智慧交通系統(tǒng)對交通系統(tǒng)安全的影響與應用

摘要 隨著科技的不斷進步，智慧交通系統(tǒng)作為一種創(chuàng)新性的解決方案逐漸成為城市交通管理的重要組成部分。基于此，文章研究了智慧交通系統(tǒng)對交通系統(tǒng)安全的影響與應用，首先通過車輛感知、道路感知和環(huán)境感知等傳感器技術，以及車輛與基礎設施和車輛之間的通信技術的應用，實現(xiàn)了對交通環(huán)境的全面感知和實時信息交流；然后通過對智慧交通系統(tǒng)的事故預防、交通流優(yōu)化和突發(fā)事件響應等方面的分析，探討了其對交通系統(tǒng)安全的積極影響。

關鍵詞 智慧交通；交通系統(tǒng)；交通系統(tǒng)；安全措施

中圖分類號 TN929 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0019-03

0 引言

交通系統(tǒng)安全是指在交通運輸中，通過采取一系列的措施和技術手段，確保交通參與者（包括駕駛員、乘客、行人等）在道路上能夠免受傷害、保障交通流暢、預防交通事故和減少事故損失的綜合性目標[1]。智慧交通系統(tǒng)是一種綜合運用先進信息技術和通信技術，以提高交通系統(tǒng)效率、降低交通擁堵、增強交通安全等為目標的系統(tǒng)[2]。它涵蓋了多個方面，包括感知技術、通信技術、數(shù)據(jù)處理和智能決策等，通過將車輛、道路和交通基礎設施進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)交互和智能控制，為城市交通帶來更智能、高效、安全的運行[3]。傳統(tǒng)交通系統(tǒng)往往面臨諸如交叉口擁堵、事故頻發(fā)等問題，而智慧交通系統(tǒng)以其先進的技術手段為解決這些問題提供了新的可能[4]。因此，該文通過設計智慧交通系統(tǒng)的總框架，從事故預防、交通流優(yōu)化和突發(fā)事件響應等方面，分析其對交通系統(tǒng)安全的影響，有望為城市交通帶來更加智能、便捷和安全的出行體驗，同時也有助于提高交通系統(tǒng)的整體運行效率。

1 智慧交通系統(tǒng)的組成

1.1 系統(tǒng)總框架設計

智慧交通系統(tǒng)的總框架設計包括多個關鍵組件，這些組件共同工作以實現(xiàn)交通系統(tǒng)的智能化、安全性、高效率等目標。智慧交通系統(tǒng)的總體框架設計具體如圖1所示：

（1）感知層：使用視覺傳感器、雷達、激光雷達等設備，實時監(jiān)測道路上的車輛位置、速度和狀態(tài)。通過地磁傳感器、攝像頭和圖像識別技術，識別道路標志、車道線和交叉口等信息[5]。集成氣象傳感器、空氣質量傳感器等，監(jiān)測天氣、空氣質量和交通噪聲等環(huán)境因素。

（2）通信層：實現(xiàn)車輛與交通信號燈、停車場、充電樁等基礎設施的實時互聯(lián)。利用V2V通信，車輛共享位置、速度等信息，實現(xiàn)協(xié)同行駛和碰撞避免。采用云計算和邊緣計算技術，將感知層獲取的數(shù)據(jù)傳輸至云端或進行本地處理。

（3）決策與控制層：通過大數(shù)據(jù)分析，對感知層獲取的數(shù)據(jù)進行實時處理，提取有用信息。基于數(shù)據(jù)分析結果，制定智能交通管理策略，包括信號控制、路況優(yōu)化和事故預防。將決策結果傳遞至交通信號燈、路邊設施，實現(xiàn)對交通流的實時控制。

（4）用戶界面層：為駕駛員提供實時導航、交通信息和駕駛輔助功能，為市民提供實時交通信息、公共交通查詢、共享出行服務等功能。交通管理人員通過該界面監(jiān)控交通流、制定交通規(guī)劃和應對緊急事件。

（5）安全與隱私保護層：采用加密技術確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)安全，防止數(shù)據(jù)被惡意篡改或竊取。制定隱私保護策略，確保個人信息得到充分保護，合規(guī)處理用戶數(shù)據(jù)。

這個總框架設計提供了一個綜合的視角，涵蓋了智慧交通系統(tǒng)的關鍵層面，確保各個組件之間的協(xié)同工作，實現(xiàn)整個交通系統(tǒng)的智能化和高效運行。

