1.1 组建背景

交通拥堵、交通污染、交通耗能、交通事故已成为城市可持续发展与城市居民生活水平提高的主要障碍。智能交通技术是缓解城市交通拥堵,提升交通安全水平,改善城市交通和人居环境,促进城市建设和交通协调发展的重要管理手段。因此,《国家中长期科学和技术发展规划》在统筹安排、整体推进的基础上,提出了包括交通运输业、城镇化与城市发展在内的11个重点发展领域,将智能交通系统作为优先发展主题。与此同时,浙江省科技强省建设与“十一五”科学技术发展规划纲要也将智能交通技术作为优先发展主题。而城市道路交通装备的智能化是智能交通技术在城市道路交通管理与控制装备研发与实施的关键。

以青岛海信网络科技股份有限公司(以下简称海信网络)为依托单位申请的“国家城市道路交通装备智能化工程技术研究中心”(以下简称交通装备智能化研究中心)于2014年10月成功获得国家科技部批准,是智能交通领域唯一依托企业设立的国家工程技术研究中心,将有力促进城市道路智能交通装备的研发与产业化进程。

为了进一步促进交通装备智能化研究中心技术研发实力的提升,依托浙江大学智能交通团队雄厚的科研实力及其与海信网络的长期合作关系,拟在浙江大学建设国家城市道路交通装备智能化工程技术研究中心浙江大学分中心。分中心是交通装备智能化研究中心建设的重要组成部分,旨在充分发挥浙江大学科技资源优势,实现优势资源互补,提高工程化和产业化能力,推动智能交通行业技术进步,促进浙江及周边地区智能交通产业的升级,提高综合竞争力。

1.2 组建意义

国家工程技术研究中心建设是在创新、产业化方针指引下,探索科技与经济结合的新途径,加强科技成果向生产力转化的中间环节,促进科技产业化;面向企业规模生产的需要,推动集成、配套的工程化成果向相关行业辐射、转移与扩散,促进新兴产业的崛起和传统产业的升级改造;促进科技体制改革,培养一流的工程技术人才,建设一流的工程化实验条件,形成我国科研开发、技术创新和产业化基地。国家城市道路交通装备智能化工程技术研究中心浙江大学分中心的设立将充分发挥交通装备智能化研究中心和浙江大学的各自优势,成为浙江大学在智能交通领域进行多学科融合研究的平台,有力地促进交通学科的发展。该分中心的建设与运行将对提高我国道路交通智能化管控水平,改善交通安全态势、缓解道路交通拥挤、促进城市道路交通系统的可持续发展有重要的意义。

现有研究工作基础与水平

2.1 研发队伍

浙江大学分中心以浙江省智能交通重点科技创新团队人员为核心,依托土木工程与控制工程国家重点建设学科,形成了以中青年骨干教师为核心的研发团队。目前,分中心共有专任教师近20名,主要成员均具有博士学位及长期的海外研修经历,具有深厚的理论基础与技术开发能力。有多位教师分别兼任高等学校交通工程教学指导委员会委员、中国城市交通规划学术委员会委员、中国道路交通安全协会理事,国家实施畅通工程专家组副组长,浙江省城市公安交通管理专家组组长、美国科学院Traffic Flow Theory committee of the TRB委员、IEEE T ITS、Transportation Research Part C等知名国际期刊副主编、编委等,在国际交通领域及国内同行中具有重要影响。

2.2 科学研究

浙江大学分中心相关成员先后分别承担了国家自然科学基金重点项目2项、国际自然科学基金面上项目10余项以及国家973计划课题、国家863计划课题及国家科技支撑计划课题等,负责澳大利亚国家科学委员会Discovery项目、澳大利亚维多利亚州交通部科学发展项目、欧盟“科学与技术协作”计划项目、意大利大学教育与科技部项目、欧盟“信息社会技术”计划项目等十余项国际重大项目;获得国家科学技术进步二等奖2项,省部级科技进步奖3项;授权国家发明专利20余项;在Transportation Research Part B、IEEE Transactions on ITS等国际顶级期刊发表SCI检索论文150余篇。

