鄭改成

(太原理工大學(xué)輕紡工程學(xué)院，山西 晉中 030600)

物聯(lián)網(wǎng)下的智慧交通論述

鄭改成

(太原理工大學(xué)輕紡工程學(xué)院，山西 晉中 030600)

從理論的角度出發(fā)，闡述了智慧交通的概念和理念，同時(shí)介紹了智慧交通與智能交通、車聯(lián)網(wǎng)及智慧城市的區(qū)別與聯(lián)系等。重點(diǎn)闡述了智慧交通的系統(tǒng)架構(gòu)和車聯(lián)網(wǎng)的物理架構(gòu)，并對其功能和核心技術(shù)作了說明。

智能交通；智慧交通；物聯(lián)網(wǎng)；車聯(lián)網(wǎng)；架構(gòu)

1 概述

1) 智慧交通的概念的提出

交通是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的紐帶，是城市生活的重要環(huán)節(jié)，其發(fā)展水平體現(xiàn)了城市的現(xiàn)代化程度。當(dāng)今日下，信息技術(shù)(IT)的飛速發(fā)展加速或帶動(dòng)城市交通快速步入新的時(shí)期，“互聯(lián)網(wǎng)+交通模式”已成為機(jī)動(dòng)車輛和交通道路新的制造和建設(shè)目標(biāo)。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、云存儲(chǔ)計(jì)算、大數(shù)據(jù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的應(yīng)用，交通部制定了國家十二五發(fā)展規(guī)劃《交通運(yùn)輸行業(yè)智能交通發(fā)展戰(zhàn)略(2012-2020)》，明確提出至2020年，我國要基本形成適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)要求的智能交通體系，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域大規(guī)模的智能交通集成應(yīng)用和協(xié)同運(yùn)行[1]；2015年世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)在烏鎮(zhèn)召開，國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃也被提上日程，工信部隨即發(fā)布《車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2015-2020)》，在頂層設(shè)計(jì)上，全面推動(dòng)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)制定，為整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)和智慧交通的發(fā)展指明方向，同時(shí)推動(dòng)基于車聯(lián)網(wǎng)下的無人駕駛技術(shù)研發(fā)[2]，這也是專家學(xué)者們夢寐以求的理想，即新一代的綜合交通體系概念——智慧交通。

2) 智慧交通的概念和理念

中國城市網(wǎng)的定義是：智慧交通是現(xiàn)代信息技術(shù)與交通運(yùn)輸領(lǐng)域深度滲透和融合的產(chǎn)物。將傳感器嵌入和裝備到公路、橋梁、隧道、航道、港口、車站、載運(yùn)工具等交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施和要素中，互相連接，形成物聯(lián)網(wǎng)，再與通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合與交互；比特網(wǎng)的定義是：智慧交通是在交通領(lǐng)域中充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)控制、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)對交通管理、運(yùn)輸、公眾出行等交通領(lǐng)域全方位以及交通建設(shè)全過程進(jìn)行管控支撐，使交通系統(tǒng)在區(qū)域、城市甚至更大的時(shí)空范圍內(nèi)具備感知、互聯(lián)、分析、預(yù)測、控制等能力，以充分保障交通安全、發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施效能，提升交通系統(tǒng)運(yùn)行效率和管理水平，為公眾出行暢通和可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)[1]。相對來說，筆者更傾向于比特網(wǎng)的定義，但同時(shí)也有著自己的理解。這就是：先有智能，后有智慧。智慧交通是對當(dāng)下已有的、孤立的、智能或半智能的交通運(yùn)載工具、路側(cè)設(shè)備進(jìn)行資源整合、改造、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，并聯(lián)網(wǎng)通信，其次才是采用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式施以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)無線通信、人工智能、現(xiàn)代控制等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人、車、路和環(huán)境四位一體的復(fù)合體。形象地說，也就是給整合后的智能交通系統(tǒng)安裝上“大腦”和“感知”、“控制”等系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智慧。那么問題就來了，人的大腦的智慧是無窮無盡的，因此說智慧交通的發(fā)展也是沒有邊際的，同時(shí)也是任重而道遠(yuǎn)的。

智慧交通的建設(shè)和服務(wù)對象最終是人和社會(huì)，因此其理念或者出發(fā)點(diǎn)應(yīng)該是以人為本、可持續(xù)發(fā)展、提高出行效率和管理水平，以更精確的信息在更廣的時(shí)空范圍內(nèi)構(gòu)建人性化、智能化、立體化的交通體系[1]。

