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第5章智能交通系統(tǒng)

本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解智能交通的基本概念，包括智能交通的產(chǎn)生背景、智能交通的定義、智能交通的架構(gòu)和特點(diǎn)。 理解智能交通與物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)內(nèi)容，包括大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)與智能交通的關(guān)系、智能交通應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)、智能交通發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的各方面需求。 了解智能交通的發(fā)展和展望，包括智能交通的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，以及智能交通的未來(lái)發(fā)展前景分析。

5.1智能交通基本概念5.1.1智能交通的產(chǎn)生背景

交通是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十分關(guān)鍵的命脈，更是一個(gè)與人們生活息息相關(guān)的問(wèn)題。無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，交通無(wú)疑是每個(gè)人日常生活的重要組成部分。早在19世紀(jì)60年代，英國(guó)倫敦安裝臂板式燃?xì)饨煌ㄐ盘?hào)燈之后，實(shí)現(xiàn)交通自動(dòng)控制和協(xié)調(diào)便成為交通管理中一個(gè)新的追求。20世紀(jì)20年代，美國(guó)開(kāi)始城市化進(jìn)程，汽車(chē)逐漸增多帶來(lái)了嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題以及環(huán)境污染和安全隱患問(wèn)題，這也是他們很早就開(kāi)始研究智能交通系統(tǒng)的動(dòng)力之一。到了20世紀(jì)50年代，美國(guó)丹佛市首次將模擬計(jì)算機(jī)以及交通檢測(cè)器成功應(yīng)用在交通信號(hào)燈控制上。十余年后，加拿大多倫多建立了世界上及時(shí)個(gè)使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，這也成為了智能交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。智能交通由此邁入了一個(gè)嶄新的階段。隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施不能滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，薄弱的交通設(shè)施與機(jī)動(dòng)車(chē)快速增長(zhǎng)的矛盾日益突出。各國(guó)幾乎面臨相同的問(wèn)題： 交通擁堵、交通事故等屢屢發(fā)生，環(huán)境污染、能源短缺問(wèn)題日趨嚴(yán)重。無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，用于解決交通問(wèn)題的投入都很大，最傳統(tǒng)的辦法就是不斷改造、擴(kuò)建交通基礎(chǔ)設(shè)施。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，雖然近年來(lái)在城市道路和高速公路的建設(shè)上取得了非常突出的成績(jī)，但交通擁堵問(wèn)題依然是當(dāng)今各個(gè)城市管理中十分棘手又急需解決的問(wèn)題。因此，在快速發(fā)展交通運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，通過(guò)信息、通信、控制協(xié)調(diào)等先進(jìn)技術(shù)解決棘手的交通問(wèn)題是優(yōu)化交通管理流程以及提高交通運(yùn)輸服務(wù)效率和水平的保障，同時(shí)也是智能交通系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

5.1.2智能交通的定義智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System, ITS)一詞指的是將通信技術(shù)和信息技術(shù)應(yīng)用于交通基礎(chǔ)設(shè)施、交通工具以及交通運(yùn)輸系統(tǒng)中，也就是對(duì)通信、信息和控制技術(shù)在運(yùn)輸系統(tǒng)中繼承應(yīng)用的統(tǒng)稱(鄒力，2012)。建立一種多方位的，實(shí)時(shí)、的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)，能夠減少交通事故的發(fā)生，緩解交通擁堵問(wèn)題，同時(shí)能夠降低能源消耗并改善環(huán)境。智能交通系統(tǒng)研究的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)交通智能化，通過(guò)各方面配合(人、車(chē)、路)實(shí)現(xiàn)大范圍高效、安全的交通環(huán)境，并提升人們的移動(dòng)性和駕駛的舒適度。智能交通實(shí)現(xiàn)的功能服務(wù)許多都是物聯(lián)網(wǎng)提供的功能，這也正是大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。5.1.3智能交通的架構(gòu)及特點(diǎn)1. 智能交通的基本架構(gòu)

