毕业论文-智能交通方案与对策研究

市智能交通方案与对策研究

专业：交通运输

班级：19级交通运输1班

摘要 (1)

引言 (3)

1 智能交通系统 (5)

1.1 智能交通系统的概念与组成 (5)

1.2 国外城市智能交通系统发展现状 (5)

1.3 国内城市智能交通系统发展现状 (6)

1.4 国内外出行者信息服务发展启示 (7)

2 市智能交通系统 (8)

2.1 市城市交通发展现状 (8)

2.2 市城市智能交通发展现状 (11)

2.3 市信息服务存在的问题 (12)

3 市出行者信息服务平台分析与建议 (13)

3.1 市出行者信息服务平台的需求分析 (13)

3.2 市出行者信息服务平台信息采集方式 (14)

3.3 市出行者信息服务平台的信息发布手段 (16)

续表3 可选择的信息发布方式 (17)

4 市交通信息服务平台的设计方案 (18)

4.1 市交通信息服务平台的总体框架的设计 (18)

4.2 信息服务平台的功能模块的设计 (21)

4.3 信息服务平台的数据应用 (23)

总结 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

近几年，市经济发展迅速，城市私家车的数量逐年增加，道路交通压力越来越大，导致人们的出行效率降低，道路交通拥堵问题成为市急需解决的问题。作为市智能交通系统的一个重要部分，交通信息服务的到了一定发展，但是仍然存在所发布的信息缺乏多样性，人们无法获取实时的交通信息等问题，导致人们出行存在盲目性，增加了人们的出行成本。及时、准确的交通信息可以帮助人们选择合适的出行的方式、出行时间、诱导人们选择最佳交通路线，从而使出行者避免交通拥堵，减少出行时间。市出行者信息服务平台利用信息发布平台推送给相关信息传播媒介，出行者可以通过传播媒介获取交通实时信息，合理安排出行，最终达到避免交通拥堵的目的。

本文首先论述了智能交通系统的相关理论，介绍了市交通现状、城市智能交通系统发展现状、指出市在信息服务方面存在的不足，并提出解决方案。其次，介绍国内外出行者信息服务平台的发展历程，市建立该平台可借鉴的经验。通过采用资料搜集的方法并结合市的特点进行需求分析，并研究市交通信息的采集方式与发布手段，提出改进对策。最后，设计市出行者信息服务平台框架体系，并设计相应模块的功能及其功能模块图。最后提出计算市交通拥堵指数所采用的数学模型，并对此算法进行数据应用，分析其可行性。关键字：

;出行者信息服务;框架设计;交通拥堵

Abstract

In recent years, the economic development of Guiyang is rapid, the number of private cars in the city has increased year by year, the road traffic pressure is becoming more and more large, the travel efficiency of people is reduced, and the problem of road traffic congestion has become

an urgent problem for Guiyang.As an important part of Guiyang Intelligent Transportation system, traffic information service has been developed to a certain extent, but there is still a lack of diversity of published information.People cannot obtain real-time traffic information and other problems, resulting in people’s blind travel, increasing people’s travel cost. Timely and accurate traffic information can help people choose the right way to travel, travel time, induce people to choose the best traffic route, so that travelers can avoid traffic congestion and reduce travel time.Guiyang traveler information service platform uses the information publishing platform to send to the relevant information media, travelers can obtain real-time traffic information through the media, reasonable travel arrangements, and finally achieve the purpose of avoiding traffic congestion.

This paper first discusses the related theories of intelligent transportation system, introduces the present situation of Guiyang City traffic, the development status of urban intelligent transportation system, points out the shortcomings of Guiyang City in information service, and puts forward some solutions.Secondly, this paper introduces the development of the information service platform at home and abroad, and the experience of building the platform in Guiyang. By using the method of data collection and combining with the characteristics of Guiyang, this paper analyzes the demand, and studies the ways and means of the collection of Guiyang transportation information, and puts forward some suggestions for improvement.Finally, the framework system of Guiyang traveler information service platform is designed, and the functions of the corresponding modules are designed.A mathematical model for calculating the traffic congestion index of Guiyang is put forward, and the feasibility of this algorithm is analyzed.

