交通強(qiáng)國(guó)背景下借助新技術(shù)融合打造智慧交通*

董真 張真

河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鄭州 450000

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口和汽車持有量激增，現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)滿足不了日益增長(zhǎng)的交通需求，交通事故、交通擁堵和環(huán)境污染等已經(jīng)成為全世界面臨的共同問題，智慧交通作為解決城市交通問題的手段應(yīng)運(yùn)而生。

2017 年，習(xí)近平總書記在十九大報(bào)告中提出建設(shè)“交通強(qiáng)國(guó)”發(fā)展戰(zhàn)略，在2019 年全國(guó)交通運(yùn)輸工作會(huì)議上，交通運(yùn)輸部部長(zhǎng)李小鵬提出：建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)的價(jià)值取向是“構(gòu)建安全、便攜、高效、綠色的現(xiàn)代化交通體系”，基本目標(biāo)是“打造一流的設(shè)施、一流的技術(shù)、一流的管理和一流的服務(wù)”，宗旨是“服務(wù)大局、創(chuàng)新引領(lǐng)、強(qiáng)化協(xié)同、深度融合”。交通強(qiáng)國(guó)的建設(shè)為發(fā)展智慧交通帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

2018 年的首屆中國(guó)智慧交通大會(huì)、2019 年的《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》和《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》為智慧交通的發(fā)展指明方向，逐步細(xì)化了構(gòu)建數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用體系的方式方法。2021年交通運(yùn)輸部印發(fā)《數(shù)字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》，提出要深入推進(jìn)交通設(shè)施數(shù)字感知、信息網(wǎng)廣泛覆蓋、運(yùn)輸服務(wù)便攜智能等數(shù)字交通體系，基本建成“一腦、五網(wǎng)、兩體系”的發(fā)展格局。

1 智慧交通概述

1.1 智慧交通的內(nèi)涵

交通是一個(gè)城市的核心動(dòng)脈，也是智慧城市建設(shè)的重要組成部分。智慧交通作為一種新的服務(wù)體系，是在交通領(lǐng)域充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、空間感知、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，對(duì)公眾出行、交通運(yùn)輸、交通建設(shè)管理等交通領(lǐng)域全方面、全過程進(jìn)行管控，使交通系統(tǒng)在城市內(nèi)、城市間甚至更大領(lǐng)域具備互聯(lián)、分析和控制等能力，從而充分保障交通安全，發(fā)揮基礎(chǔ)設(shè)施效能，提升交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為公眾出行提供便利[1]。

我國(guó)智慧交通已經(jīng)從探索階段逐步進(jìn)入實(shí)際開發(fā)和應(yīng)用階段。從空間上，我國(guó)智慧交通可以劃分為城市內(nèi)部交通和城際交通；從應(yīng)用領(lǐng)域來看，我國(guó)智慧交通的應(yīng)用主要集中于交通信息化、城市道路交通信息化以及城市公交信息化領(lǐng)域，如圖1 所示。

圖1 智慧交通空間劃分

1.2 智慧交通的特點(diǎn)

1）以數(shù)據(jù)的采集、處理、交換和分析利用為主線，為交通運(yùn)輸行業(yè)提供多樣化服務(wù)。

2）融入傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，對(duì)交通管控、運(yùn)輸及出行等進(jìn)行全方位的管控支撐。

3）使交通系統(tǒng)具備在更大時(shí)空范圍內(nèi)的分析、預(yù)測(cè)和控制能力，充分保障交通安全，提高交通系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)效。智慧城市建設(shè)的初衷是解決城市發(fā)展瓶頸，從智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)入手，統(tǒng)籌規(guī)劃，逐步落地。智慧交通被視為解決城市交通擁堵、構(gòu)建綜合交通體系、實(shí)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能化的重要突破口。

2 智慧交通的關(guān)鍵技術(shù)

大數(shù)據(jù)、5G、區(qū)塊鏈、人工智能以及VR 等技術(shù)的應(yīng)用，極大地提升了智慧交通領(lǐng)域的信息感知和數(shù)據(jù)處理分析能力，體現(xiàn)智慧交通安全便捷、高效智能、以人為本、可視化可預(yù)測(cè)的效果特征。

2.1 大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘和云計(jì)算技術(shù)

