摘 要

本文首先阐述了智能交通基本理论，借鉴智能交通在国内外的发展成果，对比分析了我国智能交通系统的发展状况，讨论了大数据的采集、存储与处理技术。之后，根据平台需要，对基于大数据的智能交通数据分析平台进行模块化设计与研究，结合大数据相关技术，构建智能交通数据分析平台的感知采集层、存储资源层与应用表现层的三层架构。然后，从交通管理与规划、电子收费、出行者信息以及运营管理四大领域，根据相应的逻辑框架与物理框架，分析该平台对智能交通的影响；结合相关交通数据，探讨我国城市交通优化方案。最后，制定涵盖经济、技术、社会环境、风险的全方位的平台评价方案，并指出大数据时代的智能交通的发展的若干问题，并据此对平台未来的发展建设提出了相关建议，展望平台的未来发展情形。

关键词：大数据；智能交通；平台设计；模块分析

Abstract

This article first expounded the basic theory of intelligent transportation, and used the development results of intelligent transportation at home and abroad to compare and analyze the development status of intelligent transportation systems in China. It discusses the collection, storage, and processing technologies of big data. Afterwards, according to the needs of the platform, the paper conducts modular design and research of the intelligent traffic data analysis platform based on big data, combines the big data-related technologies, and builds a three-tier structure of the awareness acquisition layer, storage resource layer and application presentation layer of the intelligent traffic data analysis platform. Then, from the four areas of traffic management and planning, electronic toll collection, traveler information, and operations management, it analyzes the impact of the platform on intelligent transportation according to the corresponding logical framework and physical framework; and combines relevant traffic data to explore an optimized urban traffic program in China. Finally, a comprehensive platform evaluation plan covering economics, technology, social environment, and risk is formulated, and several issues concerning the development of intelligent transportation in the era of big data are pointed out. Based on this, relevant suggestions are made for the future development and construction of the platform, and the future development of the platform is expected.

Key Words：big data；intelligent transportation；platform design；module analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的及意义 1

1.2.1 研究目的 1

1.2.2 研究意义 2

1.3研究主要内容 2

第2章 智能交通基本理论与大数据技术 3

2.1 智能交通基本理论 3

2.2 国内外ITS发展状况 4

2.2.1日本ITS发展状况 4

2.2.2 欧洲ITS发展状况 5

2.2.3 美国ITS发展状况 6

2.2.4 中国ITS发展状况 6

2.3 大数据相关技术 7

2.3.1 大数据采集 7

2.3.2 大数据存储与管理 7

2.3.3 大数据处理与分析 8

2.4 本章小结 9

第3章 基于大数据的智能交通数据分析平台的设计 10

3.1 设计原则 10

3.2 数据分析平台架构设计 10

3.2.1平台整体架构 10

3.2.2 数据感知采集层 11

3.2.3 数据存储分析层 12

3.2.4 数据应用表现层 14

3.3 基于大数据的智能交通数据分析平台的应用分析 15

3.3.1 交通管理与规划 17

3.3.2电子收费 18

3.3.3 出行者信息 20

3.3.4 运营管理 22

3.3.5 方案优化 23

3.4 本章小结 25

第4章 基于大数据的智能交通数据分析平台的技术评价 26

4.1 评价原则 26

4.2 评价内容 26

4.2.1 经济评价 26

4.2.2 技术评价 27

4.2.3 社会环境评价 27

4.2.4 风险评价 28

4.3 评价方案 28

4.4 本章小结 31

第5章 智能交通存在问题及平台发展建议 32

5.1 现存问题 32

5.2 发展建议 32

第6章 总结与展望 34

6.1 总结 34

6.2 展望 34

参考文献 35

致 谢 37

第1章 绪论

1.1研究背景

随着我国科技的快速进步与经济的飞速发展，我国城市化进程的加快，人民生活水平显著提高，城市汽车保有量持续增长，城市交通面临越来越巨大的压力，交通拥堵已经成为人们日常出行所要面临的巨大问题。我国人口众多，城市空间与土地资源有限，交通基础设施的建设程度与当前交通状况不成正比，导致人、路、车之间的矛盾日益突出，尤其在大城市，交通拥挤堵塞状况严重，并带来了交通事故增加，环境污染加剧等一系列问题，我国城市发展正面临着越来越严重的“城市病”。基于大数据的智能交通数据分析平台将为城市智能交通提供强大的数据信息支持，对解决城市交通拥堵问题，优化城市交通，改善道路通行能力，保障人们安全出行、绿色出行都发挥着巨大作用。