Keywords:

Guiyang; travel information service; framework design; traffic congestion

引言

近年来，随着市经济实力和城市魅力的提升，周边城市的人们不断涌向，省会城市人口逐年增加，市居民每日出行次数变多。市机动车保有量从2014年的96增加至2018年的146万，导致市道路运输的压力增大，道路运力不足的问题急需得到解决。为了满足市民的出行需求，市政府部门积极建设城市道路，开展了扩宽道路、修建环线和跨区域道路等重大惠民工程，但是，老城区早期路网规划不合理，建筑群与城区道路紧密连接，扩建道路的工程在该区域难以实施。政府所采取的这些措施的确对缓解交通拥堵起到了一定积极作用，然而道路的建设周期往往很长，不能满足快速增长的交通出行需求。

过去市居民的对信息的需求程度底，驾驶人往往凭借经验来选择出行线路，通过广播来获取实时路况。而公交出行者只要求知道站点信息和路线信息即可。随着市城区范围不断扩展，城市路网的复杂度增加，人们跨区域出行频繁，可能会对其他区域的道路、公交信息不熟悉，导致居民出行效率降低。驾驶员对路况信息的需求更多，如交通拥堵信息、交通事件信息、停车信息等。地铁开通以后，单一交通工具相关信息已经无发满足出行者的需求，有的公交出行者还希望获得多种交通工具的换乘信息，到站信息等，方便居民合理安排出行方式、出行时间。

出行者信息服务平台是指将计算机、通信、数据融合与数据挖掘等先进的技术相结合，从而能够有效、及时、准确的将道路况运行信息传递给出行者[1]。通过安装在城市路网上的信息采集设备和其它智能交通子系统获取的信

息传输至平台，平台经过处理以后通过发布平台传输给转播媒介，最终传递给出行者，为出行者提供路况信息、公共交通的相关信息、道路养护信息等交通信息，出行者通过获得这些交通信息，进而合理地安排出行。

经过这几年的努力，市完成了智能交通系统的基本建设，但在信息服务方面仍然存在不足。出行者获取交通信息的方式较多，但是信息内容往往针对单一的信息，信息缺乏多样性。因此，本文提出建立市出行者信息服务平台的方案，通过搭该平台使城市居民获得出行所需要的交通信息，及时将市的路况信息分享给出行者，让出行者获取交通信息更加便利，诱导驾驶人员避开拥堵路段。对于需要转换多种出行方式的人们，在使用出行者信息服务平台之后，人们可以减少出行时间，避免延误。对于来旅游的出行者，由于对陌生环境的不熟悉，出行者可能会在外出过程中分散注意力，从而增加了事故的风险，平台为旅游者提供全面的交通信息，可以减轻旅游者在陌生道路出行的压力，提高人们的旅游满意度。

本文主要通过参考国内外发展成熟的出行者信息服务平台、查阅出行者信息服务方面的理论知识、并且在分析市交通发展现状的基础之上，提出了改善市出行者信息服务的方案，即搭建市出行者信息服务平台，希望以后市真正实施出行者信息服务平台项目时，此方案能够为其提供一些可供参考的方法。此外，西南地区在出行者信息服务方面发展和国内一线城市相比较为缓慢，研究市出行者信息服务平台对促进西南地区的其它城市在出行者信息服务方面的发展有很重要的意义。

