基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)設(shè)計＊

吉高卿，鄭運昌，張連連，張靜靜，張重光

（1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河北省張家口市經(jīng)開區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，河北 張家口 075000）

1 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，私家車和各種商業(yè)用車的數(shù)量急劇增加，而城市道路的擴(kuò)建速度又相對緩慢[1]。城市交通需要的增長和交通道路的供給相對不足成為一個日益突出的矛盾。道路交通擁堵除了使車速降低，耽誤人們出行外，還造成了燃料的浪費，導(dǎo)致空氣污染問題。交通擁堵的情況不僅出現(xiàn)在北京、上海、深圳這樣的一線城市，在三四線等小城市中，道路擁堵問題也日益嚴(yán)重，亟待解決[2]。近年來，大數(shù)據(jù)、云平臺等計算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，并且運用到智能交通領(lǐng)域，有助于提高城市交通運輸效率，為解決城市交通擁堵問題帶來了全新的解決辦法。智能交通技術(shù)中最關(guān)鍵的是利用計算機(jī)對采集到的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，傳統(tǒng)的計算機(jī)技術(shù)對交通數(shù)據(jù)的處理效率不高，而運用大數(shù)據(jù)和云平臺等新技術(shù)，可以對交通數(shù)據(jù)資源進(jìn)行科學(xué)的組織，進(jìn)而實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的及時處理，這是大數(shù)據(jù)等技術(shù)運用到智能交通領(lǐng)域的突出優(yōu)勢。

將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域具有以下優(yōu)點：①滿足及時性。對數(shù)據(jù)和信息的篩選速度快，可以大大減少數(shù)據(jù)處理時間。②具有預(yù)測性好的優(yōu)點。大數(shù)據(jù)技術(shù)具有一定的預(yù)測性，即可以實現(xiàn)超前預(yù)判數(shù)據(jù)的功能，從而對交通信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測[3]。③大數(shù)據(jù)技術(shù)具有高效性。例如可以高效地處理交通數(shù)據(jù)，為交通救援部門提供準(zhǔn)確的信息，從而極大限度地發(fā)揮事故救援功能，減少交通事故中人員的傷亡。

2 建設(shè)目標(biāo)與需求分析

基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)主要包括以下幾方面。

2.1 實現(xiàn)交通信號燈的優(yōu)化設(shè)計

交通信號燈（紅綠燈）是道路交通管理的基礎(chǔ)，通過實際測量車流量大小，模擬和優(yōu)化交通信號燈的控制模式，調(diào)整十字路口紅綠燈時長，控制交通車流量，可以充分地挖掘出道路的最大車容量[4]。從而合理配置道路交叉口的資源，使得綜合的停車次數(shù)最少，路口的等待時間最短，使道路交通的暢通度達(dá)到最大值。常用的交通信號燈控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法包括：道路單點控制、主干線協(xié)同控制、區(qū)域化優(yōu)化控制、人工控制等。系統(tǒng)應(yīng)將多種控制策略相結(jié)合，設(shè)計出智能化的信號控制方式。

2.2 實現(xiàn)路況信息的實時推送

路況信息的實時推送主要實現(xiàn)的功能是駕駛員在行車過程中，通過智能手機(jī)的傳感器件將汽車行駛信息，如車速、單位時間內(nèi)停車次數(shù)等發(fā)送到后臺服務(wù)器，服務(wù)器將收集到的路況信息通過大數(shù)據(jù)平臺處理后，對當(dāng)前路況作出綜合評判，并將交通狀況信息進(jìn)行分類，最后推送給其他在線用戶。從而實現(xiàn)了路況信息的智能化共享，可以有效地將當(dāng)前擁堵的路段推送給用戶，為用戶出行提供有用信息。