智能交通系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的復(fù)雜系統(tǒng)，圍繞其目標(biāo)來(lái)看，智能交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下幾類(lèi)服務(wù)(劉云浩，2010)，并總結(jié)成圖5.1的形式。(1) 交通管理： 包括交通情況監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)收費(fèi)管理、交通協(xié)調(diào)、排放管理等。(2) 車(chē)輛安全： 包括路口安全提醒、自動(dòng)高速公路、輔助駕駛等。(3) 公共交通管理： 包括運(yùn)輸車(chē)輛追蹤、運(yùn)維車(chē)輛調(diào)度等。(4) 商業(yè)車(chē)管理： 車(chē)隊(duì)管理、貨物跟蹤、電子清算、航隊(duì)管理等。(5) 緊急情況管理： 包括丟失車(chē)輛追蹤、緊急情況響應(yīng)、無(wú)線求救支援、被盜車(chē)輛控制等。

圖5.1智能交通系統(tǒng)服務(wù)功能結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)智能交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的服務(wù)功能以及系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)特征，可以從不同角度分析智能交通系統(tǒng)的基本架構(gòu)。從系統(tǒng)組成上看，智能交通系統(tǒng)是由包括交通信息服務(wù)系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、公共交通系統(tǒng)、車(chē)輛控制系統(tǒng)、貨運(yùn)管理系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)以及緊急救援系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)組成。從信息處理流程上看，主要由交通信息采集系統(tǒng)、信息處理分析系統(tǒng)，以及信息系統(tǒng)組成對(duì)智能交通系統(tǒng)的百度百科詞條解釋進(jìn)行的歸納總結(jié)(baike.baidu.com/link?url=UgWloqCBDgLq2H7fmwmZux9R5PDjut3_62EpkBjb0P8VLvO8_XNQ3NAYnZIYTtHOMqgLLAA0de_jiW4qPvOOK)。。(1) 交通信息采集系統(tǒng)是獲取交通信息數(shù)據(jù)的主要來(lái)源。由人工輸入、GPS導(dǎo)航儀器、紅外雷達(dá)檢測(cè)器和光學(xué)檢測(cè)儀等聯(lián)網(wǎng)組成，形成高度自動(dòng)化的管理體系。(2) 信息處理分析系統(tǒng)是在獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的前提下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，從而指導(dǎo)并做出決策。包括專家系統(tǒng)、GIS應(yīng)用系統(tǒng)以及人工決策等部分組成。(3) 信息系統(tǒng)是面向社會(huì)群眾的。它通過(guò)多樣化的方式將交通信息以及交通服務(wù)信息公布給社會(huì)公眾和特殊的受眾群體，信息渠道主要由互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)、車(chē)載終端、廣播、電臺(tái)、電子情報(bào)板等組成，為人們提供更加人性化、更加便捷、更加及時(shí)的交通服務(wù)。從主體成分來(lái)看，智能交通系統(tǒng)通常包含車(chē)輛、行人、設(shè)施、服務(wù)中心等部分。(1) 車(chē)輛： 可以分為運(yùn)輸車(chē)輛、商用車(chē)輛、維護(hù)和工程車(chē)輛、緊急車(chē)輛。(2) 道路及路旁設(shè)施： 通常包括道路本身和路旁的基礎(chǔ)設(shè)施，這些設(shè)施的作用在于監(jiān)督控制、費(fèi)用征收、停車(chē)管理以及車(chē)輛檢查。(3) 行人和乘客： 主要需要個(gè)人信息訪問(wèn)服務(wù)和遠(yuǎn)程出行者的支持服務(wù)。(4) 服務(wù)中心： 主要作用在于交通管理、收費(fèi)管理、應(yīng)急管理、運(yùn)維管理、商用車(chē)輛管理、信息提供、排放管理、車(chē)隊(duì)航隊(duì)管理、數(shù)據(jù)管理等管理服務(wù)。在包括車(chē)輛、道路及路旁設(shè)施、行人及乘客和服務(wù)中心的這些主體之間相互連接，不同主體之間通過(guò)相互作用和相互通信，實(shí)現(xiàn)智能交通系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能服務(wù)。其主要通信方式分為以下四類(lèi)，如圖5.2所示。

