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中图分类号: U4 文献标识码: A 文章编号: 1673-1069(2016)18-107-3
0 引言
交通作为城市基础设施的重要组成部分,在日常生活中发挥了极为重要的作用,同时,城市交通的发展程度也是一座城市现代化程度体现。城市交通的发展状况直接影响着城市生活、工作效率。
但是,随着经济的快速发展和城市的持续繁荣,使得非农产业向城镇集聚、农村人口向城镇集中,这对原有的城市交通系统造成了巨大压力。当前全国大、中、小城市均面临着不同程度的交通拥堵、交通安全、能源消耗、环境污染等问题,这些问题严重制约着城市的可持续发展,日益严峻的生态和生存环境不断考验着生活在城市的人们。如何缓解并提升城市交通服务水平和服务效率成为关注热点。
1998年原美国副总统戈尔提出“数字地球”从而引发了将其概念应用到“数字城市”的社会信息化运动,2008年,IBM总裁兼首席执行官彭明盛提出了“智慧地球”的概念,引发了世界上国家和地区建设“智慧城市”的建设热潮。
1 智慧交通的特点
智慧交通是在以人为本、可持续发展的理念指导下,将物联网、云计算、大数据、移动互联网等技术为代表的智能传感技术、通信传输技术、数据处理技术和信息网络技术等有效集成,并运用到交通系统中,以提高交通管理服务效率、提升人们的出行体验为目的,以更精确的信息在更广的时空范围内构建的智能化、人性化、立体化的综合交通体系。具有如下特点:
1.1 高效省时
智慧交通通过实时跨网络交通数据分析和预测,避免不必要的时间、能源等浪费,提高车辆的运输效率,使交通流量最大化满足人们的出行需求。
1.2 安全便捷
智慧交通利用物联网等技术,向各交通行驶主体及相关部门提供实时、有效的交通信息,使其避免产生交通事故,防患于未然,力图做到安全出行。通过移动通信提供最佳路线信息和车辆实时运行信息,以及一次性支付各种交通费用,为旅客提供便捷的出行服务,增强旅客体验。
1.3 以人为本
智慧交通面世以来即秉承着以人为本、服务民生、需求引导、开放创新的理念,“智慧”落脚于人们的出行需求得到高水平满足。
1.4 节能环保
新能源汽车等智能应用技术的不断发展,将会大幅度降低碳排放、减少能源消耗和各种污染物的排放,从而提高人们的生活品质。
2 智慧交通的发展现状及趋势
2.1 国外智慧交通发展现状
从西方发达国家的经济发展里程来看,各国交通发展均经历了以下几个阶段:大力增加公路通车/通航里程;提高公路/航道等级;综合运用各种运输方式;从可持续发展的角度去优化各交通运输方式;交通信息化、智能交通/智慧交通。由于智慧交通是近年来才兴起的概念,是智能交通在新时期的趋势和最终目标,因此本文主要以智能交通的发展为主要论述对象。
1995年,日本的通产省、运输省、邮政省、建设省和警察厅五部门制定道路、交通、车辆的信息化方针,拉开了ITS系统研究开发和实施的序幕。日本心交通系统是实现智能交通的关键之一,在“日本ITS框架体系”的指导下,该系统有一个具有高性能的核心性综合交通控制中心和10子系统组成。这些系统包括:公交优先系统、交通信息提供系统、综合智能图像系统、安全驾车辅助系统、行人信息通信系统、紧急车辆优先系统、不停车收费系统、动态车辆导航系统、车辆行驶管理系统等。
英国对智能交通系统的研究一直处于世界前列,其拥有世界最多用户的SCOOT系统一直是智能交通系统的主要组成部分。另外英国交通信息高速公路(Travel Information Highway,TIH)和视频信息高速公路(Video Information Highway ,VIH)是世界领先的交通信息网络平台系统。
2.2 国内智慧交通发展现状
