日韩偷拍一区二区,国产香蕉久久精品综合网,亚洲激情五月婷婷,欧美日韩国产不卡

第5章智能交通系統

本章學習目標 了解智能交通的基本概念，包括智能交通的產生背景、智能交通的定義、智能交通的架構和特點。 理解智能交通與物聯網的相關內容，包括大數據物聯網與智能交通的關系、智能交通應用物聯網的關鍵技術、智能交通發展物聯網的各方面需求。 了解智能交通的發展和展望，包括智能交通的機遇和挑戰，以及智能交通的未來發展前景分析。

5.1智能交通基本概念5.1.1智能交通的產生背景

交通是一個國家或地區經濟和社會發展十分關鍵的命脈，更是一個與人們生活息息相關的問題。無論是國內還是國外，交通無疑是每個人日常生活的重要組成部分。早在19世紀60年代，英國倫敦安裝臂板式燃氣交通信號燈之后，實現交通自動控制和協調便成為交通管理中一個新的追求。20世紀20年代，美國開始城市化進程，汽車逐漸增多帶來了嚴重的交通擁堵問題以及環境污染和安全隱患問題，這也是他們很早就開始研究智能交通系統的動力之一。到了20世紀50年代，美國丹佛市首次將模擬計算機以及交通檢測器成功應用在交通信號燈控制上。十余年后，加拿大多倫多建立了世界上及時個使用計算機進行協調控制的交通信號燈控制系統，這也成為了智能交通控制技術發展的里程碑。智能交通由此邁入了一個嶄新的階段。隨著工業化和城市化的發展，交通基礎設施不能滿足日益增長的交通需求，薄弱的交通設施與機動車快速增長的矛盾日益突出。各國幾乎面臨相同的問題： 交通擁堵、交通事故等屢屢發生，環境污染、能源短缺問題日趨嚴重。無論是發達國家還是發展中國家，用于解決交通問題的投入都很大，最傳統的辦法就是不斷改造、擴建交通基礎設施。對于我國來說，雖然近年來在城市道路和高速公路的建設上取得了非常突出的成績，但交通擁堵問題依然是當今各個城市管理中十分棘手又急需解決的問題。因此，在快速發展交通運輸的過程中，通過信息、通信、控制協調等先進技術解決棘手的交通問題是優化交通管理流程以及提高交通運輸服務效率和水平的保障，同時也是智能交通系統的產生與發展強有力的技術保障。

5.1.2智能交通的定義智能交通系統(Intelligent Transportation System, ITS)一詞指的是將通信技術和信息技術應用于交通基礎設施、交通工具以及交通運輸系統中，也就是對通信、信息和控制技術在運輸系統中繼承應用的統稱(鄒力，2012)。建立一種多方位的，實時、的綜合運輸和管理系統，能夠減少交通事故的發生，緩解交通擁堵問題，同時能夠降低能源消耗并改善環境。智能交通系統研究的最終目標是實現交通智能化，通過各方面配合(人、車、路)實現大范圍高效、安全的交通環境，并提升人們的移動性和駕駛的舒適度。智能交通實現的功能服務許多都是物聯網提供的功能，這也正是大數據物聯網應用研究的熱點問題。5.1.3智能交通的架構及特點1. 智能交通的基本架構

智能交通系統是一個綜合性的復雜系統，圍繞其目標來看，智能交通系統實現了以下幾類服務(劉云浩，2010)，并總結成圖5.1的形式。(1) 交通管理： 包括交通情況監測、動態收費管理、交通協調、排放管理等。(2) 車輛安全： 包括路口安全提醒、自動高速公路、輔助駕駛等。(3) 公共交通管理： 包括運輸車輛追蹤、運維車輛調度等。(4) 商業車管理： 車隊管理、貨物跟蹤、電子清算、航隊管理等。(5) 緊急情況管理： 包括丟失車輛追蹤、緊急情況響應、無線求救支援、被盜車輛控制等。

