10月9日，18点，由于不限号，这一天北京城的晚高峰格外拥堵。

    但对于每天往返于通州和中关村的齐鹏而言，应对这种拥堵已经“驾轻就熟”。出发前他总是先用手机里的地图软件进行导航，据此他可以选择出最佳的行驶路线。

    “手机导航是我每天打开最频繁的应用之一，无论是开车外出，还是乘坐公共交通出行，都能让我准确快速地到达目的地。”齐鹏告诉记者。

    如今，随着我国城市的快速发展，汽车保有量的增加，以及移动互联网的发展，像齐鹏一样的人越来越多，智慧出行，已经成为很多人的“新常态”。

    那么，这些充当“指路人”角色的导航软件是如何提供准确的路况，让我们避开拥堵路段的？导航软件又如何能给出合理的出行方案，帮助我们便捷地到达目的地？

    对此，由中科院地理资源所、掌城科技、千方集团等单位组成的“城市交通诱导与导航出行关键技术与应用服务”项目团队，历时多年研究，利用卫星定位、移动通讯、高性能计算、地理信息系统等技术实现了城市、城际道路交通系统状态的实时感知，准确、全面地将交通路况，通过手机导航、路侧电子布告板、交通电台等途径提供给百姓。在此基础上，集成驾驶行为实时感应与分析技术，实现公众出行多模式多标准动态导航，提高出行效率；并辅助交通管理部门制定交通管理方案，促进城市节能减排，提升城市运行效率。在2015年度北京市科学技术奖励评审中，该项目荣获一等奖。

    打造全国交通信息一张图

    在行车过程中，导航软件会实时发出指令和提示：“前方100米左拐”“前方一公里拥堵，预计通行需要5分钟”……很多人会诧异，导航软件为何如此“聪明”？是依靠道路两侧的摄像头或埋在地底的感应线圈吗？

    项目负责人，中科院地理资源所研究员陆锋告诉记者，传统的交通信息获取依赖部署在道路断面下的感应线圈或道路上方的视频探头等设备。“这些设备位置固定，成本较高，不能全面反映城市交通的实时状态。”

    因此，项目组必须“另辟蹊径”。

    项目组“瞄上了”出租车，由于出租车都安装了卫星导航定位，可以周期性向监控调度中心回传位置和状态信息，这些每天在大街上巡游的出租车成为城市交通信息采集的重要来源。

    但是，出租车并不是一个“一劳永逸”的解决方案。出租车的规模和行驶范围毕竟有限。尤其是随着自驾出行的日益普及，及时获取城际乃至全国交通信息，成为百姓出行的“刚需”。

    项目组决定建立新的“交通状态感应线圈”，这个线圈的范围十分宽广，包括长途客车、载重货车监控轨迹、手机地图客户端轨迹、互联网网站与社交网络文字消息等。

    “根据国家的要求，目前全国的长途客车、旅游包车、危险品运输车、普货载重货车都必须强制安装行车监控设备，对行驶过程进行全过程监控，防止司机疲劳驾驶，减少交通运输事故。这些仪器会实时上传汽车行驶轨迹，而且准确率极高，这样我们就有了覆盖全国的一个移动信息源。”陆锋说。

    不仅如此，项目组还敏锐地洞察到，在互联网时代，每天有大量用户在线使用手机地图服务，这些高频的卫星定位轨迹无疑大幅度扩展了基于汽车的移动信息源队伍。此外，网上有海量的交通信息，有官方的，也有网友自己在社交网络上发布的路况、路书等信息。那么，能否充分利用这些互联网地图高频轨迹和社交网络海量文本，发挥群众力量，获取实时交通信息？

    针对这些技术瓶颈问题，项目组突破了大规模高低频移动目标轨迹地图匹配与交通状态分析、互联网与社会化媒体文本蕴含交通信息提取、多源交通信息实时融合等技术瓶颈，构建了服务提供与用户反馈交通信息生态体系，建立了覆盖全国的交通信息服务系统，实现了全国交通信息一张图。

    项目组成功地把社会公众从交通信息利用者升级为交通信息采集者。这些信息为百姓提供了城市道路网络的运行状态，有效地指导了百姓出行，避开拥堵路段。

    “当你打开导航软件时，会自动上传你当前的路况信息，也就是说，每一个人既是交通信息的受益者也是提供者，这也是互联网分享经济的一个体现。”陆锋说。

    据悉，如今，系统每天处理200万辆以上的出租车和客货车、800万部以上手机地图轨迹、10000台以上固定传感器、10000条以上交通事件文本，这张全国交通信息一张图，构建了服务提供与用户反馈耦合的交通信息生态环境。

