隨著城市交通復(fù)雜性增加和交通大數(shù)據(jù)不斷積累，通過建設(shè)城市交通大腦破解交通問題的期待和呼聲越來越高。然而，如果沒有完善的頂層設(shè)計(jì)、有效的監(jiān)督機(jī)制和嚴(yán)格的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)節(jié)，城市交通大腦的建設(shè)將難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，造成投資浪費(fèi)。在這一背景下，作者對城市交通大腦建設(shè)展開研究并提出若干建議。作者為清華大學(xué)交通研究所，教授，博士生導(dǎo)師，所長。

城市病的破解思路與城市交通大腦的功能需求

1、城市交通大腦助力破解城市交通難題

中國城市正面臨著破解城市病的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，例如緩解交通擁堵、減少交通排放、提升交通效率、強(qiáng)化交通安全、提升交通服務(wù)等，破解上述城市病的基本思路是堅(jiān)持以系統(tǒng)科學(xué)為指導(dǎo)、以交通工程原理為依據(jù)，采取綜合措施保持交通供求關(guān)系的最佳匹配狀態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡(見下圖)。其中智能交通是助力破解交通擁堵、降低排放、提升交通效率、提高安全水平和提升服務(wù)品質(zhì)的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)交通世界領(lǐng)先的重要抓手。

隨著信息技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，高智商的城市交通大腦無疑會(huì)助力解決城市交通難題，提高城市交通的分析、診斷、規(guī)劃、決策、方案生成和方案實(shí)施、效果預(yù)評(píng)估與后評(píng)估能力，一個(gè)優(yōu)秀的系統(tǒng)將具有優(yōu)化反饋機(jī)制，使得系統(tǒng)的智能化水平不斷有機(jī)生長。

2、城市交通大腦的功能需求

確定城市交通大腦的功能需求可從問題導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向兩個(gè)方面考慮。從問題導(dǎo)向上看，城市交通大腦必須能夠助力破解城市交通擁堵、減少交通工具排放、提高服務(wù)品質(zhì)和交通安全水平、保證良好交通秩序、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交通管理、規(guī)范出行者交通行為等。從目標(biāo)導(dǎo)向上看，城市交通大腦要具有不斷自我進(jìn)化能力，逐步走向完全的自動(dòng)化和智能化，包括基于多源異構(gòu)信息的深度態(tài)勢分析、問題癥結(jié)及其機(jī)理研判、對策方案自動(dòng)生成和實(shí)施、車路協(xié)同控制指揮服務(wù)一體化、交通組織誘導(dǎo)和自動(dòng)駕駛逐步走向智能化等。這是一個(gè)過程，這個(gè)過程必須有標(biāo)準(zhǔn)判斷、目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、功能深度的具體描述和強(qiáng)有力的監(jiān)督驗(yàn)收機(jī)制等。

城市交通大腦的內(nèi)涵與主要特征

城市交通大腦是在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息和智能技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，通過類人大腦的環(huán)境感知、行動(dòng)控制、情感表達(dá)、學(xué)習(xí)記憶、推理判斷、理解創(chuàng)造等綜合智能，對城市及城市交通相關(guān)信息進(jìn)行全面感知、深度分析、綜合研判、智能生成方案、精準(zhǔn)決策、系統(tǒng)應(yīng)用、循環(huán)優(yōu)化、創(chuàng)新發(fā)展來更好地實(shí)現(xiàn)對城市交通的治理和服務(wù)，破解城市交通問題并提供系統(tǒng)的綜合服務(wù)

城市交通大腦的主要特征體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)高度集聚與共享化、分析研判過程的高度智能化、需求響應(yīng)的精準(zhǔn)與實(shí)時(shí)化、方案生成與決策的高質(zhì)量化、自我進(jìn)化過程的動(dòng)態(tài)化等，貫穿在城市交通大腦十大核心要素中：感知認(rèn)知、學(xué)習(xí)記憶、邏輯推理、綜合判斷、智能進(jìn)化、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、形成對策、評(píng)估預(yù)測、實(shí)施方案、創(chuàng)新創(chuàng)造。

