基于智慧灯杆的城市智能交通系统_王强

本文 提 出 基 于 智 慧 灯 杆 的 城 市 智 能 交 通 系 统 ，利 用 均 匀 分 布 在 城 市 每 一 角 落 的 灯 杆 ，作 为 基 础信息的采集点，解 决 目 前 智 能 交 通 建 设 基 础 感 知 数 据 源 少 ，交 通 信 息 发 布 不 便 的 问 题 ，利 用 大 数 据处理解决数据 无 法 有 效 分 析 的 问 题，推 动 我 国 智能交通的快速发展。
３）紧 急 时 应 急 指 挥 ，通 过 大 量 的 历 史 数 据 和 便捷的应急指挥 设 备，为 交 通 管 理 部 门 提 供 科 学 的应急指挥手段。
２ 数 据 收 集 平 台
通过新建或改 造 城 市 道 路 的 灯 杆 设 施，将 传 统功能单一的路 灯 灯 杆 升 级 为 集 供 电、网 络 和 控 制 于 一 体 的 智 慧 灯 杆 ，并 按 需 集 成 视 频 监 控 、语 音 广播、４Ｇ 基站、空 气 质 量 检 测、信 息 发 布、新 能 源 汽车 充 电、道 路 指 引、停 车 诱 导 等 功 能，为 城 市 智 能交通系统提供 必 备 的 供 电 资 源、联 通 全 城 的 通 信 网 络 与 数 据 采 集 点 ，详 见 图 ２。 ２．１ 交 通 信 息 收 集
智能交通系 统 能 够 提 高 道 路 使 用 效 率，使 交 通 堵 塞 减 少 约 ６０％，使 短 途 运 输 效 率 提 高 近 ７０％，使现 有 道 路 通 行 能 力 提 高 ２～３ 倍 。 ［１］ 因 此 ，智 能 交 通 的 研 究 十 分 必 要 。
国外在 上 世 纪 ６０－７０ 年 代 就 开 始 了 智 能 交 通的研 究，智 能 交 通 在 美 国 的 应 用 已 达 ８０％ 以 上，而 且 相 关 的 产 品 也 较 先 进。 日本主要 应 用 在 交 通 信 息 提 供 、电 子 收 费 、公 共 交 通 、商 业 车 辆 管 理 以及紧急车辆优先等方面。欧洲计划在全欧洲建 立专门的交通（以道路交通为主）无线数据通信网。
总 第 ２８１ 期 ２０１７ 年 第 ２ 期
交 通 科 技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＤＯＩ １０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７５７０．２０１７．０２．０４５
Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２８１ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１７
基于智慧灯杆的城市智能交通系统
近年来新能源 汽 车 市 场 投 放 量 不 断 增 大，配 套的充电桩设备也需同步增加。智慧灯杆可将充 电桩与路灯灯杆 合 二 为 一，为 新 能 源 汽 车 提 供 充 电 ，极 大 缓 解 充 电 桩 不 足 的 问 题 。 ３ 数 据 分 析 平 台
交 通 数 据 具 有 种 类 繁 多 、异 质 性 、时 空 尺 度 跨 越大、动 态 多 变、高 度 随 机 性、局 部 性 和 有 限 生 命 周期等特征，以数 据 流 的 形 式 记 录 着 随 时 间 变 化 的空 间 信 息，具 有 大 量、连 续、不 断 变 化 和 要 求 即 时响应的特点。随着计算机和通信技术的发展，
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基于大数据处理技术的交通数据的数据分析平台 对 交 通 数 据 进 行 准 确 、高 效 地 处 理 和 分 析 及 预 测 ， 做出即时和正确 的 交 通 诱 导 和 疏 通，以 有 效 改 善 实际交通拥堵状况。 ３．１ 数 据 挖 掘
我 国 从 ９０ 年 代 中 期 对 智 能 交 通 进 行 研 究 ，取 得 一 定 的 成 果 ，但 对 交 通 信 息 的 感 知 和 收 集 有 限 ， 基本以电子警察 为 主，对 存 在 于 各 个 管 理 系 统 中 的 海 量 的 数 据 无 法 共 享 运 用 、有 效 分 析 ，对 交 通 态 势的研判预测乏 力，对 公 众 的 交 通 信 息 服 务 很 难 满足需求。
