绿色智能交通系统探讨

薛庆林,杜成章

(1.南京莱斯信息技术股份有限公司,南京 210007;2.中国电子科技集团公司第28研究所,南京 210007)

0 引 言

在过去几十年里，交通需求迅速增长，交通这基础设施的建设已经远远落后于交通需求的增长，这直接影响到社会和经济的发展。因此，在这种背景下，为了更加安全、高效、可持续的使用道路，针对如何采用新技术提高交通系统运行效率，改善交通系统存在问题，提出了绿色可持续发展绿色智能交通系统。目前，该领域出现许多研究成果。由于交通系统的复杂性和随机性，依然有许多问题需要讨论和解决。因此，为了促进激励未来的研究，需要总结绿色智能交通系统研究进展并提出该领域的新技术、新理论及存在问题，为建设可持续发展的绿色智能交通系统提供理论支撑。

1 绿色智能交通系统的概念与特征

在国外，日本的智慧道路系统、欧洲绿色智能交通、美国智能驾驶战略都是智能交通发展的有效实践。欧洲提出绿色智能交通理念，值得大家研究探讨。

1.1 绿色智能交通概念

欧洲虽然提出绿色智能交通的概念,但主要还在绿色交通的范畴。认为：绿色智能交通是一个全新的理念，它与解决环境污染问题的可持续性发展概念一脉相承。它强调的是城市交通的“绿色性”、“创造性”、“智能性”相融合，即减轻交通拥挤，减少环境污染，促进社会公平，合理利用资源。其本质是建立维持城市可持续发展的交通体系，以满足人们的交通需求，以最少的社会成本实现最大的交通效率。绿色智能交通理念应该成为现代城市综合交通网络规划的指导思想，应将这一理念注入到城市绿色交通网络规划优化决策之中。这种理念是三个方面的完整统一结合，即通达、有序；安全、舒适；低能耗、低污染[1]。

绿色智能交通系统概念的基本需求和内涵，如图1所示。

1.2 特 点

绿色智能交通系统具有以下三个特点：一是着眼于交通信息的广泛应用与服务，二是着眼于提高现有交通设施的运行效率。三是着眼于交通基础设施的节能减排建设；交通信息设备的低能耗和信息共享的应用；以及光伏、风电新能源应用。

与一般技术系统相比，绿色智能交通系统建设过程中的整体性要求更加严格。这种整体性体现在：

(1)跨行业特点。绿色智能交通系统建设涉及众多行业领域，是社会广泛参与的复杂巨型系统工程，从而造成复杂的行业间协调问题。

(2)技术领域特点。绿色智能交通系统综合了交通工程、信息工程，通信技术、控制工程、计算机技术、新能源、节能降耗技术等众多科学领域的成果，需要众多领域的技术人员共同协作。

(3)政府、企业、科研单位及高等院校共同参与，恰当的角色定位和任务分担是系统有效展开的重要前提条件。

(4)绿色智能交通系统将主要由移动通信、宽带网、RFID、传感器、云计算、新能源等新一代技术作支撑，更符合人的应用需求，可信任程度提高并变得“无处不在”[3]。

1.3 绿色智能交通信息采集处理发展特征

随着传感器技术、通信技术、3S技术(遥感技术、地理信息系统和全球定位系统三种技术)和计算机技术的不断发展，交通信息的采集经历了从人工采集到单一的磁性检测器交通信息采集到多源的多种采集方式组合的交通信息采集的历史发展过程，同时国内外对交通信息处理研究的逐步深入，统计分析技术、人工智能技术、数据融合技术和云计算技术等逐步被应用于交通信息的处理中，使得交通信息的处理得到不断的发展和革新，更加满足智能交通各子系统管理者、用户的需求。交通信息采集与处理设备行业呈现如下特点。

(1)信息采集与处理方式的多样化

交通信息采集的方式分为人工采集方式和自动采集方式。自动采集方式包括磁性检测器(包括感应线圈检测器、磁阻传感器等)、光学检测器(包括视频检测器、激光检测器)、微波检测器(包括微波检测器和雷达测速仪)、路面情况及测重传感器(雨雾检测器，路面结冰检测器，轮、轴重仪等)。随着科学技术的发展，自动采集技术得到了不断的研究、发展和应用。各种采集技术都有各自的优点和缺点，利用多种采集方式的进行组合采集交通信息是国内外研究的热点和焦点。