城市交通大腦智能等級(jí)分類

城市交通大腦由于智能等級(jí)不同、功能構(gòu)成不同、投資水平不同而差異很大。必須明確城市交通大腦的進(jìn)化等級(jí)和功能水平，以便使城市交通系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)者、系統(tǒng)建設(shè)者和交通管理者能夠有共同語言、共同目標(biāo)、共同評(píng)價(jià)，便于規(guī)劃、決策、建設(shè)、驗(yàn)收、交通組織與管理等全環(huán)節(jié)的智能化，保證城市交通大腦具有智能升級(jí)基因和行為機(jī)理，并隨著系統(tǒng)的運(yùn)行不斷走向更高階別的智能化。

城市交通大腦應(yīng)包括交通規(guī)劃、建設(shè)、管理等交通系統(tǒng)的全環(huán)節(jié)。本文以城市交通管理大腦為例，建議將其進(jìn)化過程分為5個(gè)階段

城市交通大腦頂層設(shè)計(jì)要點(diǎn)

做好城市交通大腦的頂層設(shè)計(jì)是成功實(shí)現(xiàn)交通大腦建設(shè)目標(biāo)的關(guān)鍵。城市交通大腦的頂層設(shè)計(jì)至少要回答和解決如下問題。

1、數(shù)據(jù)的采集和接入

頂層設(shè)計(jì)中要解決數(shù)據(jù)的采集和接入問題，數(shù)據(jù)采集類型應(yīng)至少包括城市路網(wǎng)、城市客運(yùn)方式、城市貨運(yùn)方式、交通警務(wù)、無人機(jī)、步行和自行車交通、交通樞紐及手機(jī)信令等社會(huì)資源數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集方法包括人工數(shù)據(jù)采集、檢測器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)共享等方式。應(yīng)建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接入接口，能夠?qū)Χ嘣磾?shù)據(jù)進(jìn)行接入，能夠?qū)崿F(xiàn)城市各部門交通數(shù)據(jù)的共享。通過構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、分析及處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息資源高度共享、融合和綜合利用，匯集成大數(shù)據(jù)資源池，實(shí)現(xiàn)交通數(shù)據(jù)的全覆蓋、全關(guān)聯(lián)、全開放和全分析，從而給市民提供更加優(yōu)質(zhì)和高效的交通服務(wù)。

2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)云設(shè)計(jì)

頂層設(shè)計(jì)中需要對數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)和運(yùn)算方式進(jìn)行說明?；诋?dāng)前云計(jì)算技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享、按需動(dòng)態(tài)調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)，在建設(shè)城市交通大腦時(shí)，需要搭建基于云技術(shù)架構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施軟硬件資源云化管理。

3、分析模型體系

城市交通大腦要建立多種分析模型，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，基于交通工程原理，建立需求分析、現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、違法態(tài)勢、擁堵成因、控制優(yōu)化、交通組織、安全預(yù)警、勤務(wù)督導(dǎo)、設(shè)施應(yīng)用等多種大數(shù)據(jù)分析模型，實(shí)現(xiàn)對交通的全過程深度分析。

4、智能演化機(jī)理與能力

城市交通大腦要能夠進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，能夠從海量數(shù)據(jù)中洞悉人所沒有發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜隱藏規(guī)律。對交通擁堵等機(jī)理問題借助數(shù)據(jù)、通過系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)演化，揭示交通運(yùn)行規(guī)律，從機(jī)理上分析交通問題。

5、智能交通管理功能

城市交通大腦要能夠?qū)崿F(xiàn)城市交通管理的核心功能，具體包括交通運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測、交通態(tài)勢實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析、交通異常狀態(tài)智能預(yù)警與應(yīng)對、交通戰(zhàn)略與政策制定、快速輔助交通執(zhí)法、精準(zhǔn)交通信息發(fā)布、全生命周期交通設(shè)施管理等功能。

6、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與交通狀態(tài)自動(dòng)評(píng)估

城市交通大腦要能夠?qū)崿F(xiàn)智能交通管理系統(tǒng)功能并且對交通狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)評(píng)估，充分利用交通大數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)分析模型，對交通現(xiàn)狀、交通態(tài)勢自動(dòng)進(jìn)行評(píng)估，對交通問題進(jìn)行自動(dòng)診斷。

