智能交通体系工程中的若干科学和技能问题

　　当今全球进入信息化及智能化年代, 新一代多层域感知、人工智能、移动互联、自动协平等技能的不断前进, 推进智能交通体系体系和内容的全面立异 智能交通体系贯穿用户需求、规划制作、

　　当今全球进入信息化及智能化年代, 新一代多层域感知、人工智能、移动互联、自动协平等技能的不断前进, 推进智能交通体系体系和内容的全面立异. 智能交通体系贯穿用户需求、规划制作、运营保护全生命周期的信息化和智能化, 首要面对智能感知、 运动体操控与自主协同、交通需求引导与一体化出行、运转安全态势评价及应急处理、全生命周期的大数据交融处理、 高牢靠通讯等一系列科学和技能问题. 《我国科学：信息科学》第9期宣布了宁滨院士的观念文章 “智能交通中的若干科学和技能问题”。文章调研了近年来智能交通体系的开展, 总结了当今智能交通体系中的若干科学和技能问题.。

　　智能交通体系 (intelligent transportation system, ITS) 是在传统交通体系根底上, 将先进的传感技能、数据通讯技能、数据处理技能、 信息交融技能、核算机技能、自主协同操控技能等有用集成的一种大范围、全方位、实时准确高效的归纳交通运转操控与办理体系, 是未来交通体系的开展方向.

　　跟着交通运送根底设施继续建造及先进技能的继续前进, 由轨迹、路途、航空、水路、 管道等多种运送办法构成的归纳交通运送体系不断完善, 智能交通的概念也从单项交通的智能化逐渐扩大到了归纳交通体系的信息化、 网络化和智能化. 归纳交通体系作为经济社会开展的先导性、服务性职业, 是人类社会经济活动的根底支柱和重要纽带, 智能交通作为该体系中心技能得到了世界学术界和商业界的高度重视.

　　美国以《2050年前景: 国家归纳运送体系》为导向, 提出建造具有一体化、世界化、联合化、容纳化、智能化、立异化的“6 I型交通运送体系; 欧盟以《交通白皮书》为中心, 重视归纳交通网络配备及纽带建造, 构建高效协同、绿色环保的归纳交通运送体系; 德国施行《2030联邦交通网开展规划》的国家战略, 建造低排放、低本钱、 高功率、高协同的环境友好型交通运送网络.

　　在我国, 国务院于2006年公布《国家中长期科学和技能开展规划大纲(2006?2020年)》, 将“智能交通办理体系”确定为优先主题; 国家开展变革委和交通运送部于2016年联合发布了《推进“互联网+”快捷交通促进智能交通开展的施行计划》, 在国内初次提出了智能交通(ITS)的全体结构和施行计划. 2017年,国务院印发《“十三五现代归纳交通运送体系开展规划》, 提出了归纳交通根底设施网络中长期的开展方针和使命. 同年, 国务院印发《新一代人工智能开展规划》, 对轨迹交通智能化开展从强化要害共性技能和根底渠道研讨、研讨智能运载东西、 加速推进智能交通技能运用等方面提出了要求.

　　综上所述, 智能交通体系的研讨前沿是以安全、高效、 绿色为中心, 推进归纳交通运送体系向网联化、协同化和才智化方向开展. 当今全球进入信息化及智能化年代, 新一代多层域感知、人工智能、移动互联、自动协平等技能的不断前进, 推进智能交通体系体系和内容的全面立异. 智能交通体系贯穿用户需求、规划制作、运营保护全生命周期的信息化和智能化, 首要面对智能感知、 运动体操控与自主协同、归纳交通网络的管控一体化、交通需求引导与一体化出行、运转安全态势评价及应急处理、全生命周期的大数据交融处理、 高牢靠通讯等一系列科学和技能问题.

　　本文依据近年的研讨将智能交通体系中的若干科学和技能问题总结和简述如下.

　　面向载运东西、根底设施、旅客和货品等多层域感知方针, 研讨怎么归纳运用智能传感器、跨媒体感知核算、 智能信息处理、物联网、车辆网、通讯及操控等理论与技能, 树立面向高效交融的数据一致性规范和齐备性验证机制, 完成交通讯息全面、实时、精准的收集、传输和交融, 是智能交通体系需求处理的根底问题之一, 将为完成智能化的交通运转操控、服务和办理供给数据支撑.

