智能交通管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計

高美蓉

（寶雞文理學院物理與光電技術(shù)學院，陜西寶雞721016）

智能交通系統(tǒng)，應(yīng)用的技術(shù)包括通訊技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)以及計算機技術(shù)等[1-2]。城市交通智能管理系統(tǒng)是利用各種技術(shù)手段和先進的信號采集方法獲取大量的交通狀況信息，根據(jù)獲取到的交通狀況信息形成有效的交通控制方案，以多種方式將交通信息發(fā)布出去，最新和最全面的道路信息和交通管理方案被交通控制設(shè)備、管理人員和道路的使用者獲得，使城市交通系統(tǒng)的運輸和管理效率得到大大的提升。

1 國內(nèi)外先進交通管理系統(tǒng)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀

日本的智能交通系統(tǒng)已經(jīng)相當完備和成熟，日本已經(jīng)成為世界上應(yīng)用智能交通系統(tǒng)最為廣泛的地區(qū)。美國、歐洲等地區(qū)也普遍應(yīng)用了智能交通系統(tǒng)[3]。中國的智能交通系統(tǒng)也呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的狀態(tài)，先進的智能交通系統(tǒng)已經(jīng)在一些大城市建立，例如：北京、上海、廣州等；其中，北京建立的智能交通管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能包括高速公路管理、道路交通控制、公共交通指揮與調(diào)度、和緊急事件管理；廣州在智能交通系統(tǒng)的建設(shè)方面也取得了一些成效，建立了交通信息共用主平臺、物流信息平臺和靜態(tài)交通管理系統(tǒng)。隨著智能交通系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和城市的發(fā)展需要，智能交通管理系統(tǒng)越來越廣泛的被運用。

1.1 國外概況

美國是應(yīng)用智能交通系統(tǒng)較為成功的國家之一。早在1995年，美國交通部出版了《國家智能交通系統(tǒng)項目規(guī)劃》，在該項目計劃中明確規(guī)定了智能交通系統(tǒng)的7大領(lǐng)域和29個用戶服務(wù)功能的年度開發(fā)計劃[4-5]。美國政府投入了大量的財力用于智能交通系統(tǒng)的發(fā)展與建設(shè)，將智能交通系統(tǒng)的投資納入各級政府的基本投資計劃之中。取得了很大的成效，智能交通系統(tǒng)在美國的應(yīng)用已達80%以上，而且相關(guān)的產(chǎn)品也較先進。日本是世界上應(yīng)用智能交通系統(tǒng)最為廣泛的國家。1973年就開始了對智能交通系統(tǒng)的研究。到目前日本的智能交通系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展的相當完備和成熟。在智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用方面，歐洲的進展落后于日本，但是超前于美國。歐洲在智能交通系統(tǒng)的建設(shè)方面注重與構(gòu)建智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，目前正在以開發(fā)遠程信息處理技術(shù)為基礎(chǔ)建立了專門的交通無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，開發(fā)了先進的公眾出行交通信息服務(wù)系統(tǒng)、智能汽車的控制系統(tǒng)、先進的商業(yè)車輛運行系統(tǒng)和先進的電子收費系統(tǒng)等[6-7]。

1.2 國內(nèi)概況

我國的智能交通系統(tǒng)的研究和推進起步較晚，隨著社會的發(fā)展和進步，國家相關(guān)部門已經(jīng)意識到了智能交通系統(tǒng)的重要性，“十二五”規(guī)劃更是突出了物聯(lián)網(wǎng)智能交通的地位。通過科研人員的不懈努力。截止目前中國城市智能交通市場規(guī)模保持了高速增長態(tài)勢，從企業(yè)規(guī)模看，目前國內(nèi)從事智能交通行業(yè)的企業(yè)約有2000多家，其中從事監(jiān)控產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售的企業(yè)大約有500多家。國內(nèi)約有200多家企業(yè)從事高速公路收費系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)，該系統(tǒng)屬于中國非常有特色的智能交通產(chǎn)品之一，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速公路不停車收費雙界面CPU卡技術(shù)已經(jīng)被這些國內(nèi)企業(yè)已取得了。在3S領(lǐng)域，國內(nèi)雖然有200多家企業(yè)從事3s領(lǐng)域的研究與開發(fā)，一些龍頭企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出來的智能交通系統(tǒng)已經(jīng)在市場中占據(jù)了重要的地位等[8-9]。但是，中國智能交通整體發(fā)展水平相比于國外，還存在一定差距。這需要不斷跟蹤國際前沿技術(shù)、不斷研究適合中國城市的智能交通管理系統(tǒng)。

2 智能交通管理系統(tǒng)的組成

2.1 智能交通管理系統(tǒng)的組成框圖

城市智能交通管理系統(tǒng)的組成如圖1所示[10]。由5大模塊組成，分別為：電子警察系統(tǒng)、智能交通監(jiān)控系統(tǒng)、智能公交管理系統(tǒng)、城市交通流誘導系統(tǒng)及突發(fā)事件響應(yīng)系統(tǒng)等大子系統(tǒng)組成。

