智能交通技術(shù)和方法在交通學(xué)科中的應(yīng)用

摘要：交通學(xué)科中的道路運(yùn)輸系統(tǒng)是有人、車、路、環(huán)境等幾個(gè)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)的、動(dòng)態(tài)的、復(fù)雜的系統(tǒng)。本文作者結(jié)合多年來的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)智能交通技術(shù)和方法在交通學(xué)科中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，具有重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：交通;智能交通;ITS;GIS;GPS

一、交通工程學(xué)科面臨的問題

城市交通的擁堵問題是目前以及今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)交通工程學(xué)科必須應(yīng)對(duì)的問題。探討城市的交通擁堵問題，至少需要涉及的學(xué)科有系統(tǒng)工程、城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)學(xué)、行為心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、公共政策學(xué)、管理學(xué)等。跨學(xué)科的研究方法有移植、滲透與融合等，關(guān)鍵是如何將其應(yīng)用于城市交通問題。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，智能交通系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。智能交通系統(tǒng)于90年代至21世紀(jì)初被引入交通工程領(lǐng)域，重點(diǎn)研究交通系統(tǒng)的智能化，并逐漸成為解決交通工程關(guān)鍵問題的主要方法。

二、智能交通系統(tǒng)的定義和組成

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System， ITS）定義為：在比較完善的基礎(chǔ)設(shè)施之上，將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)和系統(tǒng)綜合技術(shù)有效的集成，并應(yīng)用于地面運(yùn)輸系統(tǒng)，從而建立起大范圍內(nèi)發(fā)揮作用的、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的地面運(yùn)輸系統(tǒng)。

智能交通系統(tǒng)按照組成部分來劃分，主要包括如下幾方面：

（1）交通檢測(cè)技術(shù)：通過感應(yīng)圈、紅外、微波、閉路電視攝像、衛(wèi)星定位技術(shù)，對(duì)交通車輛、道路進(jìn)行檢測(cè)，收集交通數(shù)據(jù)和圖像信息;

（2）交通控制技術(shù)：包括先進(jìn)的交通信號(hào)系統(tǒng)，匝道信號(hào)控制、信號(hào)燈控制等技術(shù);

（3）通訊技術(shù)：包括高密度波分復(fù)用技術(shù)，光纖傳輸及接入技術(shù)，無線傳輸技術(shù)等;

（4）數(shù)據(jù)處理：車流數(shù)據(jù)、收費(fèi)數(shù)據(jù)、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的處理;

（5）信息提供：提供出行信息，如交通狀況、最佳行車路線等;

三、智能交通系統(tǒng)體系的主要功能

（1）信息采集：綜合交通信息平臺(tái)提供與各應(yīng)用系統(tǒng)之間的通信聯(lián)接和數(shù)據(jù)接口，從各應(yīng)用系統(tǒng)中提取各類相關(guān)信息，用于后續(xù)的信息處理和信息服務(wù)。所提取的信息通常不是各應(yīng)用系統(tǒng)的原始信息，而是經(jīng)過各系統(tǒng)處理后的二次信息。這樣一方面能減少平臺(tái)信息處理的工作量，另外也能節(jié)省信息存儲(chǔ)空間。

目前在交通工程領(lǐng)域采集數(shù)據(jù)主要利用傳感技術(shù)，具體如下：

利用紅外線，超聲波，微波雷達(dá)，感應(yīng)圈等傳感器，對(duì)通過道路某一點(diǎn)的車輛，其數(shù)量、大小、重量、速度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

利用浮動(dòng)車系統(tǒng)，可以通過安裝有GPS（全球定位系統(tǒng)）的公交車或計(jì)程車了解到該車輛通過某路段的時(shí)間速度，從而在一定程度上間接地推測(cè)出當(dāng)前路面的交通狀況。但是由于所獲取的交通數(shù)據(jù)，其采樣精度及密度均受制于有限的GPS設(shè)備，且無法獲得浮動(dòng)車以外其他車輛、行人等的交通數(shù)據(jù)，該技術(shù)對(duì)于微觀交通行為的分析、管理優(yōu)化，存在一定的局限性。

