智慧交管视角下占道施工路段交通疏解策略

路 超

（陕西警官职业学院 治安系，陕西 西安 710021）

智慧警务是我国公安警务信息化建设过程中深刻的技术水平革新[1]，以大数据、云计算等高新技术手段为支撑，全面提升公安机关核心作战能力，是警务智能化的重要理念和形态。智慧交管警务是智慧警务中重要的组成部分，是公安交管警务发展的新模式，扩展了公安交警执法管理工具范畴，整合了交通警务信息资源，为传统的交通管理方式带来了显著的效果提升。

为满足经济发展需要，目前我国许多城市正在大力建设城市轨道交通、城市立交、快速干道等基础设施。例如，市政建设中城市轨道交通方面，截至2020 年底中国内地修建城轨城市达到42 座，运营总里程超6900 公里，到2030 年前各城市仍将保持较高增速。城市繁忙区域大部分路网已承载较大的交通负荷，施工活动期间，对现有道路系统产生的通行压力尤为严重，破坏原有道路系统的交通平衡[2]，扩大途经施工区域交通流延误，从而导致交通拥堵程度更加剧烈，给公安交警部门道路交通管理带来了严峻的挑战。

城市市区内施工区域用地紧张，加之施工占道的影响，道路网交通供给的可发掘空间已十分有限，因此需要充分协调现有道路交通资源，以智慧交管警务的快速响应、以数据化为决策导向及有效应对激增的交通管控要素等能力为着力点，优化公安交警执法方式和技术流程，深刻把控拥堵区域的交通特性，将施工占道对交通流产生的延误影响合理地释放到路网中，提高施工路段周边区域路网对因占道而产生交通拥堵影响的容纳效能，从而达到降低道路拥堵延误程度的目标。

一、智慧交管警务在占道施工交通组织中的优势

智慧交通从更广阔的时空限度上为道路交通系统各要素、各环节提供了高效的预测、分析、管控、信息传递等高新技术储备，智慧交管警务是能够有效发挥智慧交通功能的业务流程设计。公安交警部门基于逐步广泛建成使用的智慧交通综合应用体系，深度集成警务资源和交通管控要素，利用先进的科学技术与理论方法，使得交管手段更加智能化、自动化、动态化以及目标最优化。依托于强大的数据感知、采集设施体系，智慧交通管理警务平台从逻辑上具备完善的交通信息识别、交通组织方案计算、交通控制指令发布等业务功能模块，构建了全时空、一体化、多维度的综合作战指挥平台，将路况动态分析、预警、研判、改善等各环节全方位覆盖。

在智慧交管警务的视角下探讨城市占道施工路段交通组织与拥堵疏解策略，力求做到复杂施工拥堵条件下交管警务决策以数据为支撑、以科学的评价为指导、以及时客观反馈为依据，增强拥堵防控策略的前瞻性和精准性，有效发挥现有交通管理控制设施的应用效能，提高道路交通通行资源的服务效率。与人力管理或决策相比，智慧交管体系下的交通组织方案更具完备性及周全性，突破了信息获取不全面、方案评判及效果反馈受阻塞条件下决策效果的片面性。

二、施工区域交通特性

（一）交通特性数据采集

在施工区域交通组织方案制定前，需要全面掌握施工区域内部及周边区域交通流的分布情况。根据交通规划资料对施工路段周边路网范围内交通小区的划分，以及交通流起讫点的分布掌握施工区域附近各起讫点(Origin Destination,以下称“OD”)的特性。此外，可以在施工前期阶段进行交通出行大数据分析，获得该区域的OD 时空分布。

施工区对道路交通产生影响的形式可以分为全封闭占道和半封闭占道[3]，前者使施工路段彻底从路网中“删除”，后者由于施工场地的布设不规律会形成混合瓶颈区。考虑到施工路段被占用情况的复杂性，不同的路段占用方式会对路段的交通特性产生较大影响。因此，在制定交通组织方案时，为提高交通数据的有效性及真实性，可以借助交通仿真平台[4]，对施工区域的路网结构及占道情况进行构建，从进入施工区域的各个方向的上游开始在各路段中的关键状态位置处设置交通流量检测断面，检测点的分布要能充分体现施工路段通行条件的变化特性，同时使检测点覆盖施工影响区域，通过交通仿真的结果获取路网各部位交通流的特性数据，如平均速度、平均密度、平均流量等，从而在制定交通组织方案时全面掌握该区域的通行效能评价。

