东南大学物联网交通应用研究中心
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王长君:城市“交通大脑”非万能,脱离实际只能是“水中月、镜中花”
2018-09-20 17:07   作者:王长君   来源:交通言究社 推荐人:吴坤润   浏览:97   我要评论
导 语

    为提升城市道路交通治理能力现代化水平,公安部、中央文明办、住房城乡建设部、交通运输部自2017年起在全国部署实施“城市道路交通文明畅通提升行动计划”,并组建专家组指导推动相关工作开展。行动计划实施以来,专家组深入调研,并撰写了系列研究文章,交通言究社开设专栏陆续推出。首先为大家推荐的是公安部交通管理科学研究所所长王长君撰写的关于交通管理科技信息化发展的几点思考,敬请关注。


    当下,以大数据、云计算、人工智能为主的新一代信息化技术快速发展,这些新技术给道路交通出行带来便捷的同时,也带来了一些问题,需要我们面对现实成效、冷静思考技术发展和应用的原本价值,以期更好地分享人类技术进步给交通发展所带来的红利,真正实现助力道路交通管理工作。

略显尴尬的交通管理科技信息化应用现状

    上世纪90年代末,我国智能交通系统开始快速发展,各种ITS技术在城市和公路交通管理中得到越来越多的应用,特别是公路卡口交通监控系统、闯红灯和超速“电子警察”等技术装备以及城市交通指挥中心的建设和应用最为突出。2010年以来,交通管理综合信息平台、公安交通集成指挥平台和互联网交通安全综合服务管理平台的推广应用,极大提升了我国交通管理科技化和信息化水平。总体而言,以交通管理信息系统为基础,以城市交通指挥中心为载体,以“电子警察”等各类执法技术装备为手段的科技信息化应用,在有效打击路面严重交通违法行为、服务广大人民群众安全出行等方面发挥了重要作用,有力支撑了道路交通管理工作。
 

图1:“电子警察”等各类执法技术装备,有效打击了路面严重交通违法行为

    但我们也应该清醒地看到,在智能化、信息化快速发展和大规模技术应用的同时,我国城市道路以及公路上的交通通行秩序总体上并未出现根本性好转,长期占用超车道、随意变道、争道抢行等违法和不文明交通行为仍然普遍存在,严重影响路面交通秩序,制约交通通行效率,同时还诱发了大量交通拥堵和交通事故。过去二十多年来,大量的科技投入和技术应用对交通违法者实施了大量的非现场执法并产生大量处罚扣分的同时,也使道路使用者片面形成了这样的想法,即遵守交通规则就是为了避免被处罚、交警是为了处罚而执法,而不是为了安全和秩序。久而久之,法律的尊严、执法者的权威、守法者的自觉意识出现进一步弱化,机动化社会必须形成的“上路就必须严格按交通规则出行”的社会意识和氛围,很难在道路使用者中形成共识。

    随着大数据、人工智能等新一代信息技术的快速发展,创新导向必将会驱动越来越多的新技术在交通管理中得到尝试和应用。在这样的发展时期,我们需要更深入地思考和分析过去二十多年来科技信息化发展的经验和教训、遗憾与不足,更好地围绕道路交通管理的现状来分析实际需求,更多地以成本意识、效率优先的思路和原则谋划交通管理科技信息化下一步发展的重点、节奏和力度,避免使交通管理科技信息化工作陷入投入与产出不匹配、为了创新而标新立异,甚至是炒作概念和技术的漩涡之中。


交通管理科技信息化的发展

亟待增强四个方面的意识


    道路交通管理的主要目标是维持道路交通安全和出行畅通,道路交通的安全和畅通也只能是建立在良好的路面交通秩序基础上。交通管理科技信息化应用和发展的一个重要目标是推动减少交通违法行为,促进形成并维护良好的道路交通秩序。交通管理科技信息化在经过较长时间的快速发展后,现阶段特别需要强化四个方面的意识——规则意识、经典意识、系统意识和成本意识。
1“规则”意识