7、交通管理控制方案自動(dòng)生成

為了應(yīng)對不同需求特性、不同路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、不同環(huán)境下的交通擁堵，系統(tǒng)應(yīng)能夠自動(dòng)生成不同類型的策略方案?？傮w來說重點(diǎn)包括四個(gè)方面：1)信號(hào)控制方案優(yōu)化。通過實(shí)施點(diǎn)、線、面的配時(shí)方案優(yōu)化，提高道路網(wǎng)的運(yùn)行效率。2)路段和交叉口設(shè)計(jì)優(yōu)化。根據(jù)交叉口的交通需求特性進(jìn)行交通組織、根據(jù)道路的潮汐交通流特征動(dòng)態(tài)劃分車道等。3)道路網(wǎng)絡(luò)交通流均衡。對于交通需求在道路網(wǎng)上分布不均衡引發(fā)的擁堵，通過信息發(fā)布引導(dǎo)交通流在路網(wǎng)上均勻分布。4)區(qū)域交通組織。對于交通量大、流向復(fù)雜引發(fā)的高擁堵區(qū)域，以及道路狹窄、通行效率過低的區(qū)域，通過設(shè)立單向通行以及限制轉(zhuǎn)向等交通組織手段降低交通擁堵程度。

8、效果評(píng)價(jià)與實(shí)證檢驗(yàn)

城市交通大腦不僅要具有自動(dòng)方案生成能力，并且能夠?qū)Ψ桨高M(jìn)行效果評(píng)價(jià)和驗(yàn)證，借助當(dāng)前能夠獲得的車輛位置等實(shí)時(shí)交通大數(shù)據(jù)，及時(shí)、多次對生成的方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和智能更新。

城市交通大腦科學(xué)論證與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

1、頂層設(shè)計(jì)論證與驗(yàn)收程序建議

城市交通大腦建設(shè)投資巨大，事前應(yīng)該進(jìn)行深入論證。國家應(yīng)建立專家?guī)?，從專家?guī)斐蓡T中抽取組成具體項(xiàng)目論證專家組。城市交通大腦項(xiàng)目經(jīng)專家論證后方能進(jìn)入實(shí)施推進(jìn)階段，專家組的論證意見及論證過程存檔。

城市交通大腦建設(shè)完成后應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收。對驗(yàn)收流程建議如下：1)選擇系統(tǒng)功能驗(yàn)收單位，組建驗(yàn)收項(xiàng)目組；2)審閱系統(tǒng)建設(shè)合同、系統(tǒng)建設(shè)方案等相關(guān)文件；3)根據(jù)上述相關(guān)文件，對城市交通大腦的所有功能模塊進(jìn)行逐一測試，從數(shù)據(jù)接入到功能實(shí)現(xiàn)，確保系統(tǒng)能夠應(yīng)用；4)給出系統(tǒng)驗(yàn)收意見，包括系統(tǒng)功能是否實(shí)現(xiàn)、應(yīng)如何改進(jìn)等，提交驗(yàn)收文檔。

城市交通大腦預(yù)期功能的完全實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)發(fā)揮作用的前提，因此驗(yàn)收環(huán)節(jié)至關(guān)重要。為保證驗(yàn)收的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，建議制定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)建議

智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目的驗(yàn)收方式尚沒有真正關(guān)于系統(tǒng)功能、系統(tǒng)運(yùn)行效果的實(shí)際檢測的、細(xì)致的驗(yàn)收評(píng)價(jià)，有時(shí)只是形式上的驗(yàn)收，缺乏系統(tǒng)后評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和要求。建議根據(jù)當(dāng)前情況，建立完善的智能交通系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目的驗(yàn)收制度與驗(yàn)收程序，對城市交通大腦的建設(shè)成果進(jìn)行驗(yàn)收，由獨(dú)立第三方進(jìn)行項(xiàng)目的驗(yàn)收審核。