20世纪70年代,我国开始在交通运输和管理中应用电子信息及自动控制技术,并在全国主要的大城市如北京、上海等地使用单点定周期交通信号控制器和线协调交通信号控制系统。20世纪80年代初,我国陆续从国外引进了先进的城市道路交通控制系统,如英国的SCOOT系统、澳大利亚的SCATS系统等。
进入21世纪,随着我国城市道路资源的利用趋于饱和,合理配置交通资源,加大城市智能化交通系统建设,成为各地智力交通问题的首要任务。特别是结合了2008北京奥运会、2010年上海世博会、2010年广州亚运会等重大活动的举办需求,实施了国家综合智慧交通技术应用示范等重大项目,并且围绕国家高速公路网不停车收费和服务系统、北京奥运智能交通集成系统、上海世博智能交通技术综合集成系统、广州亚运智能交通综合信息平台系统、远洋船舶与战略物资运送在线智能检测系统五个方面开展了系统的研究,并取得了显著的成果。
科技引领是我国智慧交通的一个重要特点,从“十一五”开始,“863计划”将现代交通技术列为一个单独的领域来开展研究;2011年4月,交通运输部颁布的《交通运输“十二五”发展规划》中明确指出在“十二五”期间要重点研发包括智能车载终端设备、公共交通信息采集监测于服务、运营监管和应急保障等城市智能交通关键技术。2012年国家《交通运输行业智能交通发展战略(2012-2020)》,将智能交通提高国家战略地位,成为我国第一部以政府文件形式的智能交通战略。另据“中国城市智能交通市场研究报告”统计,2008年至2013年期间,城市智能交通复合增长率达到了20.2%,而受益于公安部《道路交通安全“十二五”规划》、《道路交通科技发展“十二五”规划》等多项政策,预计未来10年内智能交通的资金投入将超过1700亿元。
从整体上而言,我国智慧交通未来的发展呈现三大态势:一是城市化进程加快给智慧交通产业创造巨大空间;二是世界智慧交通系统将进入一个创造新一代移动社会的崭新阶段;三是智能交通技术应用方面,利用智慧交通技术来减少交通污染,发展低碳和绿色交通,促进城市交通的可持续发展成为重要方向。
3 智慧交通总体构架
传统智能交通系统包括交通管理系统、交通信息系统、公交信息系统、车辆管理系统、泊车系统、车辆控制系统六大子系统,其核心在于控制,即将控制技术、信息技术、通信技术融入交通领域,形成完整的控制体系。
智慧交通是在智能交通的基础上,融入人的智慧,实施及时、便捷、安全、高效的交通控制。智慧交通的核心在“智慧”,即给交通安装大脑,使之能够及时看到、听到信息,并及时作出反应,从根本上解决城市交通拥堵、资源浪费、安全事故频发、难以实时控制事态等难题,使城市交通发展走上良性发展的轨道。智慧交通系统是将电子、信息、通信、控制、车辆以及机械等技术融于一体,应用于交通领域,并迅速、灵活、正确地理解和提出解决方案,以改善交通状况,使交通发挥最大效能的系统。
智慧交通系统是一个开放的复杂的巨型系统,由许多关系密切的不同领域、不同功能的子系统综合集成。其中,人、车、路和环境是交通的四大基本要素;管理者、行人与驾驶员构成交通中人的要素;公交车、地铁、出租车、自行车、商用车、特种车辆等构成交通工具要素;普通公路、高速公路、轨道、航线、公交站、停车场、综合交通枢纽等构成交通基础设施要素;自然灾害、天气状况等构成交通中的环境要素。这几者之间依靠互联网、物联网、移动互联网等互联构成以车联网为中心的交通信息广泛采集、即时传输的网络,将交通流信息和气象信息等输送到城市交通云中心,利用云计算等新兴技术手段对交通信息进行储存处理,并进一步利用大数据、人工智能等手段对交通数据进行深度处理,将结果输出给公众,向管理者、出行者提供随需而变的服务。最终形成集节能环保、绿色低碳、智能高效于一体的智慧交通体系,涵盖交通管理系统、出行者信息服务系统、车辆运营管理系统、电子收费系统、智能车辆、自动公路、综合运输、紧急事件与安全以及车联网等系统。
4 智慧交通建设内容
