城市智能交通系統(tǒng)設計分析及應用研究

衣華軍 王昆鵬 張書民

青島海信網(wǎng)絡科技股份有限公司 山東省青島市 266071

1 引言

隨著國民生活多元化趨勢的發(fā)展，當前國民出行需求有了顯著提升。但從本質(zhì)角度來看，目前國內(nèi)智能交通基礎信息化建設及交通網(wǎng)絡集約化仍存在較多問題，無法滿足國民日常出行需求的同時，對智慧交通發(fā)展也造成一定影響。同時，部分城市智慧交通覆蓋面相對較窄，無法實現(xiàn)市區(qū)內(nèi)交通設施的共同性。智慧交通主要以智慧公交、交通狀況監(jiān)控及交通信息發(fā)布為主，但當前我國城市智慧交通信息系統(tǒng)設計缺少完善性，無法滿足上述多元需求，同時對于道路信息采集載體選擇及利用綜合布局規(guī)劃上存在現(xiàn)實困境。特別是對于大型路口、城市道路與公路相交處因缺少綜合感知系統(tǒng)，導致無法處理交通堵塞及交通安全問題[1]。

2 城市智能交通系統(tǒng)發(fā)展趨勢

智能運輸系統(tǒng)基于IVHS在計算機技術和信息技術方面的創(chuàng)新與發(fā)展，以交通運輸管理系統(tǒng)為基礎，結(jié)合市場上各種先進的信息技術，如電子信息控制技術、傳感器技術、信息技術等，從而使交通運輸管理系統(tǒng)更加高效、準確。智能交通系統(tǒng)充分協(xié)調(diào)了道路、車輛、人三者的相互聯(lián)系，提高交通效率及解決城市道路擁堵等問題的基礎上，在提高道路通行能力、減少道路交通事故、減少對環(huán)境污染等方面發(fā)揮著實質(zhì)價值。目前，北京已經(jīng)建成了四大ITS系統(tǒng)，其中包括交通事故應急管理系統(tǒng)、高速公路管理系統(tǒng)、公交指揮調(diào)度管理系統(tǒng)，而廣州也已經(jīng)建成了三大信息系統(tǒng)，分別是靜態(tài)交通信息管理系統(tǒng)、運輸物流信息平臺、信息網(wǎng)絡共享平臺[2]。

3 城市智能交通系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)總體框架

城市智能交通系統(tǒng)主要以智能應用平臺、基礎信息平臺、信息保障平臺構(gòu)建，依托系統(tǒng)接口與地方交通管理部門系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)城市信息門戶網(wǎng)定期、不定期發(fā)布交通信息數(shù)據(jù)，為公安公戶、政府部門及社會群眾提供交通運輸服務。具體圖1所示。

圖1 城市智能交通系統(tǒng)框架圖

3.2 基礎模塊設計

3.2.1 中心應用平臺

中心應用平臺作為智能交通系統(tǒng)中的重要組成，是智能交通系統(tǒng)集約管理的應用平臺。在具體設計中，智能交通繼承管控平臺以“預先定義”的方式與城市交通信號控制、交通誘導信息發(fā)布、交通信息采集等系統(tǒng)相連，實現(xiàn)城市交通基礎信息集成化，進而依托GIS空間數(shù)據(jù)及大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，構(gòu)建時空信息數(shù)據(jù)庫。該時空信息數(shù)據(jù)庫具有實時采集、捕捉、羅列的智能功能[5]，便于維護與管理的同時，可根據(jù)時空數(shù)據(jù)庫對中心應用平臺相關數(shù)據(jù)進行檢索與查詢，為后續(xù)智能交通系統(tǒng)管理提供良好基礎。

3.2.2 基礎應用平臺

基礎應用平臺主要涵蓋交通信號控制、交通視頻監(jiān)控及交通信息采集、交通違法檢測、交通誘信息發(fā)布，具體如下：

（1）交通信號控制系統(tǒng)。對城市區(qū)域交通流量實時監(jiān)控、捕捉，具有控制、協(xié)調(diào)城市交通及改善區(qū)域內(nèi)交通堵塞的功能。