圖5.2智能交通主體之間的通信方式

1) 車(chē)輛內(nèi)部的通信： 在車(chē)輛內(nèi)部的大量傳感器、執(zhí)行器和控制單元之間相互通信，互相連接，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛智能控制和智能感知。其主要采用的是有線通信，涵蓋了1900條線路，主要特征包括有線無(wú)線混合、生命周期長(zhǎng)、密度高、車(chē)內(nèi)有障礙物(行李、乘客等)。有線通信技術(shù)是目前的主要車(chē)內(nèi)通信方式，而像ZigBee這類(lèi)的無(wú)線通信技術(shù)是人們更加期待的通信方式。(2) 車(chē)輛之間的通信： 它要求通信簡(jiǎn)單、快速、，優(yōu)點(diǎn)在于即使有大尺寸的車(chē)輛阻擋信號(hào)也能通過(guò)AdHoc模式多跳跳出“陰影”。它的缺點(diǎn)在于協(xié)議較為復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)分割的可能性較高，并且在車(chē)輛密度低和普及率低時(shí)很難保障網(wǎng)絡(luò)的連接。(3) 車(chē)輛與路旁設(shè)施的通信： 主要使用的是短距離技術(shù)，例如在ETC系統(tǒng)中采用DSRC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不停車(chē)快速車(chē)道。除了在技術(shù)方面的要求以外，針對(duì)路旁的設(shè)施還需要考慮經(jīng)濟(jì)因素。(4) 車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施的通信： 采用的技術(shù)主要是遠(yuǎn)距離通信技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大范圍的覆蓋。例如3G、4G，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛以及行人與服務(wù)中心的連接。車(chē)輛和基礎(chǔ)設(shè)施的通信需要無(wú)線運(yùn)營(yíng)商的投資和基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)進(jìn)行支持，同時(shí)車(chē)輛應(yīng)用的通信性能也需要進(jìn)一步提高。

2. 智能交通的重要特點(diǎn)智能交通主要包括以下幾個(gè)重要的特點(diǎn)，如圖5.3所示。

圖5.3智能交通的重要特點(diǎn)

1) 安全型交通智能交通系統(tǒng)中的車(chē)輛不僅具有傳統(tǒng)的安全氣囊、緊急剎車(chē)輔助系統(tǒng)等安全設(shè)備，還能夠通過(guò)車(chē)載網(wǎng)技術(shù)使得車(chē)輛形成通信網(wǎng)絡(luò)，從而提高車(chē)輛、乘客、駕駛員以及行人的安全性。(2) 便捷型交通智能交通系統(tǒng)通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)，為人們提供了便捷的導(dǎo)航信息、道路交通狀況等信息。(3) 環(huán)保型交通智能交通系統(tǒng)能夠通過(guò)對(duì)黃標(biāo)車(chē)禁行抓拍、車(chē)輛限行控制、社會(huì)車(chē)輛違法占用公交車(chē)道抓拍等措施嚴(yán)格管理車(chē)輛行駛，實(shí)現(xiàn)減少尾氣排放污染環(huán)境，改善城市的霧霾天氣，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。(4) 高效型交通智能交通系統(tǒng)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)獲得的數(shù)據(jù)以及分析預(yù)測(cè)情況，改善路況并緩解道路擁堵，優(yōu)化人們的出行路線，實(shí)現(xiàn)交通流量化。(5) 可視化型交通智能交通系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)⑿旭傇诘缆飞系墓步煌üぞ吆蜕鐣?huì)車(chē)輛等進(jìn)行統(tǒng)一管理控制，為人們提供可視化的交通網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)圖。(6) 可預(yù)測(cè)型交通智能交通系統(tǒng)通過(guò)交通采集系統(tǒng)獲得交通數(shù)據(jù)，進(jìn)行建模分析，并能夠預(yù)測(cè)定時(shí)、定點(diǎn)位置的交通路況信息，為交通管理提供有力保障，同時(shí)為交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和改造提供重要的參考意見(jiàn)。

5.2物聯(lián)網(wǎng)與智能交通5.2.1大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)與智能交通的關(guān)系

