劉源

隨著全球城市化進(jìn)程不斷加快，人們對城市交通運(yùn)輸?shù)囊笤絹碓礁?，然而由此滋生的擁堵、事故、污染等諸多社會問題，成為當(dāng)前城市發(fā)展的瓶頸。智能交通系統(tǒng)的發(fā)展為解決城市交通問題提供了全新的解決方案，而作為2011年國家物聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)資助項(xiàng)目，基于位置的個性化、智能化交通信息服務(wù)“智慧出行”業(yè)務(wù)為我國智慧城市建設(shè)打開了新思路。

隨著全球城市化進(jìn)程不斷加快，城市數(shù)量、規(guī)模不斷增加，人們對城市交通運(yùn)輸?shù)男枨笤絹碓酱?。而車輛不斷增加，道路負(fù)荷日益嚴(yán)重，交通擁堵，事故頻發(fā)，造成人員傷亡、物資損失、環(huán)境污染等社會問題凸現(xiàn)。

美國對39個主要城市進(jìn)行研究的結(jié)果顯示：每年因交通擁堵造成的經(jīng)濟(jì)損失超過410億美元；歐洲每年因交通擁堵和交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失分別為5000億歐元和500億歐元。我國相關(guān)部門發(fā)布的《2009福田指數(shù)——中國居民生活機(jī)動性指數(shù)研究報(bào)告》顯示：北京市民每月因交通擁堵而造成的經(jīng)濟(jì)成本為335.6元，廣州的每月?lián)矶陆?jīng)濟(jì)成本為265.9元，上海每月?lián)矶陆?jīng)濟(jì)成本為253.6元，中國15座城市日均損失近10億元。

交通擁堵不僅給公路使用者造成時間和燃料浪費(fèi)，隨之帶來的停車和啟動更進(jìn)一步惡化了空氣并產(chǎn)生其他形式的污染。來自中國科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組和環(huán)境保護(hù)部的研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：中國113個重點(diǎn)城市中，三分之一以上空氣質(zhì)量達(dá)不到國家二級標(biāo)準(zhǔn)，存在嚴(yán)重的區(qū)域性大氣污染引起的灰霾等問題。機(jī)動車排放成為部分大中城市大氣污染的主要來源，尾氣已經(jīng)成為城市空氣污染的罪魁禍?zhǔn)字?。像北京、上海這樣一些工業(yè)廢氣較少的城市，汽車的尾氣量能夠占到城市廢氣總量的60％以上，直接威脅當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康，制約了城市的健康、可持續(xù)發(fā)展。

智能交通發(fā)展現(xiàn)狀

智能交通系統(tǒng)的發(fā)展為解決城市交通問題提供了一種全新的解決方案。智能交通系統(tǒng)（ITS）是指在較完善的基礎(chǔ)設(shè)施之上，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)等有效地應(yīng)用于地面交通管理體系，從而建立起一種大范圍、全方位發(fā)揮作用、實(shí)時、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。ITS將緩解城市交通擁擠、減少交通事故、降低環(huán)境影響，提高生產(chǎn)效率等方面產(chǎn)生可觀的社會經(jīng)濟(jì)效益。ITS技術(shù)的應(yīng)用可減少10％的廢氣排放，20％的交通延時和30％的停車次數(shù)。

ITS主要是實(shí)現(xiàn)交通信息的采集、處理、發(fā)布與應(yīng)用。通過實(shí)時發(fā)布的動態(tài)交通信息促使各類交通參與者自覺調(diào)整出行行為，從而實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。

國際上，美國，日本和歐洲等國家較早開始研發(fā)ITS。較為成功的系統(tǒng)有：美國的Transtar，ADVANC，PATH，TriMet，Probeview；日本的VICS和Smartway，IPcar；德國的宇宙航天中心開發(fā)的ITS系統(tǒng)，XFCD，Cityfcd；英國的TrafficMaster，nadics;瑞典的OPTIS；法國的Mediamobile。