1 智能交通系统

1.1 智能交通系统的概念与组成

智能交通系统(Intelligent Transportation Systerm简称ITS),指的是在较完善的传统交通的基础上，通过整合现代化的信息技术，通信技术，传感技术等先进的技术，而形成的一种综合性的运输管理系统[1] 。现代的城市智能交通系统，是在原有的交通运输的基础之上慢慢发展起来的。它将路面的交通管理系统和智能化的交通系统结合起来，将两者的优势共同发挥出来。在现有的交通设施的基础之上，建立城市智能交通管理系统与信息服务系统，提高交通运输系统的效率与服务水平，建立城市公交运营管理系统，让公交运营更加智能化。交通信息服务系统涵盖信息采集、处理、发布的过程，为出行者提所需要的交通信息，辅助相关的政府部门的决策支持，让出行者更加合理地安排出行，诱导更多的出行者选择公共交通工具出行，从而有效缓解交通拥堵，减少环境污染。智能交通系统主要由智能交通管理系统（ATMC）、智能交通信息服务系统( ATIS)、智能公共交通系统( APTS)、智能车辆控制系统（A VCS）、电子收费系统（ETC）等子系统构成[2]。

1.2国外城市智能交通系统发展现状

美国从20实际60年代末开始了城市智能交通系统的研究，如今美国在电子收费、出行者信息服务、公路及车辆管理系统、公共交通运营系统等领域处于世界领先的地位。目前美国IST主要研究汽车自动驾驶，以减少交通事故率。同时，美国致力于将大数据，车路协同环境道路感知技术应用于智能交通的建设当中，以支持实时交通信息的共享[3]。日本从上世纪70年代开始研发ITS，主要研究出行者路径诱导、电子收费、商务车辆管理、汽车安全

自动驾驶系统、公共交通运营方面。国外城市智能交通研究起步较早，一般都是有政府主导，然后企业、科研机构积极参与进来，目前已经取得了一定的成果。在出行者信息服务平台方面，2003年，佛罗里达州建立了“地面交通的安全性与可靠性信息系统模型实施”的项目。这个项目可以对已经有的数据采集项目进行扩展，通过数据共享，为出行者发布实时的交通信息[4] 。日本采用多种信息服务方式为出行者提供帮助，如建设了比较完善的道路交通监控系统，其利用了可变信息板为出行者提供及时的交通诱导；还有日本生产的车辆信息系统（VICS），它可以通过安装在车辆上的的交通信息接收设备和信息处理中心相连接，及时将收集到实时路况信息发送到车载设备，诱导驾驶员选择合适的线路[5]。欧洲于20世纪80年代开始了交通信息化方面的研究，至今已建立了比较高效的出行者信息服务系统。比较有代表性的有单元无线通信系统（SOCRATS），它利用手机和车载电话与行驶过程中的车辆进行双向通信[6]。欧盟还提出SAFESOPT&CVIS计划，旨在让人们通过无线的方式获天气预报、限速、接近紧急车辆报警等信息[7]。

1.3国内城市智能交通系统发展现状

我国从上世纪80年代开始了对智能交通的初步探索，一开始是借鉴了美国和欧洲发达国家先进的控制系统理论和思想，并且在北京、上海等城市进行了运用。1995年，国家技术监督局在我国建立特色交通部作为智能交通系统的试点和控制室全程监督智能交通的利用情况。21世纪初，高校与企业参与到智能交通研究中，北京交通大学、中兴通讯等陆续设立了相关的研究机构，组织ITS关键技术的突破创新和示范工程[8]。经过近30年的发展，我国在出行者信息服务和信息共享技术、公共交通管理、汽车智能化技术方面取

得了很大进步。在国内三、四线城市，电子站牌、不停车收费系统、快速公交智能系统和导航系统等比较基础的子系统得到了广泛应用，为缓解城市交通拥堵起到积极作用。在出行者信息服务方面，北京市的发展在国内处于领先地位，北京市采用浮动车系统来采集交通路况信息，再经过数据处理以后最后得到有价值的路网信息。北京还与欧洲进行合作，开展动态交通信息服务示范系统项目，这个项目主要是运用基本的智能交通技术，结合实时交通信息采集，动态交通信息发布和GPS导航系统技术，建立一个信息服务示范平台，该平台具备实时信息发布和GPS导航的功能[9]。