开发了信息的质量控制技术、多源交通信息融合技术、信息的多时间尺度预测技术、信息集成技术、信息压缩技术和存储技术等，大大提高了信息的精度及信息提供的种类。

(2)信息的内容及地理范围广

不同的交通采集方式采集的参数种类有限，例如感应线圈只能采集到交通流量、占有率和速度等固定地点的截面交通参数;视频检测器只能采集到交通流量、速度、占有率和排队长度等固定地点的交通参数；随着多种交通采集方式的组合，可以获得交通流量、速度、占有率、排队长度、行程时间和区间速度等截面和路段交通参数，丰富了交通信息的采集内容的同时也提高了采集地理范围的广度。

随着交通数据获取源的增加，交通信息用户对海量交通信息实时性需求的逐步提高。近几年，云计算和大数据处理应用于海量交通信息的处理之中，改善了信息的处理速度。

(3)信息采集的精度和经济性提高

随着磁性和光学传感器工艺的提高、图像处理技术和定位技术的发展，交通信息的采集精度也不断得到提高。同时，随着近几年对交通检测器配置优化技术的不断深入研究，交通信息的采集在保证信息全面性和动态性的前提下，也提高了交通信息采集的经济性。这为智能交通系统的开发和应用奠定了基础。随着人工智能、统计分析、模糊逻辑、混沌理论等的逐渐成熟，逐渐开发出了一些基于这些理论及方法的交通信息处理方法，大大提高了信息处理的精度及质量。

信息采集与处理技术的迅速发展，有力地支持了绿色智能交通系统的发展。

(4)移动互联技术与智能视频分析技术结合

随着智能交通行业向着高清化、网络化、智能化的发展，用户对系统便捷性的需求也越来越明显，根据不同的场景和用户，存在多种多样的接入需求，如有线、无线、固定终端和移动终端等，由此使用户随时随地快速获取所需的信息。移动互联技术的整体解决方案，适应智能交通行业整体的技术发展需求。

目前的智能交通信息系统，主要是作为交管部门提高管理效率的有效手段来建设，而信息发布方式偏少、驾驶人员实时获取路况信息不便是目前智能交通信息系统普遍存在的短板。移动通信将使交通参与的主体人能够实时获取交通道路情况和发送交通需求给交通设施管理系统。比如旅行者能够通过手机等移动设备获取当前最新的路况信息和交通工具的营运信息，并且能够将自己的目的地和计划乘车路线、时间等信息发送给交通运输企业和交通设施管理者，而智能交通中心控制系统通过综合计算将优化的交通出行安排发给旅行者，使其出行更为便捷。

另外一方面，移动互联技术的应用使交通管理部门的管理者更快的获取需要审批、查看的重要信息，同时可以及时通知现场执法人员更好更快的处理交通事件现场状况，很大的提高管理部门各个职责人员的工作效率。

(5)车联网成为智能交通发展新动向

车联网通过无线射频识别技术，对车辆进行数字化管理，包括实时跟踪、监管车辆运行状况等。和物联网一样，车联网的基础是传感器，加强传感器操作是必不可少的，将交通信号、摄像头、拥堵路段报告、天气情况等信息融合起来，从而形成汽车与道路的“互联”。通过道路、技术管理部门的沟通配合，实现汽车、道路、人的有机结合，真正形成车联网[4]。

1.4 绿色智能交通现状与思考

绿色智能交通系统作为一个全新理念，还处于概念创新和系统建设起步阶段，许多问题有待研究和思考。

在绿色智能交通的概念形成中必须说明绿色交通体系,Chris Bradshaw 于1994年提出绿色交通体系[5]将绿色交通工具进行优先级排序,依次为步行、自行车、公共交通、共乘车、最后才是单人驾驶的自用车。对于我国来说，可以分为：行人、自行车、公共交通(电车、地铁、轻轨、公共汽车)、共乘交通、出租车、私人机动车、货车与客运空运、摩托车。研究绿色交通有助于绿色智能交通体系建设。

