马万晶同济大学交通工程学院

一、研究背景

1、交通拥堵持续发展

交通系统存在很多问题，同事们也做了很多工作，但未来仍有无限广阔的空间。不仅在中国，在全世界的发达国家和发展中国家，就连伦敦这样一个历史悠久的城市也做了大量的工作，得出的结论是，应对交通问题还需要继续努力。

2. 交通系统的快速变化

交通运输的有趣之处在于，很多时候你甚至不需要考虑创新，但你不可避免地会创新，因为交通系统在不断变化。下图是一张经典照片。十年前，伦敦人担心街道上是否会充斥着马粪。十年后，纽约的博览会街彻底变成了汽车。行业的日新月异，尤其是现在，是百年未有之事。有形势的变化，也有技术的变化。十年、二十年后的技术变革之后，交通将会是什么样子？这显然是一个需要特别关注的问题，否则我们现在做的事情不一定符合未来做的事情，尤其是现在我们已经进入了一个快速变革的时代。

3. 关联数据快速丰富

在与国际同行交流的过程中，我们也会发现数据的重要性越来越大。关于GPS数据，20年前是很多研究的热点。最近，2020年，美国人写了一份关于如何使用GPS或轨迹数据的报告。我们可以想象，这部分研究正在国家层面重新探索。

换句话说，数据本身的普及性、普遍性、准确性，甚至它未来与车联网的关系等，都可能导致人们越来越关注数据。这些数据如何运作？怎样才能更好的利用呢？获得更便宜的数据仍然是科学研究和工程质量监督非常重要的背景。

4、全面提高质量要求

人们关心的不仅仅是坐车的问题，更是人们自身的生活质量。尤其是在我们国家，脱贫后的问题就是追求质量。我们的生活质量如何？我们的城市发展，上海重视现有城市的规划，疫情时代，可能给人们的出行方式、出行行为等视角带来什么样的变化？这也是我们在进行研究和讨论国际合作时考虑的非常重要的背景信息。

2. 国际合作研究进展

无论是智能网联、数据、信息化还是智能化，它一定会来。我们总是要从解决当前的问题出发，明天需要什么样的技术，如何改进现有的系统。同时我们也会考虑未来五年、十年、甚至更长的时间技术如何发展。精准管控、车路协同、出行服务是三大主要合作视角。这些努力还得到了国家资源科学技术基金、国家留学基金委、国家重点研发计划、重大国际合作项目等一系列工作的支持。

1、精准管控

智能管控的核心观点是能否用更少的资源实现更精准的控制。比如可以用更少的土地，不用拓宽、借用道路，综合能力能不能提高，能不能不要装那么多检测设备、摄像头等，能不能用更少的投入取得更好的效果，包括如何我们能否诊断系统问题以及如何评估优化结果？我们与纽约大学、华盛顿大学进行了一系列研究，分析混合流下的道路通行能力和转换系数，并研究了基于交通控制诊断分析的多源数据等。

我们正在与德国波鸿鲁尔大学合作，研究如何通过时空协同设计来提高交通容量。例如，我们经常在十字路口看到所谓的等候区。这种事情对通行能力、节能减排有什么影响呢？我们做了深入的分析。我们还突破现有常规，提出了一些非常规交叉口设计和优化控制方法，并分析了非常规设计对通行能力、效率和安全的影响。

例如，在我们的城市道路中，我们经常会看到路口的拥堵现象，这是由于排队和拥堵造成的。这是造成交通拥堵的一个重要问题。该路口在所有高峰时段都不会溢出。这是随机的。问题，我们与香港科技大学合作，提出了一种优化方法，可以提高控制系统所谓的鲁棒性和可靠性，这样方案实施后，溢出的概率就会显着降低并能有效防止拥堵蔓延。

我国的公共交通一直是一个非常重要的话题。我们与亚利桑那大学的合作是如何通过空间资源分配和信号配时的协同优化来提高公交优先的效率。我们正在与马萨诸塞大学合作，将公交车和汽车网络中的单点问题扩展到走廊。对于这样的通道，有总线优先级或者过滤的要求，我们也有小车协调控制的要求。如何设置同时满足公交车和汽车模式的过滤器。

如果公共交通的运量很大，还需要所谓的宽过滤。如果体积没有那么大，追求的是过滤器的存在，而不一定是多宽。考虑到多方面的因素，我们与两个大学区合作，做了一些这方面的工作。进步。

我们和香港科技大学也在共同探索人车网络协同优化的问题。现在越来越多的城市开始关注人们过马路的问题。比如上海、西安一些城市说过马路要严格执法。车子必须放开。如果把问题扩大化，在道路上，如何才能有效地设置行人过街处，如何控制其信号灯，同时保证机动车的通行需求？我们在这方面也做了分析，包括人行横道的布局、控制、信号协调等一系列工作。

2、车路协同

车路协同领域的一个问题是，如果有车联网，我们的控制会发生怎样的变化？我们的观点是，如果未来智能汽车或者自动驾驶汽车进入常规流通，从机器驾驶、智能化的角度来说，就相当于姚明站在一群人之中。如何才能很好地协调并发展聪明的个性呢？特色化和个性化同时让交通流量和人群效率变得更好。