（2）交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)。依托城市路面、路段及制高點視頻形成全面化視頻監(jiān)控設備，可對城市內(nèi)道路路口進行全方位及實時監(jiān)控。

（3）交通信息采集系統(tǒng)。結(jié)合道路線圈、微波、視頻、RFID及車輛移動設備實時獲取道路交通流量及行車速度。

（4）交通違法監(jiān)測系統(tǒng)。對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)容機動車輛違法行為進行全天候及不間斷的記錄。

3.2.3 前端系統(tǒng)

根據(jù)交通信息的變化情況，可以把交通信息分成靜態(tài)和動態(tài)兩類，靜態(tài)交通信息指的是路網(wǎng)信息、交通基礎設施信息等。動態(tài)信息是指交通流量、交通事故、周圍環(huán)境等不斷變化的交通信息。智能交通系統(tǒng)主要收集車輛流量、平均速度等動態(tài)信息。根據(jù)技術的不同，收集不同的交通信息，大致可以分為兩類，一類是自動采集，一種是無人采集，全靠采集設備的自動采集技術[6]。

（1）GIS系統(tǒng)。GIS在運輸管理、規(guī)劃設計、實施管理等方面的具體應用。GIS總體上由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集與控制和系統(tǒng)的功能特性分析三大子系統(tǒng)組成。交通GIS具有廣泛的應用前景，首先，它能在交通管理的各個環(huán)節(jié)、各個階段得到廣泛的應用。能夠在國家、省、市等不同層面上得到廣泛應用。

（2）智能運輸信息交流平臺。進行交通信息統(tǒng)計，整合公路、港航、交通運輸、執(zhí)法等部門的業(yè)務數(shù)據(jù)，建立商業(yè)數(shù)據(jù)模型，建立多角度的業(yè)務數(shù)據(jù)關聯(lián)分析；發(fā)展公路、航道、樞紐站、鐵路、輕軌、治超站、橋交班線、站臺、長途客運站、客運站場、客運班線、汽車維修點、加油站等信息查詢定位、展示，使交通信息在空間上直觀展現(xiàn)并且為治理交通措施提供空間數(shù)據(jù)支持。利用QGIS（QuantumGIS）可視化技術，對各種形式的交通信息進行了處理。因為采集的GIS資料的形式多種多樣，有GIS向量資料、CAD資料、視頻資料、PostGIS資料、WMS資料等不同的格式，無法在同一GIS地圖上同時顯示不同的GIS資料，因此無法將交通流量、交通流量、道路交通狀況、道路狀況、道路狀況等信息進行實時的呈現(xiàn)。QGIS可視化技術可將各種GIS數(shù)據(jù)劃分為多個數(shù)據(jù)類型，并針對數(shù)據(jù)的不同類型數(shù)據(jù)分別建立相應的圖層，將數(shù)據(jù)屬性、圖例、顏色、數(shù)據(jù)投影等數(shù)據(jù)進行整合。數(shù)據(jù)整合后，將各層的數(shù)據(jù)整合成一層，然后將GIS的數(shù)據(jù)進行存儲，然后將其傳輸?shù)接脩粼O備。

3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要以大數(shù)據(jù)技術為核心，框架如圖2所示，具體功能如表1所示。

表1

圖2 智能交通系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

交通信息服務和ICT資源的平臺與服務器數(shù)據(jù)相融，由于汽車自身是可移動的，所以汽車云的實施模式和一般 PC網(wǎng)的云實現(xiàn)模式有著很大的區(qū)別。通常，汽車云有兩種實現(xiàn)方式：通用云和專用車輛云。專用車載云系統(tǒng)具有無云控制器的特性，它會直接指定特定的汽車作為汽車云的候選節(jié)點;通用汽車云具有包括云端控制器在內(nèi)的一系列操作，例如通過云端控制器來創(chuàng)建汽車上的云。此外，交通信息推送平臺、交通信號燈優(yōu)化設計、交通設施數(shù)據(jù)的更新是基于大數(shù)據(jù)的交通信息處理系統(tǒng)的應用層面[7]。交通設備信息更新平臺的主要作用是在交通設施升級后，能夠及時、準確地向用戶推送信息。