大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)物理世界的管理、實(shí)時(shí)控制和科學(xué)決策，其核心理念是建立整個(gè)物理世界的感知網(wǎng)絡(luò)。因此，大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域上的應(yīng)用首先突出強(qiáng)調(diào)的是統(tǒng)籌考慮各類(lèi)交通運(yùn)輸方式(包括公路交通運(yùn)輸、水路交通運(yùn)輸、民航交通運(yùn)輸?shù)?的交通對(duì)象、交通運(yùn)載工具、交通基礎(chǔ)設(shè)施，搭建基礎(chǔ)感知網(wǎng)絡(luò)，與此同時(shí)，在基礎(chǔ)交通感知網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際交通需求開(kāi)發(fā)各類(lèi)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。于是，智能交通系統(tǒng)因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)在此領(lǐng)域上的應(yīng)用，將具有新的發(fā)展視野和質(zhì)的改變。在大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)下，智能交通在信息的采集量方面呈指數(shù)增長(zhǎng)，在時(shí)間方面的要求將達(dá)到毫秒級(jí)，海量數(shù)據(jù)的分析決策成為了必然要求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為新一代智能交通的發(fā)展提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐和十分廣闊的發(fā)展空間。大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能交通的發(fā)展起到了十分重要的作用。不僅如此，智能交通的發(fā)展也為物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了十分良好的發(fā)展條件。一方面，對(duì)于交通運(yùn)輸行業(yè)來(lái)說(shuō)，智能交通系統(tǒng)的發(fā)展與大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于交通領(lǐng)域上的方向保持一致，也就是應(yīng)用通信、控制、數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)等先進(jìn)方面為交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行方式和機(jī)制做出改變，并且發(fā)展更符合人們要求的智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)。這就是說(shuō)，智能交通系統(tǒng)的發(fā)展為大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)環(huán)境，引發(fā)出很多的新需求以及人們對(duì)待交通生活的新理念。另一方面，智能交通的發(fā)展必然帶動(dòng)了許多交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和改造，針對(duì)交通的各方面業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了很多技術(shù)上的革新。因此，智能交通的發(fā)展為大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用提供了許多物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)設(shè)備裝置。總的來(lái)說(shuō)，智能交通的發(fā)展與大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用相互影響。大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)新理念和新技術(shù)的不斷發(fā)展推動(dòng)了智能交通系統(tǒng)的升級(jí)前進(jìn)，而智能交通作為物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)了大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的垂直深入發(fā)展。5.2.2智能交通應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)智能交通系統(tǒng)各個(gè)要素的發(fā)展需要多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)協(xié)同構(gòu)建，包括交通信號(hào)控制、車(chē)輛導(dǎo)航、車(chē)牌號(hào)碼識(shí)別、安全閉路電視等各種交通管理系統(tǒng)和交通控制系統(tǒng)。除此之外，智能交通的發(fā)展也離不開(kāi)更加前瞻的應(yīng)用，這些應(yīng)用通過(guò)獲取實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)信息，為人們提供便捷的交通和信息服務(wù)。另外，智能交通系統(tǒng)的建模和預(yù)測(cè)技術(shù)也是改善人們交通出行的重要保障。從物聯(lián)網(wǎng)角度來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通中的應(yīng)用顯得尤為重要，因?yàn)榻煌ǔ鲂嘘P(guān)系著人們的生命安全，不可輕視。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一方面為智能交通的發(fā)展提供了更加深入的智能化： 智能交通的管理和調(diào)度能夠?qū)崿F(xiàn)道路交通基礎(chǔ)設(shè)施的更大效用，能夠在保障安全的同時(shí)更大限度提高交通流量，使人們感受到越來(lái)越便捷的交通出行，同時(shí)能夠優(yōu)化人們?cè)诔鲂袝r(shí)的出行體驗(yàn)，更加快樂(lè)出行。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為智能交通的發(fā)展提供了更加和清晰的感知： 這不僅體現(xiàn)在道路基礎(chǔ)設(shè)施中傳感器對(duì)交通流量的監(jiān)測(cè)，同時(shí)體現(xiàn)在車(chē)載傳感設(shè)備對(duì)車(chē)輛狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)。另外，車(chē)輛中的有線和無(wú)線通信技術(shù)為移動(dòng)的人們提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，讓用戶在出行的過(guò)程中隨時(shí)獲得網(wǎng)絡(luò)及周邊信息。智能交通應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)如圖5.4所示。

