大数据时代下智能交通系统的发展思考

摘要：随着大数据、云计算、人工智能等信息技术的快速发展，为解决城市交通拥堵问题，智能交通系统的规划建设也进入高速发展时期，将是未来出行和生活方式的发展方向。本文简要介绍了中国智能交通产业发展历程与趋势，在此基础上，探讨了大数据时代智能交通面临的挑战。

关键词：大数据 智能交通系统 发展历程 发展趋势

近年来，随着互联网的不断发展，大数据时代也悄然来临，大数据的存储、分析及利用已渗透到交通领域、公共服务、电子商务等各个领域。通过大数据分析人们的出行规律、消费行为、消费手段等系列活动，为各行业的规划及建设发展提出优化性建议。20世纪60年代开始，随着汽车保有量的不断增加，城市交通压力越来越大，拥堵严重，交通安全形势严峻，世界各国相继开始了智能交通的研究，技术和产品不断涌现，而大数据技术在城市交通管理、高速公路监控系统、面向车辆和出行者的智能化服务，以及交通应急和安全保障等方面已形成巨大的市场。本文重点阐述了大数据下智能交通系统的发展现状，分析了其发展趋势及面临的挑战，为后续智能交通系统的布局提供参考。

1 大数据及智能交通系统的概述

目前大数据（big data）定义说法不一，而维克托•迈尔-舍恩伯格及肯尼斯•库克耶定义大数据是由数量巨大、结构复杂、类型众多数据构成的数据集合，是基于云计算的数据处理与应用模式，通过数据的集成共享，交叉复用形成的智力资源和知识服务能力[1]。业界普遍认为大数据具有以下特征[2]：①数据量大、数据类型多。数据集合规模已由GB、TB扩展到EB和ZB，数据量巨大；数据类型包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据，而非结构化数据包罗万象，无法用数据库二维逻辑来表现。②数据实时性强。淘宝购物、地图导航、新闻事件等都需要数据的实时性。③处理速度快。处理速度越快，创造的数据价值就越大，用户的参与程度就越高，才能形成良性循环。④价值密度低。运用大数据资源分析提取有效数据，以低成本创造高价值。

智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）是未来交通系统的发展方向，是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、卫星导航与定位技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统，从而建立起一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统和服务系统[3]。智能交通系统是一个综合性系统[4]，从业务层面可以分为终端层（主要负责数据采集、服务应用等）、支撑层（主要负责数据信息的传输、计算、存储、处理等）、应用层（主要负责交通管理和服务），具体架构如图1所示，可实现对各路口、路段的车流量数据自动采集并进行智能分析，提供最佳的路口交通信号配时方案，并通过远程干预和微调，提高路口通行能力，实现通行有序化。


图1 智能交通系统架构图

智能汽车是智能交通系统的核心，通过配置先进的传感器、控制器、执行器等装置，集中运用计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，利用车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换。智慧汽车实际上是智能汽车与智能公路组成的系统，智能公路可以收集和传递交通信息，实现对车流在时间和空间上的引导、分流，避免公路堵塞；智能车辆具备智能的环境感知能力，通过与智能公路的互联互通，接收到有用的交通信息，利用人工智能及控制技术自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。

2 中国智能交通系统发展历程与趋势

2.1 智能交通系统发展历程

我国智能交通始于20世纪80年代，初期主要进行道路交通信号控制系统的研究，部分开展了城市公交系统智能调度的研究。90年代末期，随着经济的快速发展，城市交通拥堵频繁出现，国家开始重视智能交通，国内学者陆续对智能交通系统的相关技术进行研究，国内出现了智能交通相关的技术产品和企业。智能交通系统发展历程及趋势如图2所示。


图2 智能交通系统发展历程及趋势

在“十五”、“十一五”期间，国家开始了智能交通系统相关领域的科技攻关专项研究，在智能交通控制技术，交通信息数据采集、处理及协同技术，安全辅助驾驶，车载信息综合服务等技术方向上取得了一定的成绩，并率先在北上广等城市进行以智能化交通指挥、智能公交调度、综合交通信息平台为主要内容的示范工程建设，取得效果显著，此时国内智能交通系统已从探索阶段进入实质性建设阶段[5]。在城市智能交通建设方面，借助国内举办的三个大型国际活动，即2008年北京奥运会、2010年上海世博会、2010年广州亚运会，在北京建立了“奥运智能交通管理与服务综合系统”、上海建立了“世博智能交通技术综合集成系统”及广州建立了“亚运智能交通综合信息平台系统”，这些系统的建立不仅为办好国际性项目提供了技术支撑，同时改善了所在城市及其周边区域智能交通运行环境，缓解了交通拥堵，提高路网通行能力、行车速度及人们的出行效率[6]，成为智能交通行业快速发展的催化剂，各个省市开始加快智能交通建设。在高速公路方面，2007年底，我国内地已有27个省区实现了不同范围的联网，联网里程占全国高速公路通车总里程的88%。京冀唐，长江三角洲地区正逐步展开跨省区的收费系统的建设，其中北京市已经基本完成了有关建设任务。

