苏州高速公路、普通公路和城市快速路交通流引导均衡化研究

陈飞 迟福源 高晓枫 余婷 戈悦淳

摘要 随着区域间的联系越发紧密，跨区出行需求的日益增长，高速公路、普通公路、城市快速路的拥堵程度日益严重。针对以上问题，文章拟围绕路网流量均衡，制定“感知—研判—指引”体系的信息化技术方案，以提升高速公路、普通公路和城市快速路的网络感知能力，提高路网运行的效率和稳定性，为出行者提供更科学的出行指引和综合服务，提升出行体验感。最后，以苏州城区收费站作为示范案例，简述如何实行路网均衡流量信息化方案。

关键词 流量均衡；信息化技术；出行体验感

中图分类号 U491.13文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）09-0026-03

0 引言

长三角一体化发展、上海都市圈融合等战略的实施，苏州作为区域枢纽城市的地位凸显。一方面，过境、跨区等长距离出行需求增加，需要高速公路、普通公路和城市快速路等各级路网之间紧密衔接，构建起完善的路网体系。另一方面，苏州市机动车保有量全国排名第四，交通拥堵呈现缓慢增长趋势，而高速公路、普通公路和城市快速路是目前交通拥堵较为集中的区域[1]。基于此，该文从信息化技术方面，深入研究高速公路、普通公路和城市快速路三级路网交通运行特征和时空分布特性，精准识别车流时空不均衡分布的特点，提出多层次路网流量均衡方案，制定路网流量均衡的整体对策，给出“感知—研判—指引”体系的详细方案，为下一步落地提供实施方案和路径。

1 路网均衡流量信息化技术方案研究

1.1 技术路线

围绕“感知－研判－指引”的业务逻辑来制定路网均衡流量的信息化技术方案，技术路线如图1所示。

在感知层面，在拥堵路段增加信息化设备，如定点布置激光雷达、高清摄像机、边缘计算单元、视频流量检测器等设备，提高路段感知能力。

在研判层面，构建大数据决策平台，统一处理感知层的检测信息，进而生成实时的路段状态检测结果。

在指引层面，结合其他交通信息，经过筛选、匹配、融合与信息挖掘处理之后，生成可以应用的交通诱导服务信息，并实时发布。

1.2 一体化综合监测

制定统一的数据接入标准，实现高速沿线高点视频、高清卡口、激光雷达、气象监测、物联传感等设备的接入，深度集成机器视觉AI技术，对异常交通流、交通事件、道路异常状况等进行主动准确识别。通过融合重点车辆GPS数据、手机信令数据、收费站运营数据等数据，实现对高速公路的路网运行、预警事件、重点车辆、重点区域、环境气象等一体化综合监测。同时，通过交通实时仿真及基于多源数据（天气、城市交通、事故等）影响的交通预测模型，实现多种场景下的交通状态发展趋势的精准预判。

1.2.1 交通感知体系

構建交通感知体系，对交通流、交通事件、道路运行状况等进行主动准确识别，实现交通感知体系全覆盖，并结合充分利旧的原则，实行杆件合一和设备合一。

结合其他城市现有的示范项目，激光雷达和高清摄像机是感知层面最重要的设备。一般城市都选择将两者配合起来使用，以摄像机为主，雷达辅助。一般情况下，高清摄像机的布置距离为200 m左右，而雷达则根据具体需求进行选择。如果仅仅用于对关键瓶颈的监控时，雷达的布置距离一般为300～400 m；如果需要采集高精度的车辆轨迹信息、车牌信息等，则根据情况适当加密雷达[2]。根据苏州市实际情况，建议采用雷视一体微波检测器和高位监控智能球机。

1.2.2 交通事件快速检测

交通事故、车辆抛锚、追尾、车辆违规停车、应急车道的占用、大型货物的掉落等交通事件除了本身会引起人员伤亡和经济损失，还会影响车流正常通行，阻塞车道，造成高速公路上的通行瓶颈，甚至会诱发二次事故，造成更大的人员伤亡、货物损失和设备损毁。目前事件检测以摄像机为主，性能差、准确率低、覆盖率低，管理上自动化和智能化程度不高，事件发现的时效性低。