智慧交通将先进的信息、控制、计算机技术和交通工程集成,形成各项建设内容,加强人、车、路之间的互联互通,将各种设施单元(车载设备、路侧单元、控制中心)、交通管理部门和出行者集成到一起,为提高运输系统的总体运输效率和安全水平提供基础和手段。
4.1 交通规划与管理
智慧交通在交通管理与规划领域的建设包括三方面,分别为:先进的交通管理系统、交通基础设施智能监控系统、交通运输规划决策支持系统。其中,先进的交通管理系统是重点,交通基础设施智能监控是基础,交通运输规划决策支持系统则属于长期宏观类型的应用。
4.2 出行者信息服务
出行者信息服务领域包含的内容及分类方法较多,从系统建设独立性的角度分析,智慧交通在该领域的建设内容包括三方面:智能车流诱导系统、智能车载导航系统和多渠道信息服务系统。
4.3 车辆运营管理
智慧交通在车辆运营管理领域的建设内容包括:智能公交系统、快速公交运营管理系统、轨道交通运营调度系统、出租车调度管理系统、公共自行车管理系统、智能商用车辆管理系统以及特种车辆运输智能监控系统等。
4.4 电子收费
智能交通在电子收费领域的建设主要体现为不停车收费系统(ETC)和智能停车系统。其中,不停车收费系统是智能交通系统中起步较早、发展较为成熟的建设内容。随着传感器技术和短程物物通信技术的进步,还将衍生出多种其他基于便携终端的自动收费系统。
4.5 智能车辆
智慧交通在智能车辆的建设内容包括智能防撞系统和智能辅助驾驶系统。通过先进的车载电子系统、车载传感系统以及车程无线短程通信系统,实现全方位的车辆避撞功能,包括:纵向防撞、横向防撞、交叉路口防撞以及碰撞前的车辆乘员保护等。
4.6 紧急事件与安全
智慧交通在该领域的建设内容包括事件应急管理系统和紧急救援系统。其中,事件应急管理系统包括事件的预防、事件的检测与确认、事件的鉴别、事件的响应、事后管理、事件的记录等功能。紧急救援系统的主要服务对象包括机动车驾驶员、行人、摩托车驾驶员以及非机动车驾驶员等。
4.7 综合运输
智慧交通在综合运输领域的建设内容主要体现为智能客货综合联运系统。该系统利用部署在货物、车辆上的各种传感与识别技术以及旅客的便携智能终端的能力,结合运输路径所在范围内的实时路况信息,实现客货运信息资源的交换,大幅提升旅客联运服务和货物联运服务中的效率和质量问题。
4.8 自动公路
自动公路系统是智慧交通中最先进的应用领域之一,通过在公路系统上铺设路面磁钉车道,控制中心可直接对每辆智能汽车发出指令,调整其行驶工况。该系统通过与智能车辆系统进行信息交换来检测周围行驶环境的变化情况,达到行车安全和增强道路通行能力的目的。
4.9 汽车移动物联网
汽车移动物联网,简称车联网,是物联网在交通领域的具体应用。在物联网的技术背景下,交通系统中的人、车、路灯组成要素的感知能力将逐渐实现。相当于提供了覆盖率极高的海量信息采集终端和信息终端。在物联网的环境中,以汽车移动计算平台为核心,利用泛在感知能力可以对现有的几乎所有智能交通系统进行升级强化,建设基于物联网的路网车辆状态监控系统、基于物联网的交通控制系统以及基于物联网的信息服务系统等。
5 结语
在信息化浪潮与数据科学崛起的共同推动下,智慧城市在全球范围内成为下一代城市发展的新理念和新实践。智慧交通是智慧城市的重要组成及基础支撑。智慧交通的实现依赖于技术与理念的进步,技术的进步是交通朝纵深、智能的方向发展;技术和理念的提升给交通领域带来了前所未有的延伸拓展空间,不但连通了各种交通方式和交通参与主体,使交通更加高效,而且将交通系统的末端渗透到智慧城市的其他领域,通过便捷的交通吸引大量客流、物流、资金流,给城市医疗、旅游、教育、安防、商业等领域带来巨大活力,极大地开拓城市的发展潜力,而城市的发展也会带来交通领域更大的繁荣,激发出交通领域更多更新的商业模式。
参 考 文 献
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0 引 言