(1)绿色智能交通概念有待完善

虽然前面给出了绿色智能交通概念图，并对绿色智能交通的理解作了一些说明，但这只是我们理解，还需要从事这方面工作领导和同行补充修改和完善。

(2)缺少绿色智能交通顶层规划

由于缺少总体目标战略发展需求，目前还没有看到顶层发展规划，也没有总体架构。因而就很难统筹绿色智能交通建设的健康发展[6]。

(3)缺少绿色智能交通目标发展需求体系

由于绿色智能交通是一个全新理念，系统概念虽然提出，但它的区域、城市纵横发展需求目标体系还需要认真论证和建立。

(4)缺少有力的政策导向

国家、省、市主管部门，应尽快把发展绿色智能交通列入交通发展纲要，给出一些具体指导意见，指导绿色智能交通发展。

以上几点都是顶层规划、设计有关问题，必须引起各方注意。

1.5 发展绿色智能交通的一些问题思考

下面主要从技术层面谈一下发展绿色智能交通所要思考一些问题。

(1)绿色智能交通是一个大型的综合系统工程

绿色智能交通是一个系统工程，涉及交通运输的每一环节和相关要素，从人、车、路(基础设施)到交通环境、交通组织、交通管理，乃至其所处的整个社会系统。绿色智能交通的实施途径经历了从单一到综合的演变过程，早期主要是强调绿色交通工具的应用，逐渐过渡到构建绿色交通体系、倡导交通与城市协调发展，最终则强调优化城市空间结构，推广一体化交通体系、智能交通管理、新能源工具推广等综合手段的应用。因此推出了绿色智能交通系统，绿色智能交通成为发展的新趋势、新动向。

不论是一个城市，还是一个区域的绿色智能交通都是一个大的系统工程。实现一个城市、一个区域的无缝联接和整体畅通，不仅包括公路、城市公交、河海运、航空等无缝联接统一建设规划，还涉及到一些政策和标准问题，以及基础建设、技术实现等问题。规模和范围都说明它是一个巨大系统工程。

因而需用系统工程的理论和方法来统一建设，否则将会问题百出。

(2)理顺关系是制定绿色智能交通顶层架构的关键

绿色智能交通的顶层总体架构设计，无论在国家层面，还是区域、城市层面都在考虑。如何理顺关系，明确任务分工，才能进行有针对性绿色智能交通体系建设。

现在许多城市和地区都在建设智慧城市，进行它的顶层设计，智能交通是智慧城市建设的一个重要组成部分，它的顶层设计应该包涵了对智能交通要求和相互关系描述。

智慧城市的顶层设计从横向考虑了智能交通的互联，共享制约的关系，而多年来一直在讨论研究制定的国家、区域、城市的智能交通的总体系统架构，这从纵向规范了智能交通的建设。

绿色交通又给绿色智能交通注入实现绿色环保，可持续发展的新的内涵。

因此，绿色智能交通系统亟需顶层设计作支撑来统盘协调来自多方的需求。给出一个绿色智能交通顶层设计系统发展架构，来实现、实施绿色智能交通的建设。虽然各地的需求不同，我们认为制定的方法和步骤应该是相同的。制定绿色智能交通系统顶层架构步骤供参考。如图3所示。

图3 制定绿色智能交通系统顶层架构步骤参考图

(3)信息服务模型构建是绿色智能交通建设基础

绿色智能交通的服务模型体现展示了系统如何多方位为人、车、路服务的理念，这个多方位的服务是系统建设的宗旨目标所在。

在智能交通系统中，信息的用户种类繁多，信息需求同样也千差万别，是多元化的。从时间上来说，既存在对实时信息的需求，也需要历史信息。从内容来说，既需要通用信息，如显示在可变信息牌上的交通状况信息等，也需要针对特定用户的专业化、个性化信息，如根据当前的实时交通状况及预测信息、为某位出行者定制行车路线等。另外，不同部门不同用户对交通信息的精度要求，质量要求也各不相同；而且，对信息的需求在时间和空间分布上不均匀，如在路网繁忙时段对交通实时信息的需求量就比较大，而且针对繁华地区交通信息的查询次数也明显比偏远地区高。

