智慧交通关键技术及应用综述

智慧交通关键技术及应用综述

智慧交通关键技术及应用综述

摘要：交通和每个城市的发展都是相辅相成的，作为智慧城市建设的重要分支，智慧交

通得到了越来越多的关注。简述了智慧交通的概念和总体架构，重点论述了无线传感网络、数据

挖掘、智能交通云等关键技术在智慧交通中的应用，最后对智慧交通的实际应用现状做了说明。

关键词：智慧城市；智慧交通；无线传感网络；数据挖掘；智能交通云

0引言

当今城市大规模扩建的同时，基础设施建设及管理方式改革却相对滞后，因此导致的“城市

病”日益严重，交通拥堵和交通事故是最有代表性的一个“症状”。据《中国经济生活大调查》2014年的研究数据，北京每年因交通拥堵带来的时间、燃料、环境等方面的损失高达700亿[1]。虽然为了缓解交通拥堵实施了尾号限行、摇号购车等政策并取得了一定成效，可无法从根本上解

决问题，长此以往，居民的出行满意度将越来越低，而交通拥堵情况仍日益严重，不利于城市的

健康发展。因此，智慧交通的研究势在必行。

智慧交通是一个交叉性的综合学科，要想真正实现城市交通的车路协同、全面物联和标准统

一，还需要多方的协同研究。为了使智慧交通领域的研究人员更加统一地了解其研究情况，本文

简述了智慧交通的概念及框架，对智慧交通的关键技术和几种具体应用作了详细介绍，并对智慧

交通的应用现状和发展趋势作了说明。

1智慧交通概述

智慧交通的理念可以追溯到上世纪八十年代的智能交通运输系统(Intelligent Transportation System，ITS)，ITS是一个综合运用了信息处理和计算机等技术来提高交通运输服务成效的实时综合管理系统，现已广泛应用，减少了高达30%的燃油消耗和26%的废气排