圖5.1智能交通系統服務功能結構圖

根據智能交通系統實現的服務功能以及系統自身的結構特征，可以從不同角度分析智能交通系統的基本架構。從系統組成上看，智能交通系統是由包括交通信息服務系統、交通管理系統、公共交通系統、車輛控制系統、貨運管理系統、電子收費系統以及緊急救援系統等多個子系統組成。從信息處理流程上看，主要由交通信息采集系統、信息處理分析系統，以及信息系統組成對智能交通系統的百度百科詞條解釋進行的歸納總結(baike.baidu.com/link?url=UgWloqCBDgLq2H7fmwmZux9R5PDjut3_62EpkBjb0P8VLvO8_XNQ3NAYnZIYTtHOMqgLLAA0de_jiW4qPvOOK)。。(1) 交通信息采集系統是獲取交通信息數據的主要來源。由人工輸入、GPS導航儀器、紅外雷達檢測器和光學檢測儀等聯網組成，形成高度自動化的管理體系。(2) 信息處理分析系統是在獲得基礎數據的前提下，對數據進一步分析，從而指導并做出決策。包括專家系統、GIS應用系統以及人工決策等部分組成。(3) 信息系統是面向社會群眾的。它通過多樣化的方式將交通信息以及交通服務信息公布給社會公眾和特殊的受眾群體，信息渠道主要由互聯網、手機、車載終端、廣播、電臺、電子情報板等組成，為人們提供更加人性化、更加便捷、更加及時的交通服務。從主體成分來看，智能交通系統通常包含車輛、行人、設施、服務中心等部分。(1) 車輛： 可以分為運輸車輛、商用車輛、維護和工程車輛、緊急車輛。(2) 道路及路旁設施： 通常包括道路本身和路旁的基礎設施，這些設施的作用在于監督控制、費用征收、停車管理以及車輛檢查。(3) 行人和乘客： 主要需要個人信息訪問服務和遠程出行者的支持服務。(4) 服務中心： 主要作用在于交通管理、收費管理、應急管理、運維管理、商用車輛管理、信息提供、排放管理、車隊航隊管理、數據管理等管理服務。在包括車輛、道路及路旁設施、行人及乘客和服務中心的這些主體之間相互連接，不同主體之間通過相互作用和相互通信，實現智能交通系統中的各項功能服務。其主要通信方式分為以下四類，如圖5.2所示。

圖5.2智能交通主體之間的通信方式

1) 車輛內部的通信： 在車輛內部的大量傳感器、執行器和控制單元之間相互通信，互相連接，從而實現車輛智能控制和智能感知。其主要采用的是有線通信，涵蓋了1900條線路，主要特征包括有線無線混合、生命周期長、密度高、車內有障礙物(行李、乘客等)。有線通信技術是目前的主要車內通信方式，而像ZigBee這類的無線通信技術是人們更加期待的通信方式。(2) 車輛之間的通信： 它要求通信簡單、快速、，優點在于即使有大尺寸的車輛阻擋信號也能通過AdHoc模式多跳跳出“陰影”。它的缺點在于協議較為復雜，網絡分割的可能性較高，并且在車輛密度低和普及率低時很難保障網絡的連接。(3) 車輛與路旁設施的通信： 主要使用的是短距離技術，例如在ETC系統中采用DSRC技術，實現不停車快速車道。除了在技術方面的要求以外，針對路旁的設施還需要考慮經濟因素。(4) 車輛與基礎設施的通信： 采用的技術主要是遠距離通信技術，從而實現大范圍的覆蓋。例如3G、4G，實現車輛以及行人與服務中心的連接。車輛和基礎設施的通信需要無線運營商的投資和基礎設施技術進行支持，同時車輛應用的通信性能也需要進一步提高。

2. 智能交通的重要特點智能交通主要包括以下幾個重要的特點，如圖5.3所示。

圖5.3智能交通的重要特點

1) 安全型交通智能交通系統中的車輛不僅具有傳統的安全氣囊、緊急剎車輔助系統等安全設備，還能夠通過車載網技術使得車輛形成通信網絡，從而提高車輛、乘客、駕駛員以及行人的安全性。(2) 便捷型交通智能交通系統通過移動互聯網和通信網絡，為人們提供了便捷的導航信息、道路交通狀況等信息。(3) 環保型交通智能交通系統能夠通過對黃標車禁行抓拍、車輛限行控制、社會車輛違法占用公交車道抓拍等措施嚴格管理車輛行駛，實現減少尾氣排放污染環境，改善城市的霧霾天氣，實現環境保護。(4) 高效型交通智能交通系統通過聯網獲得的數據以及分析預測情況，改善路況并緩解道路擁堵，優化人們的出行路線，實現交通流量化。(5) 可視化型交通智能交通系統應該能夠將行駛在道路上的公共交通工具和社會車輛等進行統一管理控制，為人們提供可視化的交通網絡狀態圖。(6) 可預測型交通智能交通系統通過交通采集系統獲得交通數據，進行建模分析，并能夠預測定時、定點位置的交通路況信息，為交通管理提供有力保障，同時為交通基礎設施建設和改造提供重要的參考意見。