建設(shè)城市交通大腦面臨的研究課題

1、基礎(chǔ)理論研究

1)傳統(tǒng)交通工程原理在城市交通大腦中的應(yīng)用。一方面，城市交通大腦是一個(gè)由現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)規(guī)律與專家經(jīng)驗(yàn)共同構(gòu)成的系統(tǒng)，如果沒有專家經(jīng)驗(yàn)的介入，僅依靠統(tǒng)計(jì)規(guī)律會(huì)得到嚴(yán)重脫離實(shí)際的分析結(jié)果和解決方案。另一方面，在系統(tǒng)中加入大量經(jīng)過上百年交通領(lǐng)域?qū)W者探索獲得的、已經(jīng)被實(shí)踐證實(shí)的理論規(guī)律可以大大節(jié)約分析、模擬和決策制定的時(shí)間，提高運(yùn)行效率。

2)數(shù)據(jù)處理問題。當(dāng)前的交通數(shù)據(jù)中，大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如視頻、自然語言文字等占用了大部分存儲(chǔ)空間，如何通過高效的運(yùn)算與識(shí)別手段進(jìn)行信息遺漏少、數(shù)據(jù)利用多的處理并量化給予權(quán)重，與高度結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)融合分析，指導(dǎo)城市治理，將是城市交通大腦建設(shè)面臨的重要研究課題。

3)數(shù)據(jù)分析與模擬問題。城市交通系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，當(dāng)前還沒有很好的方法對獲取的海量數(shù)據(jù)全盤統(tǒng)籌加以利用，或通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)全面、精準(zhǔn)預(yù)測交通狀態(tài)。未來在數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析以及交通狀態(tài)演化分析的過程中，如何根據(jù)實(shí)際情況建立模型、揭示規(guī)律、更好地預(yù)測未來的交通狀態(tài)問題需要進(jìn)一步深化研究。

2、城市交通大腦技術(shù)

1)智能交通基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)問題。城市交通大腦的高效運(yùn)行需要大量傳感器、控制器等底層設(shè)備的支持和配合，在提高城市交通大腦的分析、診斷、規(guī)劃、決策、方案生成、效果評(píng)估水平的同時(shí)，也要盡力提高數(shù)據(jù)采集、方案實(shí)施的能力，特別是底層設(shè)施設(shè)備的技術(shù)能力。

2)數(shù)據(jù)融合問題。對于城市交通來說，多元數(shù)據(jù)匯聚、融合的一個(gè)基礎(chǔ)性工作是數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化以及統(tǒng)一的表達(dá)性。包括數(shù)據(jù)底盤總體設(shè)計(jì)、統(tǒng)一路網(wǎng)規(guī)范和試點(diǎn)城市樣本數(shù)據(jù)、視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)、交通參數(shù)輸出標(biāo)準(zhǔn)等。有了多源數(shù)據(jù)匯聚和融合，才能更加精準(zhǔn)地解決城市交通難題，提供高效交通服務(wù)。

3)數(shù)據(jù)安全問題。城市交通大腦必須從軟硬件兩個(gè)角度確保數(shù)據(jù)安全。一方面，交通數(shù)據(jù)涉及國家安全、公共安全、交通安全、社會(huì)治理等多方面的重要信息，如果泄露將造成嚴(yán)重后果；另一方面，如果交通控制參數(shù)受到別有用心者的干預(yù)和影響，輕則城市運(yùn)行效率下降，重則危及國家或個(gè)人安全。

3、城市交通大腦建設(shè)與社會(huì)治理

1)公眾參與城市交通管理有利于解決城市交通問題。如何借助城市交通大腦建設(shè)，有效利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，調(diào)動(dòng)百姓參與城市管理的積極性，形成人人參與城市管理的氛圍，提升城市交通管理的科學(xué)性、及時(shí)性、有效性和針對性，在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代將是城市交通治理的關(guān)鍵。

2)構(gòu)建城市交通大腦應(yīng)該以問題為導(dǎo)向。隨著城市的迅速發(fā)展，中小城市交通擁堵、污染、事故、違法等問題日益嚴(yán)重，如何在投資有限的情況下，建設(shè)能夠解決實(shí)際交通問題、產(chǎn)生實(shí)際應(yīng)用效果的城市交通大腦是建設(shè)城市交通大腦的工作重點(diǎn)。同時(shí)，交通管理科技信息化應(yīng)用必然會(huì)涉及大量的技術(shù)開發(fā)和資金、人力投入，應(yīng)進(jìn)行充分的科學(xué)論證，避免投資失誤和決策浪費(fèi)。

