基于大數據的智能交通系統設計＊

吉高卿，鄭運昌，張連連，張靜靜，張重光

（1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000；2.河北省張家口市經開區住房和城鄉建設局，河北 張家口 075000）

1 引言

隨著中國經濟社會的發展和城鎮化建設的推進，私家車和各種商業用車的數量急劇增加，而城市道路的擴建速度又相對緩慢[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，導致空氣污染問題。交通擁堵的情況不僅出現在北京、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重，亟待解決[2]。近年來，大數據、云平臺等計算機技術迅猛發展，并且運用到智能交通領域，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。智能交通技術中最關鍵的是利用計算機對采集到的交通數據進行分析和處理，傳統的計算機技術對交通數據的處理效率不高，而運用大數據和云平臺等新技術，可以對交通數據資源進行科學的組織，進而實現海量數據的及時處理，這是大數據等技術運用到智能交通領域的突出優勢。

將大數據技術應用于智能交通領域具有以下優點：①滿足及時性。對數據和信息的篩選速度快，可以大大減少數據處理時間。②具有預測性好的優點。大數據技術具有一定的預測性，即可以實現超前預判數據的功能，從而對交通信息和數據進行動態監測[3]。③大數據技術具有高效性。例如可以高效地處理交通數據，為交通救援部門提供準確的信息，從而極大限度地發揮事故救援功能，減少交通事故中人員的傷亡。

2 建設目標與需求分析

基于大數據的智能交通系統的建設目標主要包括以下幾方面。

2.1 實現交通信號燈的優化設計

交通信號燈（紅綠燈）是道路交通管理的基礎，通過實際測量車流量大小，模擬和優化交通信號燈的控制模式，調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最少，路口的等待時間最短，使道路交通的暢通度達到最大值。常用的交通信號燈控制系統的實現方法包括：道路單點控制、主干線協同控制、區域化優化控制、人工控制等。系統應將多種控制策略相結合，設計出智能化的信號控制方式。

2.2 實現路況信息的實時推送

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

2.3 實現基礎交通設施的更新

傳統方式的基礎交通設施更新后信息的變更由人工完成。利用智能交通系統，可以實現交通設施更新后信息的自動更新。主要實現方式為利用遙感影像來檢測城市中道路的變化，當檢測到基礎交通設施有變化后，將自動發送到大數據平臺，從而實現了道路交通設施的自動實時更新，為用戶及時地提供更準確的道路信息，并且節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利用道路兩側樹木的形狀指數等形態學知識，自動地確定道路的線路；③通過尺度轉換，構建對象層次，獲取不同道路特征，并實現道路的基礎交通設施信息提取[5]。

3 系統設計方案

基于大數據智能交通系統主要包含數據采集層、數據整合層、大數據處理平臺、實時路況推送平臺、交通燈優化設計、交通設施數據更新幾部分。系統的層次結構如圖1所示。

圖1 智能交通系統層次結構圖

數據采集層的主要功能是獲取交通數據。數據的主要獲取方式包括視頻監控系統、RFID技術、遙感技術等。在智能交通系統中，前端監控設備對所有經過的車輛進行拍攝，可以獲得車牌號和當前車速等信息。RFID是一種非接觸式自動識別技術，對于正在行駛中的汽車利用FRID技術獲取相關信息非常方便。在智能交通系統中，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行分析。遙感技術是利用電磁波實現目標探測和識別的技術，在智能交通系統中，遙感技術可以用于精確地獲取地面交通設施信息。

數據整合層是將收集到的分散的交通信息數據進行統一的整合處理，以及實時計算處理，并逐一進行標準化的轉化，使整合后的數據能夠被交通大數據處理平臺所使用。

大數據處理平臺是利用大數據等相關技術，對海量的交通數據進行實時處理，并且完成數據采集和挖掘工作。系統設計的大數據處理平臺由數據中心云、路側云、車載云三級網絡結構構成。數據中心云是指提供ICT資源以及交通信息服務的平臺和服務器；路側云是指建立在道路單元側，由專用服務器和接入設施等構成；車載云是指一系列建立在行駛的車輛上的本地服務器，可以通過其構建車輛通信網絡等。由于車輛本身具有移動性，故車載云實現方式與普通PC網絡的云端實現方式有很大不同。一般，車載云的實現方法有兩種：通用車載云和專用車載云。專用車載云系統的特點是沒有云控制器，云端系統將直接指定一些特點車輛為創建車載云的候選節點；通用車載云的特點是包含云控制器，由云控制器自身實現車載云的創建等一系列操作。

實時路況推送平臺、交通燈優化設計、交通設施數據更新三部分屬于基于大數據的智能交通系統的應用層部分。實時推送路況推送平臺的主要功能是通過智能手機傳感器收集汽車行駛信息，并發送給服務器，服務器通過大數據技術等方式對交通狀況進行分類，并將有效信息推送給其他在線用戶。交通燈優化設計是根據車流量等信息，將交通燈的設計實現最優化，盡可能地減少道路擁擠情況。交通設施數據更新平臺的主要功能是當交通基礎設施更新后，信息能夠自動、及時、準確地推送給用戶。

4 結論

利用基于大數據的智能交通系統，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據，提高了城市交通管理的精確度和科學性，從而為人們的出行提供了便利。