１）重 大 节 假 日 、大 型 活 动 或 恶 劣 天 气 的 交 通 预案。
综合应用平台用于实现交通管理的日常监测 和 应 急 指 挥 ，主 要 包 含 ３ 方 面 。
１）提 前 预 测 ，对 重 大 节 日 或 恶 劣 天 气 等 交 通 进行预测。
２）利 用 网 络 、无 线 广 播 、可 变 信 息 情 报 板 、可 变 标 志 、路 侧 通 信 、车 辆 导 航 等 交 通 信 息 发 布 系 统 和交通诱导系统 引 导 合 理 的 交 通 出 行 模 式，使 交 通行为由无序变为有序。
３）道路 指 示 牌。 通 过 道 路 指 示 牌 指 引 道 来自百度文库 或者相关驾驶辅助信息。
４）交通 信 号 灯。 路 口 的 灯 杆 架 设 交 通 信 号 灯 ，疏 导 交 通 流 量 、提 高 道 路 通 行 能 力 。 ２．３ 交 通 信 息 查 询
利 用 灯 杆 上 的 触 摸 屏 ，除 了 可 查 询 道 路 流 量 、 公 交 换 乘 等 信 息 外 ，用 户 可 查 询 停 车 场 信 息 、导 航 信 息 、各 类 路 况 信 息 及 路 况 预 测 等 交 通 信 息 。 ２．４ 新 能 源 汽 车 充 电
１ 系 统 构 成
利 用 大 数 据 和 云 计 算 等 新 一 代 技 术 ，搭 建 “智 能 交 通 ”基 础 支 撑 平 台 ，逐 步 实 现 交 通 运 输 信 息 化 基础设施和信息 资 源 整 合，创 建 智 慧 化 管 理 决 策 机制，实 现 综 合 动 态 监 测、科 学 应 急 指 挥、智 慧 出 行服务 ３ 大 功 能，为 公 众 提 供 人 性 化、综 合 化、智 慧化的交通出行 服 务，为 行 业 管 理 提 供 科 学 决 策 和 应 急 指 挥 调 度 的 信 息 化 支 撑 ，架 构 图 见 图 １。
收 稿 日 期 ：２０１６－１２－１９
图 １ 基 于 智 能 灯 杆 的 智 能 交 通 系 统 架 构 图
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王 强 等 ：基 于 智 慧 灯 杆 的 城 市 智 能 交 通 系 统
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１．１ 数 据 采 集 平 台 智能交通系统 的 感 知 系 统 和 发 布 系 统，为 其
１）交通 数 据 和 交 通 事 件。 实 时 采 集 道 路 上 通行车辆的流量、密度和平均车速等交通负荷数据 以及交通事故、道路施工、车辆抛锚等交通事件。
２）车 辆 信 息 。 高 清 摄 像 机 进 行 车 辆 抓 拍 ，完 整 显 示 信 号 灯 状 态 、停 车 线 位 置 、车 道 、车 牌 号 码 、 车 身 颜 色 、车 辆 类 型 、时 间 、地 点 、车 速 和 行 驶 方 向
１）整 合 交 通 信 息 资 源 实 现 共 享 服 务 ，将 数 据 采 集 平 台 采 集 的 数 据 进 行 转 换 、整 合 和 标 准 化 ，形 成交通数据的基础数据库。
２）研 究 综 合 交 通 模 型 体 系 ，对 基 础 数 据 库 的 数据进行大数据 处 理，为 综 合 应 用 平 台 提 供 基 础 数据 源 和 应 用 智 慧 化 支 撑，为 交 通 管 理、交 通 出 行 、应 急 指 挥 等 智 能 决 策 提 供 支 持 。 １．３ 综 合 应 用 平 台
对 采 集 的 交 通 数 据 、交 通 时 间 、环 境 信 息 和 车 辆信息进行建模 和 挖 掘，最 终 建 立 多 个 基 础 数 据 表 ，例 如 ：
１）不同时 段、不同天气、不同照度下车流量、 平均通行时间、交通事故发生概率、违章发生概率。