在國內(nèi)，北京、上海、深圳、廣州、杭州、南京等地開始建設(shè)ITS。上海于2003年開始建設(shè)，到2008年已初步形成了能覆蓋全市范圍主要道路交通信息采集的技術(shù)體系。為迎接世博會的到來，2009年建設(shè)了上海交通信息采集發(fā)布系統(tǒng)工程，實(shí)現(xiàn)了市政道路行業(yè)、市交警總隊(duì)、城市交通港口局、浦東新區(qū)以及鐵路、機(jī)場等交通管理部門的系統(tǒng)與市交通綜合信息平臺的系統(tǒng)互聯(lián)。形成了上海智能交通信息三級平臺體系。

一級平臺為綜合交通信息平臺，是全市交通綜合信息集成、共享、交換和發(fā)布的核心主體。二級是行業(yè)管理交通信息匯聚、交換的信息系統(tǒng)。三級應(yīng)用系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和具體業(yè)務(wù)應(yīng)用。

一級平臺已匯聚道路交通、公共交通、對外交通、區(qū)縣樞紐等各類交通數(shù)據(jù)259項(xiàng)，以及對1000條公交線路、11條軌道交通線路、700個營業(yè)停車場、2個國際機(jī)場、3座鐵路客運(yùn)站的線路分布、實(shí)時泊位、航班等動靜態(tài)數(shù)據(jù)。每年數(shù)據(jù)在線存儲量8T?；緦?shí)現(xiàn)了2分鐘更新的上海道路交通信息的采集、處理與發(fā)布。

總體而言，上海的智能交通系統(tǒng)在設(shè)施規(guī)模、數(shù)據(jù)匯集量、處理能力及實(shí)時性、準(zhǔn)確性等方面均處于國際領(lǐng)先水平。但在交通信息發(fā)布、信息挖掘、信息應(yīng)用等方面還處于起步階段。當(dāng)前，迫切需要將這些信息用于政府決策，為其提供及時、準(zhǔn)確、有效的信息支持；為市民出行提供及時、準(zhǔn)確、個性化、智能化的信息服務(wù)。

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)交通信息發(fā)布的主要方式是網(wǎng)站，廣播，電視等。這些方式的特點(diǎn)是覆蓋面廣，信息量大。缺點(diǎn)是缺乏個性化，缺少針對性，單一靜態(tài)及被動，尤其不適宜駕車人的使用。而車路動態(tài)信息交互與服務(wù)就是針對這些問題，開發(fā)出基于車輛位置的個性化，主動交互的交通信息服模式務(wù)。同時，車輛位置信息將作為一種信息源與其它方式采集的交通信息源相融合，進(jìn)一步提高交通信息的準(zhǔn)確度、完整性、可靠性。

適合于智能交通信息交互與服務(wù)的多種感知環(huán)境，覆蓋人—車—路—交通流—環(huán)境的動態(tài)交通信息交互處理系統(tǒng)體系、接口標(biāo)準(zhǔn)、通訊協(xié)議、應(yīng)用范疇和實(shí)現(xiàn)模式等。

面向動態(tài)交通信息交互和服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)由信息采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息交互及應(yīng)用服務(wù)層等四層組成：

信息采集層承擔(dān)著信息的采集，由獲取受控對象狀況的傳感器設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)終端組成。重點(diǎn)開發(fā)基于智能手機(jī)、PAD終端采集車輛的GPS位置信息，并實(shí)時上傳到信息交互平臺。同時終端可以實(shí)時接收交互平臺下發(fā)的數(shù)字地圖及所在道路的交通狀態(tài)信息。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層承擔(dān)著信息的傳輸，中國電信利用現(xiàn)有的固定、移動、衛(wèi)星等網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)終端與平臺之間的互聯(lián)。

交互平臺層承擔(dān)著終端采集信息與交通信息中心提供的路況信息的交互。一方面實(shí)現(xiàn)基于車輛位置的個性化、智能化交通信息服務(wù)，交互平臺每2分鐘推送一次交通路況信息。另一方面車輛位置信息經(jīng)處理后獲得路段的速度，時間等信息與交通信息中心提供的路況信息融合，進(jìn)一步提升交通路況信息的精度及覆蓋面。

應(yīng)用與服務(wù)層承擔(dān)了交通信息的發(fā)布及應(yīng)用服務(wù)。包括開發(fā)虛擬道路電子情報(bào)板，特定路段警示，特定的智能化應(yīng)用和服務(wù)等。