2.3 實現(xiàn)基礎(chǔ)交通設(shè)施的更新

傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)交通設(shè)施更新后信息的變更由人工完成。利用智能交通系統(tǒng)，可以實現(xiàn)交通設(shè)施更新后信息的自動更新。主要實現(xiàn)方式為利用遙感影像來檢測城市中道路的變化，當(dāng)檢測到基礎(chǔ)交通設(shè)施有變化后，將自動發(fā)送到大數(shù)據(jù)平臺，從而實現(xiàn)了道路交通設(shè)施的自動實時更新，為用戶及時地提供更準(zhǔn)確的道路信息，并且節(jié)省了大量的人工成本費。具體過程為：①通過遙感影像獲取道路的路面、綠化帶、拐彎處、路燈、指示牌等重要的道路信息；②利用道路兩側(cè)樹木的形狀指數(shù)等形態(tài)學(xué)知識，自動地確定道路的線路；③通過尺度轉(zhuǎn)換，構(gòu)建對象層次，獲取不同道路特征，并實現(xiàn)道路的基礎(chǔ)交通設(shè)施信息提取[5]。

3 系統(tǒng)設(shè)計方案

基于大數(shù)據(jù)智能交通系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)整合層、大數(shù)據(jù)處理平臺、實時路況推送平臺、交通燈優(yōu)化設(shè)計、交通設(shè)施數(shù)據(jù)更新幾部分。系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能交通系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集層的主要功能是獲取交通數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的主要獲取方式包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、RFID技術(shù)、遙感技術(shù)等。在智能交通系統(tǒng)中，前端監(jiān)控設(shè)備對所有經(jīng)過的車輛進(jìn)行拍攝，可以獲得車牌號和當(dāng)前車速等信息。RFID是一種非接觸式自動識別技術(shù)，對于正在行駛中的汽車?yán)肍RID技術(shù)獲取相關(guān)信息非常方便。在智能交通系統(tǒng)中，RFID的作用主要有兩點：①收集車輛信息；②對收集到的車輛信息進(jìn)行分析。遙感技術(shù)是利用電磁波實現(xiàn)目標(biāo)探測和識別的技術(shù)，在智能交通系統(tǒng)中，遙感技術(shù)可以用于精確地獲取地面交通設(shè)施信息。

數(shù)據(jù)整合層是將收集到的分散的交通信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的整合處理，以及實時計算處理，并逐一進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)化，使整合后的數(shù)據(jù)能夠被交通大數(shù)據(jù)處理平臺所使用。

大數(shù)據(jù)處理平臺是利用大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)，對海量的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，并且完成數(shù)據(jù)采集和挖掘工作。系統(tǒng)設(shè)計的大數(shù)據(jù)處理平臺由數(shù)據(jù)中心云、路側(cè)云、車載云三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。數(shù)據(jù)中心云是指提供ICT資源以及交通信息服務(wù)的平臺和服務(wù)器；路側(cè)云是指建立在道路單元側(cè)，由專用服務(wù)器和接入設(shè)施等構(gòu)成；車載云是指一系列建立在行駛的車輛上的本地服務(wù)器，可以通過其構(gòu)建車輛通信網(wǎng)絡(luò)等。由于車輛本身具有移動性，故車載云實現(xiàn)方式與普通PC網(wǎng)絡(luò)的云端實現(xiàn)方式有很大不同。一般，車載云的實現(xiàn)方法有兩種：通用車載云和專用車載云。專用車載云系統(tǒng)的特點是沒有云控制器，云端系統(tǒng)將直接指定一些特點車輛為創(chuàng)建車載云的候選節(jié)點；通用車載云的特點是包含云控制器，由云控制器自身實現(xiàn)車載云的創(chuàng)建等一系列操作。

實時路況推送平臺、交通燈優(yōu)化設(shè)計、交通設(shè)施數(shù)據(jù)更新三部分屬于基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用層部分。實時推送路況推送平臺的主要功能是通過智能手機(jī)傳感器收集汽車行駛信息，并發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器通過大數(shù)據(jù)技術(shù)等方式對交通狀況進(jìn)行分類，并將有效信息推送給其他在線用戶。交通燈優(yōu)化設(shè)計是根據(jù)車流量等信息，將交通燈的設(shè)計實現(xiàn)最優(yōu)化，盡可能地減少道路擁擠情況。交通設(shè)施數(shù)據(jù)更新平臺的主要功能是當(dāng)交通基礎(chǔ)設(shè)施更新后，信息能夠自動、及時、準(zhǔn)確地推送給用戶。

4 結(jié)論

利用基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)，可以實時獲取道路情況，并且能夠為交通信號燈的控制提供有效數(shù)據(jù)，提高了城市交通管理的精確度和科學(xué)性，從而為人們的出行提供了便利。