圖5.4智能交通應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

1. 信息精準(zhǔn)獲取技術(shù)對(duì)于交通系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，各個(gè)交通要素的運(yùn)行信息數(shù)據(jù)獲取體系的建設(shè)是重要的基礎(chǔ)性技術(shù)工作。在交通系統(tǒng)的各個(gè)部分中，雖然感知要素、身份標(biāo)識(shí)和載體不盡相同，但是感知需求十分近似。及時(shí)，在交通基礎(chǔ)設(shè)施的感知需求中，其感知信息主要有： 包括事件類(lèi)型、事件發(fā)生地點(diǎn)和發(fā)生時(shí)間等在內(nèi)的交通事件信息，包括路面性能、橋梁性能、道路尺寸等在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)信息，包括車(chē)流量、車(chē)流速度等在內(nèi)的交通運(yùn)行狀態(tài)，包括溫度、雨雪天氣、能見(jiàn)度等在內(nèi)的交通氣象、環(huán)境信息。其中，由于交通事件的發(fā)生具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，因此很難通過(guò)控制交通需求的方式來(lái)處理，只有盡早發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)事件并及時(shí)采取措施，同時(shí)為其他出行的人們提供、及時(shí)的信息，才能有效處理交通事件。另外，基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)能夠直接影響交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行順暢程度。因此，需要在公路和城市交通中感知的信息有路面災(zāi)害、橋梁狀況等； 在民航基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)中需要感知跑道狀況和機(jī)場(chǎng)狀況等； 在水路交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)中需要感知航道尺度、水路狀況等。此外，交通運(yùn)行狀態(tài)信息是實(shí)行交通控制和路線優(yōu)化的重要基礎(chǔ)。，交通氣象、環(huán)境信息是減少交通事故的重要基礎(chǔ)，也是向社會(huì)服務(wù)的重要方面。第二，在交通工具的感知需求中，感知信息的重點(diǎn)內(nèi)容是對(duì)營(yíng)運(yùn)性交通工具的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行感知。主要包括交通工具的位置信息、速度信息、行駛路徑信息，以及載客量或載貨量信息等。第三，在交通對(duì)象的感知需求中，與交通工具感知信息的重點(diǎn)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，感知重點(diǎn)是營(yíng)運(yùn)性交通工具的駕駛員，包括駕駛員的連續(xù)駕駛時(shí)間(例如是否疲勞駕駛)和駕駛員的操作信息是否得當(dāng)。同時(shí)，交通對(duì)象的感知還包括感知貨物的位置信息和貨物在運(yùn)載過(guò)程中的環(huán)境信息等，保障全程跟蹤危險(xiǎn)貨物，提供服務(wù)水平和效率。針對(duì)以上的感知需求，一系列傳感技術(shù)因此應(yīng)用在交通領(lǐng)域。這些關(guān)鍵技術(shù)很多都是基于傳感器的交通信息感知技術(shù)。主要包括： 交通動(dòng)態(tài)信息實(shí)時(shí)采集技術(shù)，交通基礎(chǔ)設(shè)施信息實(shí)時(shí)采集技術(shù)，氣象、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息采集技術(shù)，交通工具信息采集技術(shù)等。下面對(duì)智能交通中不同業(yè)務(wù)中的感知技術(shù)進(jìn)行具體介紹。在交通領(lǐng)域基礎(chǔ)設(shè)施的感知技術(shù)中，針對(duì)不同業(yè)務(wù)需求使用了不同的傳感技術(shù)。包括交通事件的感知技術(shù)、交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的感知技術(shù)、交通運(yùn)行狀態(tài)的感知技術(shù)，以及氣象、環(huán)境信息的感知技術(shù)、交通對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)信息采集技術(shù)、交通工具運(yùn)行狀態(tài)的信息采集技術(shù)。交通事件上的感知技術(shù)裝置主要是指用于采集交通事件的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)以及類(lèi)型等基本信息的視頻采集設(shè)備，它比較直觀，并且安裝和維護(hù)都較為方便。基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)也使用了多種傳感技術(shù)。在公路和城市中，使用路面智能檢測(cè)車(chē)，它主要使用了圖像采集和識(shí)別、激光測(cè)量、基于視覺(jué)角度的感知等自動(dòng)測(cè)量和分析技術(shù)，來(lái)對(duì)路面的損壞情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)進(jìn)行分析處理； 在隧道中，主要通過(guò)使用壓力傳感器、激光測(cè)量，以及引伸計(jì)和圖像采集等技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)隧道的壓力和變形情況； 在橋梁中，主要使用加速振動(dòng)測(cè)量設(shè)備、傾角儀、激光圖像測(cè)量?jī)x等技術(shù)來(lái)滿足橋梁的不同測(cè)量要求； 在機(jī)場(chǎng)中，主要采用視頻識(shí)別、紅外線感應(yīng)等測(cè)量和分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)施的自動(dòng)感知。