大數據背景下智能道路交通體系構建初探

黃 云 黃 誘

（1. 北海市規劃局，廣西 北海 536000；2. 北海市城市規劃設計研究院，廣西 北海 536000）

智能交通系統 （Intelligent Transportation System，簡稱ITS） 是指在較完善的交通硬件基礎設施上，將先進的信息技術、數據通信技術、計算機處理技術和電子自動控制技術等進行綜合運用于交通運輸體系，從而提高交通運行效率，提供便捷服務，減少交通事故，降低環境污染。在立體交通運輸體系上，鐵路、飛機、水運涉及面較窄，相對容易構建獨立的智能交通系統，而道路、公路交通涉及人、車、路方方面面，覆蓋城市、郊野、鄉村，數據量巨大，其智能交通系統構建最為復雜。在目前大數據、物聯網空前快速發展的情況下，本文從解決人、車、路聯系及管理運用角度出發，初步探索構建道路智能交通體系大框架 （本文所稱道路泛指城市道路和公路）。

1 智能交通體系理論及存在問題

1.1 目前中國智能交通體系框架

2001年科技部正式推出《中國智能交通系統體系框架》，解決ITS體系框架“從無到有”的問題。2005年完成了《中國智能交通系統體系框架》 （第2版），在規范化、系統化、實用化等方面取得了實質性的進展。該結構包括了9個服務領域、43項服務、179項子服務等。

1.2 發展情況及存在問題

智能交通發展到今天，各個單獨領域的系統非常成熟，運用廣泛，深入人們日常生活，例如，部分城市交管部門建立了智能信號控制系統，高速公路建立了ETC收費系統，各停車場有自己的智能停車系統，部分公交公司也有了相關的管理系統，網約車公司有了出行APP，地圖公司推進了智能導航系統。

每個系統都收集、處理大量數據，但條塊化的系統間存在數據壁壘。這與當初構建中國智能交通體系時按照應用領域分成不同的組分別研究子系統有關，導致相對獨立的系統信息融合、集成難，如交通管理系統中交通動態信息通過傳感器感應傳回，與交通信息服務體系統中車輛導航產生的定位信息未能合二為一。

ITS產生此問題的原因還在于中國智能交通體系框架在系統建立之時受制于信息的全面收集、不同系統信息融合、海量信息處理、信息的快速交換等技術約束。

解決目前智能交通體系問題的關鍵在于如何打破數字壁壘，將各子系統融合一體。

2 大數據、物聯網發展提供新的技術支撐

大數據的Volume （大量）、Velocity （高速）、Variety （多樣） 和Veracity （精確） 4V特點為快速處理海量的交通信息，為數據融合提供了可行性；快速精準傳遞信息，解決系統條塊化問題。物聯網的萬物相連、相互感知的特性為人、車、路之間創建了更為及時、迅速地聯系。

2016年國家發改委和交通運輸部印發實施《推進“互聯網+”便捷交通、促進智能交通發展的實施方案》，我國智能交通發展的總體方向和任務也基本明確，物聯網、云計算、大數據、移動互聯網、5G通信技術等為智能交通、數字融合、系統一體化提供了技術支撐，智能交通體系的構建必將隨之進入發展新階段和新模式。

3 大數據、物聯網背景下智能道路交通體系大框架

3.1 智能道路交通體系（見表1）

思考智能道路交通體系構建，必須從最基本的也是最關鍵的問題著手，即解決人 （包括使用者和管理者）、車、路三者之間各要素的連接問題，使管理者更好地管理車輛運行、道路設施、指揮交通、收費等一系列事務，使車輛更智能地感知環境、執行指令，使道路設施更智能執行指令，最終達到高效、便捷移動的目標。

表1 人、車、路的要素構成

解決三者之間時時變化的海量信息交換，必須依靠大數據信息系統作為支撐，建立一個集地理信息、道路交通信息、停車信息、車輛信息、使用者信息、數據分析等于一體的大數據信息中心，以信息中心為基礎建立各子系統，并圍繞信息中心數據庫進行互聯互通，打破數字壁壘，融合使用和管理端、車載智能控制系統、智能交通信號系統等。

3.2 大數據信息中心

主要集成地理信息、道路交通信息、公交信息、停車信息、車輛信息、使用者信息等6個方面信息，并具備強大的數據分析處理能力。

地理信息方面在現有類似百度地圖、高德地圖等地理信息的基礎上進一步強化完善，涉及交通部分的大幅提高精確度至分米級 （一般道路標線寬度為10 cm以上，因此以分米級作為允許誤差）。

道路交通信息方面，完善車道屬性，包括準確定位道路標線、交通標志、速度控制等信息；增加交通屬性包括信號控制系統、車流數據等信息；增加經濟屬性，公路、道路分段分時收費標準。

