智慧出行：基于位置的个性化交通信息服务

刘源

随着全球城市化进程不断加快，人们对城市交通运输的要求越来越高，然而由此滋生的拥堵、事故、污染等诸多社会问题，成为当前城市发展的瓶颈。智能交通系统的发展为解决城市交通问题提供了全新的解决方案，而作为2011年国家物联网专项资助项目，基于位置的个性化、智能化交通信息服务“智慧出行”业务为我国智慧城市建设打开了新思路。

随着全球城市化进程不断加快，城市数量、规模不断增加，人们对城市交通运输的需求越来越大。而车辆不断增加，道路负荷日益严重，交通拥堵，事故频发，造成人员伤亡、物资损失、环境污染等社会问题凸现。

美国对39个主要城市进行研究的结果显示：每年因交通拥堵造成的经济损失超过410亿美元；欧洲每年因交通拥堵和交通事故造成的经济损失分别为5000亿欧元和500亿欧元。我国相关部门发布的《2009福田指数——中国居民生活机动性指数研究报告》显示：北京市民每月因交通拥堵而造成的经济成本为335.6元，广州的每月拥堵经济成本为265.9元，上海每月拥堵经济成本为253.6元，中国15座城市日均损失近10亿元。

交通拥堵不仅给公路使用者造成时间和燃料浪费，随之带来的停车和启动更进一步恶化了空气并产生其他形式的污染。来自中国科学院可持续发展战略研究组和环境保护部的研究统计结果表明：中国113个重点城市中，三分之一以上空气质量达不到国家二级标准，存在严重的区域性大气污染引起的灰霾等问题。机动车排放成为部分大中城市大气污染的主要来源，尾气已经成为城市空气污染的罪魁祸首之一。像北京、上海这样一些工业废气较少的城市，汽车的尾气量能够占到城市废气总量的60％以上，直接威胁当地居民的身体健康，制约了城市的健康、可持续发展。

智能交通发展现状

智能交通系统的发展为解决城市交通问题提供了一种全新的解决方案。智能交通系统（ITS）是指在较完善的基础设施之上，将先进的计算机技术、通信技术、传感器技术、控制技术等有效地应用于地面交通管理体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。ITS将缓解城市交通拥挤、减少交通事故、降低环境影响，提高生产效率等方面产生可观的社会经济效益。ITS技术的应用可减少10％的废气排放，20％的交通延时和30％的停车次数。

ITS主要是实现交通信息的采集、处理、发布与应用。通过实时发布的动态交通信息促使各类交通参与者自觉调整出行行为，从而实现交通系统的优化运行。

国际上，美国，日本和欧洲等国家较早开始研发ITS。较为成功的系统有：美国的Transtar，ADVANC，PATH，TriMet，Probeview；日本的VICS和Smartway，IPcar；德国的宇宙航天中心开发的ITS系统，XFCD，Cityfcd；英国的TrafficMaster，nadics;瑞典的OPTIS；法国的Mediamobile。

在国内，北京、上海、深圳、广州、杭州、南京等地开始建设ITS。上海于2003年开始建设，到2008年已初步形成了能覆盖全市范围主要道路交通信息采集的技术体系。为迎接世博会的到来，2009年建设了上海交通信息采集发布系统工程，实现了市政道路行业、市交警总队、城市交通港口局、浦东新区以及铁路、机场等交通管理部门的系统与市交通综合信息平台的系统互联。形成了上海智能交通信息三级平台体系。

一级平台为综合交通信息平台，是全市交通综合信息集成、共享、交换和发布的核心主体。二级是行业管理交通信息汇聚、交换的信息系统。三级应用系统负责数据采集和具体业务应用。

一级平台已汇聚道路交通、公共交通、对外交通、区县枢纽等各类交通数据259项，以及对1000条公交线路、11条轨道交通线路、700个营业停车场、2个国际机场、3座铁路客运站的线路分布、实时泊位、航班等动静态数据。每年数据在线存储量8T。基本实现了2分钟更新的上海道路交通信息的采集、处理与发布。

总体而言，上海的智能交通系统在设施规模、数据汇集量、处理能力及实时性、准确性等方面均处于国际领先水平。但在交通信息发布、信息挖掘、信息应用等方面还处于起步阶段。当前，迫切需要将这些信息用于政府决策，为其提供及时、准确、有效的信息支持；为市民出行提供及时、准确、个性化、智能化的信息服务。

系统架构设计

传统交通信息发布的主要方式是网站，广播，电视等。这些方式的特点是覆盖面广，信息量大。缺点是缺乏个性化，缺少针对性，单一静态及被动，尤其不适宜驾车人的使用。而车路动态信息交互与服务就是针对这些问题，开发出基于车辆位置的个性化，主动交互的交通信息服模式务。同时，车辆位置信息将作为一种信息源与其它方式采集的交通信息源相融合，进一步提高交通信息的准确度、完整性、可靠性。

