大數(shù)據(jù)背景下智能道路交通體系構(gòu)建初探

黃 云 黃 誘

（1. 北海市規(guī)劃局，廣西 北海 536000；2. 北海市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，廣西 北海 536000）

智能交通系統(tǒng) （Intelligent Transportation System，簡稱ITS） 是指在較完善的交通硬件基礎(chǔ)設(shè)施上，將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、計算機(jī)處理技術(shù)和電子自動控制技術(shù)等進(jìn)行綜合運(yùn)用于交通運(yùn)輸體系，從而提高交通運(yùn)行效率，提供便捷服務(wù)，減少交通事故，降低環(huán)境污染。在立體交通運(yùn)輸體系上，鐵路、飛機(jī)、水運(yùn)涉及面較窄，相對容易構(gòu)建獨(dú)立的智能交通系統(tǒng)，而道路、公路交通涉及人、車、路方方面面，覆蓋城市、郊野、鄉(xiāng)村，數(shù)據(jù)量巨大，其智能交通系統(tǒng)構(gòu)建最為復(fù)雜。在目前大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)空前快速發(fā)展的情況下，本文從解決人、車、路聯(lián)系及管理運(yùn)用角度出發(fā)，初步探索構(gòu)建道路智能交通體系大框架 （本文所稱道路泛指城市道路和公路）。

1 智能交通體系理論及存在問題

1.1 目前中國智能交通體系框架

2001年科技部正式推出《中國智能交通系統(tǒng)體系框架》，解決ITS體系框架“從無到有”的問題。2005年完成了《中國智能交通系統(tǒng)體系框架》 （第2版），在規(guī)范化、系統(tǒng)化、實(shí)用化等方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。該結(jié)構(gòu)包括了9個服務(wù)領(lǐng)域、43項(xiàng)服務(wù)、179項(xiàng)子服務(wù)等。

1.2 發(fā)展情況及存在問題

智能交通發(fā)展到今天，各個單獨(dú)領(lǐng)域的系統(tǒng)非常成熟，運(yùn)用廣泛，深入人們?nèi)粘Ｉ?，例如，部分城市交管部門建立了智能信號控制系統(tǒng)，高速公路建立了ETC收費(fèi)系統(tǒng)，各停車場有自己的智能停車系統(tǒng)，部分公交公司也有了相關(guān)的管理系統(tǒng)，網(wǎng)約車公司有了出行APP，地圖公司推進(jìn)了智能導(dǎo)航系統(tǒng)。

每個系統(tǒng)都收集、處理大量數(shù)據(jù)，但條塊化的系統(tǒng)間存在數(shù)據(jù)壁壘。這與當(dāng)初構(gòu)建中國智能交通體系時按照應(yīng)用領(lǐng)域分成不同的組分別研究子系統(tǒng)有關(guān)，導(dǎo)致相對獨(dú)立的系統(tǒng)信息融合、集成難，如交通管理系統(tǒng)中交通動態(tài)信息通過傳感器感應(yīng)傳回，與交通信息服務(wù)體系統(tǒng)中車輛導(dǎo)航產(chǎn)生的定位信息未能合二為一。

ITS產(chǎn)生此問題的原因還在于中國智能交通體系框架在系統(tǒng)建立之時受制于信息的全面收集、不同系統(tǒng)信息融合、海量信息處理、信息的快速交換等技術(shù)約束。

解決目前智能交通體系問題的關(guān)鍵在于如何打破數(shù)字壁壘，將各子系統(tǒng)融合一體。

2 大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供新的技術(shù)支撐

大數(shù)據(jù)的Volume （大量）、Velocity （高速）、Variety （多樣） 和Veracity （精確） 4V特點(diǎn)為快速處理海量的交通信息，為數(shù)據(jù)融合提供了可行性；快速精準(zhǔn)傳遞信息，解決系統(tǒng)條塊化問題。物聯(lián)網(wǎng)的萬物相連、相互感知的特性為人、車、路之間創(chuàng)建了更為及時、迅速地聯(lián)系。