    机动化是人类社会进步发展的必然阶段,机动化的首要特征是快速、高效。快速为首要特征的机动化社会比非机动化社会、比以往任何一个社会发展阶段都更需要有严格的规则意识和行为,机动化条件下快速的个体交通出行比任何其他个人行为更需要严格的规则意识。缺乏规则意识的交通行为会直接导致秩序混乱,进而会诱发交通碰撞和交通拥挤,从而导致生命财产损失和社会效率大幅降低。
    从我国道路交通的发展现状来看,要更好地形成严格按照交通规则出行的意识与行为,首先特别需要全面理清并强化“路权”的概念,也就是“道路通行权”的概念,需要在政策法规和规定、技术标准和规范、交通管理和执法设施、培训考试和宣传教育等各个层面花大力气进一步强化“路权”原则,从而尽快形成从交通参与者、交通政策制定者、交通执法管理者到交通专业技术人员都能够准确理解、把握、遵守、执行的“路权”思维,构建“人人理解路权、个个遵守规则、交通井然有序”的机动化社会优良的交通环境,这也应该是交通强国建设的基础和基本目标。
2“经典”意识
    我们知道,智能交通系统是在道路基础通行能力得到有效发挥的基础上,通过ITS技术来充分挖掘路网的通行能力,提升交通出行效率;大数据、人工智能等新技术是要在交通信息和数据得到全面、有效采集和处理的基础上才能进行深入挖掘应用。由此可见,科技信息化在道路交通领域的应用是有条件的,需要有基础和积累的——需要按照传统的或者说经典的交通工程理论和技术来规范设置交通标志标线、路口渠化配时、交通信号控制、交通组织优化等,来有效发挥出路网的基础通行能力和通行效率,否则ITS技术只会事倍功半,效果大打折扣(事实上,过去二十年我国ITS的发展和应用也部分印证了这一点);大数据、云计算、人工智能所构建的城市“交通大脑”也需要在感知、获取较为完备的交通及相关数据基础上,依托传统或经典的交通系统原理、方法进行认知、解释、计算、仿真、决策来实施更为有效的交通组织和控制,从而使区域路网的承载能力得到更大的提升。不了解道路交通的基本理论和规律,不掌握交通工程的基础原理和方法,再好的科技手段和信息化技术也不能发挥出应有的作用。
3“系统”意识

    道路交通系统是由人、车、路、环境构成的,良好的交通秩序、安全的交通环境需要通过有效的培训考试和宣传教育、严格的交通执法和管理、科学合理的工程和技术应用三个方面(简称“3E”)系统实施、协同作用才能逐步形成。其中,培训考试和宣传教育是要使得交通出行者懂得应该怎么做,交通执法和管理是要使得交通出行者明白必须这么做,工程措施和技术手段是要使得交通出行者清楚只能这么做。因此,期望通过利用科技信息化手段来改善路面交通秩序、缓解交通拥挤、预防交通事故,应该在培训宣教、执法管理、工程技术三个方面系统考虑、系统投入、系统实施,才有可能获得最大效益、达到最佳效果,孤立、单纯地在一个方面投入、应用,是难以取得明显成效的。
4“成本”意识

    交通管理科技信息化应用必然会涉及大量的技术开发和资金、人力投入,科技信息化应用更多的是政府行为,不应该也不可能以“烧钱”的方式或互联网企业的融资模式来进行。我们必须摒弃“不差钱”意识、“暴发户”心理,杜绝浮躁的心态和任性的行为,避免产生“什么先进马上用什么”、“什么时髦立即追什么”、“什么概念诱人马上实践什么”的盲动。科技信息化应用不能“不计成本”,而是要“精打细算”,多算算成本效益比。只有这样,才能把科技信息化的目的回归到真正能够有效、精准解决交通实际问题的本质上来。
    当然,强调这四个方面的意识,既非否定科技信息化已然取得的巨大成就,更不是要弱化科技信息化下一步的发展和应用,而是要更加科学、合理、精准地实施科技信息化,使之发挥出更好、更大的作用。因为新时代道路交通管理工作、交通强国建设这些伟大而又艰巨的任务,需要尽快彻底改变以往初级发展阶段和粗放管理模式下所形成的固有思路和方法。我们需要认清现阶段路面交通秩序这个牛鼻子,进一步探索通过科技信息化手段来改善路面交通秩序的有效途径,从而更好地应用交通工程等基础技术。
    同时,我们也要以更加宽阔的视野、更加开放的心态,以数据思维来研究、创新交通管理的思路和方法,融合多源交通出行数据、搭建共享应用平台,让科技信息化新技术在道路交通管理领域发挥出应有的作用。