浙江大学分中心国际学术交流活动十分活跃,近年来邀请包括美国科学院院士在内的国际知名学者来浙大开展相关合作研究,成功举办了“浙江大学智能交通系统和交通流理论前沿与挑战国际学术研讨会”。与发达国家和地区相关单位保持密切的学术联系,近年来邀请国外同行进行学术交流20余次,30余人次参加了境内外的大型国际学术会议。

2.3 人才培养

浙江大学交通学科依托交通运输工程、土木工程及控制工程等相关优势学科,形成了交通工程本科专业、交通运输工程硕士点(包括交通运输工程专业硕士)、道路与交通工程博士点为核心的本硕博一体化人才培养体系。目前在读硕士/博士研究生30余人,博士后2人,为分中心的研发与社会服务提供了人才支撑条件。

2.4 社会服务

浙江大学交通工程学科与国内外著名高校、企业及科研院所建立了稳定的合作关系,与浙江警察学院、杭州市综合交通研究中心、浙江省交通规划设计研究院、杭州市交通管理局、浙江省各地市的交通管理部门开展了深入合作,通过合作举办国际会议、进行交通管理与控制的培训课程、开展相关科研项目研究等,构建以学科发展引领工程建设的产学研结合的创新平台,全面推进校企合作进程,形成“官产学研”合作的创新体系。

分中心组建思路、目标与任务

3.1 组建思路

国家城市道路交通装备智能化工程技术研究中心浙江大学分中心围绕国家交通运输领域的中长期科技发展重大需求,瞄准国际前沿技术,重点开展交通大数据处理与应用、智能交通管控、一体化交通仿真等方面的基础理论和关键技术研究,逐渐形成了自己的优势领域和特色,为交通装备产品研发提供核心技术支撑;以培养创新人才为核心,把分中心建设成基于网络化管理,体系合理、开放共享、特色鲜明、达到省内领先在全国有较高知名度的智能交通研发中心,为我国城市道路交通装备智能化的产业化提供理论与技术支撑。

分中心组建的基本思路是以浙江大学交通运输学科为依托,联合土木工程、控制工程、计算机等重点学科,使中心建设、团队培养、学科建设相协调。以浙江省智能交通重点科技创新团队人员为核心,加强人才建设力度,采取引进、进修培养、兼职等措施提高理论研究与技术研发队伍的水平。通过分中心研发设施的建设以及技术创新、成果转化机制的完善,培育、提高自主创新能力,搭建科研与产业之间的“桥梁”,研究开发产业关键共性技术,加快科研成果向现实生产力转化,促进产业技术进步和核心竞争力提高。

国家城市道路交通装备智能化工程技术研究中心浙江大学分中心将形成以创新研发、教学实践和社会服务为核心的创新载体。在创新研发方面,瞄准城市交通装备智能化的核心理论与关键技术,搭建科研成果产业化转移的重要平台。在教学实践方面,依托分中心建设形成本科生/研究生实验教学、工程实习与专业化技术人员培训与实习的重要平台。在社会服务方面,依托分中心的人才与技术辐射优势,为浙江省及周边长三角地区交通管理部门提供咨询设计、产品演示、管理人员培训等服务。

浙江大学分中心组建内容示意图

3.2 组建目标与任务

根据浙江大学分中心组建的思路,明确分中心建设的目标与任务如下:

(1)突破城市交通装备智能化的核心技术

针对城市道路交通装备智能化相关技术中的关键问题,依托浙大在交通流理论、交通控制理论、交通信息理论等方面的科研优势,采取重点攻关、联合科研、引进消化吸收等多种形式,大力开展制约城市交通装备智能化产品产业化的核心技术瓶颈的研发工作。重点在交通大数据采集与处理、智能交通管理与控制、一体化交通协同仿真等领域突破关键技术,取得一批具有国际领先水平的技术与科研成果。

(2)创建城市智能交通研发创新团队

浙江大学分中心以重点学科、创新平台、重点科研项目为依托,建成一支以知名学者和中青年学术骨干为主,学历、学缘、知识和年龄结构合理,具有国际学术水平,凝聚力较强,充满活力的科研创新团队。在交通大数据处理与智能监测、智能交通控制与管理关键理论与应用技术、协同交通仿真等主要研究方向上形成特色和优势,带动学科发展,推动学科交叉与融合,全面提升整体实力与水平。具备承担国家与行业重大科技攻关任务和培养高层次复合型人才的能力,并努力成为我国道路交通领域高层次人才培养基地和行业的技术依托单位。

