物联网下的智慧交通论述

郑改成

(太原理工大学轻纺工程学院，山西 晋中 030600)

物联网下的智慧交通论述

郑改成

(太原理工大学轻纺工程学院，山西 晋中 030600)

从理论的角度出发，阐述了智慧交通的概念和理念，同时介绍了智慧交通与智能交通、车联网及智慧城市的区别与联系等。重点阐述了智慧交通的系统架构和车联网的物理架构，并对其功能和核心技术作了说明。

智能交通；智慧交通；物联网；车联网；架构

1 概述

1) 智慧交通的概念的提出

交通是经济发展的纽带，是城市生活的重要环节，其发展水平体现了城市的现代化程度。当今日下，信息技术(IT)的飞速发展加速或带动城市交通快速步入新的时期，“互联网+交通模式”已成为机动车辆和交通道路新的制造和建设目标。伴随着物联网、云存储计算、大数据和移动互联网等高新技术的应用，交通部制定了国家十二五发展规划《交通运输行业智能交通发展战略(2012-2020)》，明确提出至2020年，我国要基本形成适应现代交通运输业要求的智能交通体系，实现跨区域大规模的智能交通集成应用和协同运行[1]；2015年世界互联网大会在乌镇召开，国内车联网的发展规划也被提上日程，工信部随即发布《车联网发展创新行动计划(2015-2020)》，在顶层设计上，全面推动车联网技术研发，标准制定，为整个汽车产业和智慧交通的发展指明方向，同时推动基于车联网下的无人驾驶技术研发[2]，这也是专家学者们梦寐以求的理想，即新一代的综合交通体系概念——智慧交通。

2) 智慧交通的概念和理念

中国城市网的定义是：智慧交通是现代信息技术与交通运输领域深度渗透和融合的产物。将传感器嵌入和装备到公路、桥梁、隧道、航道、港口、车站、载运工具等交通运输基础设施和要素中，互相连接，形成物联网，再与通信网、互联网连接，实现人类社会与物理系统的整合与交互；比特网的定义是：智慧交通是在交通领域中充分利用物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网等技术对交通管理、运输、公众出行等交通领域全方位以及交通建设全过程进行管控支撑，使交通系统在区域、城市甚至更大的时空范围内具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，以充分保障交通安全、发挥交通基础设施效能，提升交通系统运行效率和管理水平，为公众出行畅通和可持续经济发展服务[1]。相对来说，笔者更倾向于比特网的定义，但同时也有着自己的理解。这就是：先有智能，后有智慧。智慧交通是对当下已有的、孤立的、智能或半智能的交通运载工具、路侧设备进行资源整合、改造、统一标准，并联网通信，其次才是采用“互联网+”模式施以物联网、云计算、大数据、移动无线通信、人工智能、现代控制等高新技术，实现人、车、路和环境四位一体的复合体。形象地说，也就是给整合后的智能交通系统安装上“大脑”和“感知”、“控制”等系统，以实现智慧。那么问题就来了，人的大脑的智慧是无穷无尽的，因此说智慧交通的发展也是没有边际的，同时也是任重而道远的。

智慧交通的建设和服务对象最终是人和社会，因此其理念或者出发点应该是以人为本、可持续发展、提高出行效率和管理水平，以更精确的信息在更广的时空范围内构建人性化、智能化、立体化的交通体系[1]。

3) 智能和智慧交通的区别与联系

自从有了计算机之后，就有了智能交通(ITS，Intelligent Transportion System)的概念。其实质是在较为完善的传统的道路设施基础上，将计算机控制技术、传感器技术、信息技术和系统工程技术运用于交通设备，是对传统的交通设备进行改造，形成的智能化运输系统。但其中的各个子系统之间是孤立的，无信息共享与交换，更无联网与人工智能技术的运用。其与智慧交通有着诸多区别：①智能交通是以“控制”为核心，为被动服务模式，智慧交通的核心是“智慧”，是主动服务模式；②理念上，智慧交通不仅仅是高新技术的应用，而是畅通无阻的理想、绿色高效的愿景，智能是以信息收集、处理分析及利用为主线，为交通参与者提供多样性服务；③关注点方面，智能关注的是信息采集与传递，而智慧更多关注信息交流分析，知识或规律发展及决策反应等；④目标不同。智能以电子化/网络化为目标，而智慧交通是利用网络，实现以功能自动化和决策支持的目标；⑤实质不同。智能是用计算机和网络取代传统手工流程操作，而智慧则是对智能的升级，以“智慧”技术取代传统的某些需要人工判断和决策的任务，使达到最优化；⑥结果不同。智能是数据的累积与传递，而智慧是数据的利用与开发，用结果去实现功能以完成任务[1]。

