清華大學(xué)李萌：基于大數(shù)據(jù)的城市交通特性分析

互聯(lián)網(wǎng)IDC圈4月27日?qǐng)?bào)道，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得大數(shù)據(jù)引起人們廣泛關(guān)注?，F(xiàn)如今大數(shù)據(jù)技術(shù)早已滲透到金融、通訊等行業(yè)以及生物學(xué)、物理學(xué)等領(lǐng)域。大數(shù)據(jù)在容量、多樣性和高增速方面的爆炸式增長(zhǎng)全面考驗(yàn)著現(xiàn)代企業(yè)的數(shù)據(jù)處理和分析能力，與此同時(shí)也為各個(gè)行業(yè)帶來了準(zhǔn)確洞察市場(chǎng)行為的機(jī)會(huì)。迄今為止大數(shù)據(jù)技術(shù)與產(chǎn)品有哪些創(chuàng)新，工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用面臨哪些挑戰(zhàn)，金融行業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀如何等。圍繞這一系列問題，4月27日至28日，由工業(yè)和信息化部指導(dǎo)、中國(guó)信息通信研究院主辦的"2016大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)峰會(huì)"在北京國(guó)際會(huì)議中心盛大召開。

渦陽(yáng)ssl適用于網(wǎng)站、小程序/APP、API接口等需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用場(chǎng)景，ssl證書未來市場(chǎng)廣闊！成為創(chuàng)新互聯(lián)建站的ssl證書銷售渠道，可以享受市場(chǎng)價(jià)格4-6折優(yōu)惠！如果有意向歡迎電話聯(lián)系或者加微信：13518219792（備注：SSL證書合作）期待與您的合作！

其中，在4月27日下午“大數(shù)據(jù)與城市交通”分論壇上，清華大學(xué)土木工程系、交通研究所李萌博士發(fā)表了精彩演講。

清華大學(xué)土木工程系、交通研究所李萌

以下為李萌演講實(shí)錄：

李萌：各位來賓，首先非常感謝大會(huì)組織者邀請(qǐng)我來參與大會(huì)，今天也想在這邊跟大家分享幾個(gè)我們應(yīng)用交通領(lǐng)域的模型跟數(shù)據(jù)挖掘模型結(jié)合怎么樣更好的服務(wù)于民眾和提升他們的管理效率。

今天可能分四個(gè)部分，首先非常簡(jiǎn)要的講一下研究背景，大家都了解的。然后從三個(gè)方面講一些我們的成果，包括從交通擁堵分析，交通排放分析，和可以應(yīng)用到的一些交通分析管理措施。

從研究者層面，大家看到了，不光是國(guó)內(nèi)，還有國(guó)外，包括交通擁堵問題，包括產(chǎn)生連帶的排放問題和交通安全問題。在這里面我們幾個(gè)角度分析，包括我們從交通瓶頸分析，去分析我們交通擁堵所產(chǎn)生的一些根本的根源在哪里，產(chǎn)生的原因在哪里。產(chǎn)生擁堵，產(chǎn)生了多少交通擁堵，這些擁堵又造成多少排放，進(jìn)行排放分析，這這里我們服務(wù)于管理部門建議有哪些措施。

首先對(duì)于交通分析，對(duì)于北京城市來說，到處都在擁堵，擁堵起因在哪里，關(guān)鍵點(diǎn)在哪兒？這就是我們交通瓶頸分析。首先回答第一個(gè)問題，如何尋找到產(chǎn)生交通擁堵的關(guān)鍵問題關(guān)鍵瓶頸，首先第一個(gè)如何評(píng)價(jià)交通狀態(tài)。傳統(tǒng)來講我們一方面看到互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)用速度表達(dá)，我們溫主任這邊用非常廣的交通指數(shù)，從我們交通理論分析來說我們看到的交通狀況應(yīng)該從哪些方面分析。對(duì)于我們傳統(tǒng)交通領(lǐng)域來說，我們構(gòu)建的基本關(guān)系就是有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就是交通系統(tǒng)達(dá)到飽和能力的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的現(xiàn)象，這個(gè)是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)里面看到它的飽和通行能力達(dá)到一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，另外一個(gè)它的速度達(dá)到關(guān)鍵指標(biāo)。達(dá)到飽和和評(píng)判非飽和關(guān)鍵速度用它評(píng)價(jià)飽和還是未飽和，這個(gè)層面我們能夠有效的幫助管理者提升他們的管理水平。