交通事件快速检测的目标是重点路段事件检测水平的提高。利用全球领先的综合事件检测技术，实时精准检测主线及匝道发生的交通事故、异常停车、车辆逆行、道路遗撒等事件，同步完善事件应急处置预案，联动联勤救援排障，及时处理交通事件，提高行车安全，方便市民出行，最终实现拥堵检测精度大于98%，事故和其他事件检测精度大于95%，交通事件发生量减少10%以上。

1.3 主动式精细管控

1.3.1 主线车道级管控

由于车流量过高、突发事件等因素，高速公路主线常常交通运行环境恶劣，出现车辆行程时间增加、道路通行效率降低等问题，形成交通瓶颈区域[3]。因此，可以采用主线车道级管控应对上述问题。主线车道级管控包括主线行车诱导和面向交通事件的车道管控。主线行车诱导指通过应急车道信号的开闭控制车流量，减少瓶颈路段车流交织和积压；面向交通事件的车道管控指结合下游发生交通事件对主线车流的影响，采取合适的车道关闭、可变限速等策略，提前预警交通事件。主线车道级管控可以结合现有门架，通过门架的车道箭头指示灯，以此告知驾驶员车道是否关闭。主线车道级管控应具有及时性、可靠性。

1.3.2 互通匝道精细化控制

苏州市高速公路、城市快速路的堵点大多集中于高速公路的互通立交和城市快速路的上下匝道。目前，城市快速路部分匝道设有匝道控制，并以人工控制策略为主。从整体上看，高速公路、城市快速路各自实行匝道控制策略，联动不足。

通过交通感知体系检测的交通流状态，利用车道箭头指示灯、匝道诱导屏、定向广播等手段，控制匝道进入主线的车流量，实现高速公路、普通公路和城市快速路的“三位一体”协同管控[4]。

1.4 伴随式立体服务

1.4.1 视听融合快速处理系统

目前交通事故发生后的处置不及时，涉事驾驶员对事故责任认定的不统一等问题，常常导致事故车辆滞留在行车道上，引起交通拥堵，并威胁上游车辆的行车安全。因此，在发生事故或出现严重拥堵时，结合交通感知体系，实现事故非现场快速处置，应急指挥事故现场或拥堵路段的交通秩序，加快现场车辆的疏散，减少车辆滞留。可以采用的方法包括定向广播、互联网快速处理。定向广播指在事故多发路段、部分拥堵频发的分合流点、互通立交区域设置定向广播喊话设备。互联网快速处理指通过移动互联网或短信提醒的方法提醒事故当事人及时撤离或提醒附近车辆驾驶员前方发生事故。最终，实现轻微事故平均影响时间小于5 min。

1.4.2 交通信息发布和诱导系统

结合高速公路和城市快速路已建的情报板和诱导屏，通过增设场外LED可变信息诱导屏，实现交通诱导、交织控制和事件发布等功能，同时要保证信息发布的准确性、及时性和有效性。

广域或区域交通诱导指结合其他交通信息，掌握高速公路、普通公路和城市快速路的动态交通运行状况后，通过对信息的筛选、匹配、融合與挖掘处理，生成交通诱导服务信息，并实时发布。交织控制指告知驾驶员主线与匝道分合流点的交通状态以减少车流交织，规范驾驶行为。事件发布指以路侧文字形式提前预警上游发生的交通事件、事故及管控措施。

2 路网均衡流量信息化示范案例

2.1 现状分析

苏州城区收费站是G1522常台高速入口，临近东南环立交，与东环路、南环路、独墅湖大道连通。苏州城区收费站设置4根入口车道和5根出口车道。苏州城区收费站入口方向包含左侧2根ETC车道，右侧2根混合车道，通行车辆以客车为主。收费站车流量总体较大，特别是节假日，进口方向拥堵非常严重[5]。

苏州城区收费站存在的主要问题表现在以下几个方面：

（1）收费站早高峰入口流量饱和，排队较长。

（2）收费站路段车辆交织严重，存在货车闯禁现象。

（3）南向北方向匝道汇入主线车辆交织导致主线车流行驶缓慢。

（4）感知能力不足，苏州城区收费站入口处仅布置少量摄像头，且部分摄像头已经年久失修，路段感知能力严重不足。

（5）高速公路主线路段与收费站进出车辆协同管控有待提升。

2.2 交通感知体系构建

结合已有的高速公路监控设备，适当加密布置检测器，形成苏州城区收费站高速公路一体化综合监测体系。检测器采用“雷达+视频”一体化设计，可以实时显示每个目标在检测区域内被跟踪情况以及目标即时位置、速度、车辆长度等实时信息；可以检测每条车道多个断面的流量、平均速度、占有率、车头时距、车间距、排队长度等交通数据；可以检测区间车辆数、空间占有率、区间平均速度等信息。苏州城区收费站需要布设14个雷视一体化微波检测器，分别布设在苏州城区收费站和苏州城区收费站高速匝道处。