圖1 城市智能交通管理系統(tǒng)的組成

2.2 智能交通管理系統(tǒng)的模塊組成

2.2.1 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)

智能交通監(jiān)控系統(tǒng)就是通過監(jiān)控系統(tǒng)可以了解到將監(jiān)視區(qū)域內(nèi)車輛排隊、堵塞、信號燈等交通狀況，及時由采取疏導交通的措施，根據(jù)車流量調(diào)整信號燈配時來疏導交通，智能交通監(jiān)控系統(tǒng)還可以監(jiān)控交通肇事逃逸案件的全過程。協(xié)助辦案民警全面、直觀了解交通事故發(fā)生過程，及時掌握逃逸車輛車型、顏色、碰撞損壞部位，為客觀查證案發(fā)當時情況，追究事故責任提供最直接的依據(jù)。智能交通監(jiān)控系統(tǒng)在城市智能交通管理系統(tǒng)中起到指揮棒的作用。

2.2.2 城市交通流誘導系統(tǒng)

城市交通流誘導系統(tǒng)是基于電子、計算機、網(wǎng)絡(luò)和通信等現(xiàn)代技術(shù)，把人、車、路綜合起來考慮，根據(jù)出行者的起點和終點信息為出行者規(guī)劃出行路徑和最優(yōu)路徑，為出行者提供指導[11-12]。使出行者在出行過程中防止交通阻塞的發(fā)生和車輛的行駛時間，最終實現(xiàn)交通流在路網(wǎng)中各個路段上的合理分配。

交通誘導系統(tǒng)一般由3個系統(tǒng)組成，分別為：交通信息控制中心、通訊系統(tǒng)和交通誘導信息發(fā)布系統(tǒng)。交通信息控制中心負責從交通網(wǎng)絡(luò)中收集各種實時的交通信息，如道路現(xiàn)狀、交通流量、交通流速、道路占有率等，并對收集到的信息進行處理，并形成交通信息數(shù)據(jù)庫，其他子系統(tǒng)可以使用交通信息庫中的信息。通訊系統(tǒng)負責信息控制中心與道路上車輛之間的數(shù)據(jù)交換。交通誘導信息發(fā)布系統(tǒng)通過廣播、電視、車載終端和網(wǎng)絡(luò)等把交通誘導信息發(fā)布出去[13]。交通誘導系統(tǒng)組成原理如圖2所示。

2.2.3 電子警察系統(tǒng)

電子警察是系統(tǒng)一種將電子設(shè)備安裝在信號控制的交叉路口和路段上，對交通違法或交通事故進行不間斷自動檢測和記錄，將檢測到的信息利用網(wǎng)絡(luò)傳回公安部門，公安部門進行分析處理，并以收集到的信息為證據(jù)，對交通違法者和肇事者進行處罰，電子警察系統(tǒng)可以輔助交警工作并減少事故的發(fā)生。

圖2 交通誘導系統(tǒng)組成原理

2.2.4 智能公交管理系統(tǒng)

隨著城市的發(fā)展，城市公共交通是城市交通的重要組成部分。對緩解城市交通壓力起到重要作用。智能公交管理可以提高公交企業(yè)的管理水平和運營效率、優(yōu)化公共交通管理模式，并且完善面向乘客的服務(wù)，通過公交車輛到站信息播報、公交營運變更信息發(fā)布、公眾服務(wù)信息發(fā)布，為乘客出行創(chuàng)造良好的乘坐信息指南，科學地提高服務(wù)水平。智能公交管理系統(tǒng)包括公交車輛智能調(diào)度系統(tǒng)、公交調(diào)度的車輛監(jiān)控系統(tǒng)和公交電子站牌。公交車輛智能調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)線路和站點客流量科學設(shè)置公交線路，對運營車輛進行科學化的管理。通過建設(shè)公交調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛營運的實時數(shù)據(jù)的采集，對車輛進行自動定位，提供公交車內(nèi)，公交站點及公交場站視頻數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)平安、智能公交提供依據(jù)等[14]。公交電子站牌可以讓出行者方便準確的獲取公交線路信息、車輛實時信息等，使公交成為最優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟、舒適的出行方式。智能公交管理系統(tǒng)拓撲圖如圖3所示。

圖3 智能公交管理系統(tǒng)拓撲圖

2.2.5 突發(fā)事件響應(yīng)系統(tǒng)

突發(fā)事件響應(yīng)系統(tǒng)的功能是對于道路交通中的突發(fā)事件給予及時處理。包括：報警系統(tǒng)、快速救援系統(tǒng)、事故管理系統(tǒng)。當發(fā)生特大交通事故和區(qū)域治安事件等可以通過報警系統(tǒng)進行報警，報警后快速救援系統(tǒng)得到響應(yīng)，相關(guān)部門迅速到達事故現(xiàn)場對事故進行處理。事故管理系統(tǒng)對交通事故的案件的基本信息進行錄入，包括事故現(xiàn)場照片和認定書照片保存以及打印，批量上傳。

