《智慧交通的体系架构与发展思考_孙怀义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智慧交通的体系架构与发展思考_孙怀义（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、28 SURVEY 综述作者简介： 孙怀义 (1965-)，男，1988 年毕业于哈尔滨工业大学，学士学位，教授级高工，现任重庆市科学技术研究院信息与自动化技术研究中心副主任，主要从事可靠性设计技术与应用方面的研究。摘 要：面对城市的快速发展，本文针对当 前城市交通主要障碍和问题，提出了通过移动计算、智能识别、数据融合、云计算等技术的应用，形成智慧交通系统，实现智慧城市交通的数字化、智能化。在研究智慧交通体系架构以及数据采集与收集系统、车体控制系统、信息传输、信息存贮、处理与综合控制等子系统的功能结构的基础上，对智慧交通的发展思路进行了探讨，指出了智慧交通基础建设内容及其重要性。关键词：智能交
2、通系统；智慧交通系统；云计算；物联网Abstract:Facing the rapid development of cities, this article reviews main obstacles and problems of the current urban traffic, and proposes how to form wisdom transportation system, and how to make the wisdom city transportation digital and intelligent. The article also discusses
3、the development idea of the wisdom transportation system, which is based on the structure of wisdom transportation as well as the study of data acquisition and collection system, car body control system, information transmission, information storage, processing and comprehensive control subsystem, a
4、nd points out the importance and infrastructure content of the wisdom transportation.Key words:ITS; Wisdom transportation system; Cloud computing; Internet of things1 引言 交通发展历史体现了科技发展的历史。从以马代步，既提升了交通的速度又解决了人类步行所带来的疲劳和辛苦；为了舒适性，发明了马拉车；为了解决水上交通，发明了船舶；为了解决速度和耐力，在发动机（蒸汽轮机）发明的前提下人们又发明了汽车、火车；为了实现象鸟一样在空中飞翔的
5、梦想，人类发明了飞机；为了实现进入宇宙的梦想，人类又发明了宇宙飞船。毫无疑问，交通已经发展到了包括陆地交通 （公路交通、 铁路交通、 城市轨道交通） 、 地下交通 （地铁）、水上交通（江运、海运）、空中交通（航空、航天）高技术含量的立体全方位的交通体系，使得人类的出行便捷、快速、舒适、安全。本文主要针对目前最热也是所有城市最为头痛的城市交通问题展开讨论。2 现代城市交通面临的问题随着社会经济的不断发展，城市化进程的深入，城市人口爆炸性增长，为了满足增长人数的交通需求，城市中车辆数量随之急剧增多，最终导致城市交通遇到障碍和发展瓶颈。主要障碍和问题包括：（1）城市交通拥堵严重，导致出行时间增加，能