這里我們兩個(gè)數(shù)據(jù)，一方面來自高德，高德給我們提供大量的浮動(dòng)車，包括手機(jī)APP大量的信息，這里面信息實(shí)際上對(duì)于我們傳統(tǒng)，因?yàn)槲覀儌鹘y(tǒng)交通管理信息是離散斷面的信息，斷面的信息是全流量全樣本信息，但是只是在少數(shù)斷面的信息采集，但是如果得到“互聯(lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)浮動(dòng)車的數(shù)據(jù)，它雖然是抽樣的，但是可以連續(xù)變速的信息，我們可以觀察整個(gè)交通運(yùn)行變化。這下面這張圖是流量跟速度的代表圖，我們看到整個(gè)交通流向變化規(guī)律從進(jìn)速區(qū)，流量進(jìn)入飽和區(qū)，進(jìn)入飽和區(qū)過渡狀態(tài)，然后速度流量再進(jìn)一步增加速度會(huì)下降，進(jìn)入過飽和狀態(tài)，這邊是未飽和狀態(tài)，所以我們通過大量數(shù)據(jù)采集，分析在不同狀態(tài)，主要我們分析快速路，從不同節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出來的狀態(tài)，這些狀態(tài)都是不一樣的，我們看到有些圖，從非飽和進(jìn)入到飽和狀態(tài)過渡階段實(shí)際上存在大量的離散信息分布，有些節(jié)點(diǎn)實(shí)際上出現(xiàn)未飽和和過飽和狀態(tài)中非?？焖俚倪^渡，我們沒有看到在過渡區(qū)有大量速度的分離，這是為什么產(chǎn)生，所以我們?cè)谶@里面進(jìn)一步分析，包括我們用模式識(shí)別方法分析出過飽和和未飽和過渡狀態(tài)的時(shí)候有哪些特別的類型。在這里面我們用過飽和概率去判斷我們整個(gè)的概率分布。什么叫過飽和概率？在我們這一個(gè)圖里面，這一部分是過飽和狀態(tài)，這一部分是未飽和狀態(tài)，我們?cè)谒薪煌顟B(tài)里面，過飽和狀態(tài)和所有狀態(tài)的百分比，我們所有采集的信息里面有多少比例是在這個(gè)點(diǎn)處于不飽和狀態(tài)。如果這個(gè)過飽和狀態(tài)過高，表明這個(gè)點(diǎn)會(huì)經(jīng)?；蛘吒吒怕食霈F(xiàn)飽和情況，我們展開這個(gè)對(duì)二環(huán)所有分析，二環(huán)不同節(jié)點(diǎn)展開分析，我們看到不同節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出了不同的現(xiàn)象，這是我們用一個(gè)季度的全數(shù)據(jù)表達(dá)出來的。