在交通運(yùn)行狀態(tài)的感知技術(shù)中，主要是交通流信息的采集和測(cè)量技術(shù)。在公路或者城市交通中，主要使用地磁線圈、雷達(dá)、壓電、視頻等技術(shù)，但是每種技術(shù)均存在一定的缺點(diǎn)，例如傳感器的價(jià)格較高、而視頻在能見(jiàn)度較低時(shí)的拍攝效果較差； 在水路交通的感知技術(shù)中，測(cè)量船舶流量的主要技術(shù)是雷達(dá)和視頻技術(shù)，其中視頻技術(shù)可以同時(shí)檢測(cè)事件和交通流，并且由于其直觀、維護(hù)工作較容易的特點(diǎn)，在水路交通中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在交通對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)信息的采集技術(shù)中，目前應(yīng)用較為成熟的當(dāng)然是利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物標(biāo)簽信息的讀取，同時(shí)可以采用GPS等衛(wèi)星定位技術(shù)獲取貨物的實(shí)時(shí)地理位置。另外，對(duì)貨物運(yùn)載環(huán)境狀況的自動(dòng)感知技術(shù)主要是使用無(wú)紙記錄儀、濕敏電容、溫敏電阻等關(guān)鍵技術(shù)。但是目前對(duì)于駕駛員的持續(xù)駕駛時(shí)間和操作情況控制的感知技術(shù)還比較缺乏，這是在智能交通中需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了對(duì)眼睛眨眼頻率、眼睛閉合或運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)器等，但是大部分仍然處在實(shí)驗(yàn)?zāi)M階段，距離實(shí)際廣泛應(yīng)用還存在一定距離。在交通工具運(yùn)行狀態(tài)的信息采集技術(shù)中，主要包括三個(gè)方面的感知技術(shù)。一是對(duì)交通工具基本信息進(jìn)行采集，主要使用GPS和北斗等衛(wèi)星定位技術(shù)獲取交通工具的行駛路徑、速度、位置等； 二是使用車(chē)載傳感器技術(shù)獲得交通工具的當(dāng)前實(shí)時(shí)性能信息的采集，例如壓力傳感器、溫度傳感器等； 三是對(duì)載貨量或者載客量的實(shí)時(shí)感知技術(shù)，存在著大量的人為因素使實(shí)現(xiàn)感知信息采集變得復(fù)雜。2. 網(wǎng)絡(luò)傳輸關(guān)鍵技術(shù)在交通運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中，按照網(wǎng)絡(luò)通信的對(duì)象和網(wǎng)絡(luò)通信范圍的大小，交通物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括兩種類(lèi)型： 一類(lèi)是短距離組網(wǎng)和通信技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)交通工具、交通基礎(chǔ)設(shè)施，以及交通對(duì)象之間的通信、數(shù)據(jù)交換和感知。另一類(lèi)技術(shù)是遠(yuǎn)距離組網(wǎng)和通信技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)的是交通信息與數(shù)據(jù)中心之間的傳輸和感知，它能夠?qū)崿F(xiàn)交通要素之間的遠(yuǎn)距離傳輸信息。具體來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)層的主要作用包括兩點(diǎn)： 一是將各類(lèi)交通要素接入網(wǎng)絡(luò)，接入方式包括WLAN、藍(lán)牙(Bluetooth)、3G/4G網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等。二是能夠在傳輸過(guò)程中依靠互聯(lián)網(wǎng)、電視網(wǎng)等完成交通感知信息的遠(yuǎn)距離傳輸。根據(jù)以上的交通物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類(lèi)型和網(wǎng)絡(luò)需求及網(wǎng)絡(luò)層作用，在交通領(lǐng)域中使用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括交通對(duì)象交互通信技術(shù)和無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)兩大技術(shù)。(1) 交通對(duì)象交互通信技術(shù)交互通信技術(shù)是交通對(duì)象和交通對(duì)象的基礎(chǔ)設(shè)施之間通信組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。由于其涉及了多門(mén)學(xué)科，因此在研究交通對(duì)象通信技術(shù)時(shí)既需要通信技術(shù)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)還需要對(duì)交通系統(tǒng)中的各個(gè)要素的特性具有一定的了解。在交互通信技術(shù)的研究中，交通對(duì)象通信的研究具有十分豐富的內(nèi)容。就目前的交通對(duì)象通信技術(shù)的研究來(lái)看，已經(jīng)在車(chē)與車(chē)之間、車(chē)與道路之間、船與船之間的通信有了初步的研究進(jìn)展。在車(chē)車(chē)之間的通信中，主要的難點(diǎn)存在于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)上，研究者根據(jù)通信領(lǐng)域的移動(dòng)自組網(wǎng)(Mobile Adhoc network)，提出了一個(gè)叫做車(chē)輛自組網(wǎng)(Vehicular Adhoc network)的概念。