來(lái)源：智慧交通(tōng)
作(zuò)者：蔡章輝 李春玲
伴随“智慧城市”和(hé)“智慧交通(tōng)”蓬勃發展，各大(dà)城市均在交通(tōng)感知端，通(tōng)過增加攝像頭、信号燈、線圈等設備，不斷補全城市道(dào)路交通(tōng)的感知盲點，或者将現有(yǒu)模拟、标清攝像頭升級到高(gāo)清攝像頭，強化感知能力；作(zuò)為(wèi)城市道(dào)路交通(tōng)網重要節點的路口，其所負載的設施設備，關聯的交通(tōng)數(shù)據也越來(lái)越多(duō)，如何順應時(shí)代的要求，實現路口的智慧化成為(wèi)了一個(gè)重要的研究課題。
本文從路口範圍出發，通(tōng)過分析路口表達維度，實現路口的數(shù)字化表達思路；進而通(tōng)過設計(jì)數(shù)字路口體(tǐ)系，組建路口多(duō)維度指标體(tǐ)系，從而推動路口由物理(lǐ)實體(tǐ)向數(shù)字體(tǐ)轉變，為(wèi)最終實現智慧路口提供一個(gè)參考的途徑。
1、路口範圍定義
基于不同文獻對平面交叉口的覆蓋範圍規定與研究，本文将城市道(dào)路交通(tōng)中的路口範圍定義為(wèi)構成該路口各條道(dào)路的相交部分及其進口機動車(chē)導向車(chē)道(dào)線為(wèi)實線處的垂直線所圍成的區(qū)域，如圖1中紅色實線所圍成區(qū)域。
圖1 城市交通(tōng)道(dào)路網路口範圍示意圖
該路口範圍內(nèi)不同行(xíng)駛方向的車(chē)輛(liàng)已經完成車(chē)道(dào)變更，車(chē)流趨于穩定，并且能夠覆蓋非機動車(chē)以及行(xíng)人(rén)通(tōng)行(xíng)區(qū)域；基本上(shàng)能夠涵蓋路口相關的設施設備等。
2、路口多(duō)維度指标體(tǐ)系
2.1 路口刻畫(huà)維度分析
路口及與之相關聯的對象如圖2所示，有(yǒu)設施、交通(tōng)參與者、感知設備以及采集的交通(tōng)數(shù)據、信号控制(zhì)機、事件等等對象。類似于人(rén)體(tǐ)由九大(dà)系統組成，即運動系統、消化系統、呼吸系統、泌尿系統、生(shēng)殖系統、內(nèi)分泌系統、免疫系統、神經系統和(hé)循環系統，本文暫将路口劃分為(wèi)感知設備層、數(shù)據質量層、運行(xíng)狀态層、信号控制(zhì)層、交通(tōng)違法層與交通(tōng)事故層6個(gè)維度，以此來(lái)刻畫(huà)路口。
特别注意：部分采集設備可(kě)能不在1中劃分的路口範圍內(nèi)，但(dàn)采集的數(shù)據是與路口相關的，因此從邏輯歸屬上(shàng)講，也包含在路口範圍內(nèi)。
圖2物理(lǐ)實體(tǐ)路口維度劃分
2.2 數(shù)字路口體(tǐ)系
基于2.1中對路口刻畫(huà)維度的劃分，本小(xiǎo)節設計(jì)了數(shù)字路口體(tǐ)系，如圖3所示，形成了“6-2-1”總格局體(tǐ)系，其中，“6”是指感知設備層指标、數(shù)據質量層指标、運行(xíng)狀态層指标、信号控制(zhì)層指标、交通(tōng)違法層指标、交通(tōng)事故層指标6個(gè)維度指标層，“2”是指基礎指标層和(hé)評價指标層，“1”是指一個(gè)路口綜合狀态指标。
圖3 數(shù)字路口體(tǐ)系示意圖
2.3 路口多(duō)維度指标體(tǐ)系
根據2.2中數(shù)字路口體(tǐ)系以及文獻分析，選取各維度的指标組建與數(shù)字路口體(tǐ)系相符的路口多(duō)維度指标體(tǐ)系。
（1）感知設備層指标
該層指标主要用以反映路口的交通(tōng)數(shù)據采集水(shuǐ)平，即交通(tōng)流采集設備數(shù)量、設備覆蓋車(chē)道(dào)、設備質量等狀況；設備種類可(kě)以是線圈、雷達、視(shì)頻等采集設備。
1）感知設備數(shù)
是指路口布設采集交通(tōng)流參數(shù)的設備數(shù)量。
2）設備完好率
是指設備運行(xíng)狀态良好的數(shù)量與感知設備數(shù)的比值。
3）覆蓋車(chē)道(dào)數(shù)
是指感知設備所能采集交通(tōng)流的車(chē)道(dào)數(shù)量。
4）有(yǒu)效覆蓋車(chē)道(dào)數(shù)
