先行“碳”路：蘭理學(xué)子助力綠色交通建設(shè)

蘭州理工大學(xué)翰王科技團(tuán)隊(duì)調(diào)研了甘肅省蘭州市交通治理狀況，由此發(fā)現(xiàn)：在政策牽引、技術(shù)推動(dòng)的時(shí)代，全球智慧交通迎來(lái)了歷史發(fā)展機(jī)遇。一方面，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)創(chuàng)新形成的智能交通管理模式提供了豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。另一方面，各國(guó)各級(jí)政府相繼出臺(tái)交通強(qiáng)國(guó)、新基建、數(shù)字交通等相關(guān)政策，為智慧交通高質(zhì)量發(fā)展提供保障和引導(dǎo)。

圖 1  政策支持圖

交通運(yùn)輸業(yè)是世界上碳排放量的三大來(lái)源之一。據(jù)交通部數(shù)據(jù)，每年因交通擁堵造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)城鎮(zhèn)人口可支配收入的20%。2022年我國(guó)交通領(lǐng)域的碳排放量占全國(guó)終端碳排放量的15%，而在整個(gè)交通領(lǐng)域，道路交通碳排放量占90%。在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的背景下，智慧交通開(kāi)啟了綠色低碳轉(zhuǎn)型。通過(guò)智能交通系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控交通流量、擁堵指數(shù)、延誤指數(shù)等，可以減少交通擁堵，提高通行效率，減少碳排放量。

圖 2  城市交通擁堵圖

智能交通系統(tǒng)利用信息和通信技術(shù)有效地利用現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)改善交通服務(wù)并減少擁堵、事故和空氣污染。目前，各國(guó)智能交通技術(shù)和政策條件都比較成熟，部分城市建設(shè)取得初步成效。隨著自動(dòng)駕駛等技術(shù)的不斷突破，整體智能交通行業(yè)將迎來(lái)一波快速增長(zhǎng)的浪潮。也有望成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。但是，仍然存在很多問(wèn)題。車(chē)輛數(shù)量的控制是有效控制交通網(wǎng)絡(luò)碳排放量的一個(gè)大問(wèn)題。目前的流量控制算法克服了窗口流量系統(tǒng)的局限性，但在控制效率和時(shí)延上仍有提升空間。此外，各國(guó)在智能建筑和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面存在差異。他們?cè)谶_(dá)到平衡點(diǎn)后不會(huì)前進(jìn)。因此，未來(lái)城市智能交通系統(tǒng)的發(fā)展模式需要根據(jù)不同類(lèi)型的城市需求進(jìn)行不同的布局。隨著自動(dòng)駕駛等技術(shù)的突破，整個(gè)智能交通產(chǎn)業(yè)將蓬勃發(fā)展，有望成為全球經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。
在此大背景下，本團(tuán)隊(duì)結(jié)合現(xiàn)有解決方案進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，研發(fā)了一款新型交通智慧治理管控系統(tǒng)。一方面，它將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于智慧交通管理，挖掘智慧城市中的交通特征，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)的交通狀況，提升了交通道路整體運(yùn)行效率，通過(guò)增大燃油利用率的方式降低了碳排放；另一方面，引入了YOLO、OpenCV 、CNN等多種算法，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛違規(guī)抓拍以及交通燈違章檢測(cè)功能，在一定程度上降低了交通的能源浪費(fèi)。該系統(tǒng)的運(yùn)用真正實(shí)現(xiàn)了綠色交通管控，解決了交通延緩問(wèn)題。

圖 3  系統(tǒng)效果圖

我們對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了性能分析，通過(guò)對(duì)不同框架下交通信號(hào)燈違法行為準(zhǔn)確性指標(biāo)進(jìn)行分析，得到該模型的預(yù)測(cè)正確率為88.24%，優(yōu)于大多數(shù)傳統(tǒng)方法，能夠很好的規(guī)范交通秩序，在一定程度上降低了碳排放。同時(shí)我們對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)控制模型的指標(biāo)進(jìn)行分析，得到OWENN模型準(zhǔn)確率達(dá)98.23%，測(cè)量率達(dá)96.69%。具有一定的高效性。
本系統(tǒng)通過(guò)緩解道路交通擁堵的方式，降低了油耗，提高了能量利用率，在一定程度上降低了碳排放。通過(guò)理論計(jì)算，我們得到，通過(guò)該系統(tǒng)的運(yùn)用，可使交通擁擠降低20%，油料消耗減少30%，開(kāi)車(chē)的二氧化減排量可達(dá)1.782×10⁵t，相當(dāng)于9.73×10⁴畝人工林所吸收的CO₂。

圖 4  綠色交通