智慧交通是在智能交通基础上发展起来的，即“智能”包含于“智慧”。“智慧”是在“智能”的被动基础上更多地融入“人工智能、物联网、移动互联网”等高新技术而实现主动服务的。没有“智能”也就没有“智慧”，“智能”是“智慧”的基础，是先决条件，“智慧”是对“智能”的系统升级而形成的一套完整的交通运输管理体系。

4) 智慧交通与车联网之间的关系

车联网，即汽车移动物联网。是利用车载电子、标准信源、无线传感网络等技术实现车辆信息采集，通过RFID、DSRC(专用短程通信)、GPS、广域无线通信等技术实现车辆的信息互联，并通过操作管理平台完成对车辆的静、动态信息的深度挖掘，而实现对车辆的监管和综合服务。在此，“联网”的内含包括“人-人”、“车-车”、“车-路”、“车-信息平台”等层面的双向通信[1]。

可知，车联网其实就是对智能车辆的升级与联网，理所当然，升级后的“智能车辆”应该称为“智慧车辆”。“智慧车辆及无人驾驶”是车辆发展的终极目标，而车联网是智慧交通中车辆发展的最终目标[1]，是智慧交通的主体要素构成。

5) 智慧交通与智慧城市之间的关系

智慧城市是集城市数字化、网络化、精准化、智能化的信息复合体，是数字城市、无线城市、智能城市、生态城市、低碳城市等的综合体。其包括智慧的交通、建筑、政务、医疗、家居、社区、商务、旅游等，是城市发展的高级阶段。而智慧交通则是智慧城市走向现实的突破口，是智慧城市的典型象征。据资料显示，目前公众对智慧城市最关注的三个领域分别为智慧政务、智慧交通和智慧公共服务。而智慧交通在国家的大力推动下，是有望率先突破的领域，也是目前最具备发展条件和最能起到立竿见影效果的领域[1]。

智能车辆、智能交通、智慧车辆、智慧交通及智慧城市之间的递进关系可用图1来说明。

图1 智能交通、智慧交通、智慧城市之间的递进层次

1 我国发展智慧交通的必要性

我国是人口大国，城镇化进程速度较快，人多、车多、道路基础设施差，自然而然会造成交通繁忙与拥堵，使得物流运输速度低下及公众出行效率降低，而且直接导致能源消耗过大、环境污染、交通事故频发等后果。众所周知，首都北京是我国雾霾的首发城市之一，其中车多、尾气排放量大、停车时间长导致化学能源消耗过大是其中的主要原因；其次北京的交通拥堵则是见怪不怪的情形。据IBM《全球交通痛苦指数报告》，北京以99分的高分位居全球出行最痛苦的城市榜首[4]。目前，国内其它的大中型城市的交通状况也很不乐观。由前述可知，智慧交通的建设及完善可大大改观这一现象，其出发点和本意也充分考虑到这一点。

我国政府早在十一五、十二五规划中，已将智慧交通纳入国家战略发展纲要，一些发达城市智慧交通的建设已具备雏形，尽管如此，由于道路基础设施落后，周边环境复杂，改造成本很高，而影响发展速度。另外，智慧交通的建设在技术和体制层面仍需突破[4]，多数情况下，必须政府助力，才能真正使智慧交通的建设落到实处，有序推进。

2 智慧交通的架构及核心技术

在物联网架构支撑下，智慧交通总体架构如图2所示[5]。可知智慧交通是一个非常复杂的系统工程，实施过程需要分步、有序、稳健地向前推进，其各个层次之间的关系不再赘述。但整个系统的实现需要多项关键技术，感知层对交通流量、人、车、路、环境等全面感知，网络层实现车-路、车-车、人-车、人-环境等短程通信，并将数据汇总到云计算平台，实现对感知层交通数据的融合、分析、挖掘与共享，为业务系统提供必要的交通信息数据；业务层是满足指挥平台、用户及公众等的各种业务需求，将各种有价值和可用信息通过信息发布终端提供给交通管理者、出行者及公众[5]。

图2 智慧交通物联网总体架构

人、车、路、环境是交通的四大基本要素。在智慧交通架构中，四者之间依靠互联网、物联网、移动互联网等构成以车联网为中心的能够进行交通信息广泛采集和即时传输的网络，利用云存储计算、大数据、人工智能等技术对交通数据进行深度处理，并将结果进行发布，最终形成节能环保、绿色低碳、智能高效于一体的智慧交通系统。

智慧交通的顶层核心技术含物联网、云计算、大数据、移动互联网、人工智能等高新技术；底层含交通信息检测技术、处理技术、控制技术及交通地理信息采集分析处理技术等，在此不赘述。