是指完好狀态的采集設備所能采集交通(tōng)流的車(chē)道(dào)數(shù)量。
5）感知設備層狀态指數(shù)
是指有(yǒu)效覆蓋車(chē)道(dào)數(shù)與路口總車(chē)道(dào)數(shù)之比。該指标用于評價路口交通(tōng)參數(shù)采集水(shuǐ)平，數(shù)值越大(dà)說明(míng)水(shuǐ)平越高(gāo)。
（2）數(shù)據質量層
該層指标主要用于反映路口感知設備所采數(shù)據的質量狀況，為(wèi)是否能支持路口流量統計(jì)等應用提供判别依據。
1）完整性
是指單車(chē)道(dào)采集數(shù)據在數(shù)量上(shàng)缺失程度，例如針對scats系統可(kě)定義為(wèi)有(yǒu)數(shù)據的時(shí)長占全天時(shí)長的比值。
2）有(yǒu)效性
是指單車(chē)道(dào)采集到的數(shù)據在合理(lǐ)性上(shàng)的達标程度，例如針對scats可(kě)定義為(wèi)合理(lǐ)數(shù)據時(shí)長占全天時(shí)長的比值。
3）實時(shí)性
是指采集數(shù)據時(shí)間(jiān)與數(shù)據入庫時(shí)間(jiān)之間(jiān)的差值。
4）數(shù)據質量層狀态指數(shù)
采集數(shù)據滿足完整性、有(yǒu)效性、實時(shí)性的車(chē)道(dào)數(shù)占路口總車(chē)道(dào)數(shù)的比值。該指标用于評價路口所采集數(shù)據質量好壞程度，數(shù)值越大(dà)，則該路口的采集數(shù)據質量就越好。其中，根據具體(tǐ)要求設置完整性、有(yǒu)效性和(hé)實時(shí)性的阈值要求。
（3）運行(xíng)狀态層
主要用以反映路口的交通(tōng)流量、通(tōng)行(xíng)能力以及運行(xíng)效率等情況。
1）路口通(tōng)行(xíng)能力
是指路口所有(yǒu)進口道(dào)通(tōng)行(xíng)能力之和(hé)。
2）路口交通(tōng)量
是指單位時(shí)間(jiān)段內(nèi)通(tōng)過路口各進口道(dào)的車(chē)輛(liàng)數(shù)之和(hé)。
3）路口飽和(hé)度
是指路口的交通(tōng)負荷程度的指标，等于路口各進口道(dào)飽和(hé)度的流量加權值。
4）路口延誤
是指由于道(dào)路與環境條件、交通(tōng)幹擾以及交通(tōng)管理(lǐ)與控制(zhì)等駕駛員無法控制(zhì)的因素所引起的行(xíng)程時(shí)間(jiān)損失，單位秒(miǎo)/輛(liàng)。
5）路口擁堵指數(shù)
是指為(wèi)擁堵周期時(shí)長占總周期時(shí)長的比例，單位%，取值1~100之間(jiān)。
6）運行(xíng)狀态層狀态指數(shù)
是指路口非擁堵周期時(shí)長占總周期時(shí)長的比例，取值1~100之間(jiān)。該指标數(shù)值越高(gāo)，則該路口的運行(xíng)狀态就越好。
（4）信号控制(zhì)層
單個(gè)路口的信号配時(shí)參數(shù)有(yǒu)：周期時(shí)長和(hé)綠信比，為(wèi)反應路口信号配時(shí)的合理(lǐ)性，現針對周期過長問題、周期飽和(hé)度不匹配問題、綠信比不匹配問題3類問題設計(jì)3個(gè)相關指數(shù)，用以反映路口信号配時(shí)是否合理(lǐ)。
1）周期時(shí)長過長累計(jì)時(shí)長
是指一天內(nèi)滿足周期時(shí)長>周期時(shí)長阈值的時(shí)長累計(jì)之和(hé)，單位h。
2）周期飽和(hé)度不匹配累計(jì)時(shí)長
是指一天內(nèi)周期飽和(hé)度不匹配的時(shí)間(jiān)累計(jì)值，單位h 。
3）綠信比不匹配累計(jì)時(shí)長
是指一天內(nèi)綠信比不匹配的時(shí)間(jiān)累計(jì)值，單位h 。
4）信号控制(zhì)層狀态指數(shù)
是指一天內(nèi)不存在周期過長、周期飽和(hé)度不匹配、綠信比比匹配的周期個(gè)數(shù)與當天總周期個(gè)數(shù)的比值。該指标用于評價信号路口的信号控制(zhì)參數(shù)的合理(lǐ)性，數(shù)值越高(gāo)，則該路口的運行(xíng)狀态越好。
