大数据背景下智能道路交通体系构建初探

黄 云 黄 诱

（1. 北海市规划局，广西 北海 536000；2. 北海市城市规划设计研究院，广西 北海 536000）

智能交通系统 （Intelligent Transportation System，简称ITS） 是指在较完善的交通硬件基础设施上，将先进的信息技术、数据通信技术、计算机处理技术和电子自动控制技术等进行综合运用于交通运输体系，从而提高交通运行效率，提供便捷服务，减少交通事故，降低环境污染。在立体交通运输体系上，铁路、飞机、水运涉及面较窄，相对容易构建独立的智能交通系统，而道路、公路交通涉及人、车、路方方面面，覆盖城市、郊野、乡村，数据量巨大，其智能交通系统构建最为复杂。在目前大数据、物联网空前快速发展的情况下，本文从解决人、车、路联系及管理运用角度出发，初步探索构建道路智能交通体系大框架 （本文所称道路泛指城市道路和公路）。

1 智能交通体系理论及存在问题

1.1 目前中国智能交通体系框架

2001年科技部正式推出《中国智能交通系统体系框架》，解决ITS体系框架“从无到有”的问题。2005年完成了《中国智能交通系统体系框架》 （第2版），在规范化、系统化、实用化等方面取得了实质性的进展。该结构包括了9个服务领域、43项服务、179项子服务等。

1.2 发展情况及存在问题

智能交通发展到今天，各个单独领域的系统非常成熟，运用广泛，深入人们日常生活，例如，部分城市交管部门建立了智能信号控制系统，高速公路建立了ETC收费系统，各停车场有自己的智能停车系统，部分公交公司也有了相关的管理系统，网约车公司有了出行APP，地图公司推进了智能导航系统。

每个系统都收集、处理大量数据，但条块化的系统间存在数据壁垒。这与当初构建中国智能交通体系时按照应用领域分成不同的组分别研究子系统有关，导致相对独立的系统信息融合、集成难，如交通管理系统中交通动态信息通过传感器感应传回，与交通信息服务体系统中车辆导航产生的定位信息未能合二为一。

ITS产生此问题的原因还在于中国智能交通体系框架在系统建立之时受制于信息的全面收集、不同系统信息融合、海量信息处理、信息的快速交换等技术约束。

解决目前智能交通体系问题的关键在于如何打破数字壁垒，将各子系统融合一体。

2 大数据、物联网发展提供新的技术支撑

大数据的Volume （大量）、Velocity （高速）、Variety （多样） 和Veracity （精确） 4V特点为快速处理海量的交通信息，为数据融合提供了可行性；快速精准传递信息，解决系统条块化问题。物联网的万物相连、相互感知的特性为人、车、路之间创建了更为及时、迅速地联系。

2016年国家发改委和交通运输部印发实施《推进“互联网+”便捷交通、促进智能交通发展的实施方案》，我国智能交通发展的总体方向和任务也基本明确，物联网、云计算、大数据、移动互联网、5G通信技术等为智能交通、数字融合、系统一体化提供了技术支撑，智能交通体系的构建必将随之进入发展新阶段和新模式。

3 大数据、物联网背景下智能道路交通体系大框架

3.1 智能道路交通体系（见表1）

思考智能道路交通体系构建，必须从最基本的也是最关键的问题着手，即解决人 （包括使用者和管理者）、车、路三者之间各要素的连接问题，使管理者更好地管理车辆运行、道路设施、指挥交通、收费等一系列事务，使车辆更智能地感知环境、执行指令，使道路设施更智能执行指令，最终达到高效、便捷移动的目标。

表1 人、车、路的要素构成

解决三者之间时时变化的海量信息交换，必须依靠大数据信息系统作为支撑，建立一个集地理信息、道路交通信息、停车信息、车辆信息、使用者信息、数据分析等于一体的大数据信息中心，以信息中心为基础建立各子系统，并围绕信息中心数据库进行互联互通，打破数字壁垒，融合使用和管理端、车载智能控制系统、智能交通信号系统等。

3.2 大数据信息中心

主要集成地理信息、道路交通信息、公交信息、停车信息、车辆信息、使用者信息等6个方面信息，并具备强大的数据分析处理能力。

地理信息方面在现有类似百度地图、高德地图等地理信息的基础上进一步强化完善，涉及交通部分的大幅提高精确度至分米级 （一般道路标线宽度为10 cm以上，因此以分米级作为允许误差）。

道路交通信息方面，完善车道属性，包括准确定位道路标线、交通标志、速度控制等信息；增加交通属性包括信号控制系统、车流数据等信息；增加经济属性，公路、道路分段分时收费标准。