公交信息方面包括公交站、公交線路、車輛調度等信息。

停車信息方面，包括停車場站立體信息、車位尺寸、空置車位數、收費標準等。

車輛信息為車輛基本的身份屬性、廠品屬性、運行屬性等信息。

使用者信息方面重點分類確定使用者權限，不同使用者有不同使用、管理、提取、修改數據權限。系統數據分析能力提供出行者路線方案、交通管控方案、管理車輛運行安全、交通事故解決方案、記錄收費里程和停車時間并計算收取相關費用等。

3.3 車

智能車載控制系統集成車輛電子身份證。智能車載控制系統主要功能是與大數據信息中心傳輸信息、接收指令，上傳自身車輛信息；識別監測周邊車輛和道路交通信息，與大數據信息中心中的相關數據印證；準確定位和行駛軌跡預判， 由傳統的點定位轉為車輪廓定位， 精準導航和準確行駛；記錄行駛線路里程、停車時間，計算相關費用并自動繳費，以此徹底取消高速公路收費站；控制車輛行駛，接受大數據調度指揮，與同行車輛編隊，縮小車間距至零，減少風阻，節省能源，配合信號控制等信息高效行駛，大幅提高道路通行能力。

3.4 路

道路的基本硬件設施和屬性都準確地錄入到大數據信息中心，智能信號控制設備、監控設備通過物聯網與大數據信息中心相連，執行信息中心傳遞的信號控制方案，傳輸監視到的路況信息、識別的車輛信息至信息中心進行印證。

3.5 人

人與大數據信息中心聯系主要通過不同的使用端口進行。

客戶使用端：由大數據信息中心提供的客戶使用端APP。通過APP，提取不同出行方式的時間、路徑、導航、公交站點和車輛信息、預約車調度、出行費用等信息。

行政部門管理端：不同行政部門的管理端有不同權限從大數據信息中心提取數據、發布、修改信息。交警部門主管道路標志和標線和交通管控，提取道路交通及車輛信息，決策由大數據分析提交的管控方案。交通部門主管公路和交通運營，修改公路屬性，包括路段收費標準等，監管公交、出租車、網約車運營信息。

企業管理端： 包括公交公司、 出租車和網約車運營公司、共享自行車運營公司、停車場管理公司、物流公司等。公交公司發布、 監控公交線路和公交車輛調度信息。出租車、網約車、共享自行車運營公司APP端接入大數據信息中心，提取和監管自有車輛信息。停車場管理公司自動發布停車位使用情況，監控車輛停車繳費情況，大數據信息中心根據停車時間計算費用，直接從賬號扣除并轉至停車場管理公司。智能道路交通體系如圖1所示。

圖1 智能道路交通體系

4 智能道路交通體系發展目標

4.1 道路交通發展可預測目標

目前大數據和物聯網發展速度空前未有，應用也越來越廣泛，已經形成了數據經濟。隨著5G通信技術、北斗高精度定位系統、無人駕駛車輛的加快運用，實現理想中的智能道路交通體系已經指日可待。未來不遠，出行只需要從客戶使用端發出指令，最近的共享無人駕駛車輛將來到身邊接客戶前往目的地，路上與同方向車輛首尾相連組成車隊，根據信息中心導航指揮，快速高效運行，到達目的地后生成費用清單并自動完成繳費。車輛利用率大幅提升，節省停車位建設，城市更加綠色。

4.2 智能道路交通體系的特點

智能道路交通體系通過以下幾個方面特點提供交通問題解決方案：

一是促推綠色出行方式。為適應以1～2人乘坐為主的出行需要，共享無人駕駛車會以小型車為主，空間緊湊，在道路行駛中組成首尾相連車隊后相當于一輛公交車在行駛，實質上是原來大量私家車出行方式轉換為可定制方向的公交車出行方式，大幅提高了公共交通出行比例。在精確定位導航下，供無人駕駛車輛的車道寬度減小2.5 m以內，減少機動車道寬度可增加步行和自行車空間，提高人們步行出行期望。

二是提供綠色經濟手段來控制交通擁堵。每段道路屬性都可以標定分時使用價格，通過大數據信息中心計算后，可以分段繳費給不同的收費主體，以經濟手段調節城市交通。

三是提高交通運行效率。智能信號控制設備按照交通流數據分析并經交警部門確定的信號控制方案指揮，將道路交通流形成綠波，提高交叉口通行能力。智能車載控制系統控制車輛組成車隊，縮小行車間距，提高運行速度的同時還提高車流密度，提高路段通行能力。車輛按照指揮提前進行交通分流，減少交通事故對交通的擁堵的影響。