根据IBM的《全球交通痛苦指数报告》,北京以99分的高分成为全球出行最痛苦的城市;美国每年在交通拥堵上的经济损失高达数百亿美元;车辆正常行驶时的尾气排放量仅为堵车时不熄火的1/20;在未来的几十年里,全球将有一半以上的人口居住在城市里,届时交通压力将成为一项巨大的挑战。
上述现象都是传统交通无法避免且亟需解决的问题。“互联网+交通”的思维将是解决传统交通弊端的突破口。国内智慧交通建设仍处在起步阶段,在技术层面、体制层面都有待突破,寻求一种有效合理并符合我国交通现状的智慧交通建设发展模式,是我国建设发展智慧交通成败的关键。
1 智慧交通的内涵
智慧交通在处理交通数据,作出决策方面则是更少的或者无人工参与。从智能到智慧,交通系统正逐步走向像人一样思考、分析的过程。这里所指的像人一样思考,不仅包含着交通系统对已有资源的感知、融合、分析、集成、表达和创新,也包含着由交通系统与其使用者之间的交互沟通所带来的新思考和新发现。大数据、云计算、物联网等技术的出现和成熟为现代交通系统从智能化逐步向智慧化转变提供了保障。
物联网技术将交通基本要素通过信息传感设备与互联网连接起来,进行信息交换、通讯、汇聚和,实现了对交通要素的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
智慧交通可定义为:基于智能交通系统实现对交通运输体系中各种要素(包括人、车、路、环境)的全面感知、协同运行、高效服务和可持续发展,集成物联网、大数据和云计算等新一代信息技术,结合人工智能、知识工程技术等实现具有一定组织能力、判断能力和创新能力的更加高效和敏捷的交通运输系统。自动驾驶、无人驾驶在将来有极大的可能性通过智慧交通系统实现。
2 国内智慧交通建设现状
我国大部分城市的智慧交通建设处在感知交通运输体系中各种要素的初级阶段,且大部分是通过视频摄像头实现对交通信息的采集,无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术应用较少,在交通信息共享、信息处理,反馈决策等方面还是短板,基于物联网的智慧交通系统运营更是少见。
我国智能交通在信息采集、交通设施控制、行车管理和停车管理等方面均已建成了相应系统。贵阳市通过建设、安装大量视频摄像头、卡口及电警交通数据管理与分析设备,提高道路的交通管理水平、规范道路交通秩序及道路交通管理。
截至2013年8月7日,大连市在经常出现交通拥堵的路段处设立交通信息显示屏,通过文字、路线图指明前方道路信息状态,驾驶员可据此及时调整路线,避开车流拥挤的路段,更顺畅地出行。江西省上饶市在2015年启用智能化电子公交站牌,乘客通过智能化电子公交站牌可以随时掌握公交车辆运行动态信息。温州市则通过整合、提升与改造原有信息资源和服务平台的基础上,建设完成交通信息服务平台,依托该平台,可用网站、手机及其二维码查询路况信息。
江苏省南通市在采用监控的基础上还对车辆进行GPS信息定位,并将南通市的交通资源信息汇集成统一的GIS地图。在此基础上,面向公众出行需求,市交通局开发了“出行管家”“畅行南通”等手机APP软件,为市民提供交通信息实时查询、实时节点视频、出行计划、线上订票和旅游信息查询等服务。
上述城市智能交通建设现状是我国建设智慧交通的一个缩影,实现了交通状况的信息化、可视化,有的也引入“互联网+”概念。随着城市化进程加快,车辆数量逐年增加,智能交通无法从根本上解决传统交通带来的问题,而智慧交通是解决传统交通弊端的有效途径。智慧交通的核心是交通,交通的核心是出行,各城市建设智能交通各自为政,容易形成信息孤岛,对我国智慧交通建设具有局限性,确定统一的建设模式是我国建立智慧交通系统的当务之急。
3 加快我国智慧交通建设的几点建议
3.1 在技术层面突破,减少人工参与