3) 智能和智慧交通的區(qū)別與聯(lián)系

自從有了計(jì)算機(jī)之后，就有了智能交通(ITS，Intelligent Transportion System)的概念。其實(shí)質(zhì)是在較為完善的傳統(tǒng)的道路設(shè)施基礎(chǔ)上，將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)運(yùn)用于交通設(shè)備，是對傳統(tǒng)的交通設(shè)備進(jìn)行改造，形成的智能化運(yùn)輸系統(tǒng)。但其中的各個(gè)子系統(tǒng)之間是孤立的，無信息共享與交換，更無聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)的運(yùn)用。其與智慧交通有著諸多區(qū)別：①智能交通是以“控制”為核心，為被動(dòng)服務(wù)模式，智慧交通的核心是“智慧”，是主動(dòng)服務(wù)模式；②理念上，智慧交通不僅僅是高新技術(shù)的應(yīng)用，而是暢通無阻的理想、綠色高效的愿景，智能是以信息收集、處理分析及利用為主線，為交通參與者提供多樣性服務(wù)；③關(guān)注點(diǎn)方面，智能關(guān)注的是信息采集與傳遞，而智慧更多關(guān)注信息交流分析，知識(shí)或規(guī)律發(fā)展及決策反應(yīng)等；④目標(biāo)不同。智能以電子化/網(wǎng)絡(luò)化為目標(biāo)，而智慧交通是利用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)以功能自動(dòng)化和決策支持的目標(biāo)；⑤實(shí)質(zhì)不同。智能是用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)手工流程操作，而智慧則是對智能的升級，以“智慧”技術(shù)取代傳統(tǒng)的某些需要人工判斷和決策的任務(wù)，使達(dá)到最優(yōu)化；⑥結(jié)果不同。智能是數(shù)據(jù)的累積與傳遞，而智慧是數(shù)據(jù)的利用與開發(fā)，用結(jié)果去實(shí)現(xiàn)功能以完成任務(wù)[1]。

智慧交通是在智能交通基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，即“智能”包含于“智慧”?！爸腔邸笔窃凇爸悄堋钡谋粍?dòng)基礎(chǔ)上更多地融入“人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)”等高新技術(shù)而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)的。沒有“智能”也就沒有“智慧”，“智能”是“智慧”的基礎(chǔ)，是先決條件，“智慧”是對“智能”的系統(tǒng)升級而形成的一套完整的交通運(yùn)輸管理體系。

4) 智慧交通與車聯(lián)網(wǎng)之間的關(guān)系

車聯(lián)網(wǎng)，即汽車移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)。是利用車載電子、標(biāo)準(zhǔn)信源、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛信息采集，通過RFID、DSRC(專用短程通信)、GPS、廣域無線通信等技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛的信息互聯(lián)，并通過操作管理平臺(tái)完成對車輛的靜、動(dòng)態(tài)信息的深度挖掘，而實(shí)現(xiàn)對車輛的監(jiān)管和綜合服務(wù)。在此，“聯(lián)網(wǎng)”的內(nèi)含包括“人-人”、“車-車”、“車-路”、“車-信息平臺(tái)”等層面的雙向通信[1]。

可知，車聯(lián)網(wǎng)其實(shí)就是對智能車輛的升級與聯(lián)網(wǎng)，理所當(dāng)然，升級后的“智能車輛”應(yīng)該稱為“智慧車輛”?！爸腔圮囕v及無人駕駛”是車輛發(fā)展的終極目標(biāo)，而車聯(lián)網(wǎng)是智慧交通中車輛發(fā)展的最終目標(biāo)[1]，是智慧交通的主體要素構(gòu)成。

5) 智慧交通與智慧城市之間的關(guān)系

智慧城市是集城市數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、精準(zhǔn)化、智能化的信息復(fù)合體，是數(shù)字城市、無線城市、智能城市、生態(tài)城市、低碳城市等的綜合體。其包括智慧的交通、建筑、政務(wù)、醫(yī)療、家居、社區(qū)、商務(wù)、旅游等，是城市發(fā)展的高級階段。而智慧交通則是智慧城市走向現(xiàn)實(shí)的突破口，是智慧城市的典型象征。據(jù)資料顯示，目前公眾對智慧城市最關(guān)注的三個(gè)領(lǐng)域分別為智慧政務(wù)、智慧交通和智慧公共服務(wù)。而智慧交通在國家的大力推動(dòng)下，是有望率先突破的領(lǐng)域，也是目前最具備發(fā)展條件和最能起到立竿見影效果的領(lǐng)域[1]。