車(chē)輛自組網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領(lǐng)域中的一種重要應(yīng)用，它是移動(dòng)自組網(wǎng)和傳感器技術(shù)應(yīng)用在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的具體表現(xiàn)(楊濤等，2012)。車(chē)路通信系統(tǒng)是車(chē)聯(lián)網(wǎng)的通信鏈路保障，而車(chē)路通信主要利用基于專用短程通信(DSRC)技術(shù)、ZigBee、超寬帶(UWB)、藍(lán)牙等的車(chē)路通信系統(tǒng)，它能夠大幅度降低通信延遲，保障網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁變化的車(chē)輛的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，為車(chē)車(chē)、車(chē)路間提供了穩(wěn)定、高效的通信服務(wù)。AdHoc是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的模式，也就是分布式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它是由移動(dòng)主機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)(臧婉瑜，2002)。AdHoc網(wǎng)絡(luò)是用來(lái)描述特殊的自組織對(duì)等式多跳移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)省去了靠路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包和靠AP轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，只要安裝了無(wú)線網(wǎng)卡，任何計(jì)算機(jī)都可以為其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)彼此之間的無(wú)線互聯(lián)，換句話說(shuō)，就是每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有平等的地位，并且在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，也不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性造成很大影響。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)建立點(diǎn)到點(diǎn)連接，其他計(jì)算機(jī)通過(guò)這個(gè)連接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。其特點(diǎn)包括無(wú)中心、自組織、多跳路由、動(dòng)態(tài)拓?fù)涞取Ｓ捎谄渚W(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的連接方式和特點(diǎn)，AdHoc應(yīng)用的主要領(lǐng)域有軍事通信、傳感器網(wǎng)絡(luò)、緊急應(yīng)用、個(gè)人通信。UWB是無(wú)載波通信技術(shù)的一種，它是一種短距無(wú)線接入技術(shù)，通過(guò)利用納秒至微秒級(jí)非正弦波窄脈沖，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。與此同時(shí)，在較寬頻譜上傳送功率極低的信號(hào)能夠使得傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，在10米左右之內(nèi)能夠達(dá)到每秒數(shù)百兆比特至數(shù)吉比特的傳輸率。其主要特點(diǎn)包括十分強(qiáng)大的抗干擾性能、數(shù)據(jù)傳輸速率高、保密性好、消耗電能小、帶寬極寬等。主要應(yīng)用在室內(nèi)通信、家庭網(wǎng)絡(luò)、安全檢測(cè)、高速無(wú)線WLAN等。DSRC的全稱是Dedicated Short Range Communications，中文名稱為專用短程通信技術(shù)。它是一種無(wú)線通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在數(shù)十米左右識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)目標(biāo)和雙向通信，具有很強(qiáng)的高效性。專用短程通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括不停車(chē)收費(fèi)、出入控制、車(chē)輛識(shí)別等，目前智能交通系統(tǒng)中應(yīng)用較為成熟的便是ETC以及集裝箱等貨物識(shí)別的AVI。通過(guò)使用DSRC技術(shù)，人們的出行效率和便捷程度得到了很大提高。(2) 交通對(duì)象無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)交通對(duì)象的無(wú)線組網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要特征，它是針對(duì)不同交通對(duì)象的類(lèi)型和功能需求，研究不同的交通對(duì)象組網(wǎng)方式。交通對(duì)象的無(wú)線組網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)交通對(duì)象之間的局部組網(wǎng)，在交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的IPv4只是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，在技術(shù)上很難滿足，IPv6技術(shù)在技術(shù)協(xié)議、通信等方面能夠達(dá)到要求。