1.2 傳感器技術

傳感器是智慧交通系統(tǒng)的關鍵組成部分，在系統(tǒng)的感知層和決策與控制層中起到重要作用，通過各種傳感器收集并處理環(huán)境數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的決策和控制提供準確的信息。在車輛感知中，系統(tǒng)可以使用Tesla Autopilot的8攝像頭系統(tǒng)，車輛速度V可以通過相鄰兩幀圖像中車輛位置的變化計算得到，具體如式（1）所示：

式中，Δa——車輛位置；Δt——時間（min）。通過圖像處理，獲得車輛在圖像中的位置，便可計算速度。系統(tǒng)歷代選用Velodyne HDL-64ELIDAR激光雷達，可用于高精度的三維點云數(shù)據(jù)獲取，以點云數(shù)據(jù)形式表示周圍車輛的位置和運動狀態(tài)。Velodyne VLP-16 LIDAR激光雷達用于實時生成三維地圖，利用其測得的距離和方向信息計算車輛位置和速度，生成高分辨率的點云地圖，表示道路上的車輛位置。

在道路感知中，MagneRide地磁傳感器用于檢測車輛通過的地點，監(jiān)測地磁場的變化，推導出車輛位置和車流量，記錄車輛通過的時間和位置，用于道路流量分析。Sony IMX586圖像傳感器用于拍攝道路場景，使用圖像識別算法檢測和識別道路標志、車道線等，識別圖像中的交通標志、車道線的類型和位置。

在環(huán)境感知中，Vaisala Weather Transmitter氣象傳感器用于監(jiān)測氣象條件，如溫度、濕度、風速等參數(shù)，分析天氣狀況，記錄當前溫度、濕度和風速，用于天氣預測。Sharp GP2Y1010AU0F空氣質量傳感器，用于監(jiān)測空氣中的顆粒物濃度，通過測量的顆粒物濃度評估空氣質量，提供空氣中PM2.5、PM10等顆粒物濃度數(shù)據(jù)。SparkFun Sound Detector聲音傳感器，用于監(jiān)測交通噪聲，分析聲音頻率和強度，判斷并記錄當前交通噪聲水平，用于城市噪聲監(jiān)測。

1.3 通信技術

智慧交通系統(tǒng)的通信技術是系統(tǒng)框架中至關重要的一環(huán)，涉及通信層、用戶界面層及安全與隱私保護層，涉及車輛與基礎設施、車輛之間的實時互聯(lián)，以及感知層獲取的數(shù)據(jù)傳輸和處理。在車輛與基礎設施的通信方面，通過使用LTE無線通信協(xié)議，車輛能夠與交通信號燈、停車場和充電樁等基礎設施實現(xiàn)實時的雙向通信。信號傳輸距離d與信號強度S的關系可由自由空間傳播模型表示為式（2）：

式中，Pt——發(fā)射功率（bm）；Gt和Gr——天線增益；λ——波長（MHz）；d——信號傳輸距離（km）。這樣的交流機制使得車輛能夠實時獲取交通信號燈狀態(tài)、停車場車位信息，甚至與充電樁協(xié)商的充電功率和費用。同時，車輛之間的通信通過V2V通信得以實現(xiàn)，采用5G-V2X車輛間通信協(xié)議，車輛能夠共享實時的位置、速度等信息，以支持協(xié)同行駛和避免碰撞的智能交通系統(tǒng)功能，使車輛能夠更加智能地做出駕駛決策，提高整體交通系統(tǒng)的效率和安全性。

在數(shù)據(jù)傳輸和處理方面，云計算和邊緣計算技術應用于從感知層獲取的大量數(shù)據(jù)的處理和分析。通過云計算，車輛將感知層獲取的數(shù)據(jù)上傳至云端進行實時分析和決策，以實現(xiàn)更為智能化的交通管理。而邊緣計算則在車輛本地進行部分數(shù)據(jù)處理，減少云端傳輸延遲，提高實時性，使得車輛能夠更加及時地做出反應。

2 智慧交通系統(tǒng)對交通系統(tǒng)安全的影響

2.1 事故預防

為測試智慧交通系統(tǒng)對交通系統(tǒng)安全的影響，此次實驗通過智慧交通系統(tǒng)的事故預防功能，特別關注了實時監(jiān)控和預測，以及預警系統(tǒng)的效果。表1是模擬實驗的數(shù)據(jù)結果，展示了系統(tǒng)在事故預防方面的表現(xiàn)效果。