智能車輛、智能交通、智慧車輛、智慧交通及智慧城市之間的遞進(jìn)關(guān)系可用圖1來說明。

圖1 智能交通、智慧交通、智慧城市之間的遞進(jìn)層次

1 我國發(fā)展智慧交通的必要性

我國是人口大國，城鎮(zhèn)化進(jìn)程速度較快，人多、車多、道路基礎(chǔ)設(shè)施差，自然而然會(huì)造成交通繁忙與擁堵，使得物流運(yùn)輸速度低下及公眾出行效率降低，而且直接導(dǎo)致能源消耗過大、環(huán)境污染、交通事故頻發(fā)等后果。眾所周知，首都北京是我國霧霾的首發(fā)城市之一，其中車多、尾氣排放量大、停車時(shí)間長導(dǎo)致化學(xué)能源消耗過大是其中的主要原因；其次北京的交通擁堵則是見怪不怪的情形。據(jù)IBM《全球交通痛苦指數(shù)報(bào)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，國內(nèi)其它的大中型城市的交通狀況也很不樂觀。由前述可知，智慧交通的建設(shè)及完善可大大改觀這一現(xiàn)象，其出發(fā)點(diǎn)和本意也充分考慮到這一點(diǎn)。

我國政府早在十一五、十二五規(guī)劃中，已將智慧交通納入國家戰(zhàn)略發(fā)展綱要，一些發(fā)達(dá)城市智慧交通的建設(shè)已具備雛形，盡管如此，由于道路基礎(chǔ)設(shè)施落后，周邊環(huán)境復(fù)雜，改造成本很高，而影響發(fā)展速度。另外，智慧交通的建設(shè)在技術(shù)和體制層面仍需突破[4]，多數(shù)情況下，必須政府助力，才能真正使智慧交通的建設(shè)落到實(shí)處，有序推進(jìn)。

2 智慧交通的架構(gòu)及核心技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)支撐下，智慧交通總體架構(gòu)如圖2所示[5]?？芍腔劢煌ㄊ且粋€(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，實(shí)施過程需要分步、有序、穩(wěn)健地向前推進(jìn)，其各個(gè)層次之間的關(guān)系不再贅述。但整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，感知層對交通流量、人、車、路、環(huán)境等全面感知，網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)車-路、車-車、人-車、人-環(huán)境等短程通信，并將數(shù)據(jù)匯總到云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對感知層交通數(shù)據(jù)的融合、分析、挖掘與共享，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供必要的交通信息數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)層是滿足指揮平臺(tái)、用戶及公眾等的各種業(yè)務(wù)需求，將各種有價(jià)值和可用信息通過信息發(fā)布終端提供給交通管理者、出行者及公眾[5]。

圖2 智慧交通物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)

人、車、路、環(huán)境是交通的四大基本要素。在智慧交通架構(gòu)中，四者之間依靠互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等構(gòu)成以車聯(lián)網(wǎng)為中心的能夠進(jìn)行交通信息廣泛采集和即時(shí)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，利用云存儲(chǔ)計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)對交通數(shù)據(jù)進(jìn)行深度處理，并將結(jié)果進(jìn)行發(fā)布，最終形成節(jié)能環(huán)保、綠色低碳、智能高效于一體的智慧交通系統(tǒng)。

智慧交通的頂層核心技術(shù)含物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等高新技術(shù)；底層含交通信息檢測技術(shù)、處理技術(shù)、控制技術(shù)及交通地理信息采集分析處理技術(shù)等，在此不贅述。

3 車聯(lián)網(wǎng)及其物理架構(gòu)

智能車輛是集環(huán)境感知、多等級輔助駕駛、規(guī)劃決策等于一體的綜合系統(tǒng)，其融入了計(jì)算機(jī)、傳感器系統(tǒng)、通信等[1]。其關(guān)鍵技術(shù)含GPS系統(tǒng)、智能駕駛系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)、智能輪胎、鑰匙、空調(diào)、玻璃、安全氣囊等。它也是車聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)成要素，目前在我國中高端車輛配置中較為常見。其研究主要致力于安全性、可操作性、舒適性、方便性等，以減少交通意外，降低排放等，核心在于實(shí)現(xiàn)無人駕駛，但同時(shí)智能車輛的上路還要結(jié)合自動(dòng)公路，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人駕駛。所謂自動(dòng)公路是指建有通信系統(tǒng)、監(jiān)督系統(tǒng)等設(shè)施，并對車輛實(shí)施自動(dòng)安全監(jiān)測，發(fā)布相關(guān)信息以及實(shí)時(shí)自動(dòng)操作的信息平臺(tái)[1]。