在互联网科技蓬勃发展的今天，大数据产业所带来的信息技术革命不仅已经开始改变我们的工作生活。我们需要面临“大”数据时代带来的总体数据的采集、处理与分析的技术革新；需要从“大”数据中挖掘事物的潜在价值，并将各个事物的价值与优势融合在一起，共同发挥；要善于智能思维方式的培养与转变，抛弃过传统的机械式信息处理方式。大数据带给我们的不仅仅是庞大的数据规模，更为我们带来了探索未来的宝贵资源，哪个国家能够利用好大数据的资源，哪个国家将也就掌握了未来发展的方向，在交通环境问题尤其突出的今天，海量的城市道路与车辆数据信息亟待处理，大数据与智能交通的结合发展，必将引起全世界的关注，也必将是我国重点突破的技术难关^[1]。

1.2研究目的及意义

1.2.1 研究目的

随着国民经济的飞速发展，我国交通运输需求不断增长，交通压力日益增大，城市交通越来越离不开各个学科的综合作用，单纯的交通理论已经无法指导如今的交通发展，基于大数据的智能交通数据分析平台的设计是大数据在智能交通系统中的重要应用，为城市智能交通的日常状态提供丰富的数据信息，是时代发展的必然产物。两者的有机结合将大大提高交通信息预测水平，促进城市智能交通的快速发展，提高道路通行能力，可以大大减少由于城市道路拥挤和交通事故的频繁发生造成的严重的经济损失，解决由于土地资源和资金有限，单靠交通基础设施的建设无法解决的交通现状，提高设施的有效利用与生产效率。

基于大数据的智能交通数据分析平台的设计对未来城市智能交通的发展发挥着重要作用，智能交通数据分析平台可以根据实时交通数据，对当前交通状况进行相应疏导；根据历史交通数据，总结交通规律，预测未来交通发展状况，提出针对性政策措施。

1.2.2 研究意义

人类社会的数据种类与规模的不断扩增预示着大数据时代的到来，众多专家学者尝试将大数据与智能交通相结合，以提高城市道路通行能力，两者的结合仍在探索研究阶段，基于大数据的智能交通数据分析平台的建设，无论是从大数据的采集、存储管理以及分析处理等相关技术本身而言，还是对智能交通领域的组织优化来说，都有巨大的提升空间。因此，研究具有一定的理论意义。

随着人民生活水平不断提高，车与路的矛盾日益突出，智能交通组织优化领域的车流量数据、违法数据和道路设施信息规模不断扩大，传统的数据采集、处理等技术已经无法满足庞大的交通数据需求。将大数据应用到智能交通系统中，对城市道路的信息采集与智能决策大有帮助，是解决当前的城市交通问题的重要尝试。基于大数据的智能交通数据分析平台的研究定是时代的热点，对未来新型产业的培养有一定的引导作用，为我国国民经济的发展注入新的活力，平台建设涉及到通信、电子、汽车等诸多领域，也将是未来多媒体技术应用可能性与创造性最大的行业，因此，研究具有一定的现实意义。

1.3研究主要内容

论文首先阐述了智能交通基本理论，对比分析了智能交通在国内外的发展状况。其次，分别研讨了大数据的采集、存储管理、处理分析技术。再次，以大数据技术为基础，依据我国城市交通需要，对基于大数据的智能交通数据分析平台进行了层次设计，平台主要分为数据感知采集层、数据存储资源层以及数据应用表现层，并从交通管理与规划、电子收费、出行者信息以及运营管理四大模块，分析了智能交通数据分析平台为我国城市智能交通带来的影响。然后，提出了基于大数据的智能交通数据分析平台的评价方案。最后，对大数据时代下我国智能交通发展的相关问题进行了剖析，并根据存在问题，对平台后期的运行建设并提出了相关建议。