1.4 国内外出行者信息服务发展启示

通过分析出行者信息服务平台的国内外发展现状可以发现，国外不断在完善由交通信息采集基础设备、信息管理、信息发布和信息接收构成的信息服务系统体系，体系功能覆盖范围广泛。国内在发展智能交通基础设施的同时，主要对出行者提供交通信息服务。市建设信息服务平台的过程中，可以借鉴这些理论成果和实践经验，参照国内并结合市的实际交通发展现状、出行者信息需求，建设独具特色的市出行者信息服务平台。

2 市智能交通系统

2.1 市城市交通发展现状

市是西南地区中心城市之一，也是全国重要的交通枢纽。随着城市经济和旅游业的发展，城市魅力的提升，市人口已达到480万人。公交车、出租车、地铁（于2017年12月投入运营）作为市民出行的主要公共交通工具，得到了一定的发展。但随着城市私家车数量的不断增加，加之城区道路基础设施建设缓慢以及山城地形限制等因素的影响，怎样缓解交通拥堵便成了一道难题。

2.1.1 市经济状况

建设市出行者信息服务平台需要投入大量的资金，需要良好的经济作为支撑。依据市近五年的生产总值分析市经济状况，市的生产总值从2014年至2018年逐年增加，五年间增长了1500亿。具体图1所示

图1 市生产总值

从图中可以看出，虽然GDP增速有所下降，但总值仍呈明显上升趋势，

居民人均收入增多，生活水平逐渐提高，必然会带动消费的增多，出行次数必然增多。

2.1.2 机动车保有量

交通部门的统计数据显示，2014年至2018年末的四年间市汽车保有量（包括私家车、公交车和出租车）从96万辆增至149万辆，年均增长率为11.6%，机动车增速大于同期道路里程增速，道路压力持续增大。图2反应了市机动车保有量和私家车数量的变化情况。

图2 机动车保有量与私家车数量统计图

上图反映出导致机动车保有量增加的主要原因是私家车数量的逐年上升。选择开车出行的人们越来越多，道路交通压力增大，这就需要制定相应措施来应对这个问题。

2.1.3 道路交通状况

2016年，市拥堵排名位列全国第五，全天拥堵指数为1.627，高峰期的车辆平均速度为22.03km/h,全天的车辆平均速度为26.01km/h。而根据《2109

年Q1中国主要城市交通分析报告》显示，市在高峰期时车辆平均速度增加到27.83km/h,全天的车辆平均速度为31.32km/h，下图3反映出四年间高峰平均车速的变化情况。这一拥堵状况的改善的原因主要表现在以下三个方面;一是在2017年轨道交通一号线开通运营，为地面交通分担了部分压力，地铁开通后早高峰期缩短20分钟，下图4反映了地铁周边沿线道路双向高峰小时流量的变化情况；二是中环路、花冠路和人民大道北段陆续通车缓解了其他道路的交通拥堵以及交通部门加大了对主城区道路的治理；

图3 高峰平均时速变化折线图

但是，在“经常发生拥堵的路段里程比”评价指标中，排名全国第一，拥堵情况最严重的路段一季度累计拥堵时长达321小时。虽然市的整体车速得到有效提升，道路交通拥堵得到有效缓解，但是和国外发达城市相比，市仍然是一个道路交通比较拥堵的城市。

图4 地铁周边沿线道路双向高峰小时车流量柱形图

2.2 市城市智能交通发展现状

市政府于2009年开始投入资金建设智能交通系统，经过近10年的发展与建设，市建立了以交通信息服务系统、智能交通管理系统和智能公共交通系统等子系统为主体的城市智能交通系统。