(3)培养复合型的智能交通工程技术专门人才

浙江大学分中心具有宽松的环境与多学科的交叉和渗透,又有各学科的优秀学术带头人和年轻而又富于创新精神的硕士生、博士生人才群体。分中心建设将有力促进理论与实践的结合,为培养理论与实践相结合、交通工程与智能控制复合型技术才人提供支撑条件。通过提高本科教育与实践水平,加强研究生培养体系的构建,形成智能交通专门人才的培育基地。

(4)打造城市交通智能管控设计咨询与服务基地

浙江大学分中心将形成以浙江省为核心,覆盖长三角城市群的智能交通设计、咨询与服务基地。在交通管理咨询设计服务方面,开展包括交通管理规划、智能交通/智慧城市设计、城市及公路交通监控系统设计、城市交通组织与优化等咨询设计业务,发挥中心科研群体智慧,为各地提供咨询服务,减少了投资决策失误,确保工程建设质量和提高投资效益。在智能交通管控展示方面,搭建形成一个集交通管控模型算法、交通管控设备、交通动态仿真、实施效果展示评价为一体的综合性智能交通管控平台,为相关新理论、算法、产品的展示、演示及评价提供重要的平台。在交通管控培训方面,结合多年科研成果,开展交通安全、交通管控、交通组织与优化、交通信号配时等方面的理论与实践培训,形成实地培训、模拟操作、网络培训等多种培训模式,为交通管理的正规化、科学化、现代化建设提供全方位的培训服务。

4 主要研发方向

根据国家城市道路交通装备智能化工程技术研究中心的建设要求,结合浙江大学交通学科的发展特点,浙江大学分中心拟以交通大数据处理技术、智能交通管控技术及动态交通仿真技术为研发的三个核心方向,形成城市道路交通装备智能化技术研发与创新的重要基地。

主要研发方向如图所示。

浙江大学分中心研发的关键技术

4.1 交通大数据技术

随着交通信息采集的多样化以及交通信息规模的急剧膨胀,构建可靠、高效的交通大数据融合模型与处理算法并形成动静态交通实时信息服务体系就成为交通信息处理的核心环节,为将为交通仿真与交通管控提供数据支撑。交通大数据平台为交通大数据研究、交通数据的挖掘与应用提供了软硬件技术支撑环境。以交通大数据融合与挖掘、网络交通运行态势研发与演化、动静态交通信息服务为重点,通过平台建设为相关算法、技术提供研发基础与实际验证测试环境。

(1)交通大数据的融合与挖掘

多源异构交通数据的采集与处理

网络化交通信息感知

建立面向智能交通各业务系统的数据挖掘与融合

一体化交通信息采集设备

交通大数据的标准化

(2)网络交通运行态势研发与演化

网络化全景交通信息环境构建

网络化交通状态动态演化机制

网络交通状态判别技术

动态交通出行OD估计

(3)动静态交通信息服务技术

交通拥堵指数计算与发布

动静态一体化交通诱导信息发布

4.2 智能交通管控技术

城市交通管控技术正面向大范围、战略化、智能化的方向发展。建设宏微观一体化的交通管理、优化与控制平台将为城市交通管理者提供有力的管控工具。智能交通管控平台以车路协同的交通管控技术、诱导与控制协同优化技术与交通管控政策分析技术为核心,分别从微观、中观及宏观层面研究城市交通管控的最新技术,打造相关技术的研发与实证测试基地。

(1)车路协同的交通管控技术

基于车路协同的公交信号优先控制

基于车路协同的交叉口信号优化

基于车路协同的交通安全预警与过渡信号优化

(2)交通诱导与控制协同优化技术

区域交通信号协调控制算法

可变限速与匝道协调控制

匝道与衔接交叉口协同控制

交通诱导与信号协同控制

过饱和状态下的交通需求控制

(3)交通管控政策分析技术

区域路网承载力估计模型

交通管控政策的敏感性分析

交通需求控制方法

4.3 动态交通仿真技术

由于交通系统的复杂与不可实验性,交通仿真特别是大范围的一体化仿真正成为对交通政策评估、交通管控措施评价、交通运行再现的有力工具。交通仿真决策平台在微观上构建硬件在环仿真系统,实现城市道路交通装备智能化相关算法的在环仿真验证;在中观上通过微观与宏观交通仿真软件的结合,实现大范围交通运行态势的演化分析与交通管控措施评价;在宏观上建立城市交通的系统动力学模型,通过交通政策的决策支持系统分析,为政策制定、实施与评价提供科学依据。