利用可見光攝像機(jī)，紅外線攝像機(jī)等視頻傳感器，不僅能夠?qū)β范紊宪囕v的通行狀況，比如通過數(shù)量、大小、速度、顏色、車牌號(hào)等進(jìn)行定量地統(tǒng)計(jì)，同時(shí)能夠?qū)δ承┨囟ㄐ袨?，比如闖紅燈、倒車、轉(zhuǎn)彎， 交通事故等在一定程度上進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。特別是利用視頻數(shù)據(jù)可以對(duì)這些特定行為的前因后果進(jìn)行分析。

激光掃描儀是一種新興的傳感器。與視頻等技術(shù)相比，激光測(cè)距掃描儀及其應(yīng)用技術(shù)還大多處于研發(fā)階段。

（2）信息處理：采用分類、統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)、序列分析等方法，將從各應(yīng)用系統(tǒng)提取的信息進(jìn)行處理和標(biāo)準(zhǔn)化，生成滿足應(yīng)用系統(tǒng)需要的特定格式的信息。

（3）信息存儲(chǔ)：對(duì)各類交通信息按照一定的規(guī)則和組織方式進(jìn)行保存，便于數(shù)據(jù)的查詢、更新和維護(hù)。信息存儲(chǔ)的形式可采用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)方式，也可以采用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)方式。另外，由于交通信息大多與地理屬性有關(guān)，因此，利用GIS技術(shù)對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行組織、存儲(chǔ)和顯示，可以提高數(shù)據(jù)管理的效率。

（4）信息服務(wù)：綜合交通信息平臺(tái)的最終目的是為各應(yīng)用系統(tǒng)提供其所需要的信息。由于不同的用戶和應(yīng)用系統(tǒng)可以獲取或訪問的信息各不相同，因此，需要建立完善的數(shù)據(jù)分層管理和權(quán)限管理，對(duì)無權(quán)獲取特定信息的用戶進(jìn)行信息屏蔽，使不同用戶既能獲得各自所需要的數(shù)據(jù)，同時(shí)確保各應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換和共享過程的安全性。

四、智能交通系統(tǒng)的主要構(gòu)成

1.智能化交通管理系統(tǒng)

智能化交通信號(hào)控制系統(tǒng)和智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)，集成起來就構(gòu)成了先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)的主要部分。

智能化的信號(hào)控制系統(tǒng)可以通過設(shè)在路上的傳感器，檢測(cè)路段和路口的交通狀態(tài)，根據(jù)路口各個(gè)方向以及周圍相鄰路口的交通狀態(tài)，改變路口各方向紅綠燈信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，使得路口的使用效率得以提高。智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)就是為此開發(fā)。它包括安裝在主要交通干線上的攝像機(jī)和傳感器（如電磁感應(yīng)檢測(cè)器、微波檢測(cè)器、紅外檢測(cè)器、激光檢測(cè)器等）、通信和傳輸系統(tǒng)、交通監(jiān)控中心（包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息處理與顯示、指揮控制等子系統(tǒng)）、信息發(fā)布系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)等。

2.電子不停車收費(fèi)技術(shù)

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ETC）是智能交通系統(tǒng)中最先投入應(yīng)用的系統(tǒng)之一，主要應(yīng)用技術(shù)是自動(dòng)車輛識(shí)別技術(shù)（英文簡(jiǎn)稱AVI）。使用該種收費(fèi)方式的用戶必須在事前購(gòu)買專用的電子標(biāo)簽并安裝在前擋風(fēng)玻璃上，當(dāng)車輛駛?cè)胧召M(fèi)區(qū)域時(shí)，該系統(tǒng)安裝在門架上或路側(cè)的微波天線查詢車載電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)的識(shí)別信息，如電子標(biāo)簽ID號(hào)碼、車型、車主等信息，以辨別車輛是否可以通過不停車收費(fèi)車道。在采用封閉式收費(fèi)制式的高速公路上，在進(jìn)入高速公路時(shí)，車道天線要向電子標(biāo)簽寫入入口車站信息，在離開高速公路時(shí)，再讀出入口信息以便系統(tǒng)計(jì)算通行費(fèi)。