信息的安全、隐私保护要求高。信息是智能交通系统中的核心资源。如果缺乏有效的安全保护机制，在受到攻击时将导致信息系统的崩溃或是在不法分子控制下进行恶意操作，造成大量的交通拥堵和交通事故，给社会及广大交通系统用户带来巨大损失，极大地降低了系统的运行效率。因此，“标准先行”不应该仅仅是个口号，更应该及早付诸实践。

接着是信息的处理问题。在智能交通中存在着大量的诸如信息融合、语义化、仿真、预测、数据挖掘与知识发现等智能、并行信息处理要求。那么，基于智能交通中信息的时空相关性，生命特性等，借鉴生物进化论、遗传算法、神经网络等进行相关研究，是解决这一问题的有效途径。

然后是建立信息的组织模式或模型的问题。由于对信息需求的多元性，对信息的有效组织就显得极为重要。在信息的组织模型方面，可以考虑从时间、空间、主题及对象等角度或将它们结合起来进行信息的组织结构和模型的设计。由于智能交通中信息分散存储，且数据量大，还要解决信息的分布式组织、透明查询，以及信息检索优化等问题。另外，还应借鉴信息的生命特性。研究信息组织中信息的转移和淘汰等问题。一个好的信息服务模型构建，需要考虑研究的问题很多[7]。

2 加强太阳能光伏发电在交通领域应用研究，促进绿色智能交通系统建设

太阳能是人类取之不尽、用之不竭清洁的环保性能源。利用光电转换技术将太阳能转为电源已广泛应用于航空航天、气象站、遥测遥感、航道灯塔、铁路信号、通信以及偏远地区、海岛居民的生活电等领域。我国幅员辽阔，太阳能资源丰富，太阳能利用好的地方占我国国土面积的2/3以上。因此，对太阳能供电方式进行研究，开发适合于太阳能供电的交通安全设施及管理设施具有重要的现实意义和经济意义。对促进交通建设领域绿色清洁能源利用、保护环境也有重要的社会效益。

与水电、风电、核电等相比，太阳能发电没有任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠。

提醒注意的是：在太阳能辐射量比较差的三、四类地区，设计太阳能供电时，为了保证连续供电，要考虑太阳能、风能的互补地发电供电，有条件的地方，也可以考虑太阳能发电与其它发电方式互补，以保证交通安全。

2.1 太阳能光伏在交通安全领域应用研究(举例)

(1)太阳能交通信号灯

传统交通信号灯一般采用市电直接供电，需要敷设电线和电缆使用常规发电作为动力来源。安装时要挖沟敷设电缆，给交通信号灯的安装增加了成本，不仅安装繁琐耗时而且浪费能源。此外，传统的交通灯存在寿命短、耗能多、维护费用高等不足，并且反光碟容易导致虚假显示的不良效果，极易诱发严重的交通安全事故。针对传统交通灯的缺点，利用太阳能和LED灯组成的太阳能交通信号灯系统具有多方面的优点。第一，太阳能是一种取之不尽、用之不竭的天然清洁能源，太阳能供电系统无需架设电线，资源丰富，只要阳光充足就可以就地安装；第二，市场上LED灯发光效率在快速地提高，而价格却在降低；第三，太阳能交通信号灯采用单片机控制，提高了系统的可靠性且方便安装。第四、交通灯采用发光LED技术设计，具有功耗小、安全节能、可视效果好、工作寿命长、性能稳定可靠等优点[8]。

(2)太阳能供电道路安全设施设备应用研究

现有的交通安全设施主要包括：交通标志、交通标线、视线诱导标(突起路标和轮廓标等)、交通锥、道路反光镜、防撞桶、安全护栏、防眩设施、隔离设施和交通信号灯等；在高等级公路上还有监控设施、照明设施和紧急电话等。这些设施的性能和功能必须持续有效且相互协调、配合，才能充分起到指挥控制、管理规范交通的作用，达到安全、舒适、高效的交通目的。这些安全设施通过研究完全可以用太阳能供电，并能克服这些设备目前应用存在的问题[9]。

