基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃少澤

摘要：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，城市交通擁堵問題日益嚴(yán)重。將大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到智能交通領(lǐng)域，有助于提高城市交通運(yùn)輸效率，為解決城市交通擁堵問題帶來了全新的解決辦法。基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)整合層、大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)、實(shí)時(shí)路況推送平臺(tái)、交通燈優(yōu)化設(shè)計(jì)、交通設(shè)施數(shù)據(jù)更新幾部分。利用該系統(tǒng)，可以有效解決交通擁堵問題。

關(guān)鍵詞：智能交通;大數(shù)據(jù);云計(jì)算;交通控制系統(tǒng)

引言

與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)數(shù)量手段比較，大數(shù)據(jù)技術(shù)具有數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、處理迅速、實(shí)效性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在智能交通領(lǐng)域運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以采集海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)內(nèi)包含許多不可估量的價(jià)值，通過挖掘和分析能夠快速得到所需的數(shù)據(jù)信息。針對(duì)上述情況，本文提出基于大數(shù)據(jù)技術(shù)智能交通臺(tái)數(shù)據(jù)平臺(tái)各功能層設(shè)計(jì)情況，并提出其在交通數(shù)據(jù)診斷、路網(wǎng)延遲指數(shù)等方面的應(yīng)用。

1我國(guó)城市交通問題

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，隨之而來的是汽車的全面普及。短短十幾年內(nèi)，我國(guó)交通系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有，負(fù)擔(dān)增重的過程。在這個(gè)過程中，我國(guó)城市交通暴露出了一系列的問題。我國(guó)城市交通問題集中體現(xiàn)在幾個(gè)方面：第一，公共交通工具使用率低，人們出行大多使用私家車，從側(cè)面體現(xiàn)出公共交通建設(shè)的低迷;第二，城區(qū)堵車現(xiàn)象頻發(fā)，影響人們的出行;第三，城市交通管理尚未實(shí)現(xiàn)智能化，大多數(shù)地方是交通管理的盲區(qū);第四，城市交通管理較為分散，各地區(qū)政策存在偏差，缺少統(tǒng)一規(guī)劃。

2建設(shè)目標(biāo)與需求分析

2.1實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的優(yōu)化設(shè)計(jì)

交通信號(hào)燈（紅綠燈）是道路交通管理的基礎(chǔ)，通過實(shí)際測(cè)量車流量大小，模擬和優(yōu)化交通信號(hào)燈的控制模式，調(diào)整十字路口紅綠燈時(shí)長(zhǎng)，控制交通車流量，可以充分地挖掘出道路的最大車容量。從而合理配置道路交叉口的資源，使得綜合的停車次數(shù)最少，路口的等待時(shí)間最短，使道路交通的暢通度達(dá)到最大值。常用的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法包括：道路單點(diǎn)控制、主干線協(xié)同控制、區(qū)域化優(yōu)化控制、人工控制等。系統(tǒng)應(yīng)將多種控制策略相結(jié)合，設(shè)計(jì)出智能化的信號(hào)控制方式。

2.2道路網(wǎng)延遲指數(shù)分析

依托大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)各個(gè)路口/路段歷史流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)一步分析路網(wǎng)的延遲指數(shù)。智能交通延遲指數(shù)求解方法是實(shí)際通過旅行時(shí)間與自由流通旅行時(shí)間相減，若所得數(shù)值為負(fù)數(shù)，則設(shè)定為0，表明并未發(fā)生延遲，并把這些數(shù)據(jù)映射至[0，10]數(shù)據(jù)區(qū)間之內(nèi)。如果智能交通延遲指數(shù)較大，說明這個(gè)地點(diǎn)的擁堵情況更嚴(yán)重。左側(cè)向使用者展現(xiàn)設(shè)定日期、特點(diǎn)等交通延遲指數(shù)改變情況，來回移動(dòng)水平滾動(dòng)條，能夠及時(shí)查看不同時(shí)間段的延遲數(shù)據(jù)。左側(cè)展現(xiàn)路口、道路等級(jí)、行政區(qū)劃等各維度下相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的延遲指數(shù)和排名情況。通過綜合分析道路延遲指數(shù)，能夠?yàn)闆Q策人員提供新建道路規(guī)劃等決策提供支持。

2.3實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)交通設(shè)施的更新

傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)交通設(shè)施更新后信息的變更由人工完成。利用智能交通系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)交通設(shè)施更新后信息的自動(dòng)更新。主要實(shí)現(xiàn)方式為利用遙感影像來檢測(cè)城市中道路的變化，當(dāng)檢測(cè)到基礎(chǔ)交通設(shè)施有變化后，將自動(dòng)發(fā)送到大數(shù)據(jù)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了道路交通設(shè)施的自動(dòng)實(shí)時(shí)更新，為用戶及時(shí)地提供更準(zhǔn)確的道路信息，并且節(jié)省了大量的人工成本費(fèi)。具體過程為：（1）通過遙感影像獲取道路的路面、綠化帶、拐彎處、路燈、指示牌等重要的道路信息;（2）利用道路兩側(cè)樹木的形狀指數(shù)等形態(tài)學(xué)知識(shí)，自動(dòng)地確定道路的線路;（3）通過尺度轉(zhuǎn)換，構(gòu)建對(duì)象層次，獲取不同道路特征，并實(shí)現(xiàn)道路的基礎(chǔ)交通設(shè)施信息提取。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1設(shè)計(jì)整體架構(gòu)