（二）施工路段交通拥堵程度影响因素

施工区域路网内各路段交通流量特性的取值不仅受附近各OD 的交通量大小的影响，而且各OD 的具体行驶路径以及车辆在道路中的交通流密度等因素共同决定了各个路段的流量分布，车流的行驶路径不同，对路网交通量的累加聚集效果也各异，因此，对施工区域拥堵疏解目标下的交通组织不仅涉及流量控制，还要兼顾各OD的路径协调。

交通拥堵程度最直观的描述指标是路段的平均速度，但是仅仅通过车流运行的平均速度还不足以度量拥堵的疏散效果。因此，施工区域内需要在路网层面协调各个部位的流量和平均速度，使得路网交通控制的结果实现以较高的速度通行尽可能多的车流量。

三、施工路段拥堵疏解导向下交通组织方案要素构建

（一）拥堵车流面消解代替点疏散

通过对流入施工区域的交通量进行流量控制可以有效减少施工区域内的交通流密度，从而可以在一定程度上提高交通流速度，这对减少车流在施工区内的拥堵延误有积极作用。施工中心区的拥堵较剧烈，若把该区域作为核心重点组织对象，中心区域以外分担拥堵疏散的周边区域则是缓冲控制区。

进入施工中心区域的车流量减少，则周边缓冲控制区的车流量会相应地增加。由于施工中心区域的路况复杂、车道不均衡现象频繁出现、车流流线不规则曲线化程度较重、车辆间的运行干扰影响较大、消散效率较低，因此施工处道路流量控制需要赋予较多权重，使得施工中心区道路通行质量得到优先考虑，即在施工中心区路段通行条件得以较好保障的前提下，统筹兼顾各缓冲区等全局道路中车流的拥堵程度。

为了减少施工中心区域由于流量控制而造成对周边区域的交通量负荷增加，可以动态确定进行流量控制的周边区域，增加进入施工组织范围内路网的流量控制点，使得拥堵分层向外分散，稀释车流叠加造成的拥堵，将施工中心区严峻的拥堵转化为外层缓冲区域较缓和的延误，从而找出中心区域和周边区域拥堵折中的平衡点，发掘出缓解施工产生拥堵的优化空间，使得在道路控制范围内的拥堵程度达到极小值。

由于需要依靠缓冲区对施工拥堵中心区进行拥堵疏散，因此缓冲区范围的构建原则需满足其能为驶入施工中心区以前的车辆提供“自由”停留而不是“被迫”等待的空间，即该区域（等待）车辆一旦得到可以进入施工最拥堵道路的指示后，可以随时在不额外引起拥堵程度增加的前提下顺利进入。缓冲区在组成上分为由主要汇入道路及其相连接的支路组成的树状结构。对于本来路况条件不好的周边道路，当进行流量控制会引起暂时汇集车辆数增加而导致新的拥堵加剧时，这些路段不宜成为为施工拥堵进行缓冲的道路。当有此类路段出现在施工路段周边时，应在流量控制以及拥堵状况削弱过程中予以兼顾，使这些道路中的车流密度保持在合理的范围内。

（二）流入车流量动态控制

在一定周期内施工路段周边区域的输入交通流量是一个动态变化的过程。例如从交通流的普遍时间分布特性分析，工作日的一天中至少存在早、晚高峰。因此，针对不同交通需求条件下流量的控制应该也是动态进行的。

对于变化中的交通流量数据，可以根据当前监控数据反馈收集的流量参数水平通过大数据等手段对短期内的交通量进行实时预测[5]，然后根据预测得到的流量值进行实时流入量的控制。另一方面，为降低处理问题的复杂性，考虑到在某一特定时期，城市内各OD 交通量的时间分布具有相对稳定性、规律性、周期性，通过前期的交通流量的数据统计资料，可以根据施工区周边的交通量时变属性将全天分为不同的时段，根据对不同时段内交通量的统计数据分析得出输入数值，进而对不同流量水平时段内的流量进行控制。当交通流量的控制方案确定后，可在实际交通组织中通过调整信号配时[6]或通过采用设置交通工程设施等方式对流入交通量进行相应的干预，从而将流量控制方案付诸实施。

（三）深挖路网可替代出行资源

施工路段对道路的占用使现有路网结构被破坏，通行资源减少，现有交通平衡被打破。为合理扩大施工条件下该区域交通拥堵的疏解空间，需要尽可能多地挖掘出可用的替代通行路段用于分散交通压力，提高施工区域周边路网的均衡性。总拥堵程度是通过将不同的OD 交通流合理分配到各可选路径后所评估的，因而最佳的车流路径分配方案是从系统全局的角度进行优化决策的结果。