6、源消耗惊人据有关资料介绍，北京市一般上班族每天花在上下班路上的时间平均是两个小时。据一个公共交通倡议组织最近进行的一项研究，纽约市一些街道上 45% 的交通量来自在街区间往返的人流。另一项研究则发现，在一年当中，仅在洛杉矶市一个小商业区内，轿车在寻找停车位时的车程加起来就相当于 38 次环球旅行的路程，同时消耗 47000 加仑汽油，排放 730 吨二氧化碳，资料表明，美国的交通阻塞每年造成的损失高达 780 亿美元。道路交通控制1中表明，仅 20 世纪 70 年代，在英国一个大约具有 180 个平面交叉口的小型城市内，每年由于车辆延误造成的经济损失就达到 400 万英镑；在日本一个大约具有
7、268 个平面交叉口的小型城市内，每年由于车辆延误造成的经济损失就达到 2 亿美元；在法国巴黎，每天由于交通拥挤引起的损失时间相当于一个拥有 10 万人口的城市的日工作时间。而对于 21 世纪的今天，由于车辆的暴增，相关数据更加惊人。智慧交通的体系架构与发展思考 Ideas about Intelligent Transportation System Construction and Development重庆市科学技术研究院 孙怀义，王东强，刘斌书籍.indd 362011/10/14 12:03:06据专家测算，轿车在 7km/h 至 88km/h 的速度之间加减速 1000 次，则比匀
8、速行驶时多消耗燃油 60L，卡车则多消耗 144L。为了解决城市交通拥堵问题，地铁（向地下发展）、轻轨 （向空中发展） 、 立交桥 （立体化发展） 、 智能交通系统 （ITS）等技术和手段不断丰富和完善，一定程度缓解了城市交通难题。新加坡采用的“智能交通预测系统”由计算机化交通信号系统、电子扫描系统、城市快速路监控系统、接合式电子眼以及道路计价系统组成，在预先设定的时间段内预测交通流量，帮助交通控制人员预判管理交通流，防止交通堵塞。而瑞典斯德哥尔摩启用新智能收费系统一项，使交通量减少22%，排放物减少 12% 40%。公共交通不仅为大众的出行提供了方便，而且其经济、环保的优点具有极大的社会效益
9、。但是随着社会经济的发展，城市交通运行状况的日益恶化，导致公交系统的整体运行效率不高。为了解决上述情况，目前国内一些城市出现了专供公交车辆使用的通道，这在一定程度上提高了公共交通的运行效率，但是公交专用车道基础设施硬件成本高，原本有限的道路车行道资源更加忙闲不均，而公共交通的运行效率仍然较低。上述数据仅仅是交通拥堵和能源浪费的冰山一角。（2）交通安全问题严重，事故频发据有关统计资料显示，全世界每年死于交通事故的人数可与战争中的死亡人数相比。据统计，20 世纪因交通事故全世界共死亡 2585 万人，比第一次世界大战中死亡的人数还多。美国发动的侵越战争，10 年战争期间美军死亡共 5万人，只相当于
10、美国 20 世纪 70 年代一年交通事故死亡人数。据统计，在 20 世纪每生产 100 辆机动车平均至少要夺走 1.2人的生命。为了解决交通安全问题，从汽车本体高度重视安全性问题是基础，但行车过程的安全，车辆调度的安全、车辆运行全局控制的安全尤为重要，智能交通系统应运而生并不断发展完善。（3）噪声污染和空气污染日益严重汽车运行产生的噪声和尾气排放是当今世界最严重的污染源之一。调查资料表明，汽车尾气排放的污染物占大气污染物总量的 60% 以上；运行产生的噪声占城市环境噪声的70% 以上，特别是在汽车起动和制动过程中尤为严重。实验结果表明，汽车在起制动时排除的废气量是匀速行驶时的 7倍，产生的噪声
11、也比正常行驶时高出 7 倍。显然由于拥堵将导致频繁的起停，从而产生更多的废气和噪声，给城市环境安全带来更为严重的后果。同时，由于车辆数量的增加，城市道路被迫不断拓宽以满足车辆行驶需求，导致城市有限的土地资源和能源资源的紧张。3 智慧交通的体系架构如何解决上述障碍和问题是摆在城市交通管理者面前最为紧迫的工作任务。在我国，智能交通被定义为一个基于现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。智能交通系统简单的说就是利用先进的电子技术、通信技术、计算机和控制技术对传统的交通运输系统进行改进，从而提高交通运输的效能