２）交 通 流 量 、密 度 、车 速 与 交 通 事 故 的 关 系 。 ３）交通事 故 对 车 流 量 和 平 均 通 行 时 间 的 影 响。 ４）每 条 道 路 车 辆 的 来 源 道 路 和 去 向 道 路 比例。 ５）道 路 的 平 均 通 行 路 径 长 度 。 ６）驾 驶 员 的 驾 驶 习 惯 。 ７）每 条 道 路 的 使 用 效 率 和 使 用 率 。 还有城市公交 客 流 点 与 交 通 拥 堵 的 关 系，轨 道交 通、出 租 车 客 流 特 征，拥 堵 地 区 与 商 场、写 字 楼 、居 民 区 的 关 系 等 等 各 种 模 型 。 ３．２ 交 通 状 况 预 测 交通状况预测 是 指 预 测 全 年 的 交 通 状 况，另 一方面就是实时 的 拥 堵 情 况 预 测，主 要 体 现 在 道 路平均通行时长 上，系 统 将 对 道 路 的 后 续 时 刻 的 平均通行时长进行预测。 １）根 据 当 前 实 时 的 车 流 量 ，结 合 道 路 平 均 通 行长度、平均通行 时 长 以 及 去 向 比 例 计 算 后 续 时 刻还在该条道路上的车流量。 ２）根据来 源 道 路 的 车 流 量 以 及 来 源 道 路 转 到该条道路的比 例，计 算 出 后 续 时 刻 来 源 道 路 转 到该条道路上的车流量。 ３）根 据 总 的 车 流 量 结 合 当 前 的 照 度 、时 间 和 天气计算出理论正常通行时间和交通事故情况下 的通行时间。 ４）根据当 前 的 车 流 量 和 环 境 信 息 计 算 出 交 通事故的发生概 率，对 正 常 通 行 时 间 和 交 通 事 故 情况的通行时间 进 行 加 权 平 均，最 终 得 出 后 续 时 间车辆的平均通行时间。 ３．３ 异 常 情 况 侦 测 异常情况侦测结合历史数据对车流量异常增 加 或 减 少 、车 辆 流 向 异 常 、车 辆 行 驶 异 常 等 情 况 进 行 侦 测 ，提 前 进 行 预 警 。 ３．４ 交 通 规 划 建 议 交通规划建议主要体现以下几方面。
他平台的运行提 供 基 础 的 交 通 数 据，同 时 通 过 数 据收集平台的硬 件 基 础 设 施，进 行 交 通 信 息 的 实 时发布和应急指挥。 １．２ 数 据 分 析 平 台
为智能交通系统运行提供硬件基础环境和数 据 挖 掘 功 能 ，硬 件 基 础 环 境 包 括 主 机 系 统 、计 算 系 统 、存 储 系 统 等 。 数 据 挖 掘 实 现 数 据 建 模 和 挖 掘 ， 包含下面２方面。
２）信息 标 志 屏。 除 了 显 示 路 段 的 实 时 路 况 外，还 可 以 显 示 以 下 几 种 信 息：① 交 通 事 件 提 示： 事故、施 工、交 通 管 制 等；② 到 达 前 方 重 要 目 的 地 的 最 佳 路 径 及 预 计 行 程 时 间 ，例 如 体 育 场 馆 、风 景 区 等 ；③ 交 通 安 全 宣 传 等 公 共 信 息 显 示 ；④ 停 车 场 信息。
等信息。通过灯 杆 的 监 测 探 头，监 测 电 子 车 牌 或 者 ＲＦＩＤ 信号，获取车辆的更多信息。
图 ２ 基 于 智 慧 灯 杆 的 数 据 采 集 点
３）环境 信 息。 实 时 采 集 道 路 的 天 气 和 照 度 信息以及人流量信息等。 ２．２ 诱 导 信 息 发 布
１）语音 指 引。 对 拥 堵 情 况 通 过 广 播 进 行 通 报，紧急时进行交通疏导，严重违章时可喊话威慑。
王 强 林 涛 宋启宇
（上 海 五 零 盛 同 信 息 科 技 有 限 公 司 上 海 ２０００６３）
摘 要 现有交通管理系统由于基 础 数 据 感 知 点 有 限，难 以 实 现 城 市 路 况 的 全 监 控 和 数 据 完 善 。 文中利用遍布全市的智慧灯杆作为基础数据收集点，采用信息 化 和 大 数 据 等 技 术 建 立 智 能 交 通 系 统，实 现 城 市 交 通 可 预 测、可 控 制，为 公 众 智 慧 出 行 服 务，为 行 业 管 理 提 供 科 学 决 策 和 应 急 指 挥 调 度 信 息 化 支 撑 ，为 城 市 交 通 规 划 提 供 数 据 依 据 。 关键词 智能交通 城市交通 大数据 智慧灯杆