隨著云時(shí)代的來臨，大數(shù)據(jù)引起了越來越多的關(guān)注。大數(shù)據(jù)是一種規(guī)模大到在獲取、存取、管理和分析方面都大大超出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)工具容納范圍的數(shù)據(jù)集合，具有數(shù)據(jù)規(guī)模海量、數(shù)據(jù)類型多樣、價(jià)值密度較低和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)快速的特點(diǎn)。掌握大量的數(shù)據(jù)信息并不是大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略意義，關(guān)鍵在于對(duì)有意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化處理，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)挖掘，同時(shí)，功能實(shí)現(xiàn)需要依托云計(jì)算的分布式處理、虛擬化技術(shù)和云存儲(chǔ)技術(shù)。因此，大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算技術(shù)聯(lián)系緊密。

2.2 5G 技術(shù)

5G，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，其主要優(yōu)勢(shì)是高速率、高可靠性、低延時(shí)和大連接。5G 通信設(shè)施是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

5G 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用給陷入發(fā)展瓶頸的智慧交通帶來曙光，極大地提高了交通管理部門對(duì)視頻監(jiān)控信息獲取的實(shí)時(shí)性、覆蓋率和清晰度，有助于實(shí)現(xiàn)智慧交通管控；推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)C-V2X 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，保證車輛在無人駕駛的同時(shí)兼顧安全和效率；實(shí)現(xiàn)車輛之間、車輛和道路設(shè)施之間的信息交互，從而優(yōu)化行車路徑，降低排放量，實(shí)現(xiàn)綠色出行；有助于構(gòu)建涵蓋交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的智能感知系統(tǒng)，使事故預(yù)防和交通意外時(shí)間預(yù)警成為可能。

2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈和大數(shù)據(jù)技術(shù)為智慧交通提供了良好的發(fā)展思路和路徑。區(qū)塊鏈?zhǔn)侵阜植际綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)、共識(shí)機(jī)制、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)扔?jì)算機(jī)技術(shù)的新型運(yùn)用模式，能方便應(yīng)用于交通、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，以開放性、匿名性、自治性的特點(diǎn)，為政府監(jiān)管、企業(yè)發(fā)展、市民出行提供極大的便利。目前，區(qū)塊鏈已經(jīng)應(yīng)用于各類交通樞紐中，如航運(yùn)、水路、鐵路、公路運(yùn)輸及交通運(yùn)輸業(yè)的無紙化方面，通過分析各類交通產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的更優(yōu)管控[2]。

2.4 人工智能技術(shù)

人工智能的一個(gè)主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作，是研究用于模擬、延伸和擴(kuò)充人的智能的方法、理論及應(yīng)用系統(tǒng)的新技術(shù)科學(xué)，極富挑戰(zhàn)性。過去20 年，由于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生海量交通數(shù)據(jù)的可用性，人工智能技術(shù)在全球得到廣泛關(guān)注。基于此項(xiàng)技術(shù)的決策、交通管理、路徑規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及其他移動(dòng)優(yōu)化工具的安全集成能夠?qū)崿F(xiàn)高效交通管理的目標(biāo)。支持運(yùn)輸?shù)娜斯ぶ悄芊椒òㄟz傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群優(yōu)化等，其主要目的是緩解擁堵，使用戶的出行時(shí)間更加可靠，從而提高整個(gè)交通系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)力。

2.5 VR 技術(shù)

VR 即虛擬現(xiàn)實(shí)，是多媒體技術(shù)的應(yīng)用形式，是計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)等多學(xué)科飛速發(fā)展的結(jié)晶。人們帶上數(shù)據(jù)手套、手表或立體眼鏡等特制傳感設(shè)備，通過三維建模，就能體驗(yàn)一種集視覺、聽覺、觸覺、嗅覺于一體的感覺世界，并且能進(jìn)行信息交互。

在交通領(lǐng)域，經(jīng)過智能VR 仿真技術(shù)、VR 終端實(shí)時(shí)渲染技術(shù)及全息影像等一系列前沿技術(shù)，打造模擬實(shí)際道路出行、駕駛等交通場(chǎng)景，使用聲音、光學(xué)、振動(dòng)、視頻等人體感知系統(tǒng)，讓體驗(yàn)者在虛擬場(chǎng)景中全身心地體驗(yàn)交通運(yùn)輸、交通安全、交通管理等整個(gè)工程中的各項(xiàng)操作，從而拓展體驗(yàn)者的認(rèn)知領(lǐng)域和認(rèn)知手段。