5.2物聯網與智能交通5.2.1大數據物聯網與智能交通的關系

大數據物聯網的目標是實現對整個物理世界的管理、實時控制和科學決策，其核心理念是建立整個物理世界的感知網絡。因此，大數據物聯網在交通領域上的應用首先突出強調的是統籌考慮各類交通運輸方式(包括公路交通運輸、水路交通運輸、民航交通運輸等)的交通對象、交通運載工具、交通基礎設施，搭建基礎感知網絡，與此同時，在基礎交通感知網絡的基礎上根據實際交通需求開發各類應用服務系統。于是，智能交通系統因為物聯網在此領域上的應用，將具有新的發展視野和質的改變。在大數據物聯網推動下，智能交通在信息的采集量方面呈指數增長，在時間方面的要求將達到毫秒級，海量數據的分析決策成為了必然要求。物聯網技術的發展為新一代智能交通的發展提供了關鍵的技術支撐和十分廣闊的發展空間。大數據物聯網對智能交通的發展起到了十分重要的作用。不僅如此，智能交通的發展也為物聯網在交通領域的應用創造了十分良好的發展條件。一方面，對于交通運輸行業來說，智能交通系統的發展與大數據物聯網應用于交通領域上的方向保持一致，也就是應用通信、控制、數據信息處理技術等先進方面為交通運輸的運行方式和機制做出改變，并且發展更符合人們要求的智能交通運輸系統。這就是說，智能交通系統的發展為大數據物聯網在交通領域的應用提供了良好的基礎環境，引發出很多的新需求以及人們對待交通生活的新理念。另一方面，智能交通的發展必然帶動了許多交通基礎設施的建設和改造，針對交通的各方面業務需求進行了很多技術上的革新。因此，智能交通的發展為大數據物聯網在交通領域的應用提供了許多物質基礎和技術設備裝置。總的來說，智能交通的發展與大數據物聯網在交通領域的應用相互影響。大數據物聯網新理念和新技術的不斷發展推動了智能交通系統的升級前進，而智能交通作為物聯網的重要應用領域，促進了大數據物聯網的垂直深入發展。5.2.2智能交通應用物聯網的關鍵技術智能交通系統各個要素的發展需要多個領域的關鍵技術協同構建，包括交通信號控制、車輛導航、車牌號碼識別、安全閉路電視等各種交通管理系統和交通控制系統。除此之外，智能交通的發展也離不開更加前瞻的應用，這些應用通過獲取實時的數據信息，為人們提供便捷的交通和信息服務。另外，智能交通系統的建模和預測技術也是改善人們交通出行的重要保障。從物聯網角度來說，物聯網技術在交通中的應用顯得尤為重要，因為交通出行關系著人們的生命安全，不可輕視。物聯網技術一方面為智能交通的發展提供了更加深入的智能化： 智能交通的管理和調度能夠實現道路交通基礎設施的更大效用，能夠在保障安全的同時更大限度提高交通流量，使人們感受到越來越便捷的交通出行，同時能夠優化人們在出行時的出行體驗，更加快樂出行。另一方面，物聯網技術為智能交通的發展提供了更加和清晰的感知： 這不僅體現在道路基礎設施中傳感器對交通流量的監測，同時體現在車載傳感設備對車輛狀態信息的監測。另外，車輛中的有線和無線通信技術為移動的人們提供網絡服務，讓用戶在出行的過程中隨時獲得網絡及周邊信息。智能交通應用物聯網的關鍵技術如圖5.4所示。