第2章 智能交通基本理论与大数据技术

2.1 智能交通基本理论

在说明智能交通之前，先了解交通的含义。广义地讲，交通是人、物甚至是信息空间的移动，但从人类的普遍认识上来讲，我们习惯将人与物的移动划分到交通领域，而将信息空间的移动划分到通信领域。交通运输的目的、方式与规模往往是由社会的生产力水平和经济发达程度决定。所谓智能，简略来讲，是知识与智力的结合，是人类与其他生物、事物之间得以区分的本质特征。两者结合的智能交通是过去20年来提出的一个概念，智能交通既要实现交通的基本功能，却又不能局限于交通。智能交通理应提高交通效率，通过智能规划，减少交通事故的发生，创造绿色、安全、智能化的交通大环境。

作为管理整个陆地交通的智能交通系统，它将收集各种各样的交通数据、道路状况以及服务信息，并将信息数据统一交由交通管理中心处理。交通信息通过各类媒介及时或提前传输至出行用户手中，方便出行用户按需选择交通方式及线路。此外，交通管理部门可凭借这些数据信息进行交通诱导与事故处置；运营管理部门针对客运车辆与货运车辆的运行状况，对其运营管理进行安排调整，充分发挥运营车辆的运输、承载能力，从而保证经济效益。

智能交通的基本目的是解决交通环境的巨大压力，在生活中，我们常常发现：在交通高峰期，城市道路并不是完全发生拥堵，城市中仍有相当一部分道路十分畅通，如果可以将城市路网状况及时告知驾驶员，提醒他们选择空闲道路，而不走拥堵道路，将可以分散交通流量，缓解交通压力，减少拥堵时间。在研究这一问题的过程当中，人们将电子信息、网络等各类学科知识与交通运输结合，不仅仅可以解决交通拥堵问题，对交通安全管理、交通事故的科学救援、电子收费等方面都大有裨益，研究内容与范围也逐渐扩大，智能交通也有了更深刻的内涵^[2]。

通常来讲，目前智能交通系统的范围大致如下：

先进的交通信息服务系统（ATIS）：基于完备的信息网络建设而成的ATIS，依靠装备在路边、车上的传感器，收集各处的交通信息。系统处理分析这些数据信息后，实时向交通参与者提供道路交通、公共交通等一系列与出行相干的信息，出行者将凭借这些信息对自己的出行的方式、时间和线路实行调整。

先进的交通管理系统（ATMS）：ATMS可以与ATIS共享信息数据平台，但两者的直接服务对象侧重不同，ATIS主要是为出行者服务，而ATMS则是为交通管理者提供采集到的交通状况、道路环境等信息，便于管理者采取实时的监控，并对交通状况进行相关的调整与管理，如对道路进行强制管制、处理突发事故、救援事故伤员……

先进的公共交通系统（APTS）：这个系统针对公共交通的运营管理，根据道路信息采集及出行用户信息反馈，对公共交通线路或运营进行对应的调整规划，改善公共交通效率，提供便捷、经济、高效地公交系统。

电子收费系统（ETC）：公路通行费是我国公路建设的资金回收的重要手段，也是后期公路设施维护的资金来源。在某些情况，收费过程往往造成交通停滞，这一现象在高速公路的收费站，在城市商场、客运中心、火车站等人员密集场所尤为突出。电子收费系统可以在银行或相关部门预交通行费，将对应的电子卡安装在汽车指定位置，通过装有读取设备的通道时，车上的电子通行卡与设备进行无线通信，自动扣除通行费用，大大提高车道通行能力^[3]。

除了上述系统外，ITS还涵盖先进的车辆控制系统（AVCS）、紧急事件管理与救援系统……在此不一一细致介绍。

2.2 国内外ITS发展状况

2.2.1日本ITS发展状况

日本是世界上第一个对ITS开展相关研究的国家。日本对ITS的研究起源于上世纪70年代，最早投资的汽车综合控制系统（CACS）进行了大量试验，为日本积累了大量车辆在城市路网系统中的动态线路诱导方法及相关技术的经验。