科学应用新技术
有效改善交通秩序的思路与途径


    从视频监控到智能交通,从“电子警察”到人脸识别,跨际的科技信息化技术应用并未能在道路交通秩序的整体改善上发挥出更为明显的作用,那么,如何更好地破解“尽快有效改善交通秩序”这一难题?首先需要更加深入地理解、诠释科技信息化的内涵。科技信息化=科学+新技术+信息化,而现阶段尤为重要的是“科学”的内涵。这里的“科学”主要是指科技信息化过程中的科学思路、方法、路径,或是科技信息化过程中的科学精神,其内涵是指新技术应用应该符合我国现阶段道路交通发展的实际需求,能解决当前的主要问题,是要构建新技术应用所必备的基础,是要在新技术的实施过程中体现出综合、系统、准确、实用的理念。“科学”引领的科技信息化路径、科学精神指导下的交通秩序改善之路,既需要在培训考试和宣传教育、工程技术和交通设施、交通执法和管理三个方面同时并举,也需要综合应用交通工程、智能交通技术以及互联网+、大数据和人工智能等新一代信息技术来实现。

1培训考试和宣传教育的精细化
    人类历史上从未有过的快速机动化、城镇化进程使我国广大交通参与者在充分享受交通出行快速、便捷的同时,也充分暴露出在交通规则意识、交通安全行为方面的滞后和欠缺。而我们对道路通行权的理解和重视、宣传和教育的不足,在驾驶人的培训和考试过程中对强化和培育规则意识、安全行为的忽视和缺失,导致大部分交通参与者乃至整个社会仍然普遍缺乏路权概念、规则意识。
    我们需要深入研究快速机动化、城镇化环境下我国机动车驾驶人及其他交通参与者的交通行为特征、规律以及分布,系统梳理以道路通行权为基础的交通法律法规和技术标准规范,全面构建以“路权、规则”为核心的驾驶人培训考试和宣传教育的完整体系,使所有道路使用者牢牢记住上路应该怎么做。同时,也要充分应用移动互联网、车联网、出行大数据、人脸识别、机器学习等新技术,对交通参与者的行为进行更加准确的刻画,从而可以区分出诸如交通违法和事故多发、从事客货营运、有激进驾驶倾向等特征的各类人群,有针对性地通过移动终端、信息屏、APP等途径向特定人群推送出行引导、交通安全提示、交通违法告知等信息,实现“点对点”的信息服务、宣传和教育,实现提升交通安全意识工作的精细化和主动性。对于一些不能复制的交通场景,可以运用虚拟现实、模拟驾驶等沉浸式体验技术,对车辆驾驶人的驾驶行为、步行者的过街行为或交通管理者的执法行为进行实操培训,强化培训和宣教的效果。

2工程技术与交通设施的精确化
    不管是城市畅通工程建设,还是智慧城市建设,应该说到目前为止,各级政府在快速的机动化、城镇化进程中对智能化、信息化的投入都还是非常大的。但与此同时,我们在更为基础性的交通工程和交通控制技术的研究、应用方面,却跟不上发展的实际需求。如果说培训考试和宣传教育是让所有道路使用者牢牢记住上路应该怎么做,那么交通标志标线、交通控制设置则是让道路使用者感觉到在路上只能这么做。我们需要从最为基本的交通标志标线,特别是指路标志和诱导标志开始进行更为专业、精细和人性化的设计、设置,既要考虑标志标线和交通控制设施的设置要给道路使用者简单、清晰、不二的选择和提示,也要考虑到他们可能没看明白或错过后的补充性提示和引导。交通标志标线和交通控制诱导是为普通交通出行者,特别是不熟悉路况的人服务的,这方面我们还做得很不够。

