“北斗3卫星系统+人工智能”构建未来智慧交通解决方案

ＳＰＡ航ＣＥ天ＩＮ产Ｄ业ＵＳ与ＴＲ国Ｙ民Ａ经ＮＤ济ＮＡＴ。ＮＡＬ　Ｅｃ。　ＯＭＹ　“北斗３卫星系统＋人工智能＂构建　＿　北京市八一学校　宋思颖　人大附中西山学校徐纪瞳　清华大学附属实验学校　傅嘉滢　一北斗３卫星系统特色及交通应用意义　在持续，甚至愈演愈烈。　首先，笔者从开始记录近几　　２０１７年１１月５日，北斗３首　求，推动我国卫星导航产业的蓬　年来上学放学路上的拥堵地点、批组网卫星以“一箭双星”方式　勃发展，有助于我国由航天大国　时间和季节等信息人手，并统计　摸索其中的规律。主要特征如下：　在西昌卫星发射中心发射升空并　向航天强国迈进。　成功人轨，标志着我国北斗系统　拉开全球组网的序幕。　交通运输是国民经济、社会　一是路线稳定性，上学放学形成　发展和人民生活的命脉。其中陆　了家与学校基本固定行车路线；　北斗３将实现服务区由中国　地应用包括车辆自主导航、车辆　二是时间和地点规律性，基本按　照学校上学、放学的临近时段，　及亚太地区向全球覆盖的提升。　跟踪监控、车辆智能信息系统、　　同时，在导航定位精度、信号连　车联网应用、铁路运营监控等。学校周边拥堵最严重集中，并按　一续性、系统可用性等方面也将实　随着交通的发展，高精度应用需　现跨越。北斗卫星导航系统将形　求加速释放。北斗卫星导航系统　成基本导航、位置报告、星基增　与信息智能化技术综合应用。助　　强三大服务能力，满足地球及近　力交通运输现代化，在实现畅通、定位与授时，以及位置报告等要　系方面具有广泛应用前景。　周为周期简单重复；三是学校　旦放假，相同时间和地点　周边的拥堵是城市拥堵的节点之　一一，的交通会极大缓解，这也说明解　个城市的交通起到非常有利的帮　助。上学路线的稳定性、时间和　地空间飞行器等各类应用的导航　安全、智能化的现代交通运输体　决学校周边路口的拥堵，会对整　二交通问题之我见　１现象分析　时段规律性、学校周边路口堵点　的相对明确性等，为寻求解决方　了整个城市交通拥堵的剪影。也　案提供了基本边界。同时，本文　提出的解决方案也不仅限于学校　　北京的交通拥堵已深切影响　曾满怀期待的等待限行、错峰、了人们的日常生活。笔者自小学　潮汐路等措施实施后的一路畅通，　周边，还可为全市交通拥堵提供　　起，每天的上学、放学路，浓缩　但几年来，每天的上学路拥堵仍　参考。＿５０中萄航每２０１８年第５期　＿　通过对案例调查和分析，发　通信等功能，改进实现单灯智能　不再仅被动接收定位和路况信息，　现可优化解决的问题集中在三个　感知车流及态势、流向和时长智　而是双向提交车辆目的地、状态　方面：一是程控红绿灯路口存在　能调解控制、实现多灯时差及联　等，并可动态查询感知路口规划　无车通行的方向占据路口绿灯路　网保证走停协调等。　及状态变化响应等。　ｂ．路径预约式：不再是依托　类似铁路和车站预约运行模式。　Ｃ．联网及智能化：车、路口、　权，而有车通行的方向却是红灯，　ａ．单灯程控：动态（时长、　需要等待信号放行的情况，可通　方向、开关等）根据车流量和事　当前路况的路径规划，而是采用　　过灯车定位、多灯时差、自主智　件智能调整。能控制通行方向和时长等提升通　源的随机匹配导致利用率不均，　ｂ．多灯连续：改变走走停停，　行效率；二是车辆流量和道路资　可通过通信及规划预知绝大多数　控制中心的联网云平台状态更新　　车辆流向，引导单行等实现更多　及自主智能。