智慧交通系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)探究

摘 要：作為智能城市建設(shè)的基本內(nèi)容，智慧交通系統(tǒng)的應(yīng)用對于改善現(xiàn)代城市交通運行質(zhì)量及安全性具有重要作用。本文首先介紹了智能交通系統(tǒng)框架及設(shè)計流程，然后具體探討了智慧交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，以期為相關(guān)技術(shù)與設(shè)計人員提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧交通系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

中圖分類號：T311.52

智慧交通系統(tǒng)是在綜合分析機動車交通誘導(dǎo)水平不高、城市交通擁堵、交通設(shè)施管理水平較低、停車設(shè)施供需不平衡、路面及橋梁檢測力度不足等問題基礎(chǔ)上，通過安置路面固定傳感網(wǎng)節(jié)點及車載移動傳感網(wǎng)節(jié)點，利用智能交通業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)對智能交通運輸物聯(lián)網(wǎng)信息進行有效分析和處理，以形成全面互聯(lián)的交通要素感知網(wǎng)絡(luò)，提供更優(yōu)化、更準(zhǔn)確、更人性的公眾信息服務(wù)模式，從而構(gòu)建和諧智慧的交通出行環(huán)境。

1 中國城市智慧交通現(xiàn)狀分析

自90年代國內(nèi)首次提出構(gòu)建智能交通系統(tǒng)，我國各城市相繼建設(shè)了公交調(diào)度系統(tǒng)、交通流采集系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、信號控制系統(tǒng)、接處警系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等智能交通系統(tǒng)。此類系統(tǒng)均能單獨開展工作，較大程度的改善了我國城市狀況。然而因頂層設(shè)計及整體性規(guī)劃缺陷，不同交通部門分管的多個交通系統(tǒng)間常常存在著自成體系、業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)性差，信息共享困難等問題，所以如何構(gòu)架更加完善、信息化及智能化程度高的智能交通系統(tǒng)成為各大城市交通部門日益面臨的重要問題。隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)及現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)字化空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上，構(gòu)件城市智慧交通系統(tǒng)以快捷服務(wù)于居民出行，控制突發(fā)事件發(fā)展，已逐漸納入到城市發(fā)展規(guī)劃過程中。[1]

2 智慧交通系統(tǒng)框架及設(shè)計流程

2.1 智慧交通系統(tǒng)框架

從技術(shù)角度來說，智慧交通系統(tǒng)主要包括通訊系統(tǒng)、信息基礎(chǔ)設(shè)施與應(yīng)用系統(tǒng)三部分；從物理層面上分析，智慧交通系統(tǒng)是云計算、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)相互配合的信息系統(tǒng)。（1）通訊基礎(chǔ)設(shè)施，其主要包括云計算服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施兩部分。云計算服務(wù)器是系統(tǒng)進行信息計算與處理的設(shè)備，其利用在交通設(shè)施上安置的傳感器實時獲取交通信息，并對數(shù)據(jù)信息整合處理以更新基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫；服務(wù)器還用于接收用戶指令，對知識庫與人工智能數(shù)學(xué)模型、專家系統(tǒng)及交通模型庫進行調(diào)用及開展數(shù)據(jù)挖掘，然后通過網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將運算結(jié)果嵌入到交通設(shè)施控制器上；網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施是智慧交通系統(tǒng)工作的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)及安全物理通道，其利用無線通信網(wǎng)絡(luò)及有線通信網(wǎng)絡(luò)完成信息共享及交流過程。（2）信息基礎(chǔ)設(shè)施是專家系統(tǒng)、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、人工智能和知識庫、交通模型庫的總稱，其是一個多時態(tài)、多數(shù)據(jù)源、多尺度的數(shù)據(jù)集合，能完整描述城市自然社會形態(tài)地物地貌信息。（3）應(yīng)用系統(tǒng)是智慧交通系統(tǒng)運行的關(guān)鍵所在，其利用人與城市交通設(shè)施的信息交流，以改善城市交通管理水平與運行質(zhì)量，充分滿足居民的出行需要，主要包括交通設(shè)施控制與交通現(xiàn)狀發(fā)布系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、停車管理系統(tǒng)、行車管理系統(tǒng)四個部分。

2.2 智慧交通系統(tǒng)設(shè)計流程

（1）需求分析：根據(jù)智慧交通系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，結(jié)合當(dāng)前交通設(shè)施，按需設(shè)定相應(yīng)的軟硬件平臺，并同數(shù)字空間數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，按照系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)類型制定城市智慧交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；（2）采用智能化技術(shù)開展城市區(qū)域分時段交通現(xiàn)狀分析，形成城市交通現(xiàn)狀流量分時數(shù)據(jù)庫，并實施停車場數(shù)據(jù)庫調(diào)查，形成城市停車場數(shù)據(jù)庫；（3）綜合選用系統(tǒng)最優(yōu)計算手段進行系統(tǒng)開發(fā)、運行測試及投入運行；（4）做好網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以實現(xiàn)交通現(xiàn)狀流量數(shù)據(jù)庫的實時更新、傳感器信息采集的實時傳輸、交通設(shè)施的有效控制；加強網(wǎng)絡(luò)發(fā)布平臺構(gòu)建，以實現(xiàn)第三方應(yīng)用軟件訪問共享及系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息實時發(fā)布。[2]