2.2.1 手机终端

基于手机app和微信公众号的交通信息服务方式因其极大的便利性备受用户们的青睐，如服务于公交出行者的“掌上公交”app，为公交乘客提供线路信息、站点信息、以及导乘服务；“本地宝”公众号，如图5为出行者提供路况信息；在白云区试点运行的“慧停车”app为驾驶员提供停车位信息。

2.2.2 市952微路况微博

市交通信息微博是交通管理部门发布交通信息的平台，如图6所示通过该平台居民可以了解交通路况信息，如交通拥堵信息、交通事故信息等，从而使出行者合理选择出行时间，诱导驾驶员选择畅通的线路，避免耽误行程

时间。

图5 手机终端信息服务

图6 微路况微博

2.2.3 交通广播电台

FM102.7交通广播电台是贵州成立最早的专业交通电台，出行者通过手机端、和安装在车辆上的广播来接收实时交通信息，主要包括道路拥堵情况、道路施工情况和交叉路口的压车情况等信息。尤其是驾驶人，大都是通过收听交通广播电台来了解路况信息。

2.3 市信息服务存在的问题

2.3.1 未建立市出行者信息服务平台

分析市交通信息服务现状，可以看出市为出行者提供信息的方式很多，但是未建立一个统一的平台为出行者提供道路实况信息，各种信息服务方式所提供的信息缺乏多样性，具有较强的针对性。并且路况信息大都是通过语音或文字的形式表现出来，不能为出行者提供可视化的交通路况信息。

2.3.2 交通实时诱导不够完善

市目前拥有交通广播、微博等平台，为出行者提供道路信息，出行者获取道路信息较少，不能为出行者提供全面的可视化信息无法满足人们快速获取交通信息的需求；驾驶员在驾驶过程中只能通过交通诱导屏获得前方道路拥堵信息，不能获取较大范围路网的拥堵信息。

交通拥堵指数是通过交通采集设备获取交通路况信息，如通行时间、平均速度、交通量等，通过相关模型算法将路况信息数字化、图形化，以数字和颜色的变化来反映道路网畅通或拥堵。

因此，市应该建立出行者信息服务平台，为出行者提供道路运行信息、公共交通信息等相关信息。

3 市出行者信息服务平台分析与建议

3.1 市出行者信息服务平台的需求分析

出行者信息服务平台的的主要服务对象就是市居民，根据出行者选择的出行方式的不同，出行者可以分为驾车出行者，公共交通出行者。市人口的增多，城市车辆逐年增加，导致道路运行效率下降，交通拥堵现象日益严重。为了减少人们的出行时间，降低出行成本，出行者可以通过市出行者信息服务平台来获取交通准确、实时路况信息，最终达到帮助人们合理安排出行方式、选择出行时间的目的。表1具体叙述了出行者信息服务的需求。

表1 出行者信息服务需求

3.2市出行者信息服务平台信息采集方式

3.2.1 固定式采集方式

建立市出行者信息服务平台需要采集大量的原始数据，数据的准确性直接影响到信息服务平台最终的服务质量。原始数据采集的准确性要以各种软硬件作为支撑。目前国内有许多的信息采集设备，，设备可以采集的状态参数有交通流量、平均速度等，根据设备的安装方式的不同，将信息采集设备分为固定式和移动式两种

(1)感应线圈检测

它的原理是通过埋在路面下的感应线圈，如果有车辆经过或者是停留在

感应线圈所处的位置时，感应线圈的电磁就会发生改变，然后生成相应的交通参数，如车辆时间，这是国内投入使用比较早的检测仪器，技术相对成熟，但是该设备被埋在路面之下，长时间的重压之下，容易被损坏[10]。

(2)微波采集技术

它的工作原理是通过微波发射装置，当有车辆通过是，检测器向通过的车辆发射调频微波，微波遇到车辆时发生反射，由于多普勒效应，微波的频率会发生偏移，据此检测器就可以检测出有车辆通过该位置，检测器通过流量分析和处理之后，就可以得到相应的参数，如交通流量、车辆速度、车队长度等[11]。