（３）交通管理中心的实时态　可通过车路联网，并双向定位及　数的道路和车辆一路绿灯。　动态规划引导等实现平衡利用优　定时间和车流方向规律的重点区　域未能利用规律疏导运行，可以　Ｃ．分时段分方向引导：高峰　势到信息化、云平台、大数据分析　快速通过等。　化通行密度；三是学校等具有稳　期主方向的潮汐增车道控制／单向　处理改进　城市交通是一个复杂系统，既　ｄ．应急救援与重大事件交通　需要车辆、路口智能，交互；也　通过建立指控中心及云平台，逐　管制的高时效、无人化智能管理：　　汐规律，并单向制定控制疏导方　用率。需要从系统整体角度，构建网络　灯路协同、通行能力与流量相适　应的交通管理中心系统。同时还　从而实现既能实现实时路况、拥　　步实现利用大数据分析等掌握潮　缩短交通管制时间，提高道路可　互联、中心分析与控制、多灯协同、案解决。　ｅ．加强交通规范和智能监管：　率的智能处理。　超速、强行、违章等妨碍通行效　可以逐步积累数据、分析规律等，　２解决措施与对策　上述问题的解决，需要在原　道路的双向位置和通信链路，实　（２）车载导航终端的单向接　堵发生疏导，又能逐步信息化满　有交通系统基础上，打通车辆与　收到双向交互车路联网改进　现双向的较精确位置和时间同步，　统的车载导航终端只能被动接收　足大数据预判免除拥堵及多灯时　ａ．信息化：城市交通系统的　　路况在时刻发生变化，而传　差同步，协同通行等新改进。建立云平台和大数据的智能调度　来自卫星／地面网络的位置和当前　数字信息化，是分析、优化、控　规划系统等基础能力。通过利用　路况，既不能预计后续行程的拥　制引导等核心基础，系统解决城　我国北斗３系统导航与通信融合　堵情况（当前显示的后续路段拥　市交通，通过指控中心逐步建立　特色，发挥其导航定位、精确授　堵或畅通，并不代表车辆到达时　数字化交通信息系统是需要先行　　时和短报文通信等功能服务，可　刻的道路情况），也不能对当前　的基础之一。ｂ．出行规律及疏导措施：通　为形成解决方案提供基础平台。　车辆流量和道路资源的随机匹配　因此，合理利用北斗特色和功能，　情况实现动态更新和规划，导致　过大数据分析统计学校周边的具　结合现有路网系统基础，本文重　了道路资源利用率不均等。利用　有稳定时间和车流方向等潮汐规　北斗导航的定位和通信功能组合，　律，重点区域根据规律信息制定　点提出如下三个改进设想。　（１）路口红绿灯的程控到智　并通过位置报告服务等，与地面　疏导运行措施。如校园车辆可按　能控制改进　网络一起形成车、路、灯的联网，　时段采取规模化统一管理，批处　　路口／红绿灯的通行效率提升　双向定位及动态规划引导实现平　理通行、单项引导、分流等。ｃ．云平台：实现车辆、路况、　是改善城市道路的决定因素且可　衡利用道路资源，还可进一步实　　行环节之一。主要利用北斗系统　现路径预约式等改进。具备的精确授时、定位及短报文　路口等全部信息的服务端＋ＡＰＰ　ａ．交互式：通过北斗助力，　的双向服务，最大限度共享及利　ＳＰＡ航ＣＥ天ＩＮ产Ｄ业Ｕ与ＳＴＲ国Ｙ民Ａ经ＮＤ济ＮＡＴ。ＮＡＬ　Ｅｃ。Ｎ。ＭＹ　用信息，服务于中心级流量／资源　现交通系统相关各单元的双向通　系统主要功能包括：　ａ．北斗＋智能交通云平台　＋ＡＰＰ系统运行环境：提供人、车　均衡优化、地区级平衡削峰、路　信联网、信息智能、大数据管理等。　口级自适应通行控制、车辆级动　构建完善的从车辆、道路、路口、　态规划引导等。　