我国想要建设成熟的智慧交通系统,就要在交通数据处理和决策反馈环节的技术方面有所突破,智慧交通系统最终要实现动态决策来满足人们的出行便利需求。交通变化莫测,将海量交通信息数据交给人工智能处理,并及时反馈,这可以弥补智能交通人工参与决策的不足。此外,路口的交通信号灯的时间间隔也可根据路况信息数据的处理结果实现动态控制。
3.2 在体制层面突破
智慧交通系统是一个非常复杂的系统,我国智慧交通建设存在缺乏顶层规划、标准不统一等问题。智慧交通建设涉及交通部门以外的多个部门,各部门间达成协同是日后智慧交通系统建设发展的关键。
3.3 政府助力,推进智慧交通产业发展
PPP(Public-Private-Partnership)模式是指政府与私人组织之间建立起的一种伙伴式的合作关系,目的是为了合作建设城市基础设施项目或提供某种公共物品和服务。智慧交通建设涉及多个专业和领域,用政府手段进行有效规划,在企业与政府、企业之间进行合作,形成城市联盟、技术联盟,推进新理念,最终由政府来敲定合适政策。目前国家倡导的PPP模式,是适合智慧交通发展的,也是推动智慧交通快速发展的有效手段。
关键词:智慧交通系统;设计;实现
中图分类号:T311.52
智慧交通系统是在综合分析机动车交通诱导水平不高、城市交通拥堵、交通设施管理水平较低、停车设施供需不平衡、路面及桥梁检测力度不足等问题基础上,通过安置路面固定传感网节点及车载移动传感网节点,利用智能交通业务应用系统对智能交通运输物联网信息进行有效分析和处理,以形成全面互联的交通要素感知网络,提供更优化、更准确、更人性的公众信息服务模式,从而构建和谐智慧的交通出行环境。
1 中国城市智慧交通现状分析
自90年代国内首次提出构建智能交通系统,我国各城市相继建设了公交调度系统、交通流采集系统、地理信息系统、信号控制系统、接处警系统及视频监控系统等智能交通系统。此类系统均能单独开展工作,较大程度的改善了我国城市状况。然而因顶层设计及整体性规划缺陷,不同交通部门分管的多个交通系统间常常存在着自成体系、业务协调性差,信息共享困难等问题,所以如何构架更加完善、信息化及智能化程度高的智能交通系统成为各大城市交通部门日益面临的重要问题。随着云计算、物联网及现代通讯技术的发展,在数字化空间数据库系统上,构件城市智慧交通系统以快捷服务于居民出行,控制突发事件发展,已逐渐纳入到城市发展规划过程中。[1]
2 智慧交通系统框架及设计流程
2.1 智慧交通系统框架
从技术角度来说,智慧交通系统主要包括通讯系统、信息基础设施与应用系统三部分;从物理层面上分析,智慧交通系统是云计算、互联网、物联网相互配合的信息系统。(1)通讯基础设施,其主要包括云计算服务器及网络基础设施两部分。云计算服务器是系统进行信息计算与处理的设备,其利用在交通设施上安置的传感器实时获取交通信息,并对数据信息整合处理以更新基础信息数据库;服务器还用于接收用户指令,对知识库与人工智能数学模型、专家系统及交通模型库进行调用及开展数据挖掘,然后通过网络基础设施将运算结果嵌入到交通设施控制器上;网络基础设施是智慧交通系统工作的网络基础及安全物理通道,其利用无线通信网络及有线通信网络完成信息共享及交流过程。(2)信息基础设施是专家系统、基础信息数据库、人工智能和知识库、交通模型库的总称,其是一个多时态、多数据源、多尺度的数据集合,能完整描述城市自然社会形态地物地貌信息。(3)应用系统是智慧交通系统运行的关键所在,其利用人与城市交通设施的信息交流,以改善城市交通管理水平与运行质量,充分满足居民的出行需要,主要包括交通设施控制与交通现状系统、信息采集系统、停车管理系统、行车管理系统四个部分。
2.2 智慧交通系统设计流程
(1)需求分析:根据智慧交通系统设计目标,结合当前交通设施,按需设定相应的软硬件平台,并同数字空间数据库相结合,按照系统所需数据结构及数据类型制定城市智慧交通系统数据库;(2)采用智能化技术开展城市区域分时段交通现状分析,形成城市交通现状流量分时数据库,并实施停车场数据库调查,形成城市停车场数据库;(3)综合选用系统最优计算手段进行系统开发、运行测试及投入运行;(4)做好网络基础设施建设,以实现交通现状流量数据库的实时更新、传感器信息采集的实时传输、交通设施的有效控制;加强网络平台构建,以实现第三方应用软件访问共享及系统数据信息实时。[2]