　　准确的移动体速度与方位信息是智能交通体系的要害根底数据之一, 交通体系的运转环境比较杂乱, 雷达/区间测速与斗极/GPS定位等的多源信息交融, 是替代单一测速定位办法, 进步平面和空间测速定位精度的重要手法, 一起产生了多源信息下的高效交融及其实时检测信号的精准滤波难题. 怎么规划多源信息下的测速定位技能及其滤波办法, 是完成移动体在平面和空间运动状况量的精准感知的重要研讨方向之一.

　　移动体模型的树立是提醒移动体运动规则的进程. 传统动静态建模办法尝试用经典数学办法以最简化准则树立运动规则确实定性联系, 随机模型以概率散布等方法建模随机特性, 含糊模型以从属度描写的办法建模含糊特性与环境, 数据驱动建模以海量数据建模杂乱进程的运转机理. 交通体系触及多层次、多特性的高维时空改动量, 处理此类数据环境下移动体运动状况下的动态建模问题, 是智能交通体系中操控与优化要处理的科学问题.

　　移动体的无人驾驶是当今无人体系范畴的研讨热门. 因为执行使命环境的高度动态化、不确定性, 以及运送使命的杂乱性, 需求在环境感知、决议计划规划、协同操控、通讯形式、人机共驾、信息安全等方面深入研讨. 自主操控才能的进步是现在移动体无人自主操控技能开展的重要方针,怎么确保运送服务质量以及进步突发状况下的应急处置才能是其研讨的中心.

　　因为移动体所在环境跟着位移的改动而快速改动, 来自外部的风、雨、电、 磁等多种环境要素导致移动体与根底设施间的相互效果极为杂乱. 研讨杂乱环境下移动体与根底设施相互效果问题的科学含义在于, 探究和清晰杂乱环境和运营条件下根底设施执役功用演化规则以及移动体本体的动态特性, 然后进步运送体系的全体功用. 移动体与根底设施的协作是近年来交通范畴研讨的热门问题, 其运用信息、通讯、 传感网络、下一代互联网、可信核算和核算仿真等范畴的最新技能, 完成移动体与根底设施的智能化和信息同享. 在实时、 牢靠的全时空交通讯息根底上, 结合移动体自动安全操控和移动体/根底设施协同操控, 完成人移动体根底设施的有用协同.

　　运用先进的IT技能、卫星定位技能、4G/5G通讯技能、GIS地理信息体系技能等, 依据实时归纳交通态势剖析的信息服务, 结合不同交通东西的运转特色, 研讨归纳交通体系中的交通东西联合导航技能. 对客运来讲, 在已知出行者当时状况与出行目的地情况下, 动态获取完好的路况信息, 可供给满意不同需求的交通东西与线路引荐; 对货运来讲, 研讨大局交通协同运转下的一票出行问题, 在高效智能办理形式下可完成一站安检, 构成一体化智能出行计划. 剖析多样化信息服务对多标准交通需求生成与散布特色的影响, 进一步研讨多样化的信息服务对潜在交通需求办理手法的影响. 研讨“互联网+布景下的同享出行、同享泊车、 智能联行等交通形式, 构成面向归纳交通出行的交通需求引导战略.

　　归纳交通体系的归纳安全包括功用安全、信息安全和物理安全. 归纳安全态势的动态评价需求实时监测并处理很多多粒度、多维度、多模态的数据, 怎么结合交通体系的运转特征、架构特征等完成数据的交融和了解并树立交通归纳安全态势的目标体系是需求考虑的科学和技能问题. 构建监测数据与安全态势目标之间的相关联系, 构成交通归纳安全态势的动态评价对进步交通运营服务的牢靠性和弹性, 对交通体系架构的优化规划和配备的智能保护具有重要含义.

　　智能交通体系的运营服务特征决议了体系的牢靠性 (reliability)、可用性(availability)和可修理性 (maintainability), 以及安全性 (safety) 确保是中心作业. 依据体系运转及运营环境信息的全面感知, 归纳体系运转机理, 对影响体系RAMS功用的毛病、危险等的追寻溯源, 树立以毛病诊断和毛病检测为中心的RAMS归纳确保技能体系, 是智能交通体系的中心技能之一. 此外, 要树立体系自动安全防护, 对体系危险进行精准辨识, 从而完成自动防护及追寻溯源. 对体系潜在或行将产生的危险进行感知, 并从交通运营服务的稳定性和牢靠性确保动身进行针对性危险呼应也是中心技能问题. 依赖于人工智能、大数据, 以及人脑科学的开展可使得面向危险呼应和办理的决议计划机制完成最优, 从而完成交通体系规划、建造、运营等全生命周期的自动安全防护体系.