流量态势等全程闭环、双向智能　辆、路口、应急指控车、控制中　交互的智慧管理云平台，实现分　心等的交互式信息共享、运行环　优先级、分时段、分地点的流量　境。　三系统解决方案构想　Ｉ组成和功能　授时、位置报告短报文等功能，　与流向路口智能控制，具备交互、　ｂ．车载导航终端：具有双效　预约预判和动态自主的车辆动态　交互通信、导航定位、位置报告、　的交通态势与管控信息化指挥体　势显示及事件响应和处理等功能。　Ｃ．北斗智能红绿灯路口单元：　基于北斗的定位和通信融合、　引导，建立基于大数据云平台等　短信息收发、交互路径规划、态　升级现有路口红绿灯、车载导航　系。设想的系统解决方案组成如　终端、交通管理中心软硬件，实　图Ｉ所示　提供多路口建的时序与时统协调、　▲　，　，　绿色区为智能预计学校周边将发生交通拥堵时，指控车自　主实施顺时针变通岛（四边形内）全绿灯疏导循环圈　图ｌ系统功能组成图　２中　２０１ｌ８Ｉ￣嘲　嚣＿　与驶入／驶出车辆感知及预约车辆　规划、道路改造及发展规划、综　客户端ＡＰＰ、用户注册和分级等。　等的交互、自主分时段／分流量的　合指挥调度等。　通行规２　ＪＪ￥１Ｊ定及变更发布、与控　制车／控制中心的指令执行及态势　报告、路口规则执行／意外处理等。　这些工作是实现双向交互、个性　化定制等的依据和必要准备。　ｂ．行前路径规划／预约：出行　２使用流程示例　系统建成后，对一般用户而　前，用户可根据目的地选择临时　ｄ．北斗流动道路控制指挥车：　言，主要的使用过程包括：初次　出行、预约出行或规律优先路线　等，提出出行任务，用户、路口　用于区域路权管辖与控制、应急　使用准备（软件下载和注册）、　指控处理、交通执法等功能，是　行前路径规划／预约（设置目的地、　和指控中心系统可通过交互获得　系统为增加灵活性、快速响应能　路径规划和交互确认）、沿途辅　通行优先权及路线规划。ＡＰＰ自　力而设计的可选项。　调度指挥中心：用于全域道路态　助和弓１导、历史大数据规律分析　动查询当前路况、相关红绿灯路　口单元后续管理计划、控制中心　ａ．初次使用准备：主要是要　的全域态势和重大事项规划等，　ｅ．城市／地区级交通综合研判　和智能交通管理等４个阶段。　３方案，初步选　势感知、发布与协调、重大事项　完成终端软硬件安装调试、下载　智能生成规划１．车载／手机ＡＰＰ下载及初始　化（扫码．￣ｗｗｗ访问）　用户注册（获得初　始优先纫　云平台　用户数据信息等　用户优先级更新　路口控制算法更新　道路规划更新　·当前路况信息　·Ｈ｛行时刻路况预　约统计及预判　·沿途红绿灯调度　计戈　·指控中心态势图　及重大事项等　图２系统运行信息流程图　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｃｈｉｎａ　２０１　８．５　ＳＰＡ航ＣＥ天ＩＮ产Ｄ业Ｕ与ＳＴＲ国Ｙ民Ａ经ＮＤ济ＮＡＴ　ＩＯＮＡＬ　ＥＣ　ＯＮＯＭＹ　定的方案提交云平台发布，相关　通管理：指控中心、红绿灯、车　服务的服务器端与应用端的ＡＰＰ　　路口及控制中心智能判断并调度　辆都可以分享云平台积累的路线、一起，构成网络化智能交通系统虚　确认。临时上路将具有低级通行　区域、全局大数据信息，并经长　拟运行环境。基于城市交通基础　　权，优先预约或规律性行程（校车、　时间统计分析后，基于统计量智　信息环境，通过整合交通路网、多人组合的学生接送车等优先）。　