    同样,交通信号控制的智能首先应该体现在对交叉口的交通渠化、相位、配时和周期以及交叉口之间相位差、绿波带的精细化设计上。我们鼓励“互联网+交通信号”的探索和尝试,但首先需要用交通专业的视角和冷静的分析,我们应该明白基于移动互联的小样本轨迹数据在交通信号的实时优化中究竟能起到多大的作用,而不是匆忙地宣布提升了多少通行能力和通行效率。事实上,移动互联网出行数据与城市交通流量采集系统、公安交通集成指挥平台等的信息共享等方面的尝试和初步应用表明,在微观层面来分析、掌握交通拥堵发生的时、点、段并进行准确的交通诱导,在中观层面分析道路网的交通流量变化规律并诊断问题产生的原因,从而进行精确的交通组织、协调控制、流量调节、限行管控等措施,在宏观层面分析城市交通运行状况,评价城市交通的管理水平,支撑交通管理部门科学决策等方面是较为有效的。

3交通执法和管理的精准化
    构建良好的交通秩序既要使驾驶人清楚在道路上应该怎么做、只能这么做,更要让他们明白必须这么做,严格按照交通规则行车,否则就会立即受到处罚。我们对若干年前在发达国家或地区考察时听到、感受到的情形一直记忆深刻、敬佩不已:无论是白天还是夜晚、闹市还是郊外、街道还是高速公路,一旦出现严重超速等违法行为,警察很快就会出现并查处。过去二十年来,各地也安装了大量的闯红灯、超速等“电子警察”,近年来二次识别、人脸识别等新技术不断得到广泛应用,可以及时、精准发现路面各种交通违法行为。但与此同时,我们更应该有适度的路面交通巡逻和现场执法,应该有配套的路面执法管理勤务来支撑科技信息化应用,及时地指挥调度警力,准确地拦截查处、消除违法行为,从而打击交通违法者的侥幸心理,形成有效的震慑作用。特别是通过科技信息化手段构建“情、指、勤、督”四位一体现代勤务体系,用数据驱动、融合执法管理全过程,使交通管理感知、预警、指挥、调度、监督、考核等环节运行更加顺畅、衔接更加紧密,有效提升执法管理的主动性、精准性、实效性,努力实现城市道路交通治理能力的现代化。

充分应用新一代信息化和智能化技术
构建交通管理“数据大脑”


    2009年1月,IBM首次提出“智慧地球”概念,同年提出“智慧城市”解决方案。之后我国上百个城市结合信息产业发展提出了建设“智慧城市”,通过依靠大数据、云计算、物联网、人工智能实现城市中人与人、人与物、物与物的信息交互与服务。“智慧城市”从概念到实际建设,最先能落地并实用的领域之一就是交通,因此“智慧交通”成为各地率先建设发展的内容。不管是“智慧城市”还是“智慧交通”,其实质都是在大数据、云计算、人工智能等新一代信息化和智能化技术快速发展的大背景下,通过对城市或城市交通相关信息的获取、交互、理解、判断、决策、应用来更好地实现对城市或城市交通的治理和服务,通过类似于人类大脑的感知、认知、决策和指挥能力来缓解城市或城市交通的问题并提供服务,因而其核心部分被形象地成为“城市大脑”或城市“交通大脑”。在城市交通领域,智能化和信息化已经有了相当长时间的探索发展和应用积累,特别是在缓解城市交通拥堵方面。但是道路交通系统因其不连续、不可控、不可测、强非线性的特征,“交通大脑”的建设不可能一蹴而就、一步到位的,同样也因为交通系统的复杂性,“交通大脑”能发挥出来的作用也会是渐进的、甚至是有限的。


 



图2:“智慧交通”的核心部分被形象地成为“城市大脑”或城市“交通大脑”