圖5.4智能交通應用物聯網的關鍵技術

1. 信息精準獲取技術對于交通系統來說，各個交通要素的運行信息數據獲取體系的建設是重要的基礎性技術工作。在交通系統的各個部分中，雖然感知要素、身份標識和載體不盡相同，但是感知需求十分近似。及時，在交通基礎設施的感知需求中，其感知信息主要有： 包括事件類型、事件發生地點和發生時間等在內的交通事件信息，包括路面性能、橋梁性能、道路尺寸等在內的基礎設施運行狀態信息，包括車流量、車流速度等在內的交通運行狀態，包括溫度、雨雪天氣、能見度等在內的交通氣象、環境信息。其中，由于交通事件的發生具有很強的隨機性，因此很難通過控制交通需求的方式來處理，只有盡早發現和確認事件并及時采取措施，同時為其他出行的人們提供、及時的信息，才能有效處理交通事件。另外，基礎設施的運行狀態能夠直接影響交通網絡的運行順暢程度。因此，需要在公路和城市交通中感知的信息有路面災害、橋梁狀況等； 在民航基礎設施運行狀態中需要感知跑道狀況和機場狀況等； 在水路交通基礎設施運行狀態中需要感知航道尺度、水路狀況等。此外，交通運行狀態信息是實行交通控制和路線優化的重要基礎。，交通氣象、環境信息是減少交通事故的重要基礎，也是向社會服務的重要方面。第二，在交通工具的感知需求中，感知信息的重點內容是對營運性交通工具的運行狀態進行感知。主要包括交通工具的位置信息、速度信息、行駛路徑信息，以及載客量或載貨量信息等。第三，在交通對象的感知需求中，與交通工具感知信息的重點內容相對應，感知重點是營運性交通工具的駕駛員，包括駕駛員的連續駕駛時間(例如是否疲勞駕駛)和駕駛員的操作信息是否得當。同時，交通對象的感知還包括感知貨物的位置信息和貨物在運載過程中的環境信息等，保障全程跟蹤危險貨物，提供服務水平和效率。針對以上的感知需求，一系列傳感技術因此應用在交通領域。這些關鍵技術很多都是基于傳感器的交通信息感知技術。主要包括： 交通動態信息實時采集技術，交通基礎設施信息實時采集技術，氣象、地質災害預警信息采集技術，交通工具信息采集技術等。下面對智能交通中不同業務中的感知技術進行具體介紹。在交通領域基礎設施的感知技術中，針對不同業務需求使用了不同的傳感技術。包括交通事件的感知技術、交通基礎設施運行狀態的感知技術、交通運行狀態的感知技術，以及氣象、環境信息的感知技術、交通對象運行狀態信息采集技術、交通工具運行狀態的信息采集技術。交通事件上的感知技術裝置主要是指用于采集交通事件的發生時間、地點以及類型等基本信息的視頻采集設備，它比較直觀，并且安裝和維護都較為方便。基礎設施運行狀態的監測也使用了多種傳感技術。在公路和城市中，使用路面智能檢測車，它主要使用了圖像采集和識別、激光測量、基于視覺角度的感知等自動測量和分析技術，來對路面的損壞情況進行監測，同時進行分析處理； 在隧道中，主要通過使用壓力傳感器、激光測量，以及引伸計和圖像采集等技術實現檢測隧道的壓力和變形情況； 在橋梁中，主要使用加速振動測量設備、傾角儀、激光圖像測量儀等技術來滿足橋梁的不同測量要求； 在機場中，主要采用視頻識別、紅外線感應等測量和分析技術實現設施的自動感知。在交通運行狀態的感知技術中，主要是交通流信息的采集和測量技術。在公路或者城市交通中，主要使用地磁線圈、雷達、壓電、視頻等技術，但是每種技術均存在一定的缺點，例如傳感器的價格較高、而視頻在能見度較低時的拍攝效果較差； 在水路交通的感知技術中，測量船舶流量的主要技術是雷達和視頻技術，其中視頻技術可以同時檢測事件和交通流，并且由于其直觀、維護工作較容易的特點，在水路交通中應用越來越廣泛。在交通對象運行狀態信息的采集技術中，目前應用較為成熟的當然是利用RFID技術實現對貨物標簽信息的讀取，同時可以采用GPS等衛星定位技術獲取貨物的實時地理位置。另外，對貨物運載環境狀況的自動感知技術主要是使用無紙記錄儀、濕敏電容、溫敏電阻等關鍵技術。