    导航地图更新效率大大提升

    在导航中，我们经常担心的是地图更新赶不上道路或周边商圈的变化。由于城市建设开工密集，商业网点变化频繁，目前的手机地图等应用普遍存在时效性不足问题。

    在以前，导航地图更新需要靠采集车等方式来完成。和寻常车辆稍有不同，采集车顶部架起了一个半米来高的白色架子，架子上的摄像机能够对周围景色进行全角度的拍摄，再传输到电脑里。然后，数据作业员根据拍摄的视频进行后期处理，生成或更新导航地图，存储到系统里，采集车传输回来的数据就是在这里变成一个个可见的路面信息。

    “这种方式更新非常耗费人力，往往一个导航地图公司要养着几百人的数据采集与更新团队，成本巨大。”陆锋说。

    项目组认为，移动互联网为商家、百姓提供了很好的信息共享环境，各种时效性很高的道路网络地图、商业服务信息层出不穷，而这些源于志愿者的非专业地图，如果与专业导航地图数据有机融合，就可以更快、更好地为百姓提供服务。

    针对这一技术瓶颈，项目组开展了深入研究，首先提出了基于几何模式的兴趣点与路网整合模型，建立二者映射关系，突破了语义一致性检测难题，然后提出了启发式概率松弛匹配模型，实现了志愿者来源与商业导航路网的完美融合，匹配精度优于95%，有力地保障了出行导航与地图应用中信息的丰富性。

    方便准确的多模式路径导航

    如今，手机导航的用途并不仅仅是在行车中，坐公交、坐地铁、骑自行车或者步行时，都会有它的“身影”。

    当我们乘公共交通工具去陌生的地方时，一般需要考虑一连串的问题：坐哪路公交？怎么走到公交站？换哪趟地铁？怎么换乘地铁？从地铁哪个口进出？出来后怎么走到要去的地方？……

    由于路网环境的千差万别，这些个性化的多模式出行需求，日益凸显。加之路况信息实时变化、路网环境瞬息万变，如何根据百姓需求提供多模式、多标准、可靠的出行路径选择？

    针对这一难题，项目组研发了顾及不同出行标准（时间短、费用低、油耗小、换乘少等），涉及不同出行模式（自驾车、出租车、公交地铁、步行及其组合等）的出行路径规划算法群。

    该算法突破了多模式交通网络空间数据模型、多模式连通关系自动化处理、行程时间可靠预测、多模式多标准可靠路径规划、多用户并发路径查询负载均衡等技术瓶颈，实现了导航系统的升级换代，使规划路径更加贴心，并且具有更高的可靠性。

    “我们可以根据百姓自行设置的起点与终点给出合理的出行方案，帮助百姓便捷地到达目的地。”陆锋说。

    环保驾驶辅助系统减少能源浪费

    倡导绿色出行，实现节能减排是城市交通的永恒追求。驾驶员不良的驾驶习惯往往会增加汽车的油耗成本，从而造成能源的浪费和环境的污染。

    针对此问题，项目组研发了环保驾驶辅助系统，为驾驶员提供了驾驶策略建议功能。该功能使用数学建模的方法将环保驾驶问题转换为最优化问题，通过交通流建模计算得到汽车行驶的速度范围，然后通过油耗与汽车驾驶速度、挡位、发动机负荷的等式关系求解出汽车在各个行驶速度范围中的最优驾驶策略（最优挡位、速度）。

    该系统还通过多种传感器采集汽车发动机转速、加速度等汽车驾驶数据，判断驾驶员环保驾驶水平，建立环保评分排行榜激励机制，促进驾驶者驾驶习惯的良性转变。同时，结合实时交通信息，研发了节能环保驾驶动态路径方法，为百姓提供了节能减排的绿色出行规划。

    据了解，该项目实时发布的交通信息覆盖全国主要高速公路、国道和省道（里程超过8.5万公里），及北京、上海、广州、深圳等47个大中城市，准确率超过90%。研究成果直接转化为三个软件产品与一个交通信息服务网站，并通过交通信息服务与交通信息技术服务等手段，与互联网厂商、汽车制造厂商、导航地图厂商、移动通讯运营商成功合作，交通信息产品用户超过2亿，日访问量超过1000万人次，产生直接经济效益1.2亿元人民币。

    该项目研究成果大幅度提升了我国交通信息服务行业的技术水平，促进了我国交通信息服务技术体系的形成与完善，为全国大中城市交通管理部门提供了成熟的交通诱导信息支撑，为全国上亿用户不间断地提供了全天候、大范围的智慧出行信息服务。