1.1.2　智慧交通的時空內(nèi)涵

當前智慧交通的建設構想普遍側(cè)重于智能監(jiān)測和高效傳輸設備的廣泛使用，從而實現(xiàn)交通系統(tǒng)各種信息的實時感知與匯總集成。這種策略可以實現(xiàn)高速公路系統(tǒng)的信息感知、安全保障和及時調(diào)控，對于解決交通系統(tǒng)現(xiàn)實問題具有重要的意義和價值。在此過程中，各種交通系統(tǒng)感知設備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷積累，形成交通系統(tǒng)日常運行的豐富記錄，其中蘊含著交通系統(tǒng)運行的規(guī)律與演變特征，對于了解交通系統(tǒng)的運行、改善交通系統(tǒng)的管理具有重要的作用。因而，借助于當前各種時空大數(shù)據(jù)挖掘技術，對交通系統(tǒng)各種智能監(jiān)測設備采集的交通大數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，可反過來促進交通系統(tǒng)的建設規(guī)劃和區(qū)域管理。但目前智慧交通系統(tǒng)的建設方案中較少強調(diào)這種“反哺”式的技術構想和場景應用。

目前智慧交通的建設思路，在某種程度上太過于關注交通系統(tǒng)本身，割裂了交通系統(tǒng)與所處區(qū)域環(huán)境之間的關聯(lián)性和耦合性，這雖然可以方便交通系統(tǒng)中駕駛者的安全高效駕駛和交通系統(tǒng)管理者的實時感知處置，但難以進一步提高交通系統(tǒng)在整體上對于區(qū)域規(guī)劃和區(qū)域發(fā)展的統(tǒng)籌作用。因而，智慧交通的建設也應該從整體上考慮交通系統(tǒng)和所處地理區(qū)域之間的關系，從而進行有針對性的建設方案設計與實施。

那么，從區(qū)域整體性的視角出發(fā)，智慧交通應該具備什么特性呢？本書將從較為宏觀的角度，即時間角度和空間角度，探討面向智慧交通的大數(shù)據(jù)分析思路，通過挖掘交通系統(tǒng)大數(shù)據(jù)蘊含的時間規(guī)律和空間規(guī)律，說明交通系統(tǒng)在區(qū)域系統(tǒng)中的功能和作用，為交通系統(tǒng)管理者、區(qū)域管理者和區(qū)域發(fā)展規(guī)劃提供一定的思考和借鑒。

（1）智慧交通的時間內(nèi)涵延伸

從時間角度來看，智慧交通應該具備的功能是監(jiān)測交通系統(tǒng)內(nèi)各種要素的時間演變過程，并進一步模擬和預測智慧交通系統(tǒng)內(nèi)要素的演變方向和程度。目前，智慧交通建設探索中廣泛使用的各類信息傳感器可以監(jiān)測到交通系統(tǒng)內(nèi)的多種信息，并可以在較為精細的時間尺度上實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。利用連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以挖掘交通系統(tǒng)中各種時間演變過程，例如恢復車輛的行駛過程，監(jiān)測某一位置上交通狀態(tài)的演變過程，監(jiān)測各類交通事件的發(fā)生與發(fā)展過程，等等。

利用智慧交通監(jiān)測設備積累的交通時空大數(shù)據(jù)，識別并歸類交通系統(tǒng)內(nèi)的不同時間過程，再結合相關的動力學或者統(tǒng)計學的方法，模擬并還原這些過程的時間演變，可在當前智慧交通的基礎上進一步構建未來交通系統(tǒng)的數(shù)字孿生系統(tǒng)，從而實現(xiàn)交通系統(tǒng)發(fā)展的下一階段，即耦合道路現(xiàn)實信息采集系統(tǒng)和道路過程模擬模型，完成現(xiàn)實世界交通系統(tǒng)在信息世界的復刻。在數(shù)字孿生交通系統(tǒng)中可進行交通系統(tǒng)的仿真實驗和模擬，通過多次虛擬交通實驗篩選出現(xiàn)實交通問題的解決措施，或者通過虛擬交通實驗優(yōu)化現(xiàn)有交通設施的布局方案，并驗證不同交通措施實施策略的可行性和有效性。因而，強化對智慧交通系統(tǒng)中各種時間過程的監(jiān)測和模擬，對于細粒度認知交通系統(tǒng)運行機制，構建數(shù)字孿生交通系統(tǒng)和仿真實驗等方面具有非常重要的意義。