（1）超声波检测器

它的工作原理是通过检测器的超声波发射装置，当有车辆通过时，超声波受到阻碍并经过车辆反射，利用这之间的间隔时间，可以计算出相关的运行参数，如车辆数、车速。检测器安装在车道上方，安装方便，但是由于传输过程中会出现信号衰弱，超声波检测对远处的车辆检测准确度不高[12]。

3.2.2 移动式采集方式

（1）基于汽车牌照法的采集技术

这种方法的原理是利用车辆拍照自动识别技术，如果有车辆经过监控点，监控设备就可以采集到车牌图片信息，通过识别技术就可以得到车牌信息，如数字、字母等信息。当一辆车通过两个相邻的检测点时，采集系统对它的牌照信息进行识别和分析，并且记录下车辆的通行时间，再结合道路的长度，就可以得到车辆的行程时间和车速。如果在规定的时间段内有很多辆车在该路段行驶，还可以得到该路段的平均行程时间和平均行程速度[13]。

3.2.3从其他ITS子系统中获取

可从其他ITS子系统自动导入信息，如公共交通信息、停车场信息、道路基本信息。为平台提供信息的系统包括公共交通信息系统、城市道路信息管理系统、停车场信息系统等。

对于市而言，目前拥有以下道路信息采集设备，如表2：

从以上可以看出市道路信息采集设备主要采用感应线圈、视频触发、微波检测等技术采集交通信息，可获得的数据可以分为:设备位置信息、车辆行进方向、车辆速度等。然而这些信息采集设备却不能采集到某些道路突发事件信息。微波雷达存在对距离较远车辆无法检测导致检测精度较低的缺点。市在建立出行者信息服务平台时可采用浮动车信息采集系统。

安装GPS的车辆在道路上的行驶速度可以反应出车辆的运行状况，影响车辆运行速度的因素有道路的拥挤程度、道路交通流量等，所以可以通过一定量的装载GPS的车辆来获取车辆经过某一点的瞬时速度、路段的平均车速等交通信息[14]。浮动车具有可移动性，因此可以采集到整个路网的交通信息数据，相比于在道路上大量安装固定式的信息采集设备，大大降低了成本。市在搭建出行者信息服务平台时可以采用浮动车采集系统，获取准确、及时的道路信息[15]。

3.3 市出行者信息服务平台的信息发布手段

市拥有广播电台、电视、短信等比较传统的信息发布手段，也拥有一些先进的发布手段，如互联网、移动通信终端。出行者通过这些发布手段获取实时路况信息、交通事件信息、公共交通信息等相关信息，分析上述信息发布方式可知，居民出行中的信息内容较少，如前方拥堵信息等，市交通服务平台选择信息发布方式的时候可以将下面的几种方式综合起来，如表3。

续表3 可选择的信息发布方式

市目现在拥有电视、广播电台、微信公众号、微博、交通诱导屏等比较

普遍使用的信息发布手段，并且开发出一系列手机信息服务app，如“掌上公交”、“慧停车”等。建设市出行者信息服务平台应该结合市的实际情况，利用人们普遍接收的传播媒介对交通信息进行传播。

因此，市在建立市信息服务平台时，可以设计市出行信息网，作为出行者获取交通信息的传播媒介，该网站所提供的信息包含道路实况信息、道路施工维护信息、公共交通信息、停车场信息等，方便人们通过PC端登陆网址查询所需信息，并建立市出行网微信公众号，出行者可通过微信公众号快速访问出行信息网。

4 市交通信息服务平台的设计方案

4.1 市交通信息服务平台的总体框架的设计

市出行者信息服务平台是一个复杂的系统，系统的内容繁多，可以将其分为以下几个层面：一、信息采集子系统，为平台收集数据，是平台的基础