智能交通技術和方法在交通學科中的應用

摘要：交通學科中的道路運輸系統是有人、車、路、環境等幾個要素組成的一個系統的、動態的、復雜的系統。本文作者結合多年來的工作經驗，對智能交通技術和方法在交通學科中的應用進行了研究，具有重要的參考意義。

關鍵詞：交通;智能交通;ITS;GIS;GPS

一、交通工程學科面臨的問題

城市交通的擁堵問題是目前以及今后相當長的一段時間內交通工程學科必須應對的問題。探討城市的交通擁堵問題，至少需要涉及的學科有系統工程、城市規劃、土地利用規劃、經濟學、行為心理學、社會學、公共政策學、管理學等。跨學科的研究方法有移植、滲透與融合等，關鍵是如何將其應用于城市交通問題。

隨著計算機技術、信息傳感技術的飛速發展，智能交通系統應運而生。智能交通系統于90年代至21世紀初被引入交通工程領域，重點研究交通系統的智能化，并逐漸成為解決交通工程關鍵問題的主要方法。

二、智能交通系統的定義和組成

智能交通系統（Intelligent Transportation System， ITS）定義為：在比較完善的基礎設施之上，將先進的信息技術、通信技術、控制技術、傳感技術和系統綜合技術有效的集成，并應用于地面運輸系統，從而建立起大范圍內發揮作用的、實時、準確、高效的地面運輸系統。

智能交通系統按照組成部分來劃分，主要包括如下幾方面：

（1）交通檢測技術：通過感應圈、紅外、微波、閉路電視攝像、衛星定位技術，對交通車輛、道路進行檢測，收集交通數據和圖像信息;

（2）交通控制技術：包括先進的交通信號系統，匝道信號控制、信號燈控制等技術;

（3）通訊技術：包括高密度波分復用技術，光纖傳輸及接入技術，無線傳輸技術等;

（4）數據處理：車流數據、收費數據、監控信息數據等數據的處理;

（5）信息提供：提供出行信息，如交通狀況、最佳行車路線等;

三、智能交通系統體系的主要功能

（1）信息采集：綜合交通信息平臺提供與各應用系統之間的通信聯接和數據接口，從各應用系統中提取各類相關信息，用于后續的信息處理和信息服務。所提取的信息通常不是各應用系統的原始信息，而是經過各系統處理后的二次信息。這樣一方面能減少平臺信息處理的工作量，另外也能節省信息存儲空間。

目前在交通工程領域采集數據主要利用傳感技術，具體如下：

利用紅外線，超聲波，微波雷達，感應圈等傳感器，對通過道路某一點的車輛，其數量、大小、重量、速度等進行統計分析。

利用浮動車系統，可以通過安裝有GPS（全球定位系統）的公交車或計程車了解到該車輛通過某路段的時間速度，從而在一定程度上間接地推測出當前路面的交通狀況。但是由于所獲取的交通數據，其采樣精度及密度均受制于有限的GPS設備，且無法獲得浮動車以外其他車輛、行人等的交通數據，該技術對于微觀交通行為的分析、管理優化，存在一定的局限性。

利用可見光攝像機，紅外線攝像機等視頻傳感器，不僅能夠對路段上車輛的通行狀況，比如通過數量、大小、速度、顏色、車牌號等進行定量地統計，同時能夠對某些特定行為，比如闖紅燈、倒車、轉彎， 交通事故等在一定程度上進行自動檢測。特別是利用視頻數據可以對這些特定行為的前因后果進行分析。

激光掃描儀是一種新興的傳感器。與視頻等技術相比，激光測距掃描儀及其應用技術還大多處于研發階段。

（2）信息處理：采用分類、統計、關聯、序列分析等方法，將從各應用系統提取的信息進行處理和標準化，生成滿足應用系統需要的特定格式的信息。

（3）信息存儲：對各類交通信息按照一定的規則和組織方式進行保存，便于數據的查詢、更新和維護。信息存儲的形式可采用傳統的關系型數據庫方式，也可以采用數據倉庫方式。另外，由于交通信息大多與地理屬性有關，因此，利用GIS技術對部分數據進行組織、存儲和顯示，可以提高數據管理的效率。

（4）信息服務：綜合交通信息平臺的最終目的是為各應用系統提供其所需要的信息。由于不同的用戶和應用系統可以獲取或訪問的信息各不相同，因此，需要建立完善的數據分層管理和權限管理，對無權獲取特定信息的用戶進行信息屏蔽，使不同用戶既能獲得各自所需要的數據，同時確保各應用系統數據交換和共享過程的安全性。