3 智慧交通中關(guān)鍵技術(shù)的融合應(yīng)用

智慧交通涉及智慧樞紐、智慧車輛、智慧路網(wǎng)、智慧倉(cāng)儲(chǔ)、智慧服務(wù)、智慧管理等，需要應(yīng)用傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)等新興技術(shù)。車路協(xié)同、智能網(wǎng)聯(lián)、云計(jì)算等技術(shù)的不斷演進(jìn)能夠極大地提升智慧交通領(lǐng)域的信息感知與數(shù)據(jù)分析方面的能力，轉(zhuǎn)變交通發(fā)展方式，推進(jìn)智慧交通各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)融合共享[3]。

比如，在改善交通安全方面，構(gòu)建智慧化車路協(xié)同系統(tǒng)可以使事故發(fā)生率下降50%左右，我國(guó)機(jī)動(dòng)車的持有量占世界的15%，交通事故卻占世界的25%。該系統(tǒng)以人工智能、深度學(xué)習(xí)為核心技術(shù)，優(yōu)化各類交通場(chǎng)景中的人、物、車及事件軌跡，自動(dòng)檢測(cè)并且預(yù)警機(jī)動(dòng)車不禮讓行人、逆行、事故、違停、實(shí)線變道等異常行為，幫助交管部門更全面地監(jiān)控交通道路以及駕駛行為，最大限度降低安全事故風(fēng)險(xiǎn)。

在最為司空見慣的智能紅綠燈方面，通過在路口安裝雷達(dá)裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控行車數(shù)量、車速、車距及排隊(duì)長(zhǎng)度等，并對(duì)行人數(shù)量及天氣狀況等進(jìn)行深度分析，動(dòng)態(tài)調(diào)整紅綠燈信號(hào)，提高車輛通行率，有效緩解城市交通擁堵。在高速路口，通過攝像頭自動(dòng)識(shí)別車牌信息，根據(jù)行駛里程，自動(dòng)通過車牌所綁定的微信或支付寶收取費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)高速無感收費(fèi)，有效縮短車輛等候時(shí)間。

在解決停車問題上，要充分挖掘停車位資源，將商場(chǎng)、小區(qū)等停車位納入城市停車管理調(diào)控系統(tǒng)，通過安裝攝像頭、地磁感應(yīng)等裝置，實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別、車位預(yù)定及查找，實(shí)時(shí)調(diào)整停車位狀態(tài)，以就近停車為原則，節(jié)約社會(huì)資源。

在車輛通行方面，利用RFID、先進(jìn)的傳感器、機(jī)器視覺、模式識(shí)別及智能控制等技術(shù)，采集車輛周圍的環(huán)境和車體自身的信息，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕d系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無人駕駛。在智能公交方面，實(shí)時(shí)掌握公交車的運(yùn)行狀態(tài)，通過智能調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)車輛、線路進(jìn)行規(guī)劃調(diào)度，實(shí)現(xiàn)智能排班；高速路口，通過精準(zhǔn)的識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無感收費(fèi)，提高通行效率；高速公路上實(shí)現(xiàn)分車道精細(xì)化控制，支持無人駕駛車輛和有人駕駛車輛的混合出行策略；在服務(wù)區(qū)，對(duì)便利店、衛(wèi)生間、維修站、加油站、餐廳等服務(wù)場(chǎng)所的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)采集，在線檢測(cè)，初步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化一體化發(fā)展，通過不斷推廣應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)、5G 技術(shù)，使智慧服務(wù)區(qū)實(shí)現(xiàn)廣覆蓋、高可靠、低時(shí)延、高服務(wù)品質(zhì)的目標(biāo)，為公眾提供更加便捷的出行體驗(yàn)。

4 智慧交通的前景

智能交通是新一代信息技術(shù)在整個(gè)交通領(lǐng)域的應(yīng)用，綜合運(yùn)用交通科學(xué)、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等理論和工具，以全面感知、深度整合、主動(dòng)服務(wù)、科學(xué)決策為目標(biāo)，通過構(gòu)建實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息服務(wù)系統(tǒng)，深度挖掘交通相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)資源的優(yōu)化配置，提高公共服務(wù)能力，使交通運(yùn)輸朝著更安全、更高效、更方便、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保、更舒適的方向發(fā)展，從而推動(dòng)交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[4]。

預(yù)計(jì)2035 年，我國(guó)基本建成交通強(qiáng)國(guó)，交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、服務(wù)網(wǎng)和信息網(wǎng)融合發(fā)展，交通運(yùn)輸大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力大幅增強(qiáng)，人工智能與公共服務(wù)深度融合，無人駕駛技術(shù)不斷完善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，交通事故逐步減少，城市交通擁堵基本解決，物流信息全過程跟蹤，出行信息服務(wù)全覆蓋，人民群眾滿意度顯著增強(qiáng)[5]。