在這里面我們不光是看到了在不同節(jié)點(diǎn)有不同高度，也就是說它有不同的過飽和概率。而且我們看到在相關(guān)的上下游前后變化規(guī)律實(shí)際上也有它的內(nèi)在變化含義。是什么呢？如果我們?nèi)シ治觯覀冋麄€(gè)過飽和概率分布隨著它的地區(qū)變化有四個(gè)基本模式，第一個(gè)模式是這樣的，實(shí)際上是以建國(guó)門區(qū)域?yàn)橹饕淼模@個(gè)模式是什么，它在建國(guó)門的上游地區(qū)，實(shí)際上它會(huì)出現(xiàn)，也就是在這個(gè)方向?qū)嶋H上它都是處于嚴(yán)重?fù)矶?，?jīng)常會(huì)出現(xiàn)概率比較高的擁堵；它在下游建國(guó)門下游這個(gè)區(qū)域，是二環(huán)內(nèi)環(huán)方向，大面積區(qū)域出現(xiàn)了過飽和概率會(huì)突變，突降的過程。什么概念？我們分析在北京非常典型的趨勢(shì)，也就是說建國(guó)門是關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)概率上因?yàn)榻▏?guó)門所產(chǎn)生一系列連帶的擁堵的發(fā)生，這些連帶擁堵發(fā)生出現(xiàn)的概率和時(shí)長(zhǎng)都小于建國(guó)門，如果通過熱力圖表達(dá)，熱力圖橫軸從早上到晚上不同的時(shí)間，數(shù)軸是代表不同的位置和天數(shù)。我們這個(gè)紅色看到出現(xiàn)擁堵區(qū)域，從建國(guó)門開始不斷出現(xiàn)擁堵，而且以晚高峰擁堵，高高峰相對(duì)較好的現(xiàn)象。我們通過熱力圖分析和概率圖分析，可以看到建國(guó)門系關(guān)鍵的瓶頸，導(dǎo)致了建國(guó)門上游出現(xiàn)大量擁堵的現(xiàn)象，這是在我們通過二環(huán)整個(gè)所有模式識(shí)別之后發(fā)現(xiàn)第一個(gè)主要的模式。這還是建國(guó)門模式，包括我們分析和二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)，分鐘寺、玉蜓橋模式非常類似，上游出現(xiàn)擁堵，下游迅速的恢復(fù)。

第三類我們看到的模式上游混合概率突然增加，下游恢復(fù)，這個(gè)包括二環(huán)境內(nèi)環(huán)安定門的位置，包括三環(huán)蓮花橋和四環(huán)，這連續(xù)出入口是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，而上游是沒有實(shí)現(xiàn)擁堵，而只是出現(xiàn)局部的擁堵現(xiàn)象。

第四類西二環(huán)復(fù)興門會(huì)出現(xiàn)連續(xù)性的擁堵，這里面有很多辦公區(qū)域和吸引人的區(qū)域，道路需求非常大，出口也非常多，出現(xiàn)混雜的集聚的道路交通擁堵狀態(tài)。我們通過四類主要交通擁堵模式角度來看，這是我們對(duì)北京城市環(huán)路的交通瓶頸進(jìn)行分析，我們分析方法一方面結(jié)合了我們交通工程里面交通分析里面基本模型和數(shù)據(jù)挖掘模型分析交通擁堵特性。

下一步希望跟大家分享的是交通排放的分析，前面幾位嘉賓都講到了交通排放的分析，我們講的方式跟之前幾個(gè)嘉賓講的方式不太一樣，因?yàn)槲覀冇昧?ldquo;互聯(lián)網(wǎng)+”的信息跟我們交通管理信息融合，一方面我們大量應(yīng)用浮動(dòng)車的分析，一方面從人流分析圖和出租車分析，我們這個(gè)層面詳細(xì)的使用GPS數(shù)據(jù)，包括它的詳細(xì)信息和加速度信息，這樣的信息實(shí)際上允許我們?nèi)ゲ捎梦⒂^模型進(jìn)行單車整個(gè)排放的估計(jì)，我們應(yīng)用的是MIT比功率模型，計(jì)算出單車在加速度模式性的排放，這些不同的匯總，同時(shí)我們也加家童部門給我們提供斷面的信息，我們通過局部抽樣一些單車的信息和我們斷面交通流整體信息，去評(píng)價(jià)整個(gè)交通運(yùn)行狀態(tài)排放的分析。這個(gè)我們是排放層級(jí)，并不是污染層級(jí)，上面這張圖是分析，如果早高峰繞二環(huán)一周，根據(jù)我們的速度和流量信息，可以計(jì)算出它的整個(gè)繞行一周的排放總量。下面這張圖得到的是整個(gè)區(qū)域，按道路級(jí)，我們從微觀得到中觀道路層面排放信息得到的結(jié)果，這是在不的政策之下，綠色代表工作日，紅色代表周日的情況，所以我們可以看到政策實(shí)施，平時(shí)和周末是有所區(qū)別，在不同環(huán)路里邊包括運(yùn)行情況和交通流的情況得到不同的結(jié)果，比如繞二環(huán)周六日排放是2.64%，平時(shí)是4.84%.這個(gè)是我們根據(jù)整個(gè)二三四環(huán)的結(jié)果，我們根據(jù)機(jī)動(dòng)車方法得到的單氧化物的時(shí)空分布圖，繞著空間分布的關(guān)系，在二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)的不同位置，這個(gè)是代表不同的時(shí)間，早高峰、晚高峰不同時(shí)段產(chǎn)生的擁堵，另外還有熱力圖包括在不同位置排放整體的分布圖，它也是綜合了不同的信息源，針對(duì)早晚高峰進(jìn)行詳細(xì)的分析。右邊這張圖早高峰二氧化碳物排放的不足，這個(gè)我們根據(jù)分析原因，后面我們也在尋找產(chǎn)生的原因，這里面根據(jù)我們?nèi)S熱力圖不同季度、不同時(shí)間它的整個(gè)分布進(jìn)行深入分析，以及針對(duì)不同管理政策，包括不同時(shí)限政策，不同節(jié)假日期間以及閱兵期間，包括兩次紅色預(yù)警期間對(duì)環(huán)色排放的分析，根據(jù)假期長(zhǎng)短不一它的交通擁堵差別比較大，工作日期間碳氧化物排放3.7%，閱兵是下降很多。十一的假期、五一的假期，跟短的清明假期產(chǎn)生的效果也有明顯的不同。