數(shù)據(jù)中的“預測碰撞概率”是通過系統(tǒng)分析車輛間距、速度等數(shù)據(jù)后，得出的潛在碰撞概率。預測結果表明，在以上示例中，車輛001和車輛002之間存在潛在的碰撞風險，系統(tǒng)能夠準確監(jiān)測并進行了實時預測。

當系統(tǒng)檢測到潛在的事故風險時，預警系統(tǒng)通過車輛界面、交通標志或移動應用向駕駛員發(fā)出警告。同時，相關的數(shù)據(jù)也可以傳送至交通管理中心，以協(xié)助實時的交通管理決策，減緩或避免潛在事故的發(fā)生，實驗中具體的預警情況如表2所示：

預警系統(tǒng)根據(jù)實時監(jiān)控和預測的結果，向駕駛員發(fā)送了多種預警信息，包括車輛碰撞預警、道路狀況預警及交叉口預警。實驗結果表明，通過智慧交通系統(tǒng)的實時監(jiān)控和預測以及預警系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠在潛在事故發(fā)生前警示駕駛員，從而提高了交通系統(tǒng)的安全性。同時，相關數(shù)據(jù)也可以傳送至交通管理中心，為實時的交通管理決策提供支持。

2.2 交通流優(yōu)化

為測試智慧交通系統(tǒng)的交通流優(yōu)化功能，實驗主要涉及智能信號控制和動態(tài)路徑規(guī)劃。表3是模擬實驗的數(shù)據(jù)結果，展示了系統(tǒng)在交通流優(yōu)化方面的表現(xiàn)效果。

數(shù)據(jù)表中的“擁堵減輕比例”表示通過智能信號控制后平均等待時間的減少百分比。結果表明，通過智能信號控制系統(tǒng)有效降低了交叉口的平均等待時間，減輕了擁堵情況。

基于車輛感知獲取的實時交通數(shù)據(jù)和通信層的路況信息，系統(tǒng)可以為駕駛員提供實時的最佳行駛路徑。通過避開擁堵、事故發(fā)生區(qū)域，系統(tǒng)能夠有效降低交通事故發(fā)生的概率，具體規(guī)劃情況如表4所示。

實驗結果表明，系統(tǒng)通過基于實時交通狀況的動態(tài)路徑規(guī)劃成功優(yōu)化了車輛的行駛路徑，減少了行駛時間。通過智慧交通系統(tǒng)的交通流優(yōu)化功能，系統(tǒng)能夠有效降低交叉口的擁堵情況，提高交通流效率，并通過動態(tài)路徑規(guī)劃減少車輛行駛時間，從而降低了潛在的事故風險。

2.3 突發(fā)事件響應

為測試智慧交通系統(tǒng)的突發(fā)事件響應功能，實驗主要涉及車輛協(xié)同應對和緊急通信系統(tǒng)。表5是模擬實驗的數(shù)據(jù)結果，展示了系統(tǒng)在突發(fā)事件響應方面的表現(xiàn)效果。

實驗中模擬了兩種突發(fā)事件，分別是剎車失效和道路障礙。車輛通過V2V通信系統(tǒng)成功獲取到突發(fā)事件信息，并采取協(xié)同應對措施，減小了事故發(fā)生的概率。

表6是模擬實驗的數(shù)據(jù)結果，展示了系統(tǒng)在緊急通信響應方面的表現(xiàn)效果。

實驗中模擬了兩種緊急事件，分別是交通事故和火災。車輛通過緊急通信系統(tǒng)迅速響應，向周圍車輛和交通管理中心發(fā)送緊急信息，成功調度了緊急救援資源，減少了事故損失。實驗結果表明，在突發(fā)事件發(fā)生時，智慧交通系統(tǒng)能夠通過V2V通信和緊急通信系統(tǒng)的應用，使車輛之間迅速做出協(xié)同應對，及時獲得幫助，有效降低了事故發(fā)生概率和減少損失。

3 結論

綜合而言，智慧交通系統(tǒng)通過感知、通信和智能決策等技術手段，為交通系統(tǒng)的安全性帶來了顯著提升。它不僅能夠在事故發(fā)生前預防潛在風險，提高交通流效率，還能夠在突發(fā)事件發(fā)生時實現(xiàn)車輛之間的協(xié)同應對和緊急通信，有效減小事故的影響。隨著技術的不斷發(fā)展，智慧交通系統(tǒng)有望在未來進一步推動交通系統(tǒng)的安全性和效率，為城市交通帶來更加智能、安全、便捷的出行體驗。

參考文獻

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