公交信息方面包括公交站、公交线路、车辆调度等信息。

停车信息方面，包括停车场站立体信息、车位尺寸、空置车位数、收费标准等。

车辆信息为车辆基本的身份属性、厂品属性、运行属性等信息。

使用者信息方面重点分类确定使用者权限，不同使用者有不同使用、管理、提取、修改数据权限。系统数据分析能力提供出行者路线方案、交通管控方案、管理车辆运行安全、交通事故解决方案、记录收费里程和停车时间并计算收取相关费用等。

3.3 车

智能车载控制系统集成车辆电子身份证。智能车载控制系统主要功能是与大数据信息中心传输信息、接收指令，上传自身车辆信息；识别监测周边车辆和道路交通信息，与大数据信息中心中的相关数据印证；准确定位和行驶轨迹预判， 由传统的点定位转为车轮廓定位， 精准导航和准确行驶；记录行驶线路里程、停车时间，计算相关费用并自动缴费，以此彻底取消高速公路收费站；控制车辆行驶，接受大数据调度指挥，与同行车辆编队，缩小车间距至零，减少风阻，节省能源，配合信号控制等信息高效行驶，大幅提高道路通行能力。

3.4 路

道路的基本硬件设施和属性都准确地录入到大数据信息中心，智能信号控制设备、监控设备通过物联网与大数据信息中心相连，执行信息中心传递的信号控制方案，传输监视到的路况信息、识别的车辆信息至信息中心进行印证。

3.5 人

人与大数据信息中心联系主要通过不同的使用端口进行。

客户使用端：由大数据信息中心提供的客户使用端APP。通过APP，提取不同出行方式的时间、路径、导航、公交站点和车辆信息、预约车调度、出行费用等信息。

行政部门管理端：不同行政部门的管理端有不同权限从大数据信息中心提取数据、发布、修改信息。交警部门主管道路标志和标线和交通管控，提取道路交通及车辆信息，决策由大数据分析提交的管控方案。交通部门主管公路和交通运营，修改公路属性，包括路段收费标准等，监管公交、出租车、网约车运营信息。

企业管理端： 包括公交公司、 出租车和网约车运营公司、共享自行车运营公司、停车场管理公司、物流公司等。公交公司发布、 监控公交线路和公交车辆调度信息。出租车、网约车、共享自行车运营公司APP端接入大数据信息中心，提取和监管自有车辆信息。停车场管理公司自动发布停车位使用情况，监控车辆停车缴费情况，大数据信息中心根据停车时间计算费用，直接从账号扣除并转至停车场管理公司。智能道路交通体系如图1所示。

图1 智能道路交通体系

4 智能道路交通体系发展目标

4.1 道路交通发展可预测目标

目前大数据和物联网发展速度空前未有，应用也越来越广泛，已经形成了数据经济。随着5G通信技术、北斗高精度定位系统、无人驾驶车辆的加快运用，实现理想中的智能道路交通体系已经指日可待。未来不远，出行只需要从客户使用端发出指令，最近的共享无人驾驶车辆将来到身边接客户前往目的地，路上与同方向车辆首尾相连组成车队，根据信息中心导航指挥，快速高效运行，到达目的地后生成费用清单并自动完成缴费。车辆利用率大幅提升，节省停车位建设，城市更加绿色。

4.2 智能道路交通体系的特点

智能道路交通体系通过以下几个方面特点提供交通问题解决方案：

一是促推绿色出行方式。为适应以1～2人乘坐为主的出行需要，共享无人驾驶车会以小型车为主，空间紧凑，在道路行驶中组成首尾相连车队后相当于一辆公交车在行驶，实质上是原来大量私家车出行方式转换为可定制方向的公交车出行方式，大幅提高了公共交通出行比例。在精确定位导航下，供无人驾驶车辆的车道宽度减小2.5 m以内，减少机动车道宽度可增加步行和自行车空间，提高人们步行出行期望。

二是提供绿色经济手段来控制交通拥堵。每段道路属性都可以标定分时使用价格，通过大数据信息中心计算后，可以分段缴费给不同的收费主体，以经济手段调节城市交通。

三是提高交通运行效率。智能信号控制设备按照交通流数据分析并经交警部门确定的信号控制方案指挥，将道路交通流形成绿波，提高交叉口通行能力。智能车载控制系统控制车辆组成车队，缩小行车间距，提高运行速度的同时还提高车流密度，提高路段通行能力。车辆按照指挥提前进行交通分流，减少交通事故对交通的拥堵的影响。