2.3 交通事件快速检测

利用综合事件检测技术，对视频中的车辆状态进行检测，包括车辆的减速、停车、变道、掉头等行为。通过对车辆在视频中的速度矢量等参数的分析，可以判断车辆当前运行状态。如果当车辆某些参数值达到阈值时，系统就会发生报警，认定交通事件发生，同时建立交通流的流量速度关系模型，分析高速公路车辆运行特征。当处于稳定流时，路网运行效率最高。当处于拥堵流时，可以通过诱导屏、短信提醒、地图导航等方式，共享发布高速拥堵信息，引导车辆分流，促进路网流量均衡。

2.4 视听融合快速处理系统

当高速公路出现流量较高、交通事故等交通事件，形成瓶颈路段时，采用定向广播、短信快处等方式，提前告知驾驶员。

定向广播设备可以提醒苏州城区收费站禁止货车通行，避免货车进入收费站后掉头，影响其他汽车通行；当节假日拥堵时，播报拥堵路段，提供警示信息；对发生轻微事故车辆，提示其尽快撤离，减少二次拥堵的发生。苏州城区收费站需要布置定向广播6个。

互联网快速处理，即在苏州城区收费站附近道路设置电子栅栏，当出现流量较高、交通事故等交通事件时，对在电子栅栏范围内的驾驶员发送短信，提醒驾驶员。

2.5 交通信息发布和诱导

在城区收费站路口上游，新增收费站信息情报板，提供收费站入口拥堵情况、车道开放情况、排队信息、预计通过时间等信息，并提供收费站广场实时视频供进入高速公路驾车者查看当前收费站广场车流情况，也可以为交警发布城市道路交通路况信息。

在高速公路大流量、大型异常事件（如恶劣天气和重大交通事故）等情况下，发布分流诱导信息，提供地面道路到达城区收费站的驾车者可选择的上下游高速收费站，及时提醒上游车辆更换路线，避免车辆到达收费站附近时才发现拥堵，导致拥堵不能及时消解。要实现这些功能，需要安装诱导屏2块，微诱导屏3块。

3 结语

在区域联系日益紧密与机动化水平高速发展的背景下，高速公路、普通公路和城市快速路交通需求增长过快，道路交通逐渐拥堵。由于司机不能完全把握路网的运行状况，因此常发生路网流量不均衡的现象，即某路段拥堵水平明显高于其他路段。针对上述现象，围绕“感知—研判—指引”的业务逻辑来制定路网均衡流量信息化技术方案，实现高速公路、普通公路和城市快速路的网络感知和协同管控，提高路网运行的效率和稳定性。在感知层面，通过增加信息化设备，定点布置激光雷达、高清摄像机等设备，提高路段感知能力，获取路段具体的流量信息，车辆的车速分布、车型等信息；在研判层面，通过对感知层获取的大量路段信息的处理，生成实时的路段状态检测结果；在指引层面，采用视听融合快速处理、交通诱导分流等手段，及时发布信息，为驾驶员提供出行服务。

参考文献

[1]沈强. 基于高速公路收费数据的路网运行状态评价[J]. 公路交通科技， 2012（8）： 118-126.

[2]过秀成. 高速公路交通运行状态分析方法及应用[M]. 南京：东南大学出版社， 2012.

[3]代洪娜， 姚恩建， 刘莎莎， 等. 基于基尼系数的高速公路网流量不均衡性研究[J]. 交通运输系统工程与信息， 2017（1）： 205-211.

[4]崔玮， 张俊友， 孙晓亮. 高速路网流量均衡仿真的改进研究[J]. 广西大学学报：自然科学版， 2016（2）： 512-519.

[5]周漪， 李健. 重大节假日高速公路和国省干道流量不均衡现象分析[J]. 上海公路， 2018（S1）： 100-105.