(1)硬件在环仿真与交通管控评价

基于VISSIM的硬件在环仿真

基于动态交通仿真的评价方法

交通管控策略的评价指标体系

(2)宏微观一体化动态交通仿真

面向交通管控的交通仿真模型

基于云技术的大区域交通网络动态仿真

分层次交通动态仿真技术

(3)交通治堵决策支持系统

城市交通基础模型构建

城市“治堵”的交通政策变量建立与影响因素分析

城市交通运行态势动态模拟与评价

城市治堵智能决策支持系统开发与实证

6 组织与管理机制

6.1 组织架构

交通装备智能化国家工程研究中心浙江大学分中心拟设立理事会、专家委员会和秘书处,秘书处内设档案室。分中心理事会为分中心的决策机构;专家委员会是理事会咨询机构;秘书处为分中心常设执行机构。

(1)理事会

理事会成员应是学术上有成就、学风正派、热心科研创新工作的科学家、专家和企事业单位热心支持团队发展工作的管理工作者。理事当选时的年龄一般不超过65岁。理事会组成应兼顾年龄结构,应体现老、中、青结合。理事长为分中心主任,代表分中心签署有关重要文件。理事长行使下列职权:(1)召集和主持理事会;(2)检查理事会决议的落实情况;(3)分中心重大事情的最终决策;(4)决议签发。每届理事会任期3年,届满重新推举产生新理事。理事会的职责包括:(1)执行理事会的决议;(2)选举和罢免理事长、专家委员会成员、秘书处主任;(3)制定分中心的发展规划;(4)领导分中心开展工作;(5)制定内部管理制度;(6)制定分中心年度计划和其他重要工作计划。

(2)专家委员会

由理事会聘任分中心专家委员会,是分中心的技术决策咨询机构。专家委员会由包括首席科学家在内分中心知名学者、工程技术专家组成,同时聘请国内外本领域知名专家担任专家委员会成员,专家委员会主任委员由专家委员会选举产生。专家委员会职责的职责包括:(1)为理事会的决策提供咨询、建议;(2)为分中心的技术发展方向、规划与重点项目提出建议;(3)参加项目的论证、立项、监督、评审、验收,提出建议、咨询意见。

(3)秘书处

团队秘书处是理事会常设的执行机构,设在浙江大学建筑工程学院,负责分中心的联络和日常事务。设秘书长一名,由理事会聘用,实行秘书长负责制。秘书处的主要工作职责包括:(1)执行理事会做出的决议;(2)负责理事会的筹备和召开,向理事会作《年度工作总结报告》及财务报告,编制年度财务预算、决算方案,负责制定《下年度工作计划(草案)》;(3)每季度召开一次秘书处综合会议,总结和布置工作,并将工作情况向理事长汇报,向理事会成员通报;(4)组织分中心成员开展相关领域的技术交流和国际合作,开展技术、人才引进和技术、设备输出活动;(5)办理理事会交办的其它事项。

6.2 合作与开放

(1)与国外的合作

依托分中心与国外知名大学的良好合作关系,将邀请国外知名教授进行访问交流,了解国际相关研究的最新进展。与美国、欧盟、澳大利亚等学者开展了“车路协同技术”、“可变限速与匝道控制”、“智能交通控制”等国际合作研究。

(2)与国内的合作

本分中心与国内有关高校、研究院所、相关政府部门及企业已建立了良好的合作关系。已经与浙江省各地市交通管理部门开展了多项设计咨询、业务培训等合作。

(3)实验设备共享开放

分中心组建后,相关平台将采取专人负责制,逐步配备专业实验技术人员,制订设备操作规程,完善设备使用登记制度。相关平台设备将对省内外政府机构及相关科研单位开放共享,进行相关参观、展示及培训等。同时,通过建设网络信息平台,实现网络在线的操作培训与技术指导。

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