智慧交通系統(tǒng)中各種時間過程監(jiān)測和模擬的目的之一，就是進行時間過程的預測，從而實現(xiàn)交通系統(tǒng)的各種預判式管理。例如在交通系統(tǒng)中，最主要的預測就是交通流量的預測，既包括不同關鍵位置上的交通流量的預測，又包括交通系統(tǒng)整體的流量預測，還包括特定區(qū)域之間的交通流量預測，即從一個固定地方到另一個固定地方的流量預測。另外，智慧交通系統(tǒng)也需要對一些異常交通狀態(tài)或者事件，例如異常駕駛行為、交通事故和交通擁堵等，進行監(jiān)測和追蹤。對異常交通狀態(tài)實施連續(xù)監(jiān)測和追蹤，并模擬異常交通狀態(tài)的時間演變過程和產(chǎn)生條件，可進一步構建相應方法對異常交通狀態(tài)進行預判和預警。交通系統(tǒng)中的各種異常交通事件和異常交通狀態(tài)，往往意味著對交通系統(tǒng)運行安全的威脅，通過監(jiān)測和模擬異常交通狀態(tài)的時間演變過程，完成對系統(tǒng)中異常交通狀態(tài)及其發(fā)生時間的預判和預警，有助于消除交通系統(tǒng)潛在異常，保證交通系統(tǒng)的運行安全。

總而言之，從時間角度來看，智慧交通系統(tǒng)并不僅僅要實現(xiàn)交通系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息化感知，更重要的是要利用各種感知設備監(jiān)測和記錄時間連續(xù)數(shù)據(jù)，模擬交通系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的時間演變過程，最終實現(xiàn)交通系統(tǒng)狀態(tài)的發(fā)展方向和演化程度的預測，以及影響交通運行安全的異常狀態(tài)和異常事件的預判和預警。

（2）智慧交通的空間內(nèi)涵延伸

從空間角度來看，智慧交通應該明確交通系統(tǒng)內(nèi)不同位置各種交通狀況的差異。由于所處局部自然環(huán)境和人文環(huán)境的差異，交通系統(tǒng)內(nèi)部不同位置具有相應的空間差異性，即位置與位置之間的差異性，一方面這種空間差異性導致駕駛者在不同路段行駛時的駕駛感覺、駕駛主觀難度等出現(xiàn)變動，繼而影響駕駛者的行為；另一方面交通系統(tǒng)內(nèi)的交通條件的空間差異也對交通系統(tǒng)的管理者提出了額外的要求，即管理者應該根據(jù)不同位置上的特征差異制定相應的管理措施，也就是具有空間針對性的交通管理。例如，比較常見的就是在連續(xù)多彎道的地方及事故多發(fā)地帶進行提醒，在陡坡或者其他復雜環(huán)境設置多種監(jiān)控感知設備。因而，交通系統(tǒng)中行駛環(huán)境的空間差異性在某種程度上決定了對應位置上智慧交通建設方案的重點與難點，影響相應建設方案的制定與執(zhí)行。

除了行駛環(huán)境這種能觀察到的空間差異性，不同交通狀態(tài)的分布也具有某種無法直觀理解的空間分布規(guī)律，這種隱含的交通狀態(tài)空間分布規(guī)律是智慧交通建設過程中最需要通過大數(shù)據(jù)技術來挖掘與表征的，也決定了智慧交通建設過程中需要感知和采集的交通系統(tǒng)信息的種類。交通系統(tǒng)中若只監(jiān)測某種單一類型的信息，往往不能反映復雜交通狀態(tài)的空間分布規(guī)律，因而需要使用多種類型的傳感器去采集交通系統(tǒng)中多個位置上不同的交通狀態(tài)信息，實現(xiàn)對交通狀態(tài)的全面描述與綜合表征，以發(fā)現(xiàn)交通系統(tǒng)內(nèi)隱含的空間分布規(guī)律。

在挖掘交通系統(tǒng)內(nèi)隱含空間分布規(guī)律的過程中，通常會面臨兩個難點，一個是隱含規(guī)律的微弱性，另一個則是隱含規(guī)律的尺度敏感性。交通系統(tǒng)內(nèi)隱含空間分布規(guī)律的微弱性是指其往往難以較為明顯地展示，需要通過對交通數(shù)據(jù)進行空間多模態(tài)的分解，將交通數(shù)據(jù)的空間分布分解為多種交通狀態(tài)空間分布特征的疊加，然后進行不同空間組分的篩選和提煉，剩余的分異有時不那么明顯，但對于指示交通系統(tǒng)的空間分異規(guī)律往往具有重要的作用。交通系統(tǒng)內(nèi)隱含空間分布規(guī)律的尺度敏感性是指其往往在某種特殊的時空尺度下才會顯現(xiàn)，對于智慧交通建設最直接的影響就是一定程度上決定了智能監(jiān)測設備的空間布設密度和時間采樣間隔。如果智慧交通系統(tǒng)中智能監(jiān)測設備的空間布設間隔過大（如只在道路分岔路口布設），雖然可以一定程度上滿足交通管理的需求，但難以對交通系統(tǒng)的內(nèi)部進行充分的空間采樣，無法說明交通系統(tǒng)內(nèi)部真實的分布細節(jié)，影響對智慧交通系統(tǒng)內(nèi)部運行規(guī)律的空間精細認知。因而，在基于交通大數(shù)據(jù)挖掘交通系統(tǒng)中隱含的空間分布規(guī)律以進行空間針對性的智慧交通建設時，需要重點考慮隱含規(guī)律的微弱性和尺度敏感性。

