智慧交通导论 全套课件 第1-11章 概述、智慧交通技术 -智慧交通工程实践

《智慧交通导论》第一章

概述LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空1234CONTENT人类交通史交通行业智慧交通概述智慧交通构成及技术体系PART01人类交通史01一、人类交通发展过程人类发展史也是一部交通发展史。人类的活动伴随着对交通的刚性需求，由此带来了交通运输工具的持续发明与改良，交通设施的配套建设与运维等交通组织、管理、创新、应用实际需要。该发展过程是面向未来的持续过程，专业程度将越来越高，智慧交通是最新发展趋势之一。这是我们通过本书，从宽广的视野了解智慧交通内容及发展趋势的学习目的。总特点01二、主要发展特征公路、铁路、水路、城市道路、桥梁、码头等的持续建设和运维交通基础设施用最快的速度，最短的时间到达指定目的地追求时间体验追求旅途运输工具的舒适性服务，满足人们出行个性需求追求舒适体验交通工具的持续发明和完善运输工具极力追求运输工具、运输机场设施等对交通出行的高安全性要求追求安全体验01一、客货分运明显PART02交通行业02二、交通行业分类国内按照交通工具的不同及细分领域管理的相对独立性，交通运输行业可以分公路、铁路、水路、民航、邮政、管道、城市交通七大领域。交通运输部官网介绍相关内容交通行业七大领域公路城市交通铁路管道民航邮政水路02二、交通行业分类公路（Highway）是指经交通运输主管部门验收认定的城间、城乡间、乡间能行驶汽车的公共道路，包括已经建成的由交通运输主管部门认定的公路；还应包括按照国家公路工程技术标准进行设计，并经国家有关行政管理部门批准立项由交通运输主管部门组织正在建设中的公路。公路包括公路的路基、路面、桥梁、涵洞、隧道。按其在公路路网中的地位分为国道、省道、县道和乡道，并按技术等级分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。中华人民共和国交通运输部，《中华人民共和国公路管理条例》，200902二、交通行业分类铁路（Railway）也称铁道，指供火车行驶的交通线路。由路基、道床、轨枕和钢轨构成，包括沿线的桥梁、隧道和各种辅助设施。国内的铁路分国家铁路、地方铁路、专用铁路和铁路专用线。国家铁路是指由国务院铁路主管部门管理的铁路。地方铁路是指由地方人民政府管理的铁路。专用铁路是指由企业或者其他单位管理，专为本企业或者本单位内部提供运输服务的铁路。该铁路定义属于狭义范围的定义，如高铁、普通铁路、城市地铁、轻轨系统，但是随着新技术出现，广义的铁路还包括磁悬浮、单轨等。中华人民共和国，《中华人民共和国铁路法》，201502二、交通行业分类水路（Waterway）指可以供水上交通工具航行的线路。其主要交通工具为船舶、排筏和其他浮运工具。水路包括了内陆河道、湖泊线路，沿海线路，远洋线路。水路设施包括了港口、航道、防波堤（防砂堤）、护岸（海堤）、船闸（通航建筑物）、船坞、航标等。《资治通鉴》02二、交通行业分类