适合于智能交通信息交互与服务的多种感知环境，覆盖人—车—路—交通流—环境的动态交通信息交互处理系统体系、接口标准、通讯协议、应用范畴和实现模式等。

面向动态交通信息交互和服务的系统架构

系统由信息采集、网络传输、信息交互及应用服务层等四层组成：

信息采集层承担着信息的采集，由获取受控对象状况的传感器设备及网络和物联网终端组成。重点开发基于智能手机、PAD终端采集车辆的GPS位置信息，并实时上传到信息交互平台。同时终端可以实时接收交互平台下发的数字地图及所在道路的交通状态信息。

网络传输层承担着信息的传输，中国电信利用现有的固定、移动、卫星等网络资源实现终端与平台之间的互联。

交互平台层承担着终端采集信息与交通信息中心提供的路况信息的交互。一方面实现基于车辆位置的个性化、智能化交通信息服务，交互平台每2分钟推送一次交通路况信息。另一方面车辆位置信息经处理后获得路段的速度，时间等信息与交通信息中心提供的路况信息融合，进一步提升交通路况信息的精度及覆盖面。

应用与服务层承担了交通信息的发布及应用服务。包括开发虚拟道路电子情报板，特定路段警示，特定的智能化应用和服务等。

GPS浮动车交通信息采集

目前，国内外普遍采用基于车载设备的GPS浮动车技术采集交通信息，车载设备包括GPS定位模块和通信模块等，GPS模块接收卫星信号并运算出车辆的坐标和瞬时速度，通信模块负责将车辆ID号，经纬度坐标、瞬时速度、方向、回传时间、车灯、雨刷、出租车计价器状态等数据传送到信息平台，信息平台对上传数据进行存储、预处理和地图匹配后，利用相应的计算模型对交通信息进行估计，得到道路的动态交通信息。并接收信息平台发送的指令和数据。

随着智能手机和PAD终端的发展普及，GPS已成为这类终端的标配，使基于智能手机、Pad等终端的GPS浮动车交通信息采集成为一种重要的形式。其带来的优势是采集数量规模扩大，采集范围更加宽泛，浮动车类型由单一的出租车和公交车扩展到效果更好的私家车。从而使获得的交通信息精度，路网覆盖面有较大提高。

几种浮动车类型存在的优劣势：

出租车：目前各地广泛使用，其优点是出行率高，出行范围广、时间长。以上海为例，出租车约5万辆，占全市车辆数的3％，但在整个上海的城市交通流中超过15％，对上海路网的覆盖率超过80％。不足在于：其空驶状态时较载客状态时速度要低；另外，出租车寻客、等客、上下客的非规律性对交通流状态进行判断产生困难。

公交车：其覆盖率高，运行时间长，线路固定，能反映固定线路和地点的交通流状态，方便建立历史数据库。缺点是其需要频繁停靠站点，不能反映正常的交通流状态。

私家车：家庭乘用车数量大，是城市交通流的主体，其运行数据可以反映社会公众机动出行的规律，能准确反映实时交通流状态，是浮动车采集交通信息模式中的最佳选择。

信息推送及语音播报

结合上海市智能交通系统（ITS）建设现状，重点研究虚拟电子路牌、道路变形图和城市道路诱导信息通过移动终端（手机或车载设备）应用在市民驾车出行过程中，帮助驾车出行人在行车过程中能够及时、方便、安全及可靠地获取前方道路的通畅状况，能够提前确定新的行车路线，及时规避交通拥堵线路到达目的地，体验基于位置的个性化、智能化服务等元素的全新行车导航应用模式。

开发智能终端客户端，将车辆位置信息发送到交互平台，交互平台根据所在位置实时推送交通信息给终端。终端可以显示交通数字地图及所在道路的交通实时路况信息三色图（绿：通畅，黄：拥挤，红：拥堵），当出现路况变化或到十字路口时有人工合成语音路况提示播报，方便驾驶人安全使用。任何时间需要查看屏幕时，可以显示虚拟路况电子情报板。

虚拟路况电子情报板

动态信息融合实时处理

信息融合是20世纪80年代发展起来的一种自动信息综合处理技术，它充分利用多元（源）数据的冗余性、互补性和计算机的高速运算能力与智能化技术，增加信息处理的置信度和可靠性，能够将不确定、离散、甚至相互矛盾的复杂信息转化为一致性的解释和描述，具有适合于不同层次信息处理的算法与解决方案。信息融合的目标和任务是基于不同层次的、多源异构化信息，获得对研究对象一致性的描述和完整的认识，形成优化的解决方案。它强调发挥群体优势，多途径解决问题，以较低的成本，获得较高的系统可靠性、灵活性和生存能力，提高信息的精度、降低不确定性。

对于道路交通信息，其信息融合可分为三个层次：数据层融合、特征层融合和决策层融合。

数据层融合：是对采集的原始数据进行融合，把各种传感设备采集的交通数据进行融合处理，得出准确、全面、可靠的交通参数。采用的融合方法：品质因素法、统计关联法、卡尔曼滤波法等。

