论智慧交通
2015-06-30 09:04:00   来源:tranbbs.com      作者:王少飞 杨翠    评论:0 点击:

招商局重庆交通科研设计院云途交通科技有限公司 王少飞

重庆市计量质量检测研究院 杨翠

随着我国人均收入的不断增加以及城市化进程的加快,汽车普及率不断提高。随之而来的是,交通需求呈持续增长态势,交通拥堵已成为让人痛苦不堪的“城市病”;于此同时,机动车排放已成为大中城市污染排放第一大户;城市化发展和生态环境保护对智能交通提出了更高的要求。伴随物联网、新一代移动通信、云计算、大数据管理、移动互联网、下一代互联网等IT技术的日新月异,将给交通管理服务的理念和方式带来深刻变化,也随之产生了新一代综合交通体系的概念——智慧交通,智慧交通系统(Smart Transportation System,STS)与智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)有何联系与区别?STS又将给城市交通大发展带来怎样的变革?智慧交通自提出伊始便成为被普遍关注的特点课题,在实现交通运输基础设施智能化和促进交通运输业可持续发展的征程中,智慧交通也将成为重要的突破口。

智慧交通系统的基本定义

人类从荒蛮走到文明的发展过程中,交通管理经历了四个阶段。

(一)第一阶段:无智交通管理

在此阶段,道路交通正处于步行交通、马车交通时代,尚无城市交通管理意识和管理需求。

(二)第二阶段:智力交通管理

早在1868年,英国伦敦West Minster地区安装了世界上第一台交通信号灯,标志着城市交通从此告别无序状态。当时的交通信号灯采用红、绿两色的煤气照明灯,仅限于夜间使用,供行人和马车安全通过道路交叉口。1886年,德国人卡尔·本茨发明了世界上第一辆汽车,自此城市交通迎来机动化时代,交通拥挤现象开始出现。1914年,美国克里夫兰、纽约和芝加哥街头出现了新的交通信号灯,由于当时技术的局限性,信号灯由人工操作、电力发光。这个阶段,城市交通管理已融入人类的知识与经验。

(三)第三阶段:智能交通管理

随着城市交通堵塞、交通事故、交通污染等问题愈来愈严重,人类开始将科学管理应用于实践,将智力赋予设备使其能够智能运行,ITS应运而生。科学技术提升了交通管理效率,也改善了交通运行状况。

(四)第四阶段:智慧交通管理

城市化发展中人口的过度聚集带来了一系列管理难题,仅仅是科学管理解决不了城市交通问题。因此,人类站在时代发展的前沿,探索能够解决城市交通问题的方案和措施,尤其是如何治理和管理好城市交通,为出行者提供智慧的交通信息服务,实现城市交通可持续发展。

所谓STS,是将物联网、新一代移动通信、云计算、大数据、移动互联网、下一代互联网为代表的智能传感技术、信息网络技术、通信传输技术、数据处理技术、智能控制技术等有效地集成,并运用到道路交通系统中,为交通参与者(管理者、运营者、出行者)提供全样本、全时空、全过程的交通信息,实现人-车-路-环境的协同配合,以全面利用交通设施资源、大幅提升道路交通安全、有效缓解道路交通拥堵、显著改善城市人居环境,有效促进交通管理及出行服务的信息化、智能化、社会化、人性化水平。STS具有多主体、跨部门、跨领域、复杂性、系统性的特点,是“智慧城市”的重要组成部分。

ITS和STS都是信息技术、传感技术、通信技术等多种先进技术在道路交通领域进行应用的产物。二者虽然在建设内容、关键技术、应用方向等方面拥有较大的共同部分,但STS是ITS在移动互联网、物联网、云计算、大数据、4G移动通信等新兴技术与产业环境下的全新演绎。智慧交通力图使交通系统可以更好地像人类一样能够思考、决策。

智慧交通系统的技术特征

STS的主要技术特征如下:

(一)全面感知

应用物联网感知技术和手段,实现对出行者、车辆、道路设施(道路、桥梁、隧道、边坡等)、交通状态、气象环境状态、机电设备状态等要素的全样本感知,并通过多种接入方式将感知信息传输至交通通信网络。

(二)泛在互联

建立完善的视频监控网、DSRC通信网、光纤通信网、移动通信网与车载自组网等感知网络,实现各种异构网络的互联互通。

(三)深度融合

整合基础信息资源(静态信息、动态信息),搭建基于云计算的交通综合协同管理平台和交通综合信息服务平台,实现海量数据处理、智能数据分析,提升信息资源的深度开发与综合利用水平,促进信息技术与交通指挥控制、交通信息服务的深度融合,提高交通管理的决策水平。

(四)协同控制

通过出行者、智能车载单元和智能路侧单元之间的实时、高效和双向的信息交互,为交通参与者提供实时、可靠的全时空交通信息,结合车辆主动安全控制和道路协同控制技术,提升交通安全水平,提高通行效率,实现人-车-路-环境的有效协同。

(五)智能应用

规划和建设“两平台”即:交通综合协同管理平台和交通综合信息服务平台,实现内、外部用户管理和服务的按需定制。交通管理单位人员能够在任何时间、任何地点处理任何相关业务,并为出行者提供便捷、实时的信息服务。

(六)人性服务

突出强调“以人为本”,为公众出行全过程提供优质的、满足个性化需求信息服务。

(七)自治管理

出行者可以根据拥堵情况和停车位情况,自行决定是否出行和出行的方式,在此模式下,避免开车进入拥堵地段的决策是出行者自己做出的,每个人都是交通秩序的维护者。这种“自治”方式显然比诸如“尾号限行”等“行政环堵”手段更加有效。

(八)绿色低碳

通过科学高效组织,在有限的交通资源条件下,以最小的能耗进行人的移动与物资运输。

智慧交通系统的总体架构

STS总体架构包括感知、网络、平台、应用和展现五层,如图2所示。

(一)感知层

感知层旨在建立一张全信息感知“泛在网”,协调人、车、路、交通状态、气象环境等相关感知设备,实现一体化交通运行状态可视、可测、可控;感知网络汇集了来自各部门、各用户、各种流程、各种设备的信息,同时感知网络为不同应用服务,使多种应用所感知的信息范围获得极大扩展。

(二)网络层

网络层通过从感知层设施完成的交通感知和信息采集,将采集到的各类交通信号、数据等信息传送到平台层(数据整合与管理平台)或实现设施之间的数据交互(如V2V、V2I)。

(三)平台层

平台层作为交通系统交换信息的枢纽,是集数据交换、信息存储、综合处理及支持服务于一体的综合中心。交通云计算平台是一个高速、安全、可靠、互联互通的支撑平台,实现交通、公安交管、市政、规划、城乡建设、环境保护、国土资源、运输企业等相关部门网络的相互通信,采集、处理及存储分散在各部门的交通行业数据,形成基础数据库、业务数据库和主题数据库,实现信息共享与交换,以信息化促进规范化,实现交通信息资源整合,为综合交通管理业务深化应用提供强大支持。

该层主要包含交通委、公安交管局、规划局、市政委、城乡建设委、环境保护局、国土资源局、运输企业(如高速公路集团、公交公司、轨道公司、出租车公司、客运公司、民航机场、火车站、港口码头、停车场、物流公司)的业务管理系统,这些系统既包括新建的业务系统,也包括各部门前期已建设完成的业务系统。交通大数据处理与分析是平台层的技术支撑。

(四)应用层

应用层深度分析收集到的数据,以获取更加新颖、系统且全面的洞察力来解决特定问题。业务应用层充分利用互联网、物联网和通信网所带来的影响,建立在“云平台”的基础上,通过信息互联互通、部门相互协同的模式,使系统应用具有高度的人性化、智慧性,为政府管理部门、交通运输企业提供科学的决策支持服务,以及为社会公众提供优质的出行信息服务。