3.4 數(shù)據(jù)交換模塊

由于數(shù)據(jù)鏈接對象種類繁多，需要不同數(shù)據(jù)需求。同時，數(shù)據(jù)采集與交換需求各異，數(shù)據(jù)規(guī)模、數(shù)據(jù)交換頻率、數(shù)據(jù)規(guī)模、數(shù)據(jù)交換頻率等方面都有較高的要求。在構(gòu)建智能交通服務平臺時，必須構(gòu)建“統(tǒng)一的信息交換總線”，即通過信息自動轉(zhuǎn)化技術，實現(xiàn)對外部的監(jiān)控和客制化。本子系統(tǒng)主要負責綜合交通數(shù)據(jù)的共享交換，由三大部分組成：

3.4.1 接口模塊

為各個部門提供界面，使各個應用系統(tǒng)和平臺之間的連接。在各個單元提交了共享數(shù)據(jù)的要求之后，該模塊在接收該請求的同時向查詢模塊發(fā)送該請求。在平臺完成了數(shù)據(jù)交換的功能后，將數(shù)據(jù)通過該模塊的數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€部門。連接其它產(chǎn)業(yè)。它的主要作用是收集其它行業(yè)的綜合交通信息，實現(xiàn)行業(yè)之間的全面交流和交流。與省公安廳、省氣象局、旅游局、省基礎地理信息中心、鐵路局等部門進行對接。接口采用雙向接口，采用 Web服務或 XML文檔的技術實現(xiàn)。收集交通行業(yè)內(nèi)部的相關信息，并在行業(yè)中實現(xiàn)綜合交通信息的交流和分享，接口采用雙向接口，技術上采用 Web服務。

3.4.2 查詢功能

主要是對各種類型的資料進行查詢。在收到用戶的要求之后，首先要區(qū)別是否是行業(yè)內(nèi)部的交流。若為產(chǎn)業(yè)內(nèi)的共用交換機，則通過此模塊進行數(shù)據(jù)查詢，并將所查詢到的數(shù)據(jù)地址發(fā)送至數(shù)據(jù)交換模塊；如無客戶需求，則由數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)完成，并向使用者反饋。如果是跨行業(yè)共享，則通過該模塊進行數(shù)據(jù)查詢，并將查詢的結(jié)果直接反饋給用戶。

3.4.3 數(shù)據(jù)交換模塊

可以在各個單元之間進行各種數(shù)據(jù)的交流和分享。采用數(shù)據(jù)交換中間件，把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇缑婺K，再將信息傳遞給用戶，完成數(shù)據(jù)的交換。

4 城市智能交通系統(tǒng)應用

4.1 實現(xiàn)路況信息的實時推送

實時路況信息的推送主要是利用智能手機上的傳感器，將車輛的行駛情況如車速、每小時的停車時間等傳送到后臺，然后由大數(shù)據(jù)平臺進行分析，對目前的路況進行綜合判斷，然后再將這些信息轉(zhuǎn)發(fā)給其他的在線用戶。該系統(tǒng)能夠?qū)⒔煌顩r的信息進行智能分享，并將交通狀況實時反饋給使用者，并為使用者提供相關的交通信息[8]。

4.2 實現(xiàn)基礎交通設施的更新

在傳統(tǒng)方法下，基礎交通設施的更新是以人工進行的。通過使用智能運輸系統(tǒng)，可以對更新后的交通設施進行自動的更新。它的主要實現(xiàn)方法是通過遙感圖像對城市道路進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)了交通設施的變化，就會自動向大數(shù)據(jù)平臺傳輸，使其能夠進行實時的更新，同時也能為使用者提供更加精確的路況信息，節(jié)約大量的人力成本。

5 結(jié)語

綜上所述，智能交通管理模式的創(chuàng)新，主要是運用現(xiàn)代信息技術對交通管理進行優(yōu)化。通過采集實時動態(tài)信息，并依據(jù)路況進行相應的調(diào)整，最終達到對交通信息進行有效的綜合、合理的分析，從而為交通決策提供依據(jù)。為實現(xiàn)社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，防止資源浪費、環(huán)境污染、保障社會可持續(xù)發(fā)展，必須大力發(fā)展智能交通。