低道路通行权。　后，车、路口、指挥中心的位置、　能调整路口通行开闭和单行规律　公交客流、信号控制、设施位置　等交通信息，完成交通信息归集、　相关分析结果开展路网改造；用　分析、挖掘、发布，形成智能交　未使用系统统一调度的，具有最　执行和优化；指挥控制中心可用　ｃ．沿途辅助和引导：车辆行驶　户终端也可基于大数据分析规划　通云平台。构成设想示意图如图３　出行路径及享受智能出行提醒等。　所示。　路况和前方流量预计等信息动态交　互，随时更新及通过红绿灯控制等　权加权流量的方式调度运行。　智能交通云平台利用北斗定　３北斗＋智能交通云平台　位通信功能，通过双向提交车辆　目的地、状态等，平台可动态感　引导通行，多车路口的调度以通行　初步方案　北斗＋智能交通云平台提供　知路口规划及状态变化响应，为　ｄ．大数据规律分析和智能交　城市交通的数字化模型，城市交通　交通综合研判调度指挥以及红绿　Ｉ　交；交通信息处理策略　　略　Ｊｔｎ￣Ｕ．Ｔ＿　．ｌ　交通信息接入层　检测类数据标准　接入通道　区间行程时问　标准接入通道　事件信息标准　接入通道　其他交通信息　接入专用通道　协议转换　图３智能交通云平台设想示意图　辜　。１蛑　第渊一　６航天产业与国民经济　５５　图４智能交通云平台的数据接口图　灯路口管控提供数据依据；具备　度定位等功能和未来发展，实现　海量数据的存储、处理、发布等　车辆定位跟踪、车辆的状态信息、　　功能，并可用于研究和分析交通　语音、视频等相关信息采集传输、规则和算法、模型，实现对交通　与指控中心及多用户间通信等。　状态、历史规律、路况趋势的知　识积累和交通预测等。未来的云　平台还可以利用北斗地基增强系　统基础设施，通过高精度定位算　法，为车辆提供高精度数据，打　斗３系统导航与通信融合功能，　车道级指挥控制、行车引导等，　基于大数据、云平台等思想，　本文创新提出指挥控制中心云平　台服务端设想，同时提出流动指　挥车等可选、应急、灵活的综合　调度手段和方案，使系统优化、　四主要创新和未来展望　应急响应、执法处理等重大交通　事件，获取最高路权优先级及打　本文基于我国正在建设的北　通生命通道具有参考意义。　展望未来，伴随我国北斗３　造交通的精细化定位，能够实现　创新提出车、路口、中心联网的　系统部署及服务，其特有的导航　双向交互云＋端ＡＰＰ交通平台的　与通信融合特色，同时提供高精　文等功能，为实现定制化、网络化、　结合平台的大数据分析，充分挖　系统解决方案，通过升级车载终　度授时、定位、位置报告与短报　　掘现有的道路资源，提高路口通　端、路口红绿灯、指挥控制中心等，行效率（图４）。　为畅通上学路的闭环交互、分级　差异化的交互式智能交通系统应　引导、堵点治理提供参考。升级　用提供了基础平台。同时，也可在　４车载单元　置定位以及与平台之间的交互。　原车载导航位置和路况的单元接　未来自动驾驶、盲人引导、火车　信融合特性，涉及了双向交互、　车载单元主要用于车辆的位　收限制，利用北斗位置报告和通　站等密集路口自主车辆引导等实　现天地协同、导航与遥感、通信　主要利用的北斗无源定位、有源　路口预约、一路绿灯等概念和运　协同等，通过并网连通，构建云平　定位及短报文通信、北斗地基增　行设想，为智能交通的车载单元　台，大数据系统等，发挥更大应用　强基准站基础设旋实现车辆高精　提供了新可能。　空间和社会经济效益。匝戛圃