智能交通数据预处理算法研究及应用

1绪论

1.1智能交通研究背景

交通可以将人和物之间互相联系起来，在城市的建设、发展和日常运行中起到了重要的作用，我们出行使用的交通工具无不处于复杂的交通线路中，通过这些线路，我们可以到达我们想要前往的地点。在技术的不断发展和进步中，交通也变得越来越安全、便利、不再昂贵的运输成本，每次交通方面的进步都会影响到很多行业的发展，带来新的就业机会，为城市的发展带来利好。公路是城市的血管，公路上的车辆便是城市的血液，城市的日常运作和社会的发展离不开公路，得益于我国“入世”以后国民经济的腾飞和技术的进步，汽车业的发展也伴随着人民生活水平的提高迎来了自己的春天，便利的交通对经济进一步发展和人民生活的便易又提供了新的生机，但事物具有两面性，现有道路已经不足以消化日益增长的交通工具，问题正逐渐进入人们的视线，拥堵问题、秩序杂乱无章、交通事故频发、尾气排放等是其主要表现形式⑴。

在过去的几十年中，很多城市的交通问题已经随着城市的发展变得越来越严重，现有基础设施已然不足以消化过多的车辆，而糟糕的交通又限制了社会经济的发展，同时耗费了多余化石燃料，破坏环境。随着人口的不断膨胀，车辆保有率的不断增加，现有交通的状况将变得更加糟糕。深处世界洪流中的我国也不例外，自上个世纪末起，我国的道路拥挤问题已初现端倪，近年来我国国力迅速增强，交通问题更加限制了经济的持续发展和人民生活水平的进一步提高，公安部官方数据给出，截至

2015年年底，全国机动车保有量

达2.79亿辆，2015全年新注册登记的汽车2385万辆，保有量净增1781万辆，全部达到历史最高水平。如此天量的汽车行驶在全国的公路上，势必会造成拥堵，造成经济损失，更为严重者已经严

重威胁了人们的生命，全球每年超百万人死于交通事故。

所以，我们必须重视交通问题并寻求解决方案。为此，世界各国采取了各自的对策，但收效甚微。通过长期的探索与经验的积累，人们发现，诸多造成交通拥挤的因素中，最为根本的原因就是

供求两者间的不平衡关系，首先可以新建道路，提高总体容量，但经过调查发现，我国的一些大城

市在上下班等高峰期，大多数公路都处于拥堵状态，但一些道路的使用率仍然不高，所以仅仅采用

简单的新建道路、扩建道路是不能从根本上解决问题的，尤其对于发展得比较成熟的城市而言，城

市早已形成规模，交通系统繁杂，格局不宜改变，可分配用于道路建设的土地越来越少，因此不能

仅从某一方面（例如道路方面或车辆方面）来解决相关问题，成本过高、污染环境，并且此法对于

纾缓交通、提高运输效率的作用并不十分明显⑵。由此看来，综合考虑各种因素，要想有效地解决

道路问题，就要充分利用现有道路资源、合理分配车流量，就成了现在工作的重点，具体就是采用

各种高科技手段相配合改造传统运输体系的方法便成了最优解，即综合考虑司机、交通工具、环境的智能交通系统（ITS）。

1.2智能交通和数据预处理的相关介绍

1.2.1智能交通相关介绍及国内外发展概述

智能交通系统(Intelligent Transportation System,即ITS)，是未来交通系统的发展方向, 它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有 效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实 时、准确、高效的综合交通运输管理系统 ⑻。智能交通的目标就是，对交通状况和交通数 据的感知采集，将各感知终端的信息进行整合、转换处理，以支撑分析预警与优化管理的 应用系统建设，分析预测及优化管理应用主要包括交通规划、交通监控、智能诱导、智能 停车等应用系统。在没有新建道路的情况下，充分利用现有资源，减轻道路负担和环境污 染，使道路在安全的前提下被更充分地利用，由此，各国越来越重视智能交通的建设。

智能交通分为四个子系统，分别为：车辆控制系统、交通监控系统、车辆管理系统、 旅行信息系统。车辆控制系统，指辅助驾驶员驾驶汽车或替代驾驶员自动驾驶汽车的系统， 可以准确地判断车与障碍物之间的距离。交通监控系统类似于机场的航空控制器，它将在 道路、车辆和驾驶员之间建立快速通讯联系。车辆管理系统可以实现驾驶员与调度管理中 心之间的双向通讯，来提供商业车辆、公共汽车和出租汽车的运营效率。旅行信息系统专 为外出旅行人员及时提供各种交通信息的系统。

四个子系统如下图。

Figure 1 -1 Intelligent transportation subsystems

智能交通系统(ITS )是一个繁杂系统的总称，以管理和控制为基础，依靠交通信息 提供服务，同时着重提高道路使用效率，由此可以缓解道路拥挤，有利于出行，目前此方 法受到各国重视和大力推广。它集各种高新科技之大成，需要极强的综合性，然而现行的 一些智能交通系统并没有综合利用各种资源，而是各自为政、自扫门前雪，没有形成信息 的实时共享，如此这般，信息溃散、高能低效，并没有达到“智能交通”本来的目的。所

图1-1智能交通的子系统⑷

以对于智能交通来说，其很重要的一方面就是资源、数据的共享，在保证尽可能全面、实 时地收集大量静态和动态数据信息的同时还要兼顾各交通资源之间的数据整合、输送、融 合、分析和利用。这就需要各部门相互协调、分配工作，综合考虑时间、地点、环境，将 采集到的天量数据进行实时共享，这是非常重要的。而实时共享，就需要依靠信息技术在 各单位之间建立一个统一且规范的组织平台，以供信息共享与交流，各部门可充分利用平 台中的所有数据，综合分析，给出最合理最有效的解决方案，此举大大提高智能交通系统 的综合性能，同时提高出行效率，增加效益，保护环境

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智能交通是一个包含了多方面高新技术的复杂系统的总称，它的出现解决了很多道路 交通问题，目前国际上将ITS 项目分为七大类。

智能交通系统

图1-2智能交通的项目分类

Figure 1-2 In tellige nt Tran sportati on Project Classificati on

在智能交通方面走在世界前列的是美国、欧洲、日本。他们的社会发展相对成熟，更 超前，所以较早涉足智能交通领域，且相关研究由国家带头，联合社会各界，各取所长， 共同实现了智能交通的研发、改进与应用。

美国于上世纪六十年代着手开发电子导航系统，并于 80年代末期提出了相关战略计 划，投入巨资联合各单位共同参与项目，在智能交通的各系统领域取得了长足的进展。进 入新世纪后，已经建立了智能交通的四个系统及众多下属系统的行业标准，信息平台的建 设也越来越完善。早在三十年前，欧洲便开始了对智能交通的研究和其信息共享平台的建 设，两年后，欧洲十国又将研究领域延伸到道路本身和车辆的设备，经过不懈努力，到现 在,已经有很大一部分的理论研究被应用到实际当中， 并为国家的带来了显著的经济利益。 日本对于智能交通的研究稍晚欧美几年，但这并不妨碍日本在相关领域的领跑地位，日本 连续几年内完成了系统的开发与标准的制定，并应用于国家的主要公路。日本的高效源于 政府从始至终的参与，使各处力量集中在一起攻坚克难，这样就使日本取得了不俗的成绩。

我国最初涉足智能交通领驭的时间可以上溯到上世纪八十年代，当时，交通部提出分 批次对五先

进

的

交

通

信

息

系

统 先进的交通管理系统 先进的公共交通系统 先进的车辆控制系统