3 智慧交通系统关键技术应用
3.1 最短路径计算法
最短路径算法是智能交通系统进行网络分析及路径规划的关键,其有效算法的应用可改善系统分析效率。当前因待处理道路网络数据规模不断扩大,使得大量加速技术应用到大规模道路网络数据的最短路径查询中,如由谷歌基金支持的KIT大学研究出的压缩分层算法,其依据道网路的拓扑性质在道路网络基础上压缩形成多层网络拓扑,由此改善查询效率。
3.2 交通网络决策
交通网络智慧决策过程分析是智慧交通系统智慧化的重要体现,其能依据动态交通状况数据为出行信息提供指导。利用交通流量分布优化、监测及监控技术对交通监控系统、信息网络系统及公安系统进一步完善,以完成交通信号灯的智慧控制过程。在动态监控交通拥堵并提供疏堵方案时,交通网络决策分析需综合历史道路数据、道路数据库及社会数据等以提升系统决策水平;在信号灯控制时,通过设置智能信号灯,在相应路面位置安置感应线圈,其会依据车道上车辆多少状况将信息反馈到信号灯中,由此信号灯会自行选择红绿灯状态。
3.3 大数据分析
随着城市进程加剧、交通设施规模的不断扩大,机动车数量与日俱增的同时交通污染、交通拥堵、交通事故等矛盾问题越来越多。智慧交通系统解决此类问题的基础便是能准确、及时获取交通数据,而数据信息的获取则必须依靠大数据技术作为支撑。
因物联网技术的快速发展,感应线圈、摄像头、传感器、等在交通行业的大范围应用,使得大量数据信息需要进行处理。智慧交通系统的大数据分析技术可对天气数据、道路传感器数据、拥堵数据、GPS数据等多源数据进行分析,以评估点到点的耗时、对交通条件智慧识别、提供替代路径方案等,从而大幅度改善交通拥堵与交通流状况,提高车辆运行的安全性。
物联网技术的应用,使得新型数据库系统不断发展,当前采用的NoSQL数据库管理系统主要包括文档存储型数据库、键-值存储、图形数据库、BigTable等部分。
3.4 二三维一体化
采用二三维一体化技术体系,可有效保护用户正在使用的信息资源,二维数据能够在三维场景中显示,三维数据同时也可以在二维地图中进行加载。采用二三维一体化快速建模技术,可迅速提高二维数据向二维模型转化的效率。随着导航技术与对地观测技术的应用,室外平面导航逐渐向室内立体导航转化,利用二三维一体化技术,可大幅度提高导航定位及位置服务的水平。[3]
4 智慧交通系统未来展望
在云计算技术、物联网技术及现代通讯技术应用水平不断成熟的发展状态下,智慧交通的未来发展重点将主要集中在以下几个方面:(1)将云计算与信息存储及处理平台不断融合,利用云计算技术处理优势,使数据分析更加“智慧化”;(2)车辆身份识别系统的应用及研究,主要表现在给现有车辆设置“身份证”,通过身份证将车辆位置信息及车况条件等实时传输到智慧交通系统中;(3)交通信息与服务平台分析及应用,以增强交通服务的时效性和服务领域的开拓性;(4)交通信息采集技术的分析及应用,主要表现在将物联网技术广泛应用到信息采集设备中。
5 结束语
智慧交通系统的应用水平将直接关系着现代城市交通系统的运行质量及居民出行安全性,因此,相关技术与设计人员应加强有关智慧交通系统设计与实现研究,总结智慧交通系统顶层与整体设计方式及关键技术措施应用,以逐步改善智慧交通系统的应用质量。
参考文献:
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[2]孙怀义,王东强,刘斌.智慧交通的体系架构与发展思考[J].自动化博览,2011(10):61-62.
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