3 城市智能交通管理系統(tǒng)框架的方案設(shè)計

3.1 城市智能交通管理系統(tǒng)框架體系設(shè)計遵循原則

智能交通管理系統(tǒng)的設(shè)計在基于設(shè)計的基本原理和滿足功能的需求下，應(yīng)符合國家和交通部現(xiàn)行政策、標準和規(guī)范，還應(yīng)遵循以下原則[15]：

1）智能交通管理系統(tǒng)需要系統(tǒng)具有一定的精簡性，方便與技術(shù)關(guān)人員的操作和管理；

2）系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模采用模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計，系統(tǒng)具有兼容性和擴容性；

3）系統(tǒng)具有一定的完整性，充分滿足城市交通管理的需要，系統(tǒng)具有操作簡單，靈活性強的特點；

4）框架的設(shè)計在滿足實際需求的同時，還需要為后續(xù)建設(shè)留有一定的升級空間。系統(tǒng)具有一定的延伸性和符合時代發(fā)展的特性；

5）系統(tǒng)以城市交通和經(jīng)濟現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，最大限度利用高科技、高技術(shù)，建立滿足城市交通管理的實用性和經(jīng)濟性。

6）系統(tǒng)使用多級安全權(quán)限設(shè)置，防止對數(shù)據(jù)的非法讀取、修改和刪除。

3.2 智能交通管理系統(tǒng)的分層設(shè)計

智能交通管理系統(tǒng)框架是一個較為復雜的框架體系，具有一定的先進性和科學性。進行大量的理論和實踐研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用控制論、信息學、運籌學、管理科學等系統(tǒng)工程理論，將系統(tǒng)工程理論應(yīng)用于實踐中，進行系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計。通過系統(tǒng)分析把整個系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，研究每個子系統(tǒng)如何工作、如何進行信息的傳遞和協(xié)調(diào)工作。在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上進行建立框架。框架建立后，設(shè)計人員對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和細節(jié)設(shè)計，形成該系統(tǒng)的物理框架。

將智能交通管理系統(tǒng)分成基礎(chǔ)層、功能層、信息共享層和服務(wù)層。

1）基礎(chǔ)層

基礎(chǔ)層將收集到的有效信息送到網(wǎng)絡(luò)，在信息的傳遞過程中應(yīng)確保交通信息的可靠性，并且能夠?qū)⑿畔魉偷綔蚀_位置[16]。通過網(wǎng)絡(luò)傳遞信息可以提高信息的傳播速度。收到的交通信息可以分為靜態(tài)交通信息和動態(tài)交通信息兩大類，靜態(tài)交通信息為道路、路牌等為了便利交通管理而設(shè)置的基礎(chǔ)設(shè)施，動態(tài)交通信息為利用相關(guān)通信設(shè)備或交通檢測設(shè)備獲取的信息。

2）功能層

功能層是在基礎(chǔ)層的基礎(chǔ)上，對網(wǎng)絡(luò)信息進行分析和處理，應(yīng)用到智能交通管理系統(tǒng)的各個子模塊中，主要包括公交車輛智能調(diào)度系統(tǒng)、GIS的車輛監(jiān)控系統(tǒng)和公交電子站牌、智能交通信號燈等。出行者可以利用手機app查看公交車的的行駛路線、時間、當前的行駛狀況，為個人出行做好合理安排。智能交通信號燈可以手動調(diào)整紅綠燈時間或者根據(jù)車流量自動調(diào)整紅綠燈的時間，減輕交通管理的壓力。

3）信息共享層

將功能層實現(xiàn)各個部門的信息收集起來，實現(xiàn)信息共享，通過獲取功能層傳輸過來的信息，通過各類信息處理平臺，將信息轉(zhuǎn)化成資源，實現(xiàn)更為專業(yè)化的服務(wù)。例如規(guī)劃出行路線、交通誘導信息牌和交通違章信息的收集與處理。

4）服務(wù)層

服務(wù)層是為交通管理者和出行者提供信息服務(wù)，是系統(tǒng)的最高層。根據(jù)出行者的要求通過服務(wù)層為出行者給出具體出行的方案和建議，供出行者選擇；交通管理者可以根據(jù)收到的信息來分配具體的工作，使管理更加有效。服務(wù)層與出行者和管理者的關(guān)系都是相互聯(lián)系的，服務(wù)層要從出行者和管理者處獲取信息，根據(jù)獲取到的信息分析出行者和管理者需求，為出行者和管理者提供信息指導，為出行者和管理者制訂合理可行的方案，以提高智能交通管理系統(tǒng)的效率。

4 結(jié)束語

交通問題已成為城市發(fā)展中必須去面對的問題。在智能交通管理系統(tǒng)的設(shè)計過程中，必須結(jié)合實際的國情和各個城市發(fā)展的特點，通過使用智能交通管理系統(tǒng)，為交通管理者帶來管理的便捷，使出行者得到有效的信息和出行方案，滿足不斷發(fā)展的城市公共交通管理的需求，促進城市交通管理向綜合化和智能化的方向發(fā)展。

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