12、。智能交通管理系统一定程度缓解了上述问题，但随之而来的海量数据存储与处理问题，多信号非接触传输问题、通讯规约问题等自主控制问题成为新的亟待解决的技术难题。而随着新技术的出现，智能的概念开始无法涵盖更多的应用需求而逐渐被业内质疑，专家们在智能交通系统的基础上提出了“智慧交通”的理念。充分发挥物联网技术，通过移动计算、智能识别、 数据融合、 云计算等技术的应用， 形成智慧交通系统，以期解决目前遇到的障碍和问题，并逐渐形成主流。智慧交通系统，是指将电子、信息、通讯、控制、车辆以及机械等技术融合于一体应用于交通领域并能迅速、灵活、正确地理解和提出解决方案，以改善交通状况，使交通发挥最大效能的系统。智慧
13、系统是智力体系、知识体系、方法与技能体系、非智力体系、观念与思想体系、评价体系等多个子系统构成的复杂系统。智慧交通系统体系架构如图 1 所示。图 1 智慧交通系统体系架构图智慧交通感知层主要是数据采集与收集系统以及车辆本体控制系统；网络层主要包括信息传输的方式与通讯规约；支撑层主要实现海量信息并行处理和优化以及存储资源动态配置和部署；应用层主要包括信息存贮与处理系统，综合29 SURVEY 综述SURVEY 综述书籍.indd 372011/10/14 12:03:0630 SURVEY 综述控制系统。主要系统模块包括以下几个方面。（1）数据采集与收集系统要实现绿色、环保、节能、快捷、高效的交
14、通系统，首先必须采集完整的交通信息。交通信息采集技术伴随汽车产业的发展也不断丰富和完善。早期交通信息采取一般采用环形线圈检测器、磁感应检测器等，随着技术的发展，光辐射检测器、雷达检测器、射频识别采集器等逐步进入主流领域，近年来视频检测器逐渐成为交通信息的主要检测设备和手段之一。城市交通信息主要包括城市出入口车辆通行信息、城市内部车辆通行信息、停车位信息。城市出入口车辆通行信息通过在所有出入口设置电子篱笆实施采集。城市内部车辆通行信息通过在交通要道和关键交通点设置视频检测器，获取当前该点的车辆通行信息；通过对所有停车场车辆停车位状态信息实时采集，获取停车位信息。这些信息为交通调度和智慧交通控制系
15、统提供基础信息数据。随着通讯技术的发展，GPS 导航系统进入交通领域并被广泛应用，包括车载 GPS 导航仪器、GPS 导航手机为交通信息的采集提供了便捷的途径。利用 GPS 导航系统能够采集到车辆的位置信息，为智慧交通提供最基础的信息。所有交通信息采集装置构成交通信息采集系统。由于采集的信息包括视频信息、位置信息、车辆速度信息、车辆流通量信息等多种模式，因此信息的收集、融合和处理是智慧交通最为基础也是最为重要的组成部分。（2）车体控制系统汽车车体控制是指对于诸如车门、车窗、车灯、空调、仪表盘、发动机、制动装置等汽车车身部件进行控制。汽车车身控制系统的控制对象比较多而且分布于整个车体，系统应用的
16、电子控制单元 ECU 节点安装位置分散，如前节点和仪表节点在驾驶台部位，后节点在车尾部位，左、右门节点则在左、右门部位等。汽车车体控制系统主要用于监视和控制与汽车安全相关的功能并像 CAN 和 LIN 网络的网关那样工作。负载控制可以直接来自 DBM 或者通过 CAN/LIN 与远程 ECU 通信。车身控制器通常融入了遥控开锁和发动机防盗锁止系统等 RFID 功能。电源管理：电源同 12V 或 24V 网板相连接，上 / 下调节电压以适用于 DSP、uC、存储器和 IC 及其它功能，例如驱动器 IC、LF、UHV 基站以及各种通信接口。当尝试小型、低成本且高效的设计时，由于需要多个不同的电源轨，因此电源设计就成了一项关键任务。具有低静态电流的线性稳压器有助于在待机操作模式（关闭点火）过程中减少电池漏电流，是与电池直连的器件的负载突降电压容限，需要低压降并追踪低电池曲轴操作。除了提供增强的转换效率，开关电源还为 EMI 改进提供了开关 FET 的转换率控制、跳频、用于衰减峰值光谱能量的扩频或三角测量法、低 Iq、用于电源定序和浪