智能交通數(shù)據(jù)分析平臺(tái)是采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等有效整合用于交通運(yùn)輸信息的管理和控制中，注重人、車與道路之間的協(xié)調(diào)，組成一種有利于改善環(huán)境、節(jié)約能源、保護(hù)安全的綜合運(yùn)輸系統(tǒng)。智能交通數(shù)據(jù)分析平臺(tái)運(yùn)用層次化結(jié)構(gòu)模型展開設(shè)計(jì)，并根據(jù)大數(shù)據(jù)建設(shè)要求，整個(gè)平臺(tái)包含數(shù)據(jù)感知、資源層、應(yīng)用層三個(gè)層次，數(shù)據(jù)感知層主要任務(wù)就是采集交通信息，資源層旨在管理交通領(lǐng)域的數(shù)據(jù);應(yīng)用層旨在負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)調(diào)度智能交通資源。本次設(shè)計(jì)的智能交通數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)能滿足采集、存儲(chǔ)、調(diào)度及處理數(shù)據(jù)等方面的需求。

3.2系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)采集層的主要功能是獲取交通數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的主要獲取方式包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、RFID技術(shù)、遙感技術(shù)等。在智能交通系統(tǒng)中，前端監(jiān)控設(shè)備對(duì)所有經(jīng)過的車輛進(jìn)行拍攝，可以獲得車牌號(hào)和當(dāng)前車速等信息。RFID是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，對(duì)于正在行駛中的汽車?yán)肍RID技術(shù)獲取相關(guān)信息非常方便。在智能交通系統(tǒng)中，RFID的作用主要有兩點(diǎn)：（1）收集車輛信息;（2）對(duì)收集到的車輛信息進(jìn)行分析。遙感技術(shù)是利用電磁波實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別的技術(shù)，在智能交通系統(tǒng)中，遙感技術(shù)可以用于精確地獲取地面交通設(shè)施信息。數(shù)據(jù)整合層是將收集到的分散的交通信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的整合處理，以及實(shí)時(shí)計(jì)算處理，并逐一進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)化，使整合后的數(shù)據(jù)能夠被交通大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)所使用。大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)是利用大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)，對(duì)海量的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并且完成數(shù)據(jù)采集和挖掘工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)由數(shù)據(jù)中心云、路側(cè)云、車載云三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。數(shù)據(jù)中心云是指提供ICT資源以及交通信息服務(wù)的平臺(tái)和服務(wù)器;路側(cè)云是指建立在道路單元側(cè)，由專用服務(wù)器和接入設(shè)施等構(gòu)成;車載云是指一系列建立在行駛的車輛上的本地服務(wù)器，可以通過其構(gòu)建車輛通信網(wǎng)絡(luò)等。由于車輛本身具有移動(dòng)性，故車載云實(shí)現(xiàn)方式與普通PC網(wǎng)絡(luò)的云端實(shí)現(xiàn)方式有很大不同。一般，車載云的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：通用車載云和專用車載云。專用車載云系統(tǒng)的特點(diǎn)是沒有云控制器，云端系統(tǒng)將直接指定一些特點(diǎn)車輛為創(chuàng)建車載云的候選節(jié)點(diǎn);通用車載云的特點(diǎn)是包含云控制器，由云控制器自身實(shí)現(xiàn)車載云的創(chuàng)建等一系列操作。實(shí)時(shí)路況推送平臺(tái)、交通燈優(yōu)化設(shè)計(jì)、交通設(shè)施數(shù)據(jù)更新三部分屬于基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用層部分。實(shí)時(shí)推送路況推送平臺(tái)的主要功能是通過智能手機(jī)傳感器收集汽車行駛信息，并發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器通過大數(shù)據(jù)技術(shù)等方式對(duì)交通狀況進(jìn)行分類，并將有效信息推送給其他在線用戶。交通燈優(yōu)化設(shè)計(jì)是根據(jù)車流量等信息，將交通燈的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，盡可能地減少道路擁擠情況。交通設(shè)施數(shù)據(jù)更新平臺(tái)的主要功能是當(dāng)交通基礎(chǔ)設(shè)施更新后，信息能夠自動(dòng)、及時(shí)、準(zhǔn)確地推送給用戶。

結(jié)語(yǔ)

利用基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)獲取道路情況，并且能夠?yàn)榻煌ㄐ盘?hào)燈的控制提供有效數(shù)據(jù)，提高了城市交通管理的精確度和科學(xué)性，從而為人們的出行提供了便利。

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