GPS浮動車交通信息采集

目前，國內(nèi)外普遍采用基于車載設(shè)備的GPS浮動車技術(shù)采集交通信息，車載設(shè)備包括GPS定位模塊和通信模塊等，GPS模塊接收衛(wèi)星信號并運(yùn)算出車輛的坐標(biāo)和瞬時速度，通信模塊負(fù)責(zé)將車輛ID號，經(jīng)緯度坐標(biāo)、瞬時速度、方向、回傳時間、車燈、雨刷、出租車計(jì)價(jià)器狀態(tài)等數(shù)據(jù)傳送到信息平臺，信息平臺對上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、預(yù)處理和地圖匹配后，利用相應(yīng)的計(jì)算模型對交通信息進(jìn)行估計(jì)，得到道路的動態(tài)交通信息。并接收信息平臺發(fā)送的指令和數(shù)據(jù)。

隨著智能手機(jī)和PAD終端的發(fā)展普及，GPS已成為這類終端的標(biāo)配，使基于智能手機(jī)、Pad等終端的GPS浮動車交通信息采集成為一種重要的形式。其帶來的優(yōu)勢是采集數(shù)量規(guī)模擴(kuò)大，采集范圍更加寬泛，浮動車類型由單一的出租車和公交車擴(kuò)展到效果更好的私家車。從而使獲得的交通信息精度，路網(wǎng)覆蓋面有較大提高。

幾種浮動車類型存在的優(yōu)劣勢：

出租車：目前各地廣泛使用，其優(yōu)點(diǎn)是出行率高，出行范圍廣、時間長。以上海為例，出租車約5萬輛，占全市車輛數(shù)的3％，但在整個上海的城市交通流中超過15％，對上海路網(wǎng)的覆蓋率超過80％。不足在于：其空駛狀態(tài)時較載客狀態(tài)時速度要低；另外，出租車尋客、等客、上下客的非規(guī)律性對交通流狀態(tài)進(jìn)行判斷產(chǎn)生困難。

公交車：其覆蓋率高，運(yùn)行時間長，線路固定，能反映固定線路和地點(diǎn)的交通流狀態(tài)，方便建立歷史數(shù)據(jù)庫。缺點(diǎn)是其需要頻繁?？空军c(diǎn)，不能反映正常的交通流狀態(tài)。

私家車：家庭乘用車數(shù)量大，是城市交通流的主體，其運(yùn)行數(shù)據(jù)可以反映社會公眾機(jī)動出行的規(guī)律，能準(zhǔn)確反映實(shí)時交通流狀態(tài)，是浮動車采集交通信息模式中的最佳選擇。

信息推送及語音播報(bào)

結(jié)合上海市智能交通系統(tǒng)（ITS）建設(shè)現(xiàn)狀，重點(diǎn)研究虛擬電子路牌、道路變形圖和城市道路誘導(dǎo)信息通過移動終端（手機(jī)或車載設(shè)備）應(yīng)用在市民駕車出行過程中，幫助駕車出行人在行車過程中能夠及時、方便、安全及可靠地獲取前方道路的通暢狀況，能夠提前確定新的行車路線，及時規(guī)避交通擁堵線路到達(dá)目的地，體驗(yàn)基于位置的個性化、智能化服務(wù)等元素的全新行車導(dǎo)航應(yīng)用模式。

開發(fā)智能終端客戶端，將車輛位置信息發(fā)送到交互平臺，交互平臺根據(jù)所在位置實(shí)時推送交通信息給終端。終端可以顯示交通數(shù)字地圖及所在道路的交通實(shí)時路況信息三色圖（綠：通暢，黃：擁擠，紅：擁堵），當(dāng)出現(xiàn)路況變化或到十字路口時有人工合成語音路況提示播報(bào)，方便駕駛?cè)税踩褂?。任何時間需要查看屏幕時，可以顯示虛擬路況電子情報(bào)板。