另外從我們交通的排放分析，我們也給出了它的排名，在不同的區(qū)域不同的時(shí)間段給出了它的排名，從早晚高峰對(duì)比差別非常大，人們對(duì)比早晚通勤流向產(chǎn)生的不同，對(duì)早晚高峰不同污染物排放跟區(qū)域來講基本一致，這里面明顯擁堵瓶頸區(qū)域會(huì)產(chǎn)生更多的交通排放，因?yàn)樗a(chǎn)生低速怠速之間的排放也產(chǎn)生了大交通擁堵的排放。大概幾個(gè)點(diǎn)，從里面看相對(duì)嚴(yán)重程度由高到低排放，從二環(huán)廣安門，天寧寺，四環(huán)五棵松，三環(huán)蓮花橋的排名。我們除了這個(gè)排放以外也根據(jù)排放分析，平均速度比較低，排放比較高。另外處于過渡期，過密度，以背四環(huán)為代表，這種高流量區(qū)域也是高排放的一個(gè)非常明顯的代表。另外就是高速度區(qū)，實(shí)際上我們看到主要污染物排放實(shí)際上是更大的排放，高速度中流量產(chǎn)生比較高的整體排。另外看排放量交通以主要參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，以排放嚴(yán)重為對(duì)比的西二環(huán)為主要例子，主要以工作日和閱兵對(duì)比來看，我們工作日和閱兵在速度提高了20%情況之下，流量下降6.3%的情況下，我們整體交通污染物排放13.5，這個(gè)一方面我們看到直接減少道路交通的流量，更多的交通過飽和現(xiàn)象減少，其實(shí)它對(duì)我們污染物排放過飽和的原因，這個(gè)是對(duì)顯著的參數(shù)。

另外如果我們看交通污染量環(huán)比對(duì)比，8月交通污染物相對(duì)比較小，這是我們對(duì)比2015年全年的數(shù)據(jù)，12月這個(gè)是交通非常差的一個(gè)月。

另外一個(gè)是我們最近做的想用“互聯(lián)網(wǎng)+”吸引眼球的方式我們?cè)诟叩峦苿?dòng)下做的這么一個(gè)奇怪的分析，我們分析房?jī)r(jià)跟我們周邊道路排放產(chǎn)生關(guān)聯(lián)關(guān)系，其實(shí)沒有關(guān)聯(lián)關(guān)系，我們只不過得到這么一個(gè)對(duì)比。我們抽取了其中北京相對(duì)比較有代表性，一共是六個(gè)區(qū)域，萬(wàn)柳、望京、崇文門、五道口、馬家堡，它是整個(gè)交通道路排放跟整個(gè)房?jī)r(jià)產(chǎn)生關(guān)系，我們看到有意思的現(xiàn)象，不一定真正有關(guān)聯(lián)關(guān)系，這個(gè)現(xiàn)象里面如果以望京為例子，對(duì)于馬家堡區(qū)域來說，污染物排放略為提升，房?jī)r(jià)沒有現(xiàn)象。在五道口排放高于望京區(qū)域。挽留是既高排放又高房?jī)r(jià)現(xiàn)象。