2016年國家發(fā)改委和交通運(yùn)輸部印發(fā)實(shí)施《推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通、促進(jìn)智能交通發(fā)展的實(shí)施方案》，我國智能交通發(fā)展的總體方向和任務(wù)也基本明確，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、5G通信技術(shù)等為智能交通、數(shù)字融合、系統(tǒng)一體化提供了技術(shù)支撐，智能交通體系的構(gòu)建必將隨之進(jìn)入發(fā)展新階段和新模式。

3 大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)背景下智能道路交通體系大框架

3.1 智能道路交通體系（見表1）

思考智能道路交通體系構(gòu)建，必須從最基本的也是最關(guān)鍵的問題著手，即解決人 （包括使用者和管理者）、車、路三者之間各要素的連接問題，使管理者更好地管理車輛運(yùn)行、道路設(shè)施、指揮交通、收費(fèi)等一系列事務(wù)，使車輛更智能地感知環(huán)境、執(zhí)行指令，使道路設(shè)施更智能執(zhí)行指令，最終達(dá)到高效、便捷移動的目標(biāo)。

表1 人、車、路的要素構(gòu)成

解決三者之間時時變化的海量信息交換，必須依靠大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)作為支撐，建立一個集地理信息、道路交通信息、停車信息、車輛信息、使用者信息、數(shù)據(jù)分析等于一體的大數(shù)據(jù)信息中心，以信息中心為基礎(chǔ)建立各子系統(tǒng)，并圍繞信息中心數(shù)據(jù)庫進(jìn)行互聯(lián)互通，打破數(shù)字壁壘，融合使用和管理端、車載智能控制系統(tǒng)、智能交通信號系統(tǒng)等。

3.2 大數(shù)據(jù)信息中心

主要集成地理信息、道路交通信息、公交信息、停車信息、車輛信息、使用者信息等6個方面信息，并具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析處理能力。

地理信息方面在現(xiàn)有類似百度地圖、高德地圖等地理信息的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化完善，涉及交通部分的大幅提高精確度至分米級 （一般道路標(biāo)線寬度為10 cm以上，因此以分米級作為允許誤差）。

道路交通信息方面，完善車道屬性，包括準(zhǔn)確定位道路標(biāo)線、交通標(biāo)志、速度控制等信息；增加交通屬性包括信號控制系統(tǒng)、車流數(shù)據(jù)等信息；增加經(jīng)濟(jì)屬性，公路、道路分段分時收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

公交信息方面包括公交站、公交線路、車輛調(diào)度等信息。

停車信息方面，包括停車場站立體信息、車位尺寸、空置車位數(shù)、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等。

車輛信息為車輛基本的身份屬性、廠品屬性、運(yùn)行屬性等信息。

使用者信息方面重點(diǎn)分類確定使用者權(quán)限，不同使用者有不同使用、管理、提取、修改數(shù)據(jù)權(quán)限。系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析能力提供出行者路線方案、交通管控方案、管理車輛運(yùn)行安全、交通事故解決方案、記錄收費(fèi)里程和停車時間并計算收取相關(guān)費(fèi)用等。

3.3 車

智能車載控制系統(tǒng)集成車輛電子身份證。智能車載控制系統(tǒng)主要功能是與大數(shù)據(jù)信息中心傳輸信息、接收指令，上傳自身車輛信息；識別監(jiān)測周邊車輛和道路交通信息，與大數(shù)據(jù)信息中心中的相關(guān)數(shù)據(jù)印證；準(zhǔn)確定位和行駛軌跡預(yù)判， 由傳統(tǒng)的點(diǎn)定位轉(zhuǎn)為車輪廓定位， 精準(zhǔn)導(dǎo)航和準(zhǔn)確行駛；記錄行駛線路里程、停車時間，計算相關(guān)費(fèi)用并自動繳費(fèi)，以此徹底取消高速公路收費(fèi)站；控制車輛行駛，接受大數(shù)據(jù)調(diào)度指揮，與同行車輛編隊，縮小車間距至零，減少風(fēng)阻，節(jié)省能源，配合信號控制等信息高效行駛，大幅提高道路通行能力。

3.4 路

道路的基本硬件設(shè)施和屬性都準(zhǔn)確地錄入到大數(shù)據(jù)信息中心，智能信號控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)信息中心相連，執(zhí)行信息中心傳遞的信號控制方案，傳輸監(jiān)視到的路況信息、識別的車輛信息至信息中心進(jìn)行印證。