總而言之，從空間角度來看，智慧交通建設需要充分考慮到不同位置對應的環(huán)境條件和交通狀態(tài)的特殊性和差異性。交通系統(tǒng)內(nèi)不同位置上的差異性決定了智慧交通的空間結構，挖掘交通系統(tǒng)空間分布的隱含規(guī)律可輔助于強化智慧交通建設的空間針對性，保證智慧交通在區(qū)域系統(tǒng)的合理運營。

（3）智慧交通的時空一體內(nèi)涵延伸

從時空統(tǒng)一的角度來看，智慧交通應該關注交通系統(tǒng)中不同要素的時間演變和空間分異所對應的環(huán)境關聯(lián)和影響。交通系統(tǒng)并不是割裂在現(xiàn)實環(huán)境之外，交通系統(tǒng)與現(xiàn)實環(huán)境中不同要素之間存在著一定的信息關聯(lián)和交換，并且也存在一定的相互影響。智慧交通建設應該關注交通系統(tǒng)在時間演變和空間分異上與現(xiàn)實環(huán)境不同要素之間的相互影響，并通過大數(shù)據(jù)挖掘的方法識別不同影響的種類、程度和方式，繼而在智慧交通建設的過程中考慮并利用所發(fā)現(xiàn)的交通與環(huán)境之間的影響方式和作用程度，修改或者優(yōu)化已有的智慧交通建設方案，達到交通系統(tǒng)與所處環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和互利發(fā)展。

從時間演變的角度來看，交通與環(huán)境之間的相互影響主要體現(xiàn)為：交通系統(tǒng)通常是一個連續(xù)不間斷運行的局部系統(tǒng)，其內(nèi)部車輛持續(xù)運行會持續(xù)對周圍環(huán)境產(chǎn)生累積影響。一個典型的例子就是交通系統(tǒng)車輛尾氣的持續(xù)排放和擴散。由于交通系統(tǒng)內(nèi)車輛的不間斷運行，總有不同的車輛在交通線路上進行尾氣排放，雖然新能源汽車的出現(xiàn)在一定程度上緩解了這種問題，但此種汽車所占比例較小。交通系統(tǒng)中持續(xù)排放的尾氣所包含的空氣污染成分會向環(huán)境持續(xù)擴散，繼而影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因而，智慧交通的建設方案應該考慮到交通系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境的影響，如汽車尾氣污染、噪聲污染和燈光污染，以及危險化學品運輸車發(fā)生事故可能帶來的化學污染，等等。這就要求智慧交通的感知設備增加相關的環(huán)境傳感器，并通過交通監(jiān)測設備和環(huán)境傳感器采集到的時間連續(xù)數(shù)據(jù)，探討交通與環(huán)境之間時間演變的關聯(lián)性，根據(jù)相關研究結論為智慧交通建設方案提供建議。

從空間分異的角度來看，交通與環(huán)境之間的相互影響主要體現(xiàn)為：交通系統(tǒng)是有一定空間分布的，不同位置上對應的交通狀態(tài)可能會受到對應位置周圍環(huán)境條件的影響。環(huán)境狀況有時是交通狀態(tài)的重要影響因素，例如，有的路段很容易堵車，有的路段事故頻發(fā)。另外，交通狀態(tài)的空間分異也會影響環(huán)境的形成與發(fā)展，例如，人們會根據(jù)城市交通路網(wǎng)的分布和車流量的大小，建造居住區(qū)或者其他商業(yè)區(qū)，在工廠區(qū)位選址時交通條件也是需要考慮的因素。因而，應該充分考慮到交通設施空間分布與環(huán)境背景之間的關聯(lián)，從而對智慧交通系統(tǒng)空間分布的建設方案進行優(yōu)化，以達到在交通系統(tǒng)內(nèi)更方便、更有針對性地提供位置服務。