路车协同智慧治理模式的研究与应用分析

梁光胜 田 璐

（华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）

目前，我国机动车拥有量增速与停车泊位增速差别很大，停车难问题非常突出[1]。乱停车问题造成道路交通混乱，严重阻碍城市交通、居民出行、生产生活的正常运行[2]。我国城市交通压力与日俱增，道路拥堵问题愈发突出，建立健全的城市道路交通管理机制十分迫切[3-4]。近年来，各地采用了一些道路治理模式和方法，如在马路边划设停车位[5]，在道路中间加装铁栅栏防止车辆逆行、穿行，在关键路段加装减速带防止车辆超速，在马路两边摆放水泥墩或埋设金属隔离桩防止车辆乱停乱放。这样的治理模式会带来一系列负面效应，如路边划设停车位使宽敞的道路有效通行空间缩小，加大了交通拥堵概率；铁栅栏的大量使用造成大量钢铁资源的浪费，且一个方向车辆临时出现停车状况时，会导致后面车辆无法前行而堵车；减速带的使用导致驶过车辆更颠簸，对城市道路的环境卫生清洁工作造成极大不便[6-7]。本文研究了路车协同智慧治理模式，通过监测车辆逆行、超速、违章停车等行为，采取扣分、罚款等措施，运用互联网和人工智能等技术，对城市道路和机动车辆进行协同治理[8]，将依靠隔离护栏、减速带、水泥墩的硬性治理模式转变为使用科技手段的柔性治理模式[9]。

1 系统功能规划

为实现路车协同慧治理模式，设计了路车协同智慧治理系统。该系统涉及停车收费管理和违规行为监测两大核心任务[10]，围绕系统的两大核心任务进一步细化了系统的各功能模块。

系统功能规划如图1所示。

图1 系统功能规划

2 系统总体设计

2.1 系统架构设计

系统总体架构如图2所示。

图2 系统的总体架构

路车协同智慧治理系统由服务器、中心主控管理计算机、应用层管理软件、监测摄像头、信息显示牌、网络交换机、微信小程序等组成。

2.2 系统拓扑结构

系统拓扑结果如图3所示。

图3 系统拓扑结构

中心主控管理计算机安装了停车收费管理、违规车辆监测、违规车辆查询、园区车辆进出管理、违规车辆取证与处罚等应用层管理功能软件。

2.3 各关键功能模块设计

（1）前端视频图像采集模块。

在马路边、校园和居民小区的关键点位布设监测摄像头。前端视频图像采集模块采用“多杆合一”模式，依托分布广泛的路灯杆，作为车辆监控、交通标志牌、公安监控、小型化微基站等多种功能的承载体，使用太阳能供电[11]。

（2）车牌识别模块。

利用python和OpenCV编程，使用深度学习算法，设计了车牌识别程序，实现了对车牌的自动识别。

（3）计时收费管理模块。

记录车辆的进入时间、离开时间和停车时长，通过软件编程实现自动计时收费功能。

（4）违规停车监测模块。

该模块功能是检测静态违规车辆，在摄像头监测区域，通过图像分析技术判定车辆停车是否违规，实现违规停车智能识别功能[12]。

（5）违规行车监测模块。

通过视频动态分析技术自动测算车辆速度，并判定车辆是否超速。

（6）违规行为提示牌。

车辆违规行为信息显示牌能够实时显示系统监测到的违规车辆信息，包括车牌、车主姓名、违规类型和违规时间，并发出语音警告。

（7）违规行为提示微信小程序。

小程序首页分为车位快速查找、今日车辆限号、事故违法业务、加油站等板块。

在“预约”一栏，可以查看目前还有多少停车位。

在“我的”一栏，可通过获取微信手机号直接注册并登录，登录后可查看正在使用的停车位信息。

“最新消息”会提醒停车位已使用时间和剩余时间，防止车主停车后遗忘。

在“我的订阅”里可查询最近的停车位数量。

在“我的打卡”里，通过打卡可获得优惠券或小礼物，调动用户积极性。

在“地图查找”中，可获得自己定位，并显示周围停车位的数量以及道路拥堵情况。

小程序还拥有车辆查找功能，以防用户忘记个人车辆停放位置。

（8）违规取证和处罚模块。

根据管理需求设置监控区域是否可以停车、允许停车的时间段、车辆行驶范围等，系统可对违规停车和超速行驶进行判断，出现违规行为时，系统自动拍照取证，并根据情况对违规行为进行处罚。

（9）园区进出管理模块。

对园区员工车辆和常驻园区车辆进行授权登记，被授权车辆可以按照规定出入园区[13]。若临时车辆进入园区，监控系统会自动识别车辆和驾驶员信息，放行正常车辆，拦截问题车辆。若车辆在园区正常停车和行驶，系统将根据收费标准自动收取停车费；若车辆在园区内有违规行为，如违规停车、超速行驶等，系统将通过短信和微信小程序提醒车主，实施罚款、记录不良信用等措施。