3.5 人

人與大數(shù)據(jù)信息中心聯(lián)系主要通過不同的使用端口進(jìn)行。

客戶使用端：由大數(shù)據(jù)信息中心提供的客戶使用端APP。通過APP，提取不同出行方式的時間、路徑、導(dǎo)航、公交站點(diǎn)和車輛信息、預(yù)約車調(diào)度、出行費(fèi)用等信息。

行政部門管理端：不同行政部門的管理端有不同權(quán)限從大數(shù)據(jù)信息中心提取數(shù)據(jù)、發(fā)布、修改信息。交警部門主管道路標(biāo)志和標(biāo)線和交通管控，提取道路交通及車輛信息，決策由大數(shù)據(jù)分析提交的管控方案。交通部門主管公路和交通運(yùn)營，修改公路屬性，包括路段收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等，監(jiān)管公交、出租車、網(wǎng)約車運(yùn)營信息。

企業(yè)管理端： 包括公交公司、 出租車和網(wǎng)約車運(yùn)營公司、共享自行車運(yùn)營公司、停車場管理公司、物流公司等。公交公司發(fā)布、 監(jiān)控公交線路和公交車輛調(diào)度信息。出租車、網(wǎng)約車、共享自行車運(yùn)營公司APP端接入大數(shù)據(jù)信息中心，提取和監(jiān)管自有車輛信息。停車場管理公司自動發(fā)布停車位使用情況，監(jiān)控車輛停車?yán)U費(fèi)情況，大數(shù)據(jù)信息中心根據(jù)停車時間計算費(fèi)用，直接從賬號扣除并轉(zhuǎn)至停車場管理公司。智能道路交通體系如圖1所示。

圖1 智能道路交通體系

4 智能道路交通體系發(fā)展目標(biāo)

4.1 道路交通發(fā)展可預(yù)測目標(biāo)

目前大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展速度空前未有，應(yīng)用也越來越廣泛，已經(jīng)形成了數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)。隨著5G通信技術(shù)、北斗高精度定位系統(tǒng)、無人駕駛車輛的加快運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)理想中的智能道路交通體系已經(jīng)指日可待。未來不遠(yuǎn)，出行只需要從客戶使用端發(fā)出指令，最近的共享無人駕駛車輛將來到身邊接客戶前往目的地，路上與同方向車輛首尾相連組成車隊，根據(jù)信息中心導(dǎo)航指揮，快速高效運(yùn)行，到達(dá)目的地后生成費(fèi)用清單并自動完成繳費(fèi)。車輛利用率大幅提升，節(jié)省停車位建設(shè)，城市更加綠色。

4.2 智能道路交通體系的特點(diǎn)

智能道路交通體系通過以下幾個方面特點(diǎn)提供交通問題解決方案：

一是促推綠色出行方式。為適應(yīng)以1～2人乘坐為主的出行需要，共享無人駕駛車會以小型車為主，空間緊湊，在道路行駛中組成首尾相連車隊后相當(dāng)于一輛公交車在行駛，實(shí)質(zhì)上是原來大量私家車出行方式轉(zhuǎn)換為可定制方向的公交車出行方式，大幅提高了公共交通出行比例。在精確定位導(dǎo)航下，供無人駕駛車輛的車道寬度減小2.5 m以內(nèi)，減少機(jī)動車道寬度可增加步行和自行車空間，提高人們步行出行期望。

二是提供綠色經(jīng)濟(jì)手段來控制交通擁堵。每段道路屬性都可以標(biāo)定分時使用價格，通過大數(shù)據(jù)信息中心計算后，可以分段繳費(fèi)給不同的收費(fèi)主體，以經(jīng)濟(jì)手段調(diào)節(jié)城市交通。

三是提高交通運(yùn)行效率。智能信號控制設(shè)備按照交通流數(shù)據(jù)分析并經(jīng)交警部門確定的信號控制方案指揮，將道路交通流形成綠波，提高交叉口通行能力。智能車載控制系統(tǒng)控制車輛組成車隊，縮小行車間距，提高運(yùn)行速度的同時還提高車流密度，提高路段通行能力。車輛按照指揮提前進(jìn)行交通分流，減少交通事故對交通的擁堵的影響。