四、智能交通系統的主要構成

1.智能化交通管理系統

智能化交通信號控制系統和智能化交通監控系統，集成起來就構成了先進的交通管理系統的主要部分。

智能化的信號控制系統可以通過設在路上的傳感器，檢測路段和路口的交通狀態，根據路口各個方向以及周圍相鄰路口的交通狀態，改變路口各方向紅綠燈信號的持續時間，使得路口的使用效率得以提高。智能化交通監控系統就是為此開發。它包括安裝在主要交通干線上的攝像機和傳感器（如電磁感應檢測器、微波檢測器、紅外檢測器、激光檢測器等）、通信和傳輸系統、交通監控中心（包括數據存儲、信息處理與顯示、指揮控制等子系統）、信息發布系統和執行系統等。

2.電子不停車收費技術

電子不停車收費系統（簡稱ETC）是智能交通系統中最先投入應用的系統之一，主要應用技術是自動車輛識別技術（英文簡稱AVI）。使用該種收費方式的用戶必須在事前購買專用的電子標簽并安裝在前擋風玻璃上，當車輛駛入收費區域時，該系統安裝在門架上或路側的微波天線查詢車載電子標簽中存儲的識別信息，如電子標簽ID號碼、車型、車主等信息，以辨別車輛是否可以通過不停車收費車道。在采用封閉式收費制式的高速公路上，在進入高速公路時，車道天線要向電子標簽寫入入口車站信息，在離開高速公路時，再讀出入口信息以便系統計算通行費。

3.基于GPS和GIS的車輛定位與導航技術

GPS（Global positioning System）技術，即全球衛星定位系統技術，是利用分布在高空的多顆人造衛星對地面上的目標進行測定并進行定位和導航，它用于對船舶和飛機及其它飛行物的導航、對地面目標的精確定時和定位、地面和空中的交通管制以及空間和地面的災害監測等。

GPS可以用于車輛導航，實現的主要功能有：車輛跟蹤、航線設計、按計劃航線進行導航、查詢功能等。車輛導航系統主要由GPS接收機、微處理器、顯示器、車輛導航軟件和地理信息系統組成。GPS用于車輛運營管理，實現的主要功能有，查詢功能、多屏幕，多車輛跟蹤功能、指揮與車輛跟蹤相結合、報警與意外處理等。

GIS（Geography Transportation System）技術，即地理信息系統，綜合了數據庫、計算機圖形學、地理學、幾何學等技術，以地理空間數據為基礎，采用地理模型和分析方法，適時提供多種空間和動態的地理信息，從而為存放和管理定位導航信息提供信息服務。GIS用于車輛導航與監控，實現的功能包括，電子地圖顯示功能、標注當前車位、地物信息分類索引、最佳路徑選擇、行車路線導航等。

GIS用于道路實網數據和屬性數據以分路段的方式和地理坐標聯系起來，可以對路面質量、路況和路面維護進行管理，另外也可以對橋梁、隧道及其他各種道路管理設施如信號裝置、可變情報板等進行測量和管理，從而保證各項設施正常運轉，交通管理和控制措施得以順利實施。

目前，在國內增值運營服務這個市場正在逐漸為產業界所關注，但是，從發展的角度來說，目前缺少的是內容提供，而內容提供的瓶頸在于數據收集的手段有限。

五、結論

智能交通系統是隨著人類科學技術的進步而不斷發展的。同時實踐也證明，智能交通系統是緩解現代交通問題的有效手段。隨著人類社會進入信息時代，智能交通系統將是現代化交通運輸體系的發展方向。

可以預見，智能交通系統的服務功能將更加完善，信息服務將呈現出多元化、個性化和細化發展;技術水平也將越來越高，系統處理、處置水平智能化程度將更高;系統的運營方式也將日趨多樣化，系統運營將更加高效經濟。

總之，隨著智能交通系統的整合速度逐漸加快，多出行方式相關的ITS整合速度也將加快;智能化交通設施將得到逐步的發展;交通信息提供將更傾向于智能化發展水平。

參考文獻：

[1]趙曉春. 現代科學跨學科研究的模式探析[J ].中國科技論壇，2008（11）.

[2]魯興啟，王琴. 跨學科研究方法的形成機制研究[J ].系統辯證學學報，2004（4）.

[3]文洪朝. 跨學科研究—當今科學發展的顯著特征[J ].西北工業大學學報（社會科學版），2007（6）.