民航为民用航空（CivilAviation）的简称，指使用各类航空器从事除了国防、警察和海关等国家航空活动以外的所有的航空活动。民用机场，是指专供民用航空器起飞、降落、滑行、停放以及进行其他活动使用的划定区域，包括附属的建筑物、装置和设施（不包括临时机场）。低空经济一般指活动在4000米及以下的个性化服务航空活动形态，如直升飞机、无人机、电动垂直起降飞行器（electricVerticalTake-offandLanding，eVTOL）、热气球、滑翔翼等。中华人民共和国，《中华人民共和国民用航空法》02二、交通行业分类邮政（Postal）是由国家管理或经营寄递各类邮件的事业，服务对象包括了政府、企业、个人。最早起的邮政雏形起源于三千年前的中国，为中国古代设置的驿站，利用专用马、船等传递官方文书和军情。进入21世纪后，国内邮政业务主要集中于邮政快递及物流、邮政金融、寄递包裹、寄递信件、邮政汇兑、邮政电子商务、发行邮票及期刊等。中华人民共和国国家邮政局官网02二、交通行业分类管道是管道运输（PipelineTransport）的简称，指用管道作为运输工具的一种长距离输送液体、气体等流体货物为主的运输方式，也兼顾部分固体物资的运输，如煤炭、化学品、粮食等。最近十多年美国、中国、瑞士等已经在研究用真空管道运输超高速车辆的可能，其理论时速可以达到每小时1000公里到4000公路。中国邮政速递物流官网简介]02二、交通行业分类城市交通（UrbanTransport）是指由城市道路（Load）、铁路、水路、空路、管路等交通方式综合构成的解决公众出行及货物运输的城市交通服务体系。城市交通在管理上有物理边界，一般以城市边界为服务范围；其次，其服务交通工具与大交通（跨国省交通）相比在载客载货量、外观特征、使用范围有明显区别，如共享单车、公交车、地铁、网约车、出租车、快递配送车、各种城市管道等，主体以一个城市为单位进行管理和运营，以服务本地公众为主，由此城市交通也被称为“小交通”。中国邮政速递物流官网简介]02二、交通管理体系我国政府交通管理体系主体分部、省、市（地区）、县四个层级。交通运输部天津市交通运输委员会浙江省交通厅……静海区交通部门宁波市交通部门北仑区交通部门河东区交通部门杭州市交通部门象山县交通部门站、班组………县市省……部02二、交通主要特征交通运输行业在发展、服务、活动过程，具有明显的7大特征：1.国家基础性产业2.建设和管理并重3.客运货运并重4.运输工具导向5.安全及应急要求6.经济行为7.信息传递及服务特征PART03智慧交通概述03三、智慧交通概念早期的智慧交通概念起源于20世纪90年代美国的智能交通系统（IntelligentTrafficSystem或

IntelligentTransportationSystemm，ITS），并在1990年被美国智能交通学会正式提出。该ITS技术源于借助计算机技术、通信技术对公路进行智能化改造。美国交通工程师协会（InstituteofTransportationEngineer，ITE）对ITS的定义为：它是把先进的检测、通信和计算机技术综合应用于汽车和道路而形成的道路交通系统。现在智慧交通发展内涵而言ITS概念严重过时，不符合实际发展需要03三、智慧交通概念广义智慧交通定义：利用互联网、物联网（InternetofThings，IoT）、卫星定位、自动化、大数据、云计算、人工智能等现代技术与交通运输行业知识进行交叉融合，更加舒适、安全、高效、经济、环保地服务于客运、货运的综合运输系统。该定义面向公路、铁路、水路、民航、邮政、管道、城市交通等所有交通领域。03三、智慧交通发展过程5.人工智能化阶段（2020-）以深度学习、大模型为代表的AI技术的突破，及其在公路视频、车路协同、无人驾驶的成功应用4.大数据化阶段（2010-2020）分布式大数据技术、云技术的发明及在交通领域的成功应用，主要体现为TOCC、交通大脑等场景的落地使用3.互联网化阶段（2000-2010）网上售票系统、App导航系统、运输工具轨迹跟踪、港口等作业系统的大规模应用2.系统化阶段（1990-2000）20世纪90年代初到90年代末，ITS概念正式提出，美国、欧洲、日本、中国陆续推广公路ITS应用，并采用PC机、局域网、城域网技术1.萌芽阶段（1960-1990）20世纪60年代美国利用大型计算机、专用通信网络、GPS卫星定位在公路行业尝试解决公路收费等问题，并取得成功03三、当下智慧交通主要特征03040201人们出行或货物运输，首先需要解决信息获取问题，而且要求快速、便捷、低成本，能有效到达。目前国内的航旅纵横、铁路12306、高德地图、携程旅行网等都逐步具有了以场景为导向的智能化服务功能。2、场景智能化把知识、技术、场景进行综合集成化是智慧交通问题解决的一个主要思路。在技术上交通智能化离不开计算机、通信、数据、互联网、人工智能等技术的集成应用，如高铁、飞机、船舶、汽车都离不开计算机的控制和计算、离不开卫星定位、离不开无线网络的通信服务、离不开数据的监管和分析、离不开图像识别及智能驾驶技术的辅助。在知识上智慧交通会涉及交通科学、计算机科学、经济学、气象、地理环境、自动化、数学、心理学、法律、旅游、文化等内容。在场景上会涉及人们出行、货物运输、运输工具、交通基础设施等方面的智能化服务和管理。3、综合因素集成化智慧交通发展过程始终是离不开计算机及通信技术的支持。当下及未来数据是智能交通的核心基础内容1、数据基础化无线射频技术、网络支付技术、图像识别等技术的运用出现，替代了高速人工收费服务；无人驾驶车辆技术的成熟，对出租车、网约车司机具有明显的替代作用；无人自动化码头的出现，替代了码头人