“十二五”以来，随着城镇化建设的推进和智慧城市相关政策的落实，云计算、大数据等技术的不断成熟，智能交通行业进入了高速发展阶段。由于交通行业信息化需求复杂，覆盖面较广，调查显示目前国内从事智能交通行业的企业约有2000多家，主要集中在交通指挥类系统与设备、交通视频监控系统与设备、交通信号控制系统与设备、智能公交系统、交通信息采集发布系统与设备等11个主要细分市场。据统计智能交通产业投资额以年均25%以上的速度快速增长，2016年中国智能交通综合市场规模超过700亿[7]。智能交通行业整体的创新能力、企业的市场竞争力、技术成果的应用规模和水平，不断地提升，行业整体发展态势良好。为解决城市交通日益拥堵，城市环境不断恶化的问题，各大城市均尝试进行智能交通系统的建设。南京市建立了城市智能云交通诱导服务系统，通过综合分析人、车、路等交通影响因素，利用各类信息发布手段，为道路使用者提供最优路径引导信息和各类实时交通帮助信息服务，为众多出行者优化路径。厦门建立了智能交通控制中心和全市不停车收费系统，汇集了全市所有交通信息，实现了各部门互联互通、达到各系统协调联动，有效缓解了交通拥堵，提升了城市交通服务品质，提高了城市交通管理效益[8]。

随着大数据、云计算等新技术的发展，在智能交通领域涌现不少先进技术，如车路协同、公交优先系统、交通诱导系统、智能停车系统等，这些技术的迅速发展为智能交通的建立提供了技术支撑，同时给我们的生活带来更大的便捷。主要技术特点如下：

1）车路协同。通过各种智能传感器感知并采集各类交通及环境信息，利用远程通信技术实现车车、车路设备间的短距离通信及数据传输；利用大数据及云计算技术对采集到的数据进行处理与决策，分析各路段和区域路网的交通状态，单车工况和运行状态，同时将检测到的道路交通信息发布出去，为制定科学合理的管理决策提供依据，提供个性化服务和安全出行[9]。

2）公交优先系统。根据实时的路况信息和公交车运行信息，若有晚点公共汽车，道路交叉口的信号灯会判断是否需要对晚点的公共汽车提前给予绿灯，同时对正在交叉口内行驶的晚点公共汽车延长绿灯时间使其有足够的时间来通过交叉口；若无晚点车辆，对公交专用道中车辆速度进行引导，提高下游车辆的通行数量。

3）交通诱导系统。通过交通信息采集单元，对道路现状、交通流量及流速、道路占有率等系统所需原始数据进行采集，将该数据传输给信息处理与控制模块，完成数据的处理、存储，诱导方案制定，利用通讯系统向车载终端、电台和互联网发布交通诱导信息，引导行人和车辆避开拥挤路线，绕道稀缺路线，把原本无序的出行与交通引导成有序的状态，科学合理地使用道路，使出行与交通均匀地散布在道路、交通系统的全部时空资源内，充分发挥其效能。

4）智能停车场系统。感应卡感知车辆及持卡人进出的相关信息，通过智能终端设备对信息加以运算、处理等将其转化成人工能够辨别和判断的信号，从而实现计时收费、车辆管理等目地。

2.2 智能交通系统发展趋势

大数据、云计算等技术为智能交通系统的发展提供了强大的数据支撑，结合国家智能交通发展实施方案[10-11]，展望智能交通未来的发展趋势，主要有以下几个方面：①构建集成指挥调度、信号控制、交通监控、交通执法、车辆管理、信息发布于一体的城市智能交通管理系统。整合城市间交通数据资源，实时掌握各区间的交通情况，实现多元化、全方位的交通诱导；持续推进城市间交通的智能协调调度，实现换乘接驳间的精准对接、运动匹配及资源的高效配置。②打造涵盖主要道路、公交场站、轨道交通站点、高速路口、交通枢纽的综合交通信息平台，打破信息不对称，实现各类交通信息的开放共享，利用平台化的APP技术，可以随时随地进行交通信息查询、发布与反馈。③形成智能交通产业生态圈的跨界融合态势。随着新技术的发展和应用，为满足出行需求，提高出行效率及出行体验，将会出现旅客出行与公务商务、购物消费、休闲娱乐相互渗透的“交通移动空间”，这些服务的提供将加速交通产业生态圈的跨界融合，汽车制造业、汽车服务业、交通运营服务、互联网、信息服务、智能交通等行业的融合发展将是大趋势。

3 智能交通发展的挑战

随大数据时代的来临必然带动智能交通的发展，在快速的发展进程中还要面临诸多挑战：

1）道路交通的信息分属于公安、交通、规划、铁道、民航等不同部门，各部门都掌握大量的交通数据资源，但出于部门利益，彼此间的沟通协调及信息共享还比较困难，同时数据格式标准不一，给数据挖掘和共享带来一定的困难，交通信息资源整合的广度和深度有待扩展。

2）国内尚未建成一个能够全面掌握交通信息搜集和发布的机构或平台，无法利用现有信息资源进行高层次交通信息服务的开发，高层次的交通信息服务相关的产业环节还非常不建全；交通信息收集，开发和消费的市场机制还没有形成，没有形成包括供应商、运营商、政府和消费者间的完善的智能交通产业链。

3）智能交通数据具有私密性高、保密性强的特点，如何确保交通数据资源的安全性仍是目前关注的焦点。在数据开放的同时，加强数据的安全监管，尊重和保护相关政府部门、交通企业以及个人的机密和隐私不受侵犯。

4 结束语

实施智能交通是保证城市交通可持续发展的重要手段，是未来出行和生活方式的发展方向。本文分析了国内智能交通系统的发展现状与趋势，阐述了智能交通系统面临的挑战，为中国构建智能交通及智慧城市发展提供参考。