（5）交通(tōng)違法層
該指标層主要反映路口通(tōng)行(xíng)秩序情況，不僅包括逆行(xíng)、闖紅燈等機動車(chē)違法，也包括非機動車(chē)、行(xíng)人(rén)路口內(nèi)橫穿亂跑、闖燈越線等違法。現粗略地将違法行(xíng)為(wèi)分為(wèi)機動車(chē)違法、非機動車(chē)違法及行(xíng)人(rén)違法三種類型。
1）機動車(chē)違法量
該指标是指機動車(chē)在路口違反交通(tōng)信号、不按指定車(chē)道(dào)行(xíng)駛等違法數(shù)量。
2）非機動車(chē)違法量
該指标是指非機動車(chē)在路口違反交通(tōng)信号等違法數(shù)量。
3）行(xíng)人(rén)違法量
該指标是指行(xíng)人(rén)在路口違反交通(tōng)信号等違法數(shù)量。
4）路口綜合違法量
該指标用于綜合評價機動車(chē)、非機動車(chē)和(hé)行(xíng)人(rén)的違法數(shù)量。
5）交通(tōng)違法層狀态指數(shù)
該指數(shù)用于評價路口交通(tōng)參與者遵守秩序的程度，數(shù)值越大(dà)說明(míng)該路口的交通(tōng)參與者遵守秩序程度越高(gāo)，違法率越低(dī)。
（6）交通(tōng)事故層
該指标層主要反映路口安全情況，現粗略地将事故類型分為(wèi)機動車(chē)事故、非機動車(chē)事故及行(xíng)人(rén)事故三種類型。
1）機動車(chē)事故量
該指标是指在路口處發生(shēng)的認定原因為(wèi)機動車(chē)的事故數(shù)量。
2）非機動車(chē)事故量
該指标是指在路口處發生(shēng)的認定原因為(wèi)非機動車(chē)的事故數(shù)量。
3）行(xíng)人(rén)事故量
該指标是指在路口處發生(shēng)的認定原因為(wèi)行(xíng)人(rén)的事故數(shù)量。
4）路口綜合事故量
該指标是綜合考慮機動車(chē)、非機動車(chē)和(hé)行(xíng)人(rén)的事故數(shù)量。
5）交通(tōng)事故層狀态指數(shù)
該指數(shù)用于評價路口的交通(tōng)安全程度，數(shù)值越高(gāo)，說明(míng)該路口越安全，交通(tōng)參與者發生(shēng)事故率越低(dī)。
（7）路口綜合狀态指數(shù)
該指标基于上(shàng)述6個(gè)維度的狀态指數(shù)，綜合考察路口狀态；指标越低(dī)，說明(míng)該路口的優化空(kōng)間(jiān)較大(dà)，表明(míng)感知設備層、數(shù)據質量層、運行(xíng)狀态層、信号控制(zhì)層、交通(tōng)違法、交通(tōng)事故層某一個(gè)或幾個(gè)存在短(duǎn)闆，可(kě)進一步聚焦路口短(duǎn)闆，提升路口綜合狀态。
特别說明(míng)，本節主要說明(míng)路口多(duō)維度指标體(tǐ)系的構建思路，具體(tǐ)指标的選取可(kě)根據情況合理(lǐ)添加删除，以及深入細化。
3、智慧路口
路口所負載的設施設備，關聯的交通(tōng)數(shù)據也越來(lái)越多(duō)，通(tōng)過建立路口多(duō)維度指标體(tǐ)系，構建數(shù)字路口；進而結合交警部門(mén)的業務應用，有(yǒu)效對路口關聯數(shù)據進行(xíng)有(yǒu)效管理(lǐ)和(hé)組織，從海量的交通(tōng)數(shù)據中獲取“智慧”，實現路口智慧化，如圖4所示，從而有(yǒu)效服務交警客戶當前交通(tōng)擁堵治理(lǐ)、違法治理(lǐ)等業務，在實現路口智慧化的同時(shí)，促進交通(tōng)管理(lǐ)向智能化快速發展。
圖4 智慧路口實現示意圖
4、總結
在各大(dà)城市不斷投入資金安裝各種感知設備的同時(shí)，路口感知設備類型越來(lái)越多(duō)，有(yǒu)必要實現基于多(duō)源采集數(shù)據的路口交通(tōng)指标标準化處理(lǐ)；通(tōng)過建立路口多(duō)維度指标體(tǐ)系，一方面實現路口交通(tōng)指标的标準化處理(lǐ)，一方面通(tōng)過不同維度表征數(shù)字路口，為(wèi)結合交警業務，深度挖掘交通(tōng)數(shù)據“智慧”，打造智慧路口提供數(shù)據指标支持。