　　智能交通体系中交通东西运转速度越来越高, 移动体之间的运转距离越来越小, 这对体系的安全性提出了更高的要求. 体系中要害子体系的运转操控有必要具有毛病导向安全特点, 高牢靠的安全核算机渠道是完成毛病导向安全的最佳途径. 跟着电子与核算机技能的飞速开展, 运用商用产品或部件完成运转操控安全核算机渠道成为业界的趋势. 怎么运用容错及毛病诊断技能等, 确保依据商用部件的运转操控安全核算机渠道的高安全性、高牢靠性、 高可用性成为该范畴重要的技能问题.

　　交通大数据剖析现在还处于数据不行广、运用不行深的初级阶段, 数据来历和质量面对着纵向断层、横向不通的实际问题, 职业运用仍比较单一, 归纳化、智能化程度有待进一步进步. 研讨怎么充沛发掘掩盖交通范畴出产制作、规划、施工、运营、保护等全生命周期的海量数据价值, 构建面向职业深度运用的交通大数据根底结构和技能体系, 将成为推进建造新一代智能交通体系的根底, 也会促进交通运送职业新形式、新业态、新运用不断涌现.

　　在现有交通体系中, 针对载运东西和根底设施的保护和检修大多选用依据静态数据的“定时修形式, 很难满意交通体系对进一步进步安全确保才能和下降运营本钱的需求. 研讨怎么依据海量的设备静态数据和动态数据, 准确描写部件和体系的相互影响机理和状况演化规则, 树立依据设备运转状况进行检修的“状况修智能保护形式, 并经过物联网将上述体系的数据完成实时的互联互通, 使运营与检修数字化、可控化、完成修理进程状况化、可视化、 实时化、透明化和可溯化.

　　12移动体移动体/移动体根底设施间高牢靠通讯

　　智能交通体系在非常态交通条件下本身的一些特性, 如快速多变的网络拓扑、高速移动的交通东西、杂乱的物理环境、 频发的高密度或稀少交通流量等, 使惯例商用通讯技能很难满意智能交通运用的安全性、牢靠性和网络功用需求. 跟着智能交通体系对归纳承载事务的需求进步, 体系的网络体系架构、通讯协议、核算形式、 芯片规划都会产生相应改动, 怎么将人工智能、云核算与云存储、大数据等智能化技能融入智能交通体系, 完成大规模并行的移动体移动体/移动体根底设施间的归纳事务通讯, 并确保操控信息的高牢靠传输是智能交通体系中的重要问题.

　　无线传达信道模型关于移动通讯的开展具有重要推进效果, 是进行移动通讯网络规划和优化, 体系牢靠传输功用评价的柱石. 在智能交通体系的高速移动环境中, 无线传达信道呈现出不同于中低速移动条件下无线传达信道的特征. 特别是高速移动条件的信道时变特征加重, 多径随机快速生灭使得信道非平稳性愈加明显, 下降了通讯传输牢靠性. 对信道非平稳特性的剖析与建模成为当时智能交通体系中高速移动通讯研讨与开展的瓶颈.怎么合理地对非平稳信道进行建模成为智能交通范畴极具挑战性的科学技能.

　　上述科学和技能问题的处理, 将全面进步轨迹、路途、航空、水路和管道等归纳交通体系范畴的信息化及智能化. 以轨迹交通中的高铁为例, 运用智能交通的要害技能, 我国拟建造中的“京张高铁”, 将运用多层域状况智能感知、 体系协同操控、安全态势评价、大数据交融与智能保护、行程智能引导等技能, 在列车运营保护进程中完成列车的智能调度、自动驾驶、智能保护及高效节能, 一起面向旅客需求, 完成电子客票、 刷脸进站、行程规划等智能服务, 构建掩盖高铁全生命周期的智能运维和归纳办理渠道, 全面进步列车的安全和功率, 进步旅客的智能化服务水平.