3 智慧交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1 最短路徑計算法

最短路徑算法是智能交通系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)分析及路徑規(guī)劃的關(guān)鍵，其有效算法的應(yīng)用可改善系統(tǒng)分析效率。當(dāng)前因待處理道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)規(guī)模不斷擴大，使得大量加速技術(shù)應(yīng)用到大規(guī)模道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的最短路徑查詢中，如由谷歌基金支持的KIT大學(xué)研究出的壓縮分層算法，其依據(jù)道網(wǎng)路的拓撲性質(zhì)在道路網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上壓縮形成多層網(wǎng)絡(luò)拓撲，由此改善查詢效率。

3.2 交通網(wǎng)絡(luò)決策

交通網(wǎng)絡(luò)智慧決策過程分析是智慧交通系統(tǒng)智慧化的重要體現(xiàn)，其能依據(jù)動態(tài)交通狀況數(shù)據(jù)為出行信息提供指導(dǎo)。利用交通流量分布優(yōu)化、監(jiān)測及監(jiān)控技術(shù)對交通監(jiān)控系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及公安系統(tǒng)進一步完善，以完成交通信號燈的智慧控制過程。在動態(tài)監(jiān)控交通擁堵并提供疏堵方案時，交通網(wǎng)絡(luò)決策分析需綜合歷史道路數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)庫及社會數(shù)據(jù)等以提升系統(tǒng)決策水平；在信號燈控制時，通過設(shè)置智能信號燈，在相應(yīng)路面位置安置感應(yīng)線圈，其會依據(jù)車道上車輛多少狀況將信息反饋到信號燈中，由此信號燈會自行選擇紅綠燈狀態(tài)。

3.3 大數(shù)據(jù)分析

隨著城市進程加劇、交通設(shè)施規(guī)模的不斷擴大，機動車數(shù)量與日俱增的同時交通污染、交通擁堵、交通事故等矛盾問題越來越多。智慧交通系統(tǒng)解決此類問題的基礎(chǔ)便是能準(zhǔn)確、及時獲取交通數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)信息的獲取則必須依靠大數(shù)據(jù)技術(shù)作為支撐。

因物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，感應(yīng)線圈、攝像頭、傳感器、等在交通行業(yè)的大范圍應(yīng)用，使得大量數(shù)據(jù)信息需要進行處理。智慧交通系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可對天氣數(shù)據(jù)、道路傳感器數(shù)據(jù)、擁堵數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)進行分析，以評估點到點的耗時、對交通條件智慧識別、提供替代路徑方案等，從而大幅度改善交通擁堵與交通流狀況，提高車輛運行的安全性。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，使得新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不斷發(fā)展，當(dāng)前采用的NoSQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要包括文檔存儲型數(shù)據(jù)庫、鍵-值存儲、圖形數(shù)據(jù)庫、BigTable等部分。

3.4 二三維一體化

采用二三維一體化技術(shù)體系，可有效保護用戶正在使用的信息資源，二維數(shù)據(jù)能夠在三維場景中顯示，三維數(shù)據(jù)同時也可以在二維地圖中進行加載。采用二三維一體化快速建模技術(shù)，可迅速提高二維數(shù)據(jù)向二維模型轉(zhuǎn)化的效率。隨著導(dǎo)航技術(shù)與對地觀測技術(shù)的應(yīng)用，室外平面導(dǎo)航逐漸向室內(nèi)立體導(dǎo)航轉(zhuǎn)化，利用二三維一體化技術(shù)，可大幅度提高導(dǎo)航定位及位置服務(wù)的水平。[3]

4 智慧交通系統(tǒng)未來展望

在云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及現(xiàn)代通訊技術(shù)應(yīng)用水平不斷成熟的發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，智慧交通的未來發(fā)展重點將主要集中在以下幾個方面：（1）將云計算與信息存儲及處理平臺不斷融合，利用云計算技術(shù)處理優(yōu)勢，使數(shù)據(jù)分析更加“智慧化”；（2）車輛身份識別系統(tǒng)的應(yīng)用及研究，主要表現(xiàn)在給現(xiàn)有車輛設(shè)置“身份證”，通過身份證將車輛位置信息及車況條件等實時傳輸?shù)街腔劢煌ㄏ到y(tǒng)中；（3）交通信息發(fā)布與服務(wù)平臺分析及應(yīng)用，以增強交通服務(wù)的時效性和服務(wù)領(lǐng)域的開拓性；（4）交通信息采集技術(shù)的分析及應(yīng)用，主要表現(xiàn)在將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用到信息采集設(shè)備中。

5 結(jié)束語

智慧交通系統(tǒng)的應(yīng)用水平將直接關(guān)系著現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)的運行質(zhì)量及居民出行安全性，因此，相關(guān)技術(shù)與設(shè)計人員應(yīng)加強有關(guān)智慧交通系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究，總結(jié)智慧交通系統(tǒng)頂層與整體設(shè)計方式及關(guān)鍵技術(shù)措施應(yīng)用，以逐步改善智慧交通系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量。

參考文獻：

[1]張開廣，孟紅玲，巴明廷.洛陽智慧交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用研究[J].河南科學(xué)，2012（14）：74-75.

[2]孫懷義，王東強，劉斌.智慧交通的體系架構(gòu)與發(fā)展思考[J].自動化博覽，2011（10）：61-62.

[3]夏英.智能交通系統(tǒng)中的時空數(shù)據(jù)分析關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2012（35）：57-58.

作者單位：上海寶康電子控制工程有限公司，上海 201901