我们正在做的边缘计算设备可以连接到传统系统，也可以服务于智能、网络化系统。这可能是未来的重点。针对这项工作，我们进行了一系列的分析。首先，我们回到如何利用好网络环境中提供的数据。该报告对美国的信号控制进行了评估，发现大约43% 的机构不会定期收集数据以优化交通控制的信号。还有数据质量本身没有得到很好的评估，即使有数据，质量也不一定支持未来的工作。还有人说数据可能有错，如果没有检验，使用的数据可能不准确等等，同时他也认为我们的信号系统应该有定量的优化和分析。

在智能网络环境中，使用数据并不意味着安装大量设备。如果我们要求在每个路口甚至路段都安装检测设备，首先我们能支持这么大的投资吗？其次，这些东西会坏掉，我们正在投资长期维护和更新。这个可以维持吗？最后，即使给你这么多数据，你能做得更好吗？

基于这样的背景，我们考虑实际情况。未来，联网车辆将会越来越多，它们将提供高精度的轨迹数据。事实上，已经有出租车、公交、百度、导航等系统可以提供不同精度、不同频率的轨迹数据。

我们可以根据轨迹数据进行状态预测吗？这是基于我们与帝国理工学院等机构的合作。我们利用人工智能方法，根据有限的轨迹数据来分析和预测交通状况。同时，我们开发了一种基于有限轨迹数据的信号配时优化方法。这是两种方法的前后比较。可见，不需要流量检测数据。在很多情况下，我们的方法比基于流量的方法更好。

同时，我们与华盛顿大学合作的另一个课题是分析联网车辆在控制交通流方面的作用。这是华盛顿州发布的数据，我们根据这个数据进行分析。我们发现，通过改变推荐速度，两打以上的联网车辆可以改变整体交通流的拥堵状况，拥堵的持续时间和时长都会得到显着改善。

如果你能利用好这个东西，车辆本来是控制的对象，但实际上可以变成控制手段，改善交通。这是基于实际数据的研究，展示了该领域的潜力和价值。

2013年，我们与亚利桑那大学合作进行了一项探索，这与在智能高速公路上使用所谓的灵活车道控制的想法是一致的。我们研究联网车辆动态进入公交车道以提高车道利用率。红色汽车表示您已收到消息并想要离开。其实没那么容易，因为旁边还有车。研究了动态利用的控制方法和清算策略。

当然，我们也探索了更多未来的场景。例如，如果我们所有的道路都是联网汽车或联网自动驾驶汽车，这可能会在遥远的未来发生，也可能在一些无人居住的地区和停车场发生。意识到了。我们进行了一系列分析，包括将我们的方法与一些现有方法进行比较，这些方法也是我们与密歇根大学合作的。

同时我们把这个问题从单点扩展到网络上，问是否可以在一条干线上实现更好的配合。如果将来这条路充满了智能汽车或封闭的工厂区域，就没有出口路或入口路。您必须掉头或左转并不重要。这都是车辆轨迹规划的一部分，完全突破了现有的常规交通控制系统。将会产生显着的效果。

3、旅游服务

在出行服务的探索中，研究的核心在于共享模式。完整的出行可能包括航空、高铁、客运、城市交通、轨道、出租车等。我们关心的是循环公交系统、灵活公交系统、汽车共享系统、共享单车系统。这些系统如何与更大的系统集成，为我们的出行提供服务。

下图是我们的一些工作，包括与莫纳什大学合作，分析共享出行者的起止点、出发时间等模式。

我们预约乘车后，对方会打开APP，看屏幕上的点。我们需要捕获他打开APP的位置。那个位置才是他真正的位置。通过所谓的接触点数据，我们可以分析这个人想要去哪里、去哪里旅行，进而可以灵活配置设施，甚至车站和车辆。

这种合作还继续进行了一系列扩展，例如预测人们的出发点和目的地。现在我们谈论共享出行方式，包括未来注重所谓体验的互联网系统。我希望您输入的数据越少越好。然后我就会知道谁想从哪里借车以及车将开到哪里。我估计之后，可以进行有效的资源配置，我们也做了这方面的一系列研究。

在此基础上，我们再进一步，反过来，如果知道了人们的需求，我们如何为场地配备车辆设施和规划。如果未来，特别是新能源汽车，我国推广两碳汽车，电动汽车放开后，如何跟踪电量情况，实现最佳调度。

对此，在调度时，我们还需要考虑运营商能做什么。我可以派卡车从A拉到B，也可以用激励的方式让用户开自己的车到B，这也是一个办法。我们做了一系列的分析，我们和丹麦技术大学等合作，在这方面进行了一系列的研究。

在此基础上，我们还与代尔夫特、瑞典理工大学进行合作。如果我们在激励方式上做一些改变，是否可以改变人们的出行或者取还车积分？

3. 未来展望

我们来谈谈控制和服务。图中的画面是很多年前的一个路口。有人做出了改进，从混乱到治理。总体来说，我觉得这个治理应该是好的。还有人发布了这样的视频。当然它传达的是一种色彩或者一种思想，我们会依次问，这个是混合的，这个是治理后的，这个也是混合的，哪个更好。

从研究的角度来看，很难说。另一方面，车辆和技术都在发生变化。我们需要新理论、新技术突破、支持、研究、新结论。国际合作对我们很重要。至关重要的是，不同国家处于不同阶段，有不同优势，有利于探索新理论、新技术。

对于我们的国家来说，我们已经达到了一个新的阶段。我国提出了非常宏伟的目标，特别是高质量发展的目标。我们还需要进一步深入的国际合作来实现宏伟目标。