设施相结合，以期更好地实现合理分配交通量、有效缓解交通拥挤的目标。

　　通过对系统结构的研究可知，整个系统需要如下一些先进设施设备作为基础：

　　(1)交通控制中心，作为各种信息接收、处理的中心；

　　(2)装备一定硬软件设备的智能车辆，其中包括车载计算机、双向通信装置及数字化地图软件、路径诱导软件等，用以接收控制中心发出的信息并反馈相应信息；

　　(3)其它辅助设施，如卫星、电视台、交叉路口摄像机及交通信号机等。

　　对于非机动车的诱导，可将其视为一个相对独立的部分。在系统的交通控制中心可以单独开设一个专门的监控窗口，通过在自行车道设置专门的传感器，反馈车流量，在控制中心对数据进行处理（包括流量的合理分配等），在既定的交通诱导策略指导下，结合自行车道状况及路网总体情况，计算出适宜的交通信号配置，以此作为车流诱导的主要手段。

　　3系统的诱导模型与算法

　　城市交通机非混行的交通流诱导系统的研究，一个关键性技术就是机非混行的交通流诱导模型与模型的求解算法研究。从当前我国的国情分析，完全采用国外发达国家的先进技术来进行交通流诱导是行不通的，其原因有以下几点：(1)我国非机动车（主要是自行车）在绝大多数城市交通中占有主导地位，而国外的技术仅仅限于机动车；(2)我国的城市交通信息化程度较低，设备相对落后；(3)交通管理水平不高；(4)出行者的交通意识较差。为此，在我国进行交通流诱导系统的模型与算法的研究必须分两步进行：第一步，研究信息化程度较低的拟实时诱导系统与算法；第二步，随着我国城市交通信息化程度的提高，研究高度信息化的实时诱导系统模型与算法。

　　模型与算法研究的设想：

　　模型方面：

　　通过对机动车与非机动车运行特点的分析，确定机动车与非机动车车流的各自运行分布规律；建立机动车与非机动车相对独立协调的路径诱导模型；诱导策略采用相邻交叉口协调诱导。模型的相对独立性表现在平交路口的“机非时空分离”，以避免交叉口的机非冲突。

　　算法方面：

　　借助近年非线性科学的前沿研究成果，如遗传算法、模拟退火算法等，根据问题的自身结构来构造其行之有效的求解算法。上述算法的特点尤其是遗传算法，对目标函数及约束没有过多的要求，同时能用于大规模问题的求解。

　　综上所述，城市交通机非混行的交通流诱导系统研究在我国刚刚起步，大量的问题有待进一步的研究与探索,其具体的诱导策略、模型与算法将另文发表。