(五)展现层

应用层处理形成的综合性交通信息及服务能力需要以多样化的方式对外提供,以确保覆盖最大的范围和人群能够获取、使用这些信息和服务。展现层能够通过在市内广泛部署的可变情报板以及交通广播随时发布最新的实时路况、交通诱导、停车诱导、公交车辆位置等信息;出行者除被动地接受信息外,还可以通过车载终端、网站、手机终端、查询终端、微博等多种方式和途径对外进行交通信息和服务的发布,即任何出行者(Anyone),在任何时间(Anytime)、任何地点(Anywhere),通过任何智能终端设备(Any device),均可实时获取所关注的任何交通信息(Any Traffic Information)。

智慧交通系统的应用场景

STS的典型应用场景见下表:

表 智慧交通典型应用场景

类别

场景

备注

交通出行

出行线路动态规划、导航

由驾驶者确定起点和目的地,综合交通信息服务平台按要求自动设计并实时调整最佳行驶路线,包括最快的路线、最短的路线、通行费用最少的路线等。路线规划完毕后,显示屏能够在车载终端电子地图上显示设计的路线,并同时显示汽车运行路径,实现车道级导航

车载导航地图自动更新

在线实时更新

道路拥挤收费

按照地段和时段进行收费

速度控制

根据车型、天气、限速要求等自动控制车辆行车速度

道路交通状况提示

驾驶者会实时收到有关前方道路、天气和交通状况的最新信息,如道路事故、道路施工、路面湿滑程度、绕路行驶、交通拥堵、天气状况、停车限制和转向限制等

交通安全

应急救助

车辆发生故障,如说车损、爆胎,自动向救援部门发送求救信号,并报告车辆位置

盲点警告

当驾驶员试图变换车道但盲点处有车辆或行人时,会给予驾驶者警告或自动控制车辆运行状态

前撞预警

当前面车辆停车、刹车或行驶缓慢而本车没有采取制动措施时,给予驾驶者警告或自动控制车辆运行状态

违反信号或停车标志警告

车辆处于即将闯红灯或停车线等违规状态时,驾驶者会收到车载设备发来的视觉、触觉、声音警告,或自动控制车辆运行状态

弯道车速预警

当车辆速度比弯道预设车速高时,会提示驾驶者减速或者采取避险措施

车辆间距预警

当后车与前车间距过近时,会提示驾驶者减速或者采取避险措施

交通控制

车辆本身作为交通数据采集终端

车载设备传输信息(如GPS数据)至交通控制与管理中心,成为有效、需要的数据

匝道控制

根据主路、辅路和匝道的交通时变状况实时采集、传输数据以优化匝道控制

信号配时

收集并分析交叉口车辆实际行驶速度及停车起步数据,使全路网交通信号实时控制更加有效

专用通道管理

通过使用附近的或平行车道以平衡交通需求,也可使用控制策略,如当前方发生事故时可选择换向行驶;改变匝道配时方案;利用可变情报板发布信息,诱导驾驶员选择不同的路径

公交优先

在不影响其他车辆的情况下,公共汽车优先通过交叉路口

道路交通状况预测

实时监测道路交通运行状况,为交通系统有效运行提供预测数据,包括旅行时间、停车时间、延误时间等;提供交通状况信息,包括道路控制信息、道路粗糙度、降雨预测、能见度和空气质量;提供交通需求信息,如车流量等

安全防范

缉捕嫌犯车辆

断油控制,控制嫌犯车辆逃窜

被盗车辆追踪


辅助动能

车库寻车

车载终端可以发信号给用户,告知车辆准确方位

车内网

车内各种终端可以通过车载终端无线上网

行车记录

具有行车记录仪功能

车辆故障检测

车辆启动,终端自动检测各种影响行车安全的电路故障,初步检测车辆状态,保障行车安全。  采集发动机和电子控制系统信息,通过车辆检测功能,可主动检测多项车辆故障,及时提醒即使这关注车辆故障,提前维修