1别高估了城市“交通大脑”的作用
    城市交通拥堵的根本原因是交通供给不能满足交通需求,而交通供给和交通需求的矛盾受多方面综合因素的影响和制约。在我国,既有机动化进程过快、车辆急剧增加所导致的道路基础设施、服务设施、管理设施的供给跟不上,以及快速城镇化过程中城市规划、城市交通规划不协调、不合适,也有交通参与者的交通行为和规则意识跟不上,交通管理和服务能力和水平跟不上等多方面原因。因此,缓解城市交通拥堵的对策也必须是多方面的、综合的,不能指望某一单个措施或技术手段能发挥出巨大作用或是彻底解决问题。

    城市“交通大脑”通过视频图像的结构化处理、人工智能新技术来更好地分析、利用各种交通相关的信息,实现“眼疾手快”、“当机立断”地调节信号配时、优化交通控制和交通组织,在一定程度上能缓解交通拥挤,特别是当路口的交通控制很不合理、路网的交通组织很不科学时,短时间内是能起到一定作用。但是,道路交通系统的自适应、自调节现象会逐步抵消最初的效果。城市“交通大脑”的概念顺应、把握了新一代信息化、智能化技术的发展趋势,在其建设和完善发展过程中,只有充分与城市交通系统自身的原理和规律很好地结合,与道路交通的实际需求紧密地结合,才会逐步发挥出其应有的功能和作用。

    但即使如此,也难以完全解决交通拥堵问题,因为交通拥堵本质上是由交通供给和需求的不协调所致的,交通供给和需求之间也是相互关联、制约、调节的。城市“交通大脑”不是万能的,如果领域内再次热衷于概念炒作,不脚踏实地地结合具体需求和应用去做好设计、研发、试点和逐步推广完善工作,“交通大脑”必然会成为又一个中听不中用的花钱摆设或是“水中月、镜中花”。理智和冷静仍然是道路交通科技领域急需服用的一剂良药。

2建设交通管理“数据大脑”的条件逐步成熟
    城市“交通大脑”概念给我们最大启示是,人类社会进入到数据时代,我们需要更充分地采集、汇聚、分析、应用好数据,需要将数据应用与需求、与业务更紧密地对接。公安交通管理部门已经构建了全国性的交通管理综合应用平台、互联网综合服务管理平台、交通集成指挥平台,各地公安交管部门也都建立了城市交通指挥中心和城市交通集成指挥系统,出行领域的互联网公司也构建了地图导航、网约车、共享单车、货车物流运输等服务平台,与城市交通相关的很多部门和企业也在研究构建未来的车联网平台。这些平台和系统的数据可以更好地汇聚起来,构建交通数据资源池,并通过对数据的分析转化为对交通的认知,将现实中时变、强非线性的交通系统演变为可计算、可表达、可演绎的虚拟交通世界,并基于交通系统的原理、特征和规律再提出可实施的交通管理策略和措施,提供相应的交通服务。从这个角度来看,建设交通管理“数据大脑”,提升基于数据的交通管理和交通服务的能力和水平是非常必要的,也是可行的。

3做好交通管理“数据大脑”顶层设计
    “数据大脑”是道路交通管理科技信息化发展的必然产物,要建设好、应用好,必须解决好几个方面的问题:
    首先,需要解决数据的融合问题——打通城市交通指挥系统、交通管理综合应用平台、互联网出行服务平台、交通集成指挥平台和将来的车辆智能网联平台等信息系统,实现数据流转和共享,构建统一的交通大数据应用基础;
    其次,需要解决应用能力问题——通过数据融合、分析、诊断对交通系统形成“感知”,通过构建模型和计算识别道路承载能力、交通运行状态形成“认知”,通过智能交通系统和勤务体系“执行”和反馈大脑的决策,形成从感知到认知到执行的一体化智慧应用体系;
    再次,需要解决架构设计问题——参考大数据云平台的思路,划分数据层(资源)、计算层(能力)和应用层(场景)等构成,并明确各层所需要的功能和技术标准,形成数据驱动的“交通大脑”总体架构。对于交通管理“交通大脑”的发展应用,我们不能再单纯停留在概念层面上,而更需要行动起来,建设能落地应用的系统和平台,扎扎实实提升交通管理能力,推动道路交通秩序的改善。

(文 / 公安部交通管理科学研究所 王长君)



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