1.2.2　面向智慧管理的高速公路系统时间演变研究

在现实生活中，高速公路系统一般总是处于持续运行的状态，因而在区域内属于动态系统，即随着时间的推移，其内部发生着各种动态的过程。分析高速公路系统内各种动态过程的时间演变规律，并进一步预测其发展的趋势和程度，有助于实现“预判式”的精准管理。由于高速公路系统可以抽象为由收费站构成节点、由交通线路构成边的网络，所以本书将从节点上的动态过程、边上的动态过程这两个方面，分别阐述对应的时间演变规律及其对高速公路系统实现智慧管理的意义。

首先是高速公路网络节点上各种交通过程的时间演变规律，其中最重要的就是在不同节点车辆驶入和驶出过程的时间演变规律。监测每一个节点不同类型车辆驶入的数量，形成多种类型车辆驶入数量的时间序列曲线。同时考虑高速公路系统内不同节点对应的多种类型车辆的驶入过程，通过对应的时间序列监测数据，模拟其时间演变的过程，并进一步预测其未来的发展趋势，即预测出高速公路系统内不同节点多种类型车辆在未来时间驶入的数量。这样，一方面可以指导高速公路系统入口的管理人员进行适当的引导和安排，另一方面可估算高速公路系统内车辆总数的变化，探讨高速公路系统的容量阈值。同上述驶入过程描述一样，驶出过程的时间演变监测与模拟也很重要，由于高速公路系统的入口和出口都是收费站，预测高速公路系统内驶出车辆的数量和类型，也有助于管理系统的提前合理安排。针对高速公路网络节点上不同类型的车辆驶入和驶出高速公路系统的过程，监测流量数据形成时间序列，模拟时间序列的演变趋势，并预测未来时刻高速公路系统不同类型车辆的驶入数量和驶出数量，能够为高速公路系统出入口的管理人员提供一定的依据，从而实现出口和入口处“预判式”的车辆引导和处置，促进高速公路系统的智慧管理。

其次是高速公路网络的边上各种交通过程的时间演变规律，主要包括高速公路不同路段上交通事件的形成、发展、演变和结束过程，比较有代表性的就是交通拥堵和交通事故。对于交通拥堵的时间演变过程，可通过路段上连续布置的监测和感知设备，识别车辆的行驶状态，并根据不同车辆行驶状态和空间距离，判断交通拥堵的产生条件，并追踪拥堵的形成。通过积累数据多次模拟与优化，建立道路状况、车辆行驶状态、车辆位置关系等不同因素与交通拥堵之间的关系，构建路段上交通拥堵形成的“识别-判定-预警”机制。在交通拥堵产生后，连续观测拥堵的范围变化，结合流量数据模拟交通拥堵的实际影响，从而辅助管理者进行干预与引导，可通过多种措施并行解决拥堵产生的根本原因，缓解乃至消除拥堵。建立拥堵产生后增长扩散与影响累加的评估和模拟模型及拥堵解决途径的预案库，并通过现实案例不断调整优化模拟模型和解决途径之间的对应关系，从而形成高速公路系统内路段上交通拥堵的空间影响模拟模型和解决途径预案库。对于交通事故的时间演变过程，由于交通事故具有一定的突然性和偶发性，一方面可通过历史记录数据，发现交通事故产生的时空规律和热点区域，从而增设必要的监测设备，以保证能在第一时间获得交通事故的时空位置信息；另一方面可根据监测数据实时评估事件的演变趋势和扩散影响，并据此确定和调整处置策略。对于交通系统内的时间过程，主要是完善交通事件的产生判定、扩散模拟和解决预案之间的充分衔接，可提升高速公路系统内不同交通事件的处置应对效率，从而促进有效管理，构建出智慧高速公路建设与改造过程中智慧管理的部分。

因而，探讨高速公路系统内不同单元（节点和路段）上的各种时间过程，模拟其时间演变规律，建立异常事件监测和预警机制及未来发展趋势和程度的预测模型，辅之以各种处理预案库的建设和完善，可以充分提高交通管理部门对高速公路系统的智慧化管理。