不僅如此，在交通物聯(lián)網(wǎng)中，交通對(duì)象和交通工具的移動(dòng)性和流動(dòng)性很強(qiáng)，信息的傳輸距離很長(zhǎng)，傳輸范圍也很廣，因此需要高速的路由解析速度、高速的連接建立速度，同時(shí)必須使用專用的交通無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、高速公路光纖網(wǎng)絡(luò)與公用的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，才能確保大規(guī)模交通信息的高效、穩(wěn)定地傳輸。IPv4，是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的第四版，也是及時(shí)個(gè)被廣泛使用，構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基石的協(xié)議，其主要限制是不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)名制。由于IP地址空間不足以及IP資源的共用，導(dǎo)致了IPv6的發(fā)展。IPv6技術(shù)的全稱是Internet Protocol Version 6，意思是用于替代當(dāng)前版本IPv4的下一代IP協(xié)議，其中，Internet Protocol意思為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。IPv6簡(jiǎn)化了報(bào)文的頭部格式，加快了傳輸速度，提高吞吐量的同時(shí)提高了安全性。它能夠擴(kuò)展到實(shí)現(xiàn)任意事物間的對(duì)話，不僅滿足了人類(lèi)的服務(wù)需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了包括汽車(chē)、傳感器、電器等多種設(shè)備在內(nèi)的服務(wù)需求，在不斷降低成本之后能夠不斷推廣使用，遍布尋常百姓家。3. 智能處理技術(shù)交通運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)體系的核心建設(shè)內(nèi)容之一就是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交通系統(tǒng)狀態(tài)的管理、分析、再現(xiàn)，這就需要針對(duì)交通系統(tǒng)的特點(diǎn)建設(shè)智能的綜合信息管理平臺(tái)。因此，交通系統(tǒng)中的綜合處理體系建設(shè)是交通領(lǐng)域重要的技術(shù)研發(fā)工作。目前，交通領(lǐng)域中應(yīng)用了多種智能處理技術(shù)。(1) 公路運(yùn)輸領(lǐng)域的典型智能處理技術(shù)在公路運(yùn)輸領(lǐng)域中，應(yīng)用的典型智能處理技術(shù)包括突發(fā)事件檢測(cè)技術(shù)和收費(fèi)數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)。突發(fā)事件視頻檢測(cè)技術(shù)能夠廣泛用于高速公路、國(guó)道、橋梁等多種路段，通過(guò)監(jiān)測(cè)獲得車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并交與有關(guān)部分進(jìn)行處理。突發(fā)事件的檢測(cè)技術(shù)是對(duì)車(chē)輛檢測(cè)和跟蹤的技術(shù)，它是一種基于視覺(jué)的檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)將攝像頭(見(jiàn)圖5.5)采集的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的圖像，再對(duì)數(shù)字化圖像進(jìn)行分析和處理。在此過(guò)程中采用的技術(shù)包括圖像預(yù)處理技術(shù)、圖像背景提取技術(shù)、多目標(biāo)識(shí)別技術(shù)等，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄和分析。同時(shí)，能夠針對(duì)突發(fā)事件實(shí)施報(bào)警和救援工作。另外一個(gè)應(yīng)用在道路交通中的典型智能處理技術(shù)是收費(fèi)數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)，它是在完善高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)管理中主要采用的一項(xiàng)智能處理技術(shù)。可以親身體會(huì)到，我國(guó)高速公路的里程數(shù)量在不斷增加，原來(lái)的人工收費(fèi)表現(xiàn)出十分明顯的低效性，當(dāng)很多車(chē)輛聚集在收費(fèi)口時(shí)，單純的人工收費(fèi)會(huì)帶來(lái)道路交通的更加擁堵，這也是完善高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的必要性之一。聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)從人工收費(fèi)發(fā)展到了半自動(dòng)化、自動(dòng)化收費(fèi)、不停車(chē)收費(fèi)(見(jiàn)圖5.6)，部分城市已經(jīng)建立了對(duì)收費(fèi)數(shù)據(jù)的集中處理和存儲(chǔ)的收費(fèi)管理中心。高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)是一個(gè)完整的封閉系統(tǒng)，不僅包含常規(guī)交通信息采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，還包括車(chē)輛牌照、進(jìn)出口、車(chē)載重信息、行駛路徑信息等特有數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)的應(yīng)用角度出發(fā)，挖掘收費(fèi)數(shù)據(jù)，分析用戶關(guān)心的內(nèi)容，獲得交通決策所需要的數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)分析高速公路路網(wǎng)交通流、構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)等。