在CACS取得显著成果之后，日本在全国试点设立了交通控制中心，组建日本交通管理技术协会（JTMA），并且试图利用车辆自动识别（AVI）功能进行时间测定。从上世纪80年代起，日本官民协作，先后研发了路车间信息系统（RACS）、超智能车辆系统（SSVS），以及先进的车辆交通通信系统（AMTICS）。之后，借助车载电视与CD传达并存储交通信息，用电视图像表示地图，早期的汽车导航装置出现并投入使用。步入21世纪后，日本将AMTICS升级为UTMS21，来应对21世纪日本城市交通的变化。

表2.1 VICS技术途径

如今，日本结合RACS与AMTICS的研究成果，着重发展了车辆信息通信系统（VICS），将其视作UTMS21的核心。截至2012 年底，VICS 车载终端累计售出3700多万台。交通数据信息由基层警察部门收集后，汇合到国家的交通信息中心，最后由VICS平台向出行者或驾驶员展示他们所需要的交通信息。通常，VICS 提供的交通信息主要有：道路的拥堵信息、停车场信息、交通障碍及管制信息等。驾驶员与出行用户可以车载终端上的文字及图像，获取这些信息，完成出行任务。VICS 借助电波信标、光信标（红外信标）、FM多频广播来传输交通信息，如表2.1所示。

2.2.2 欧洲ITS发展状况

欧洲ITS的开发主要由欧盟和民间研究机构共同完成，由于欧洲国家地理条件及政策体系的特殊性，欧盟的交通运输一体化建设影响着ITS的开发，但同时ITS的开发也直接决定欧盟交通运输地一体化建设程度与效果。上世纪80年代，欧洲正式开展对ITS领域的研究，欧洲19个国家的当局企业共同开启了名为“尤利卡”（EUREKA）的研究计划，意图建设覆盖欧洲的智能化路网系统，总共投资高达50亿美元。同年，奔驰汽车公司领导欧洲主要汽车公司倡导了PROMETHEUS计划，确定了四个基础领域的研究内容与主要负责对象，见表2.2。

表2.2 PROMETHEUS计划基础研究领域

为了保证欧洲智能交通系统的规范发展，欧盟专门成立了欧洲道路运输通信信息实施协调组织（ERTICO），该组织为各成员国的相关制造业、汽车业以及学术研究机构成立的民办组织，负责监督和协调欧洲ITS的研究与发展。之后欧盟将ITS的研究中心放在了T-TAP计划与TEN-T计划上。T-TAP是涉及到各类交通方式的信息处理技术的研究，试图借助先进的信息处理技术提高交通效率、增强道路安全性，为欧洲工业竞争力注入新的力量。TEN-T由欧盟委员会牵头研究，它将呈现出多方式的信息服务，满足欧洲各国地交通信息服务网络的通信需求，它将决定欧洲未来ITS发展的可持续性、协调性、科学性。TEN-T划分为欧洲规模、欧洲地域、国家及区域三个层次，如表2.3所示。

表2.3 TEN-T层次说明

2.2.3 美国ITS发展状况

上世纪60年代末，美国研究了电子线路导航系统（ERGS），这是美国对ITS研究的起点。但直到80年代，美国对ITS的研究几乎没有任何进展。日本、欧盟智能交通的发展给美国带来了巨大的危机感，美国ITS的飞速发展起始于上世纪90年代。1990年，美国正式设立了智能化车辆道路系统组织；1992年，美国公布ITS发展战略计划，该发展战略计划由美国运输部、联邦顾问委员会以及全国智能运输协会共同拟定；次年，美国正式开启了ITS体系结构的研发计划，该计划将协调ITS产品和服务的配置，在确保地区特色的同时，促进全国范围ITS体系结构的运作发展。之后，IVHS更名为ITS America，它不仅作为美国国家ITS研究发展规划的咨询者，也是不同研究部门、机构之间相关工作的协调者，还是美国智能交通系统结构发展计划的报告者。

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