燃油防盗

对于油箱油量迅速下降等异常情况,车载终端及时向驾驶者手机发送报警信息,提醒驾驶者注意油料被盗

驾驶行为评估

可采集发动机、电气电路等多项信号数据,对驾驶者加速、急减速、空挡滑行等多种不良驾驶行为及时记录,通过图表显示不同驾驶员的不良驾驶行为。交管部门据此纠正不良驾驶行为,实现节能减排和交通安全

上下班合乘车


推荐维修中心、加油站、停车场、宾馆、饭店等


节能减排

车队管理


交叉口节能


以出行线路动态规划、导航为例,其以实时交通信息为基础,向驾驶者提供实时路况信息(图像、语音、文字等),以达到避让拥堵路段的目的。如图3所示,原规划的最佳引导路径需途经“工人体育场”,行至“工人体育场”前方十字交叉口时,“工人体育场”路段已经开始堵塞,动态导航终端开始重新规划并按新的路径引导,最终途经“团结湖公园”、“蓝鸟大厦”、“朝阳门桥”抵达目的地。

智慧交通系统的评价指标

衡量和评估STS的建设、发展的成果,需要相关指标体系进行量化分析:

(一)出行者对交通信息的关注率

指经常关注各类交通信息的市民所占的比例;出行者日常出行过程中获取各类交通信息的便捷程度较高,市民对交通信息的关注率应在60%以上。

(二)公交站牌电子化率

指电子公交站牌(至少能提供车辆位置信息,包括轨道交通)在城市所有公交站牌中的比例;公交站牌电子化率应在80%以上。

(三)市民交通诱导信息使用率

本指标针对驾车出行的市民,指在驾车出行的市民中,经常使用交通诱导信息提示的比例;驾车出行市民对交通诱导信息使用率应在70%以上。

(四)停车诱导系统覆盖率

指安装停车诱导系统的停车场在城市所有停车场中的比例;停车诱导系统覆盖率应在80%以上。

(五)城市道路传感终端安装率

指各类交通信息传感终端在城市次干道级以上道路中的安装率;道路传感终端安装率应在100%。

智慧交通的未来

智慧交通是缓解城市交通拥堵、提升交通安全水平、改善人居生态环境的有效手段之一,是交通运输系统重要的发展方向。智慧化是继工业化、电气化、信息化之后,世界科技革命又一次新的突破。利用新兴IT技术发展智慧交通,是当今世界城市发展的趋势和特征。

智慧交通发展要坚持面向发展、开放协同,重点突破、全面提升,以信息化、智能化为牵引,推动现代信息技术与交通运输管理和服务全面融合,实现交通运输设施装备、运输组织的智能化和运营效率、服务质量的提升。要完善智慧交通开放协同创新机制,注重以信息化智能化引领提升交通运输管理效能,促进现代信息技术在行业监管、运行管理和服务领域的深度应用,全面提升交通运输供给能力、运行效率、安全性能和服务质量,实现交通运输持续创新发展。政府需要在智慧交通领域有更大的作为,比如市场的引导、数据的开放、资金的投入等;企业同样需要在智慧交通领域有更好的创新,比如技术的突破、商业模式的探索、资本的运作等。智慧交通相比传统交通基础设施建设投入小,却可以给政府带来直接的收益,而且PPP融资模式能够缓解政府财政压力。智慧交通未来前景广阔,未来10年内,我国将在智慧交通领域投入巨资,可以肯定的是,一场交通领域的新革命即将开启。

  本文基金项目:

  重庆市“151”科技重大专项:全息交通指挥与控制系统科技重大专项;

  重庆市自然科学基金院士专项(CSTC2011jjys0002):交通物理网的理论体系与关键基础研究

  (原文刊载于2015年第6期《中国交通信息化》杂志上)

责任编辑:佚名

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