虛擬路況電子情報(bào)板

動態(tài)信息融合實(shí)時處理

信息融合是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種自動信息綜合處理技術(shù)，它充分利用多元（源）數(shù)據(jù)的冗余性、互補(bǔ)性和計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力與智能化技術(shù)，增加信息處理的置信度和可靠性，能夠?qū)⒉淮_定、離散、甚至相互矛盾的復(fù)雜信息轉(zhuǎn)化為一致性的解釋和描述，具有適合于不同層次信息處理的算法與解決方案。信息融合的目標(biāo)和任務(wù)是基于不同層次的、多源異構(gòu)化信息，獲得對研究對象一致性的描述和完整的認(rèn)識，形成優(yōu)化的解決方案。它強(qiáng)調(diào)發(fā)揮群體優(yōu)勢，多途徑解決問題，以較低的成本，獲得較高的系統(tǒng)可靠性、靈活性和生存能力，提高信息的精度、降低不確定性。

對于道路交通信息，其信息融合可分為三個層次：數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融合。

數(shù)據(jù)層融合：是對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，把各種傳感設(shè)備采集的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，得出準(zhǔn)確、全面、可靠的交通參數(shù)。采用的融合方法：品質(zhì)因素法、統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)法、卡爾曼濾波法等。

特征層融合：是指對各種傳感器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，特征可為交通狀態(tài)信息，如道路速度、時間等。然后對這些特征信息進(jìn)行綜合分析處理。車路交互信息融合正是采用特征層的融合方法。采用的融合方法：經(jīng)典推理法、貝葉斯決策法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、聚類法、模式識別法等。

決策層融合：是一種高層次的融合，其結(jié)果為控制、指揮、決策提供依據(jù)。其充分利用特征層融合的結(jié)果，針對具體決策目標(biāo)來進(jìn)行，融合結(jié)果直接影響決策水平。采用的融合方法為：貝葉斯決策法、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等。

車路協(xié)同交互優(yōu)化

專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，簡稱DSRC）技術(shù)是ITS的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。DSRC能提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，保證通信鏈路的低延時，保證系統(tǒng)的可靠性，是專門用于車路間通信的技術(shù)。DSRC技術(shù)可以運(yùn)用到ITS系統(tǒng)中的諸多子項(xiàng)目中，如交通管理、旅行者信息提供，公共運(yùn)輸管理，商用車運(yùn)營，車輛控制與安全，電子收費(fèi)等。

基于位置和智能終端的車路協(xié)同交互應(yīng)用節(jié)省了DSRC系統(tǒng)的路邊信息發(fā)送設(shè)施的建設(shè)投入，也節(jié)省了車載信息接收終端的裝載。將需要發(fā)布信息位置的經(jīng)緯度適配到車路交互平臺中，車輛經(jīng)過此地就會接收到相關(guān)的信息，如前方路況、安全提示等。成為車輛主動安全告知的重要方式，交通出行將會越來越便捷、安全。

基于物聯(lián)網(wǎng)的信息平臺會涉及到大規(guī)模的計(jì)算。實(shí)現(xiàn)大規(guī)模計(jì)算的快速運(yùn)算的方法之一是并行計(jì)算，并行計(jì)算是指同時對多個任務(wù)或多條指令、或?qū)Χ鄠€數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)并行處理的技術(shù)途徑是各種各樣的，其中主要有時間重疊、資源重復(fù)和資源共享等方法。并行算法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是：任務(wù)劃分、通信分析、任務(wù)組合和任務(wù)分配。根據(jù)動態(tài)交通系統(tǒng)狀態(tài)的特性，可以按空間或時間序列對計(jì)算任務(wù)進(jìn)行劃分。根據(jù)交通數(shù)據(jù)倉庫的結(jié)構(gòu)還可按照維的等級進(jìn)行任務(wù)劃分，最終通過“交通云”計(jì)算平臺的構(gòu)建，為海量數(shù)據(jù)實(shí)時計(jì)算提供高性能的計(jì)算平臺和管理平臺支撐，以提高海量交通數(shù)據(jù)的處理與分析效率。

實(shí)現(xiàn)“智慧出行”

智慧出行是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。它可以實(shí)時向交通參與者提供道路交通信息、公共交通信息、換乘信息、交通氣象信息、停車場信息以及與出行相關(guān)的其他信息，使出行者可以根據(jù)這些實(shí)時信息靈活安排、調(diào)整自己的出行。