但是目前對于駕駛員的持續駕駛時間和操作情況控制的感知技術還比較缺乏，這是在智能交通中需要進一步研究的內容，目前已經開發了對眼睛眨眼頻率、眼睛閉合或運動的監測器等，但是大部分仍然處在實驗模擬階段，距離實際廣泛應用還存在一定距離。在交通工具運行狀態的信息采集技術中，主要包括三個方面的感知技術。一是對交通工具基本信息進行采集，主要使用GPS和北斗等衛星定位技術獲取交通工具的行駛路徑、速度、位置等； 二是使用車載傳感器技術獲得交通工具的當前實時性能信息的采集，例如壓力傳感器、溫度傳感器等； 三是對載貨量或者載客量的實時感知技術，存在著大量的人為因素使實現感知信息采集變得復雜。2. 網絡傳輸關鍵技術在交通運輸物聯網的建設中，按照網絡通信的對象和網絡通信范圍的大小，交通物聯網的網絡技術主要包括兩種類型： 一類是短距離組網和通信技術，主要實現交通工具、交通基礎設施，以及交通對象之間的通信、數據交換和感知。另一類技術是遠距離組網和通信技術，主要實現的是交通信息與數據中心之間的傳輸和感知，它能夠實現交通要素之間的遠距離傳輸信息。具體來說，網絡層的主要作用包括兩點： 一是將各類交通要素接入網絡，接入方式包括WLAN、藍牙(Bluetooth)、3G/4G網絡、有線網絡、衛星等。二是能夠在傳輸過程中依靠互聯網、電視網等完成交通感知信息的遠距離傳輸。根據以上的交通物聯網的網絡技術類型和網絡需求及網絡層作用，在交通領域中使用的物聯網技術主要包括交通對象交互通信技術和無線組網技術兩大技術。(1) 交通對象交互通信技術交互通信技術是交通對象和交通對象的基礎設施之間通信組網的關鍵技術。由于其涉及了多門學科，因此在研究交通對象通信技術時既需要通信技術相關的專業知識，同時還需要對交通系統中的各個要素的特性具有一定的了解。在交互通信技術的研究中，交通對象通信的研究具有十分豐富的內容。就目前的交通對象通信技術的研究來看，已經在車與車之間、車與道路之間、船與船之間的通信有了初步的研究進展。在車車之間的通信中，主要的難點存在于無線網絡的實現上，研究者根據通信領域的移動自組網(Mobile Adhoc network)，提出了一個叫做車輛自組網(Vehicular Adhoc network)的概念。車輛自組網是物聯網在智能交通領域中的一種重要應用，它是移動自組網和傳感器技術應用在交通運輸領域的具體表現(楊濤等，2012)。車路通信系統是車聯網的通信鏈路保障，而車路通信主要利用基于專用短程通信(DSRC)技術、ZigBee、超寬帶(UWB)、藍牙等的車路通信系統，它能夠大幅度降低通信延遲，保障網絡拓撲結構頻繁變化的車輛的網絡質量，為車車、車路間提供了穩定、高效的通信服務。AdHoc是一種點對點的模式，也就是分布式的無線網絡，它是由移動主機構成的網絡(臧婉瑜，2002)。AdHoc網絡是用來描述特殊的自組織對等式多跳移動通信網絡。這種結構省去了靠路由器轉發數據包和靠AP轉發數據包，只要安裝了無線網卡，任何計算機都可以為其他節點轉發數據包，實現彼此之間的無線互聯，換句話說，就是每一個節點都具有平等的地位，并且在網絡運行過程中節點可以隨時離開網絡，也不會對網絡的穩定性造成很大影響。通過網絡中的一臺計算機建立點到點連接，其他計算機通過這個連接實現網絡共享。其特點包括無中心、自組織、多跳路由、動態拓撲等。由于其網絡中設備的連接方式和特點，AdHoc應用的主要領域有軍事通信、傳感器網絡、緊急應用、個人通信。UWB是無載波通信技術的一種，它是一種短距無線接入技術，通過利用納秒至微秒級非正弦波窄脈沖，實現數據的高速傳輸。與此同時，在較寬頻譜上傳送功率極低的信號能夠使得傳輸數據時，在10米左右之內能夠達到每秒數百兆比特至數吉比特的傳輸率。其主要特點包括十分強大的抗干擾性能、數據傳輸速率高、保密性好、消耗電能小、帶寬極寬等。