基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

吉高卿，鄭運(yùn)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(huì)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(duì)緩慢[1]。城市交通需要的增長和交通道路的供給相對(duì)不足成為一個(gè)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(fèi)，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(tái)等計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，并且運(yùn)用到智能交通領(lǐng)域，有助于提高城市交通運(yùn)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(jì)算機(jī)對(duì)采集到的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)交通數(shù)據(jù)的處理效率不高，而運(yùn)用大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)等新技術(shù)，可以對(duì)交通數(shù)據(jù)資源進(jìn)行科學(xué)的組織，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的及時(shí)處理，這是大數(shù)據(jù)等技術(shù)運(yùn)用到智能交通領(lǐng)域的突出優(yōu)勢(shì)。

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(diǎn)：①滿足及時(shí)性。對(duì)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(shí)間。②具有預(yù)測性好的優(yōu)點(diǎn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)具有一定的預(yù)測性，即可以實(shí)現(xiàn)超前預(yù)判數(shù)據(jù)的功能，從而對(duì)交通信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)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(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的優(yōu)化設(shè)計(jì)

交通信號(hào)燈（紅綠燈）是道路交通管理的基礎(chǔ)，通過實(shí)際測量車流量大小，模擬和優(yōu)化交通信號(hào)燈的控制模式，調(diào)整十字路口紅綠燈時(shí)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(shí)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(hào)燈控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法包括：道路單點(diǎn)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(jì)出智能化的信號(hào)控制方式。

2.2 實(shí)現(xiàn)路況信息的實(shí)時(shí)推送

路況信息的實(shí)時(shí)推送主要實(shí)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(shí)間內(nèi)停車次數(shù)等發(fā)送到后臺(tái)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(tái)處理后，對(duì)當(dāng)前路況作出綜合評(píng)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)交通設(shè)施更新后信息的自動(dòng)更新。主要實(shí)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(dòng)發(fā)送到大數(shù)據(jù)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了道路交通設(shè)施的自動(dòng)實(shí)時(shí)更新，為用戶及時(shí)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(fèi)。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(shí)，自動(dòng)地確定道路的線路；③通過尺度轉(zhuǎn)換，構(gòu)建對(duì)象層次，獲取不同道路特征，并實(shí)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(jì)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(tái)、實(shí)時(shí)路況推送平臺(tái)、交通燈優(yōu)化設(shè)計(jì)、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(duì)所有經(jīng)過的車輛進(jìn)行拍攝，可以獲得車牌號(hào)和當(dāng)前車速等信息。RFID是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，對(duì)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(diǎn)：①收集車輛信息；②對(duì)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(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和識(shí)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(shí)時(shí)計(jì)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(tái)所使用。

大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)是利用大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)，對(duì)海量的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并且完成數(shù)據(jù)采集和挖掘工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)由數(shù)據(jù)中心云、路側(cè)云、車載云三級(jí)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(tái)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(dòng)性，故車載云實(shí)現(xiàn)方式與普通PC網(wǎng)絡(luò)的云端實(shí)現(xiàn)方式有很大不同。一般，車載云的實(shí)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(diǎn)是沒有云控制器，云端系統(tǒng)將直接指定一些特點(diǎn)車輛為創(chuàng)建車載云的候選節(jié)點(diǎn)；通用車載云的特點(diǎn)是包含云控制器，由云控制器自身實(shí)現(xiàn)車載云的創(chuàng)建等一系列操作。

實(shí)時(shí)路況推送平臺(tái)、交通燈優(yōu)化設(shè)計(jì)、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(shí)時(shí)推送路況推送平臺(tái)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(duì)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(jì)是根據(jù)車流量等信息，將交通燈的設(shè)計(jì)實(shí)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(tái)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(dòng)、及時(shí)、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(shí)時(shí)獲取道路情況，并且能夠?yàn)榻煌ㄐ盘?hào)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。