智慧出行服務(wù)平臺服務(wù)于各種交通方式用戶的動態(tài)交通信息需求，匯集了各類與出行相關(guān)的實(shí)時動態(tài)信息，根據(jù)信息服務(wù)的需求對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理和信息提供。該平臺采用云計(jì)算技術(shù)，滿足大數(shù)據(jù)量，大用戶量的系統(tǒng)應(yīng)用，為用戶交通信息服務(wù)提供持續(xù)、有效、動態(tài)的信息服務(wù)。

智慧出行業(yè)務(wù)的主要功能包括：

自駕車出行路徑規(guī)劃：在自駕的過程中，任意輸入OD（起始點(diǎn)和終點(diǎn)）兩點(diǎn)后可獲取基于當(dāng)前路況的最優(yōu)路徑，同時標(biāo)注路線在地圖上。

公交車出行規(guī)劃：任意輸入OD（起始點(diǎn)終點(diǎn)）兩點(diǎn)后可獲取最優(yōu)公交出行規(guī)劃。

自駕車出行路徑規(guī)劃公交車出行規(guī)劃

前方擁堵提醒：在自駕的過程中，如果前方幾百米外路段發(fā)生擁堵，將以語音播報(bào)的方式讓自駕用戶提前獲知并引導(dǎo)自駕用戶做出判斷和規(guī)避。

交通事件查詢：用戶能夠搜索到當(dāng)前的突發(fā)事件、閘道控制、地鐵客流等信息。

停車場車位信息獲?。涸谧择{用戶接近目的地時，可獲取目的地附近停車場的詳細(xì)信息，包括停車場位置、總車位、當(dāng)前車位等。

智能訂車：用戶在任何位置，可查看周邊所有空出租車的位置，同時可以通過發(fā)送自己的位置信息到調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)訂車，并通過手機(jī)查看一空車來到所在地的實(shí)時移動軌跡。

實(shí)時道路視頻：提供部分道路途中主要交通路口的實(shí)時視頻。

周邊查詢：可根據(jù)任何一點(diǎn)，搜素周邊的交通信息和商業(yè)信息，商戶信息還包括該商戶的具體信息，如時令商品、特色服務(wù)、優(yōu)惠活動、實(shí)物圖片、地址電話等。

值得強(qiáng)調(diào)的是，智慧出行服務(wù)還可以提供多種界面，包括移動終端客戶端、呼叫中心語音查詢，互聯(lián)網(wǎng)查詢以及短信查詢等，最大程度方便居民使用。

智慧出行的社會效益

當(dāng)前，智慧出行已經(jīng)推出試用版，并被上海市政府選為工信部“兩化融合”成果匯報(bào)展覽項(xiàng)目。

總結(jié)其社會效益，智慧出行業(yè)務(wù)將進(jìn)一步提高交通利用率，方便市民出行。能夠讓市民獲取個性化、準(zhǔn)確的交通信息，合理選擇出行路線，避開擁堵區(qū)域，提高路網(wǎng)利用率，提高市民出行效率，節(jié)省時間，減少車輛氣體排放，節(jié)約能源，綠化環(huán)境。

其次，有效增強(qiáng)了城市的交通管理能力，智慧出行的最大亮點(diǎn)是增添了基于手機(jī)的、個性化的交通信息發(fā)布渠道，覆蓋面廣，易使用。在突發(fā)交通路況區(qū)域，可以及時對該區(qū)域的人員和車輛發(fā)布應(yīng)急消息，個性化、實(shí)時性、針對性均非常有效。

最后，有助于提升上海城市智能交通的領(lǐng)先水平。上海為國際化大都市，其智能交通發(fā)展和技術(shù)已經(jīng)處在國內(nèi)領(lǐng)先水平，特別是經(jīng)歷了約十年的發(fā)展，城區(qū)道路交通信息采集系統(tǒng)已非常成熟，準(zhǔn)確度、實(shí)時性已很高，受到了國內(nèi)外專家和同行的認(rèn)可及贊揚(yáng)，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。智慧出行業(yè)務(wù)的推出，是上海交通信息發(fā)布方式的一種創(chuàng)新，必將提升上海城市智能交通的領(lǐng)先水平。