1.2.2　面向智慧管理的高速公路系統時間演變研究

在現實生活中，高速公路系統一般總是處于持續運行的狀態，因而在區域內屬于動態系統，即隨著時間的推移，其內部發生著各種動態的過程。分析高速公路系統內各種動態過程的時間演變規律，并進一步預測其發展的趨勢和程度，有助于實現“預判式”的精準管理。由于高速公路系統可以抽象為由收費站構成節點、由交通線路構成邊的網絡，所以本書將從節點上的動態過程、邊上的動態過程這兩個方面，分別闡述對應的時間演變規律及其對高速公路系統實現智慧管理的意義。

首先是高速公路網絡節點上各種交通過程的時間演變規律，其中最重要的就是在不同節點車輛駛入和駛出過程的時間演變規律。監測每一個節點不同類型車輛駛入的數量，形成多種類型車輛駛入數量的時間序列曲線。同時考慮高速公路系統內不同節點對應的多種類型車輛的駛入過程，通過對應的時間序列監測數據，模擬其時間演變的過程，并進一步預測其未來的發展趨勢，即預測出高速公路系統內不同節點多種類型車輛在未來時間駛入的數量。這樣，一方面可以指導高速公路系統入口的管理人員進行適當的引導和安排，另一方面可估算高速公路系統內車輛總數的變化，探討高速公路系統的容量閾值。同上述駛入過程描述一樣，駛出過程的時間演變監測與模擬也很重要，由于高速公路系統的入口和出口都是收費站，預測高速公路系統內駛出車輛的數量和類型，也有助于管理系統的提前合理安排。針對高速公路網絡節點上不同類型的車輛駛入和駛出高速公路系統的過程，監測流量數據形成時間序列，模擬時間序列的演變趨勢，并預測未來時刻高速公路系統不同類型車輛的駛入數量和駛出數量，能夠為高速公路系統出入口的管理人員提供一定的依據，從而實現出口和入口處“預判式”的車輛引導和處置，促進高速公路系統的智慧管理。

其次是高速公路網絡的邊上各種交通過程的時間演變規律，主要包括高速公路不同路段上交通事件的形成、發展、演變和結束過程，比較有代表性的就是交通擁堵和交通事故。對于交通擁堵的時間演變過程，可通過路段上連續布置的監測和感知設備，識別車輛的行駛狀態，并根據不同車輛行駛狀態和空間距離，判斷交通擁堵的產生條件，并追蹤擁堵的形成。通過積累數據多次模擬與優化，建立道路狀況、車輛行駛狀態、車輛位置關系等不同因素與交通擁堵之間的關系，構建路段上交通擁堵形成的“識別-判定-預警”機制。在交通擁堵產生后，連續觀測擁堵的范圍變化，結合流量數據模擬交通擁堵的實際影響，從而輔助管理者進行干預與引導，可通過多種措施并行解決擁堵產生的根本原因，緩解乃至消除擁堵。建立擁堵產生后增長擴散與影響累加的評估和模擬模型及擁堵解決途徑的預案庫，并通過現實案例不斷調整優化模擬模型和解決途徑之間的對應關系，從而形成高速公路系統內路段上交通擁堵的空間影響模擬模型和解決途徑預案庫。對于交通事故的時間演變過程，由于交通事故具有一定的突然性和偶發性，一方面可通過歷史記錄數據，發現交通事故產生的時空規律和熱點區域，從而增設必要的監測設備，以保證能在第一時間獲得交通事故的時空位置信息；另一方面可根據監測數據實時評估事件的演變趨勢和擴散影響，并據此確定和調整處置策略。對于交通系統內的時間過程，主要是完善交通事件的產生判定、擴散模擬和解決預案之間的充分銜接，可提升高速公路系統內不同交通事件的處置應對效率，從而促進有效管理，構建出智慧高速公路建設與改造過程中智慧管理的部分。

因而，探討高速公路系統內不同單元（節點和路段）上的各種時間過程，模擬其時間演變規律，建立異常事件監測和預警機制及未來發展趨勢和程度的預測模型，輔之以各種處理預案庫的建設和完善，可以充分提高交通管理部門對高速公路系統的智慧化管理。