3)做好頂層設(shè)計(jì)和科學(xué)論證是城市交通大腦健康發(fā)展的重要保障。當(dāng)前城市交通大腦的宣傳和推廣十分迅速，然而其實(shí)施效果缺乏科學(xué)檢驗(yàn)和論證。未來的城市交通大腦因其公共服務(wù)的屬性應(yīng)該是由政府主導(dǎo)建立的，政府應(yīng)充分履行行業(yè)監(jiān)管責(zé)任，進(jìn)行科學(xué)、高效、有力的市場監(jiān)管。

4、城市交通大腦建設(shè)機(jī)制

1)市場作用的發(fā)揮。在城市交通大腦的市場競爭過程中，存在不以技術(shù)或?qū)Τ鞘邪l(fā)展的作用為重的現(xiàn)象。作為行業(yè)主體的一些公司本身也處在對智能交通行業(yè)、對信號(hào)優(yōu)化配時(shí)工作的熟悉和了解過程中，有些關(guān)鍵數(shù)據(jù)以及不對外說明基本工作原理的做法等均值得商榷。這些信息的不透明造成了對城市交通大腦的預(yù)期過高，最終帶來的結(jié)果是科技媒體上的“顛覆”和“革命”用詞很多，卻少有甚至沒有機(jī)會(huì)了解實(shí)際效果。因此，應(yīng)該建立確保市場基本透明度和競爭性的市場機(jī)制，制定基本的服務(wù)與系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范。

2)政、產(chǎn)、學(xué)、研、用一體化攻關(guān)。由于城市交通問題的復(fù)雜性，城市交通擁堵等問題的解決是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。城市交通大腦的功能實(shí)現(xiàn)需要對城市以及城市交通系統(tǒng)有深刻的理解和交通工程理論等基礎(chǔ)理論和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有力支撐。也就是說，高等院校、科研機(jī)構(gòu)以及高科技企業(yè)的聯(lián)合攻關(guān)是成功建設(shè)城市交通大腦的基本前提。因此，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、務(wù)實(shí)負(fù)責(zé)的精神，政、產(chǎn)、學(xué)、研、用一體化攻關(guān)，是實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)在交通領(lǐng)域深度應(yīng)用的可能途徑。

城市交通大腦建設(shè)后評(píng)價(jià)

城市交通大腦的后評(píng)價(jià)是保證政府投資效益、系統(tǒng)功能運(yùn)行的必要環(huán)節(jié)。需要通過系統(tǒng)、科學(xué)的評(píng)價(jià)方法得出結(jié)論。按照城市交通大腦建成前后的對比分析，可以從四個(gè)方面開展評(píng)價(jià)：1)交通運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)，包括路網(wǎng)整體和局部的運(yùn)行狀況；2)交通安全效益評(píng)價(jià)，在交通安全、交通違法等方面是否得到明顯緩解和控制；3)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)，從交通參與者的出行成本、出行效率以及系統(tǒng)建設(shè)對交通投資的影響等方面進(jìn)行分析評(píng)價(jià)；4)交通管理效率評(píng)價(jià)，對交通執(zhí)法效率、快速反應(yīng)能力等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

總之，城市交通大腦建設(shè)是破解交通問題、實(shí)現(xiàn)世界一流交通管理水平的重要手段，具有巨大的市場潛力和需求。從解決問題的角度分析，城市交通大腦的第一標(biāo)準(zhǔn)是能夠?qū)崿F(xiàn)的功能和能夠取得的效果，而不是系統(tǒng)建設(shè)本身；從市場的角度來看，必須公開化、透明化、公平化，系統(tǒng)目標(biāo)明確、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)清晰、專家論證充分。

目前階段需要把握的關(guān)鍵是交通大腦建設(shè)要遵循交通工程原理，注重實(shí)際效果。有無實(shí)際效果是評(píng)價(jià)交通大腦的第一標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)系統(tǒng)要具有優(yōu)化反饋機(jī)制(自我進(jìn)化機(jī)制)。換句話說，智能進(jìn)化機(jī)制應(yīng)該是城市交通大腦的核心功能要求。