3 车联网及其物理架构

智能车辆是集环境感知、多等级辅助驾驶、规划决策等于一体的综合系统，其融入了计算机、传感器系统、通信等[1]。其关键技术含GPS系统、智能驾驶系统、防碰撞系统、智能轮胎、钥匙、空调、玻璃、安全气囊等。它也是车联网的基本构成要素，目前在我国中高端车辆配置中较为常见。其研究主要致力于安全性、可操作性、舒适性、方便性等，以减少交通意外，降低排放等，核心在于实现无人驾驶，但同时智能车辆的上路还要结合自动公路，才能实现真正意义上的无人驾驶。所谓自动公路是指建有通信系统、监督系统等设施，并对车辆实施自动安全监测，发布相关信息以及实时自动操作的信息平台[1]。

汽车移动物联网(车联网)是智慧交通发展的高级阶段，是智慧城市的重要标识。其利用车载电子、无线射频识别(RFID)、传感网络等技术实现车辆的身份及静、动态信息采集，采用专用短程通信(DSRC)、广域无线通信实现车辆的信息互联，并通过网络监管平台完成对车辆信息的深度挖掘和综合利用[1]，对网内车辆进行监管和服务。图3所示[1]为车联网的物理架构。

图3 车联网物理架构

其中，车载终端是最核心的信息来源，由电子标签等获得车辆身份信息，车内传感网络获得实时的车辆运行和行驶信息，车载电子设备和电脑实现车-车、车-路、车辆-通信网络之间的单/双向信息传输；手机、家庭电脑或商业、公共场所电脑等终端可满足车辆使用者或公众(非在途)的服务信息要求；路侧设备以有线方式与通信网络对接，完成对车辆的感知和检测，获取车辆的个体信息，同时也可以向车辆发布有价值的信息，如交通拥堵、事故、管制等；交通诱导、信号控制等设备或系统经扩展开发，亦可参与到车联网中。数据与服务平台中心是整个系统的数据汇总中心和应用服务系统的管理中心[1]。

车联网的关键技术含标准信源、传感网络、专用短无线通信、车载计算机、广域无线通信网络、海量数据的云计算与存储等[1]。

4 结束语

智慧交通是智能交通与物联网紧密结合的产物，是云计算、大数据背景下缓解城市交通压力的时代发展手段。即用物联网激活智能要素，用云存储计算、大数据点亮交通管理智慧，用移动互联网提升信息服务水平。智慧交通的研发和建设没有固定模式，也没有成熟的技术，需要切合实际大胆创新，并借鉴国内外一些成熟的经验，做适合我国国情的物联网和智慧交通产业。

同时，智慧交通的规划与建设也是国家提升经济发展、激发经济活力的重要内容和惠民工程。在今年的两会上，李克强总理再次提出制定“互联网+”行动计划意味着“互联网+”已正式上升为国家战略。即利用互联网平台及信息通信技术，把互联网和包括传统行业在内的各行各业结合起来，在新的领域创造一种新的生态，由物联网、大数据、云计算等技术引领创新，驱动行业发展进入“新常态”[3]。 那么智慧交通的建设正是要逐渐步入这种“新常态”。在国家《车联网发展国内创新行动计划(2015-2018)》引导下，让我们团结起来共同奋斗，迎接车联网的春天到来，享受智慧交通给中国人民带来的实惠。

[1] 陈才君.智慧交通[M].北京：清华大学出版社，2015.2.

[2] 王漪.车联网春天将至[J].投资北京，2016，1：36-38.

[3] 刘睿健.浅谈智慧交通中的“互联网+”模式[J].文化教育，2015，7：2655-2656.

[4] 常锦河.我国智慧交通建设发展浅析[J].中国管理信息化，2016，6：215.

[5] 刘海峰.智能交通物联网技术与产业化[J].工程研究-跨学科视野中的工程，2014，3：20-30.

The Discussion on the Intelligent Transportation Based on the Internet of Things

Zheng Gaicheng

(TheCollegeofLightTextile,TaiyuanUniversityofTechnology,JinzhongShanxi030600,China)

From the theoretical point of view, this paper expounds the concepts and ideas of intelligent transportation, and introduces the difference and connection between the transportation of wisdom and intelligent transportation, the vehicle networking and smart city. It focuses on the system architecture of transportation of wisdom and the physical architecture of vehicle networking, and then explains the functions and core technologies of system.

intelligent transportation system; internet of things; internet of vehicles; architecture

2016-11-11

郑改成(1963- )，男，山西永济人，副教授，研究方向：计算机测量与控制。

1674- 4578(2016)06- 0051- 03

TP 39

A