特征层融合：是指对各种传感器的原始数据进行特征提取，特征可为交通状态信息，如道路速度、时间等。然后对这些特征信息进行综合分析处理。车路交互信息融合正是采用特征层的融合方法。采用的融合方法：经典推理法、贝叶斯决策法、神经网络法、聚类法、模式识别法等。

决策层融合：是一种高层次的融合，其结果为控制、指挥、决策提供依据。其充分利用特征层融合的结果，针对具体决策目标来进行，融合结果直接影响决策水平。采用的融合方法为：贝叶斯决策法、专家系统、神经网络、模糊逻辑等。

车路协同交互优化

专用短程通信（Dedicated Short Range Communication，简称DSRC）技术是ITS的基础内容之一。DSRC能提供高速的数据传输，保证通信链路的低延时，保证系统的可靠性，是专门用于车路间通信的技术。DSRC技术可以运用到ITS系统中的诸多子项目中，如交通管理、旅行者信息提供，公共运输管理，商用车运营，车辆控制与安全，电子收费等。

基于位置和智能终端的车路协同交互应用节省了DSRC系统的路边信息发送设施的建设投入，也节省了车载信息接收终端的装载。将需要发布信息位置的经纬度适配到车路交互平台中，车辆经过此地就会接收到相关的信息，如前方路况、安全提示等。成为车辆主动安全告知的重要方式，交通出行将会越来越便捷、安全。

基于物联网的信息平台会涉及到大规模的计算。实现大规模计算的快速运算的方法之一是并行计算，并行计算是指同时对多个任务或多条指令、或对多个数据项进行处理。实现并行处理的技术途径是各种各样的，其中主要有时间重叠、资源重复和资源共享等方法。并行算法设计的关键是：任务划分、通信分析、任务组合和任务分配。根据动态交通系统状态的特性，可以按空间或时间序列对计算任务进行划分。根据交通数据仓库的结构还可按照维的等级进行任务划分，最终通过“交通云”计算平台的构建，为海量数据实时计算提供高性能的计算平台和管理平台支撑，以提高海量交通数据的处理与分析效率。

实现“智慧出行”

智慧出行是智能交通系统的重要组成部分。它可以实时向交通参与者提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息，使出行者可以根据这些实时信息灵活安排、调整自己的出行。

智慧出行服务平台服务于各种交通方式用户的动态交通信息需求，汇集了各类与出行相关的实时动态信息，根据信息服务的需求对数据进行实时处理和信息提供。该平台采用云计算技术，满足大数据量，大用户量的系统应用，为用户交通信息服务提供持续、有效、动态的信息服务。

智慧出行业务的主要功能包括：

自驾车出行路径规划：在自驾的过程中，任意输入OD（起始点和终点）两点后可获取基于当前路况的最优路径，同时标注路线在地图上。

公交车出行规划：任意输入OD（起始点终点）两点后可获取最优公交出行规划。

自驾车出行路径规划公交车出行规划

前方拥堵提醒：在自驾的过程中，如果前方几百米外路段发生拥堵，将以语音播报的方式让自驾用户提前获知并引导自驾用户做出判断和规避。

交通事件查询：用户能够搜索到当前的突发事件、闸道控制、地铁客流等信息。

停车场车位信息获取：在自驾用户接近目的地时，可获取目的地附近停车场的详细信息，包括停车场位置、总车位、当前车位等。

智能订车：用户在任何位置，可查看周边所有空出租车的位置，同时可以通过发送自己的位置信息到调度中心，实现订车，并通过手机查看一空车来到所在地的实时移动轨迹。

实时道路视频：提供部分道路途中主要交通路口的实时视频。

周边查询：可根据任何一点，搜素周边的交通信息和商业信息，商户信息还包括该商户的具体信息，如时令商品、特色服务、优惠活动、实物图片、地址电话等。

值得强调的是，智慧出行服务还可以提供多种界面，包括移动终端客户端、呼叫中心语音查询，互联网查询以及短信查询等，最大程度方便居民使用。

智慧出行的社会效益

当前，智慧出行已经推出试用版，并被上海市政府选为工信部“两化融合”成果汇报展览项目。

总结其社会效益，智慧出行业务将进一步提高交通利用率，方便市民出行。能够让市民获取个性化、准确的交通信息，合理选择出行路线，避开拥堵区域，提高路网利用率，提高市民出行效率，节省时间，减少车辆气体排放，节约能源，绿化环境。

其次，有效增强了城市的交通管理能力，智慧出行的最大亮点是增添了基于手机的、个性化的交通信息发布渠道，覆盖面广，易使用。在突发交通路况区域，可以及时对该区域的人员和车辆发布应急消息，个性化、实时性、针对性均非常有效。

最后，有助于提升上海城市智能交通的领先水平。上海为国际化大都市，其智能交通发展和技术已经处在国内领先水平，特别是经历了约十年的发展，城区道路交通信息采集系统已非常成熟，准确度、实时性已很高，受到了国内外专家和同行的认可及赞扬，达到了国内领先水平。智慧出行业务的推出，是上海交通信息发布方式的一种创新，必将提升上海城市智能交通的领先水平。