這是我們針對(duì)快速，在這里面我們根據(jù)熱力圖方式，我們根據(jù)過飽和概率方式，尋找他們瓶頸的角度，在這個(gè)瓶頸尋找它跟交通管理的方式，我們看到大量快速路的入口，我們看到這是發(fā)生主要的瓶頸，這個(gè)建議如果從管理角度建議設(shè)置較緩沖帶，避免車流產(chǎn)生的擁堵造成一系列的擁堵現(xiàn)象和瓶頸現(xiàn)象。另外建議在關(guān)鍵出入口進(jìn)行誘導(dǎo)，和北京市交管局合作也做了幾個(gè)方案。另外也是對(duì)沿線信號(hào)燈的配合，特別是跟我們相關(guān)的出入口進(jìn)行協(xié)調(diào)有效的配置。

另外針對(duì)城市道路進(jìn)行了詳細(xì)分析，我們選取了清華在往北上地區(qū)域最堵的一個(gè)道路，早晚高峰長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)擁堵的狀態(tài)，有幾個(gè)主要的原因，節(jié)是道路交通堵塞和道路停車增加了堵車的現(xiàn)象。

另外我們對(duì)整個(gè)城市狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)過飽和分析，他們?cè)谶@個(gè)狀態(tài)分布不同的管理策略之下我們看到交通擁堵的一個(gè)分布變化，針對(duì)這種常態(tài)全時(shí)工飽和，我們定義這個(gè)詞，我們看到二環(huán)從早到晚都出現(xiàn)長(zhǎng)期擁堵情況，而且是長(zhǎng)期過飽和的狀態(tài)給出了這么一個(gè)定義，在這個(gè)里面相應(yīng)部門給出了管理措施，在這個(gè)里面不同的政策和過飽和影響是不均勻的，我們看到這張圖給出來的對(duì)于不同的環(huán)路限行政策里面產(chǎn)生不同的敏感性，也就是說未來我們產(chǎn)生政策，更進(jìn)一步的政策的話，根據(jù)區(qū)域分析應(yīng)用不同的收費(fèi)政策。

最后跟大家分享的是對(duì)于交通管理誘導(dǎo)方案給出的分析，這個(gè)誘導(dǎo)方案我們分析還是二三四環(huán)，內(nèi)環(huán)方向和東西南北各個(gè)方向，我們看它從早到晚這幾個(gè)環(huán)路預(yù)測(cè)它發(fā)生的概率是否有相關(guān)性，如果某一個(gè)環(huán)路出現(xiàn)擁堵之后，另外兩個(gè)環(huán)路出現(xiàn)擁堵空間相對(duì)比較慢，我們就可以針對(duì)誘導(dǎo)。我們看東南西北這四個(gè)方向，并不是都有誘導(dǎo)空間，能夠產(chǎn)生大的是西邊二三四環(huán)，實(shí)際上是在不同的時(shí)段，它產(chǎn)生的擁堵差別是比較大的。再?gòu)南挛绲娜c(diǎn)到六點(diǎn)這個(gè)時(shí)段，它的過飽和占有率在0.63、0.32、0.19這三個(gè)方向可以出不同的誘導(dǎo)方案。

總結(jié)一下我們學(xué)者也在不斷的嘗試把我們交通模型，數(shù)據(jù)挖掘和互聯(lián)網(wǎng)公司所在應(yīng)用的一些數(shù)據(jù)挖掘的模型進(jìn)行結(jié)合，我們希望達(dá)到兩個(gè)目的，一方面能夠有效的幫助管理者提升我們的管理水平，另外一方面希望我們能夠像互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)一樣提供給民眾更有效的信息服務(wù)，提升我們整個(gè)城市交通的一個(gè)狀態(tài)。這就是我今天的發(fā)言，謝謝！

新聞名稱：清華大學(xué)李萌：基于大數(shù)據(jù)的城市交通特性分析
文章位置：http://www.muchs.cn/article2/sdjoic.html

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