对于施工中心区域，道路被占用受影响程度最大，因此有条件的情况下应该首先充分利用施工中心区现有剩余道路、施工用地空间，改造、拓宽成新的临时车道；对于路幅较宽的城市干道的一半被占用的情况，另外半幅道路部分车道可改变通行方向，为双向畅通创造条件；在临近施工中心区域的路段上，通过交通通行数据分析找出交通流量饱和度相对较低的平行路段[7]，从而充分利用其它道路的剩余通行能力，在施工区域周边合理分流[8]；针对双向交通量不均衡的区域，在确定分流绕行路径时，对交通量大的方向组织单向通行，并对该流向绕行路段数量有所倾斜。此外，还可采用时间换空间方式将城区外围的快速干道、环路等作为分流路线的选项。当所有候选的出行路段确定后，要在临时通行期间配备相应的标志，以及施划配套的标线。

（四）基于诱导的路径选择

当施工区域周边候选分流路径集选定后，如何使车流量在扩大了的候选范围中选择行驶路径对施工区的整体通行效率有直接的影响。从系统最优的角度，显然原本不用绕行的路段理论上出行费用最少，但是该路段由于施工而被占用，降低了最大通行能力，若该路段吸引大量的车流，则原本的优势便不存在，导致负荷增加。

从交通流特性参数基本图模型的理论可知，当车流量超过路段极大流量时，平均行驶速度会降低，反而增加了拥堵程度，因此在进行施工区域交通组织时，需要对车流进行有效诱导[9]，将动态时变的交通需求通过不断更新路段阻抗函数以及选用分配策略合理地分配到施工区域内具有不同服务水平条件的路段上，从而降低系统的总拥堵程度。以交通流的动态分配策略为依据，在施工区域内路网的关键位置处设置具有车流诱导作用的交通工程设施，例如动态电子路况显示屏等，且显示屏中可同时加入对不同流向、不同OD 车流的最佳路径的选择诱导信息。还可通过网站、手机App 等以分钟为间隔周期实时、多渠道同步更新路况及路径选择信息。必要时增加交警指挥人员的现场疏导，可以有效指导交通参与者选择有利于系统最优的通行路径，将决策后的车流量控制及路径选择、分配方案传递给途经该施工区域的每一位驾驶人员，将施工区域的拥堵疏解从被动应对转变为主动预防。

四、施工路段交通疏解组织管控策略

（一）交通组织策略中的主导性因素

以拥堵程度缓解为目标，交通组织要素方案的选择可以对控制施工区及其周边拥堵缓冲区车辆的高效通行产生积极影响。每一种方案要素类别都是根据设置相应的通行条件以对车流行驶的时间或空间走向进行扩展或干预，因此各种方案的采用与否以及方案间的配合程度共同决定了所制定的总体交通组织方案在施工区域范围中交通拥堵程度的大小。根据对拥堵程度影响因素分析，拥堵程度受路段车流聚集程度的影响，而车辆聚集程度是由进入施工区域中心区和外层缓冲区的交通流量的大小而决定的。因此，可以将对所选区域拥堵程度的控制转变为对进入各缓冲层流量及其有效行驶路径的控制。

流量对施工区域拥堵程度的影响是一个组合效应。分布在不同位置的流量控制点的流量大小的不同取值组合在一起构成的方案数的空间呈爆炸式增长的特点。进入施工区域的各个控制点流量的微小变化都会对路段上的交通流密度以及由此确定的拥堵程度产生较大影响。因此，在解决实际问题时可以简化不同控制点流量取值的范围从而降低总体流量控制方案选取的复杂程度。同样，从施工周边区域内道路网的几何拓扑结构看，以路口为节点，路口间的路段为边，由于节点和边的数量可能非常大，同时每个路段都具备双向通行的特性，理论上不同OD 车辆的行驶路径可能有非常多种，若对所有路径加以考虑，势必造成问题的复杂度加剧。因此可以选取全部路径中的若干有效路径组成实际可选路径集，从而提高决策效率。

（二）交通流控制方案动态评估

选择输入施工区域的流量大小及行驶路径作为控制对象，流入车流量影响了各路段观测点的交通流特性参数的取值，从而根据不同控制条件下交通流流量以及平均速度等特性参数值对该区域车辆通行拥堵程度进行评估。给定施工区域的初始输入流量大小，通过构建施工区域路网属性数据结构，根据不同输入流量控制方案的更新调整，借助微观仿真平台，收集车流实际运行状态从而实时计算评估各路段交通流特性参数，还可以在拟合标定施工区域路网宏观基本图模型的前提下对交通流特性参数进行直接计算。