3.基于GPS和GIS的車輛定位與導(dǎo)航技術(shù)

GPS（Global positioning System）技術(shù)，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)，是利用分布在高空的多顆人造衛(wèi)星對(duì)地面上的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)定并進(jìn)行定位和導(dǎo)航，它用于對(duì)船舶和飛機(jī)及其它飛行物的導(dǎo)航、對(duì)地面目標(biāo)的精確定時(shí)和定位、地面和空中的交通管制以及空間和地面的災(zāi)害監(jiān)測(cè)等。

GPS可以用于車輛導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)的主要功能有：車輛跟蹤、航線設(shè)計(jì)、按計(jì)劃航線進(jìn)行導(dǎo)航、查詢功能等。車輛導(dǎo)航系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、微處理器、顯示器、車輛導(dǎo)航軟件和地理信息系統(tǒng)組成。GPS用于車輛運(yùn)營(yíng)管理，實(shí)現(xiàn)的主要功能有，查詢功能、多屏幕，多車輛跟蹤功能、指揮與車輛跟蹤相結(jié)合、報(bào)警與意外處理等。

GIS（Geography Transportation System）技術(shù)，即地理信息系統(tǒng)，綜合了數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、地理學(xué)、幾何學(xué)等技術(shù)，以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用地理模型和分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，從而為存放和管理定位導(dǎo)航信息提供信息服務(wù)。GIS用于車輛導(dǎo)航與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)的功能包括，電子地圖顯示功能、標(biāo)注當(dāng)前車位、地物信息分類索引、最佳路徑選擇、行車路線導(dǎo)航等。

GIS用于道路實(shí)網(wǎng)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)以分路段的方式和地理坐標(biāo)聯(lián)系起來，可以對(duì)路面質(zhì)量、路況和路面維護(hù)進(jìn)行管理，另外也可以對(duì)橋梁、隧道及其他各種道路管理設(shè)施如信號(hào)裝置、可變情報(bào)板等進(jìn)行測(cè)量和管理，從而保證各項(xiàng)設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)，交通管理和控制措施得以順利實(shí)施。

目前，在國(guó)內(nèi)增值運(yùn)營(yíng)服務(wù)這個(gè)市場(chǎng)正在逐漸為產(chǎn)業(yè)界所關(guān)注，但是，從發(fā)展的角度來說，目前缺少的是內(nèi)容提供，而內(nèi)容提供的瓶頸在于數(shù)據(jù)收集的手段有限。

五、結(jié)論

智能交通系統(tǒng)是隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展的。同時(shí)實(shí)踐也證明，智能交通系統(tǒng)是緩解現(xiàn)代交通問題的有效手段。隨著人類社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代，智能交通系統(tǒng)將是現(xiàn)代化交通運(yùn)輸體系的發(fā)展方向。

可以預(yù)見，智能交通系統(tǒng)的服務(wù)功能將更加完善，信息服務(wù)將呈現(xiàn)出多元化、個(gè)性化和細(xì)化發(fā)展;技術(shù)水平也將越來越高，系統(tǒng)處理、處置水平智能化程度將更高;系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)方式也將日趨多樣化，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)將更加高效經(jīng)濟(jì)。

總之，隨著智能交通系統(tǒng)的整合速度逐漸加快，多出行方式相關(guān)的ITS整合速度也將加快;智能化交通設(shè)施將得到逐步的發(fā)展;交通信息提供將更傾向于智能化發(fā)展水平。

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