2.2 太阳能光伏在交通领域应用初见成效

太阳能光伏在交通领域应用已初见成效，主要内容包括如下：

太阳能公路测速雷达、公交GPS系统、高速公路太阳能护拦灯、火车道口太阳能警示信号灯、太阳能火车遂道供电系统、太阳能交通标志灯、太阳能观光缆车、汽车太阳能充电器、太阳能车检铭牌、太阳能移动信号灯、太阳能高速公路远程监控系统、海事领域太阳能供电系统、太阳能停车场照明系统和太阳能公交站台供电系统等。

2.3 太阳能供电在道路照明中应用分析

太阳能供电已经在道路照明中得到较为广泛的应用。

太阳能路灯是采用晶体硅太阳能电池供电，免维护阀控式密封蓄电池(胶体电池)储存电能，超高亮LED灯具作为光源，并由智能化充放电控制器控制，用于代替传统公用电力照明的路灯。它无需铺设线缆、无需交流供电、不产生电费；采用直流供电、光敏控制；具有稳定性好、寿命长、发光效率高，安装维护简便、安全性能高、节能环保、经济实用等优点，可广泛应用于城市主、次干道，小区、工厂、旅游景点、停车场等场所。

太阳能供电的照明系统优点如下。

节能：以太阳能光电转换提供电能，取之不尽、用之不竭。

环保：无污染、无噪音、无辐射。

安全：绝无触电、火灾等意外事故。

方便：安装简洁，不需要架线或“开膛破肚”挖地施工，也没有停电限电顾虑。

寿命长：产品科技含量高，控制系统、配件均是知名品牌、智能化设计，质量可靠。

品位高：科技产品、绿色能源，使用单位重视科技、绿色形象提高，档次提升。

投资少：一次性投资与交流电等价(交流电投资从变电、进电、控制箱、电缆、工程等合计)，一次投资，长期受用。

从以上太阳能在道路照明中的应用不难看出：在交通领域利用太阳能供电对促进绿色智能交通建设有重要的意义。

太阳能在道路照明中的应用，由于蓄电池充放电次数与寿命有关，一定要合理设计，延长使用寿命，必要时及时更换蓄电池。另外，也要考虑控制模式优化、节能技术和互补技术的应用，保证在连续阴雨天时，也能满足道路照明的需求。

3 结 语

绿色智能交通系统是建设生态文明、应对全球气候变化和建设城市可持续发展的必然选择。绿色智能交通的提出和发展是解决交通拥堵、交通安全、环境污染和能源紧张的有力措施。研究目的是通过对绿色智能交通有关问题讨论，促进绿色智能交通领域与交通安全领域学科间交叉合作与学术交流。这将有助于更好地发展绿色智能交通系统，从而形成交通环境与交通安全的快速发展战略。

[1] 崔晓天，梁对对，谭泽芳.城市规划视角的绿色交通实现——深圳探索与实践[C]//2013年城市规划年会.2013.

[2] 常言.打造绿色智慧交通 中兴登陆第五届中国智能运输大会[EB/OL].http://info.chinabyte.com/387/12984887.shtml(2014-06-10).通信产业网_通信行业第一产经门户

[3] 佚名.智慧城市知识——智能交通[EB/OL].http//www.cusdn.org.cn/news_detail.php?id=214550.(2012-09-12).

[4] 佚名.智能交通未来投资过亿 车联网或成主流[EB/OL].中关村在线.(2013-08-09)http://www.21ic.com/news/auto/201308/188208.htm

[5] 城市绿色交通系统的建设提供理论及实践依据[EB/OL].河南交通科技网.2010-12-04

[6] 智能交通呼唤顶层设计[EB/OL].安防知识.2014-08-05

[7] 任江涛,张毅,李志恒,等.智能交通系统信息特征及亟待解决的相关问题[J].信息与控制,2001,30(06):550-554.

[8] 太阳能发电系统在城市交通信号灯中的应用[EB/OL].中国论文网,(2013-12-08)

[9] 太阳能技术在低能耗交通安全设施中的应用研究报告简本[R]//西部交通建设科技项目示.