主要應用在室內通信、家庭網絡、安全檢測、高速無線WLAN等。DSRC的全稱是Dedicated Short Range Communications，中文名稱為專用短程通信技術。它是一種無線通信技術，能夠實現在數十米左右識別高速運動的移動目標和雙向通信，具有很強的高效性。專用短程通信技術的應用領域十分廣泛，包括不停車收費、出入控制、車輛識別等，目前智能交通系統中應用較為成熟的便是ETC以及集裝箱等貨物識別的AVI。通過使用DSRC技術，人們的出行效率和便捷程度得到了很大提高。(2) 交通對象無線組網技術交通對象的無線組網是物聯網的一個重要特征，它是針對不同交通對象的類型和功能需求，研究不同的交通對象組網方式。交通對象的無線組網能夠實現交通對象之間的局部組網，在交通運輸網絡中，傳統的IPv4只是實現人機對話，在技術上很難滿足，IPv6技術在技術協議、通信等方面能夠達到要求。不僅如此，在交通物聯網中，交通對象和交通工具的移動性和流動性很強，信息的傳輸距離很長，傳輸范圍也很廣，因此需要高速的路由解析速度、高速的連接建立速度，同時必須使用專用的交通無線傳感網絡、高速公路光纖網絡與公用的移動網絡等互聯網絡相結合，才能確保大規模交通信息的高效、穩定地傳輸。IPv4，是互聯網協議的第四版，也是及時個被廣泛使用，構成現今互聯網技術基石的協議，其主要限制是不能實現網絡的實名制。由于IP地址空間不足以及IP資源的共用，導致了IPv6的發展。IPv6技術的全稱是Internet Protocol Version 6，意思是用于替代當前版本IPv4的下一代IP協議，其中，Internet Protocol意思為互聯網協議。IPv6簡化了報文的頭部格式，加快了傳輸速度，提高吞吐量的同時提高了安全性。它能夠擴展到實現任意事物間的對話，不僅滿足了人類的服務需求，同時實現了包括汽車、傳感器、電器等多種設備在內的服務需求，在不斷降低成本之后能夠不斷推廣使用，遍布尋常百姓家。3. 智能處理技術交通運輸物聯網體系的核心建設內容之一就是能夠實現對交通系統狀態的管理、分析、再現，這就需要針對交通系統的特點建設智能的綜合信息管理平臺。因此，交通系統中的綜合處理體系建設是交通領域重要的技術研發工作。目前，交通領域中應用了多種智能處理技術。(1) 公路運輸領域的典型智能處理技術在公路運輸領域中，應用的典型智能處理技術包括突發事件檢測技術和收費數據分析挖掘技術。突發事件視頻檢測技術能夠廣泛用于高速公路、國道、橋梁等多種路段，通過監測獲得車輛的運行狀態信息，對數據進行分析，并交與有關部分進行處理。突發事件的檢測技術是對車輛檢測和跟蹤的技術，它是一種基于視覺的檢測技術，通過將攝像頭(見圖5.5)采集的視頻信號轉化為數字化的圖像，再對數字化圖像進行分析和處理。在此過程中采用的技術包括圖像預處理技術、圖像背景提取技術、多目標識別技術等，來實現對突發事件的實時檢測、記錄和分析。同時，能夠針對突發事件實施報警和救援工作。另外一個應用在道路交通中的典型智能處理技術是收費數據分析挖掘技術，它是在完善高速公路聯網收費管理中主要采用的一項智能處理技術。可以親身體會到，我國高速公路的里程數量在不斷增加，原來的人工收費表現出十分明顯的低效性，當很多車輛聚集在收費口時，單純的人工收費會帶來道路交通的更加擁堵，這也是完善高速公路聯網收費系統的必要性之一。聯網收費系統已經從人工收費發展到了半自動化、自動化收費、不停車收費(見圖5.6)，部分城市已經建立了對收費數據的集中處理和存儲的收費管理中心。高速公路聯網收費系統是一個完整的封閉系統，不僅包含常規交通信息采集系統中的數據信息，還包括車輛牌照、進出口、車載重信息、行駛路徑信息等特有數據，從數據的應用角度出發，挖掘收費數據，分析用戶關心的內容，獲得交通決策所需要的數據，并利用這些數據分析高速公路路網交通流、構建相應的評價指標等。