通过仿真获取路段各处交通特性参数取值过程中，各个车辆路径的选取是基于诱导策略的一种系统均衡的分配。根据初始交通需求动态时变的特性，需要将仿真总时间段划分为若干子时间段，不同子时间段内的车辆数对应一定的交通需求比例，通过将各子时间段内的车辆释放到路网中，可以直观地在各个车流观测点的各观测时刻获取该处交通流的特性参数取值，从而可以在整个时间段内完整掌握和评估所有经过该区域车流的拥堵程度。在仿真过程中为体现动态交通流分配的优势，以候选路径集中的道路通行资源为支撑，充分发挥候选路径的车辆通行拥堵可改善空间，以总通行效率最佳的原则为仿真中各OD 中的车辆规划出行驶路径。此外，为进一步提升车辆通行效率，避免扩大问题处理的复杂程度，可以将各OD 中的车辆继续划分成若干组，每组车辆的行驶路径根据拥堵疏解控制的原则也可不同。

仿真评估车辆拥堵程度较为直观，可以针对任意车流控制措施掌握每支车流的运行动态以及路网中各观测点处的详细交通流状态。然而，仿真评估方式在复用性上有所欠缺，表现为每一次调整车流量及车辆行驶路径时都需要重新执行仿真的过程，包括甚至只有微小变化的情形。因此，该方式对于有少数交通控制策略进行比选时较适用，而在处理交通需求复杂多变的问题场景时，其时效性不能得到充分保证。若将仿真的过程作为制定车流控制方案时的前期准备工作，将车流需求按逐步增大的方式释放道路网中[10]从而在可接受的时间范围内预先拟合出该路网的宏观基本图模型，得到速密关系及流密关系曲线的表达式，则在具体评估某一交通控制方案的优劣时，可通过交通量引起交通密度的变化，并进而借助所拟合出的交通流特性关系表达式快速对其他交通特性以及拥堵程度进行推算。利用这一优势可以在规划具体车流控制方案时，在较大范围内对每一种中间方案进行快速高效的评估，满足实时响应的要求，从而以较短的时间（随方案数呈线性递增效果）获得更加满意的结果。

（三）交通疏解组织决策架构

对施工路段进行基于路径诱导条件下的流量控制及交通拥堵疏解的过程可通过双层决策框架实现，如图1 所示。

图1 施工区域交通疏解组织决策框架

上层模块以施工区域的所有交通OD 需求以及所发掘出的所有可通行道路资源为输入条件，从全局的角度对影响拥堵程度的输入交通流的流量进行决策，即主要决定各个控制点的流量大小。当评估当前流量控制方案是否为更好的方案时，系统的总拥堵程度需要由下层的评估模块进行评估确定，因此根据上层各控制点流量大小、评估时所需的仿真路网等数据作为输入条件，下层模块为当前输入流量选取相应的行驶路径，从而获取路段交通流特性参数取值并由此掌握该施工区域的总拥堵程度。

上层与下层决策对象虽同属一个问题中，但二者相互影响，相互制约。上层决策对象的取值将下层决策对象的可取值范围限定在一定的空间内，而下层决策对象的取值又从反面扩展或抑制了上层决策对象效果的发挥。在双层决策框架内，上下层决策对象的取值共同决定了最终交通控制方案效果的优劣。双层决策框架内所有决策对象取值的确定相对于普通决策问题更复杂，在实际问题中考虑到路网的规模、OD 个数以及车辆数都可能偏大，为提高决策的时效性，最优流量控制方案及其路径的选取可借助嵌套的智能搜索算法进行快速更新和迭代。

五、结语

智慧交通科学技术手段的进步与发展赋予公安交警部门交通组织与管控体系精细化、智能化新动能。智慧交管警务推动了将多源、多维、异构、分散的交通系统数据信息有机整合，串联起交通状态感知与分析、交通组织方案推演、交通信号自动控制等多项业务功能，体现与发挥了智慧交通平台下交通系统管理的卓越成效。

影响施工区域的交通通行效率的因素及措施有多种方式。以信息采集、数据分析等智慧交通手段为驱动，从系统最优的角度出发探讨将交通组织管理措施整合，应对城市占道施工期间区域车流拥堵疏解，通过构建双层决策框架实现流量控制与分流路径诱导间的协调配合，为优化施工期间路网通行秩序的科学化决策提供依据，对减少城市施工期间道路占用对路网通行的拥堵影响具有理论与实践意义。