放量[2]。智慧交通可理解为智能交通运输系统的升级版，即融合了物联网、云计算、大数据、

无线传感等先进技术，使人、车、路更加协调，使公共交通服务更加人性化的智慧出行服务系统。

智慧交通的构建对我国的长久可持续发展意义重大，智慧交通的应用预计能使高峰时期拥堵路段

的通行能力、交通运输能力翻几番，交通事故率也可降低80个百分点[3]。一个智慧的、通畅

的、安全的交通网络将彻底改变人们的出行方式和交通体验，并且有助于低碳经济的发展，是提

高国民生活水平和国家综合实力的强大助力。

智慧交通涵盖了公路、铁路、民航、水运等领域，各领域内部的管理体系相对成熟，智慧交

通要解决的是如何整合多个平台内部的信息，对数据进行挖掘后分析出交通的一些潜在数据，从

而为道路使用者提供更为优质的服务[4]。智慧交通网络中，行人、车辆及周围的红绿灯、指示

牌、摄像头等基础设施都能作为感应终端联结成城市路网信息系统，终端之间通过无线射频识别

（Radio Frequence Identification，RFID）、GPS、红外感应等技术进行智能识别，按一定协

议相联结并进行持续的信息交换，。

从ITS到智慧交通，无论是从理论还是应用来讲都是质的飞跃，智慧交通的框架也日渐清晰。，

文献[5]中提到的含辅助网络的改进框架就是智慧交通的一种典型结构，车辆能根据环境反馈回

来的信息动态调整行驶速度，若感知到突发事件则做出合理决策辅助驾驶。

这个课题中，GODOY J等人在AUTOPIA项目的基础上，除了原有的车辆主网，还引入了

由周边基础设施单独联结而成的辅助通信网。在这个交通网络中，无线通信网络层负责车辆和核

心单元之间信息的持续交互，核心单元在收到辅助网络和区域内网的数据后，结合实时交通流量

对其进行详细的分析、协调与规划，然后向车辆及基础设施等传递信息和指令，如提示车辆的建

议速度、进入事故区域警报、控制交通信号灯变化、公告栏发布实时路况信息等。

2智慧交通的关键技术

2.1交通要素的标识和感知

智能识别和无线传感技术是用于标识和感知物体的最主要的技术手段，是整个智慧交通建设的基础。智能识别是指每个物品都拥有唯一的条码、二维码、或RFID标签，这些电子标签中封存着它们独有的特征及位置信息，然后这些信息被智能设备读取并传输至上层系统进行识别处理和最终决策[6]。无线传感网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）是指由部署在目标监测区域内的大量低成本微型传感器节点构成的多跳自组织网络，节点之间通过无线方式交换信息，有着灵活、低成本和便于部署的优势[7]。智慧交通网络中，传感器分为采集节点和汇聚节点，。当前美国、日本等国家已经成功将物联网应用到实际智慧交通建设中，路网协同和辅助驾驶功能的研究也已投入试运行，并尝试智慧终端的普及和原有设施的改造[19]。我国起步较晚，迄今为止车联网技术尚不成熟，但借着智慧城市建设的东风，智慧交通也收获颇丰。

目前智慧交通领域已经在很多方面开展了深入研究，从终端的智能化方面，有智能车辆、智能交通信号灯等，从应用大方向来看，有智能公交、智能出租、智能港口等，从交通用途来看，有车牌识别、闭路电视监控、车流控制、车辆调度、智能停车场、智能路径规划导航、智能辅助驾驶系统等。本文将通过几种典型应用对智慧交通的发展现状作简要阐述。

3.1智能车辆

智能车辆的研究始于美国的自动引导车辆系统（Automated Guided Vehicle System，AGVS），之后各西欧国家便都开始了车辆的智能化研究，可以预见，智能车辆将成为汽车行业发展的必然趋势。智能车辆可通过模糊逻辑技术和人工神经网络技术来实现车辆的人工智能，为模拟驾驶者做出合理的路径规划和突发事件决策，这对减少交通事故率提高道路安全有很重要的意义[20]。目前的智能车辆研究主要集中在环境感知、驾驶员行为监测系统、车辆运动控制系统、防撞预警系统、规范环境下的智能巡航控制系统、极端情况下的辅助驾驶系统等方面，相关技术诸如雷达、GPS精度、磁道钉、CCD、通信协议及各种智能算法也是目前研究的热点[21]。3.2智能公交

作为城市居民出行的主要方式，公交和私家车相比在运输能力、相同载客量下的油耗、占地、价格等方面都有着不可比拟的优势。智能公交系统是指结合了智能识别、网络通信、GIS等先进技术，在调度、运行、路径规划及乘客服务等方面进行信息化规范化高效管理的综合性公共交通系统。智能公交系统就相当于一个小型交通物联网，车载传感器、站台设备和IC卡都是用于收集现场数据的智能终端，数据通过网络传送至公交调度中心，处理后通过智能站牌报站和公布周围环境、客流量等信息[22]。文献[23]结合芜湖公交系统的发展现状，提出了一个基于SOA架构的公交应用集成，利用fisher有序聚类算法对IC卡数据进行处理并分析客流变化规律，提出了一种更符合公交客流量变化的分时段自适应公交调度算法。北京、苏州、常州等城市的智能公交系统都已逐步投入运行，为居民的出行提供了很大方便。

3.3智能停车

城市汽车数量日益增长，停车和停车管理便成为了城市建设的难点，传统的人力管理有太强的主观性和局限性，视频监控方式易受恶劣天气影响，磁卡收费方式又无法避免磁卡的老化消磁和近距离识别限制。目前，很多发达国家都启用了自己的智能停车系统，我国的停车管理也正步入智能时代。2014年，阿里云率先进军智能停车领域，在杭州建成了一套智能停车收费系统。系统覆盖杭州市各区两万多个停车位，通过每个停车位上的智能地感对车辆的进出做出感应，从而向停车管理员的手持设备发出提示，有效提高了停车位的循环效率[24]。李正明[25]等人基于ZigBee网络和ARM提出了一种实时性更好的嵌入式停车场监控系统。辽宁工程技术大学的单晓艳[26]设计的新型超高频读写器，和无源电子标签配合使用克服了普通停车场RFID识别范围