（10）路边停车收费管理模块。

根据不同路段的具体情况，在道路两边规划出停车位；根据不同时间车流量及路况的差别，开放不同的停车位；车辆停靠后系统开始计时，并根据停车时长收取费用。若停车时间超出停车位规定的使用时间或时段，系统将通过短信和微信小程序提醒车主[14]。

（11）公安交通车辆违规监测上传模块。

将车辆违规信息上传服务器，在城市公安交通管理部门授权下，将系统记录的道路车辆违规信息对接城市公安交通违规处理系统。

3 柔性治理模式实施方案

在学校、商场、医院、居民小区出入口、十字路口等附近关键路段设立车辆监测点位，通过交管部门施划交通标线，按照“多杆合一”理念合理布设太阳能供电摄像头，撤除隔离护栏、隔离桩、隔离水泥墩以及减速带等硬性隔离物件。

大学校园师生多、车辆多，车辆乱停乱放现象严重，早、中、晚高峰时段容易造成短时交通拥堵；校园内路上人少时段车辆速度快，容易引发交通事故。在校园内关键路段设立车辆监测点位，应用智慧治理系统，同时撤除硬性隔离设施，将校园车辆进出收费管理与车辆违规监测、违规处罚有机结合。

居民小区中停车位紧张，没有固定停车位的车主随意占道停车，严重影响车辆出行和人员通行，物业管理部门在关键路口路边加装隔离桩和隔离水泥墩用于限制停车。在居民小区内关键路段设立车辆监测点位，应用智慧治理系统，同时撤除硬性隔离桩和隔离墩，将小区车辆进出收费管理与车辆违规监测、违规处罚有机结合，改善小区车辆和居民出行的道路环境和生活环境，增加停车位供给和改善停车秩序，节约大量道路硬性隔离设施消耗和经费投入。

4 预期效能分析

4.1 撤除道路隔离设施的效能

（1）护栏。

近几年，北京市道路隔离护栏总量超过2 500 km，再加上大学校园、居民小区等内部设置的隔离护栏，数量相当庞大。2020年初，已经撤除了1 370 km，还有1 200 km护栏仍未撤除。按照护栏75 元/m的平均价格计算，仅北京市的道路隔离护栏就需要花费1.875亿元，再加上学校和小区中使用的护栏，开销更大；护栏寿命约10年，更换护栏的成本巨大；护栏重量约15 t/km，2 500 km护栏重量约为37 500 t，使用护栏造成了大量钢铁资源浪费。

（2）减速带。

减速带被广泛应用于限制车速的路段，虽然在物理上强制将车速降了下来，但人车颠簸会严重影响人的行车体验，且会缩减汽车使用寿命。减速带的广泛使用消耗了大量的资源，造成了严重的浪费。

（3）水泥墩。

水泥墩被广泛应用于道路两边和居民小区、学校中，防止车辆的乱停乱放。根据调研，一个居民小区约使用80个水泥墩，一所大学约使用200个水泥墩。北京市内约有4 000个居民小区、90所大学，总计使用338 000个水泥墩。一个水泥墩造价约为50元，总造价约为1 700万元。

若采用路车协同智慧治理模式，可以大幅度减少护栏、减速带、水泥墩的使用量，减少城市交通道路运行维护的资金投入和人力投入，节约大量的钢铁、水泥等资源。同时，这些设施的撤除为城市道路环保人员的环境卫生清理带来了极大便利。

4.2 道路畅通产生的综合效能

2005～2015年，北京市累计投资60亿元用于缓解交通拥堵；2016年，北京市加大资金支持力度，累计达25亿元。据统计，北京市每天约有200万车辆出行，平均出行时间约为2.5 h。若使用本方案，道路拥堵现状会得到缓解，平均出行时间可降低至2.2 h，每辆车可节约燃油0.6 L，每天总计可节约燃油120 万L，每年北京市机动车燃油消耗量可减少43.8 万t，节约262 800万元，大幅度减少尾气排放，也能减少人们出行的时间成本。

5 结语

（1）路车协同智慧治理模式将停车收费与违规监测有机结合，适用于城市道路、学校、居民小区等场所，有望实现交通道路和学校、居民小区等场所从依靠隔离护栏、减速带、水泥墩的硬性治理模式到使用科技手段的柔性治理模式的转变。

（2）智能化治理模式的应用可以缓解警力不足和现场执法取证难的问题，保证违法停车行为能够得到及时纠正以及查处。

（3）将车辆监控摄像头、路灯、指示牌、4G/5G基站整合实现“一杆多用”，使用太阳能供电，能够节约大量空间、减少资金投入，还可以减少杆件资源消耗。

（4）车主可通过微信小程序实时查询目标停车位分布和使用情况。

综上所述，路车协同智慧治理模式在城市道路和园区停车治理方面具有广阔的推广应用前景，能够产生巨大的环保效益、社会效益、经济效益。