汽車移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)(車聯(lián)網(wǎng))是智慧交通發(fā)展的高級階段，是智慧城市的重要標(biāo)識(shí)。其利用車載電子、無線射頻識(shí)別(RFID)、傳感網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛的身份及靜、動(dòng)態(tài)信息采集，采用專用短程通信(DSRC)、廣域無線通信實(shí)現(xiàn)車輛的信息互聯(lián)，并通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺(tái)完成對車輛信息的深度挖掘和綜合利用[1]，對網(wǎng)內(nèi)車輛進(jìn)行監(jiān)管和服務(wù)。圖3所示[1]為車聯(lián)網(wǎng)的物理架構(gòu)。

圖3 車聯(lián)網(wǎng)物理架構(gòu)

其中，車載終端是最核心的信息來源，由電子標(biāo)簽等獲得車輛身份信息，車內(nèi)傳感網(wǎng)絡(luò)獲得實(shí)時(shí)的車輛運(yùn)行和行駛信息，車載電子設(shè)備和電腦實(shí)現(xiàn)車-車、車-路、車輛-通信網(wǎng)絡(luò)之間的單/雙向信息傳輸；手機(jī)、家庭電腦或商業(yè)、公共場所電腦等終端可滿足車輛使用者或公眾(非在途)的服務(wù)信息要求；路側(cè)設(shè)備以有線方式與通信網(wǎng)絡(luò)對接，完成對車輛的感知和檢測，獲取車輛的個(gè)體信息，同時(shí)也可以向車輛發(fā)布有價(jià)值的信息，如交通擁堵、事故、管制等；交通誘導(dǎo)、信號(hào)控制等設(shè)備或系統(tǒng)經(jīng)擴(kuò)展開發(fā)，亦可參與到車聯(lián)網(wǎng)中。數(shù)據(jù)與服務(wù)平臺(tái)中心是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總中心和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的管理中心[1]。

車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)含標(biāo)準(zhǔn)信源、傳感網(wǎng)絡(luò)、專用短無線通信、車載計(jì)算機(jī)、廣域無線通信網(wǎng)絡(luò)、海量數(shù)據(jù)的云計(jì)算與存儲(chǔ)等[1]。

4 結(jié)束語

智慧交通是智能交通與物聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，是云計(jì)算、大數(shù)據(jù)背景下緩解城市交通壓力的時(shí)代發(fā)展手段。即用物聯(lián)網(wǎng)激活智能要素，用云存儲(chǔ)計(jì)算、大數(shù)據(jù)點(diǎn)亮交通管理智慧，用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)提升信息服務(wù)水平。智慧交通的研發(fā)和建設(shè)沒有固定模式，也沒有成熟的技術(shù)，需要切合實(shí)際大膽創(chuàng)新，并借鑒國內(nèi)外一些成熟的經(jīng)驗(yàn)，做適合我國國情的物聯(lián)網(wǎng)和智慧交通產(chǎn)業(yè)。

同時(shí)，智慧交通的規(guī)劃與建設(shè)也是國家提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展、激發(fā)經(jīng)濟(jì)活力的重要內(nèi)容和惠民工程。在今年的兩會(huì)上，李克強(qiáng)總理再次提出制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃意味著“互聯(lián)網(wǎng)+”已正式上升為國家戰(zhàn)略。即利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及信息通信技術(shù)，把互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來，在新的領(lǐng)域創(chuàng)造一種新的生態(tài)，由物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)引領(lǐng)創(chuàng)新，驅(qū)動(dòng)行業(yè)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”[3]。 那么智慧交通的建設(shè)正是要逐漸步入這種“新常態(tài)”。在國家《車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展國內(nèi)創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2015-2018)》引導(dǎo)下，讓我們團(tuán)結(jié)起來共同奮斗，迎接車聯(lián)網(wǎng)的春天到來，享受智慧交通給中國人民帶來的實(shí)惠。

[1] 陳才君.智慧交通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.2.

[2] 王漪.車聯(lián)網(wǎng)春天將至[J].投資北京，2016，1：36-38.

[3] 劉睿健.淺談智慧交通中的“互聯(lián)網(wǎng)+”模式[J].文化教育，2015，7：2655-2656.

[4] 常錦河.我國智慧交通建設(shè)發(fā)展淺析[J].中國管理信息化，2016，6：215.

[5] 劉海峰.智能交通物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化[J].工程研究-跨學(xué)科視野中的工程，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

鄭改成(1963- )，男，山西永濟(jì)人，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)測量與控制。

1674- 4578(2016)06- 0051- 03

TP 39

A