工作业；12306售票系统、地铁自动售票及通闸系统、公交车自动售票系统等的出现，取代了人工售票、检票工作；无人机配送具有替代城市人工配送的能力。总之先进技术的发明和在交通领域的融合应用，是一个不断提高劳动效率、替代人工工作的过程。4、先进技术替代化PART04智慧交通构成及技术体系04四、智慧交通构成要素(13要素)数据服务场景（公、铁、水、航、邮、管、城）物

金融管理标准法律政策环境基础设施运输工具场景要素保障要素链接要素技术人04四、综合技术体系功能层支撑层用户层

数据层基础设施数据、运输工具数据、货物数据、旅客数据、运输活动数据、环境数据、金融数据……操作系统数据库Web中间件数据交换中间件地图组件大数据中间件人工智能中间件……网络服务器安全设备机房环境设备……交通智能软件、智能终端、智能运输工具硬件层旅客、驾驶员、交通管理人员、装卸作业人员、交通服务人员、……智慧交通13大要素构成了智慧交通体系建设主体，是智慧交通规划、设计、实施、管理等需要考量的因素。智慧交通体系落地，需要对其进行基本的技术框架进行设计，然后指导具体智慧交通系统落地实施。左图为通用的综合技术体系设计内容，在智慧交通不同领域的具体应用场景建设设计过程，可以作为实施技术参考依据。04五、第一章实际任务实验一：制订度假旅途中的交通服务方案小美从天津去海南岛度假10天，需要去文昌观看火箭发射一次，三亚沙滩度假三天，海口购物、参观五公祠、海南大学，并安排住宿、餐饮、交通路线。请设计出行方案，设计内容要求如下：明确所有出发、到达时间点；预订所有到达场所（可以模拟支付），记录操作时间；要求时间估算要有可靠依据；要求行程安排合理、满足轻松旅游要求；要求价格合理、符合一般旅客出行要求（不能采用包车等特殊手段）；要求出行线路规划可视化处理；要求写明采用了哪些工具实现上述要求；提出智能旅游出行改善设想。

实验二：智能公交出行有哪些智能服务系统写出跟智能公交相关的10个智能服务系统名称；写出每个智能服务系统主要服务功能（至少1个）；提出一个智能服务改善建议。可以线上、线下收集相关素材，再进行方案设计1-2课时结束LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空《智慧交通导论》第二章

智慧交通技术LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空1234CONTENT智慧交通技术体系硬件平台技术网络通信技术数据技术5人工智能技术PART01智慧交通技术体系01一、重点工作情况图2.2圆圈里的硬件平台技术、网络通信技术、数据技术、软件技术是所有智慧交通项目必须考虑的建设内容，属于基础性的软件工程范畴的技术；人工智能技术，其他相关技术作为智能交通特定应用场景技术；智能交通终端技术、智能运输工具技术，属于用户直接使用部分技术。智慧交通技术体系属于一个技术大杂烩的融合体。标题添加01一、硬件平台技术硬件平台技术主要指机房内的服务器等硬件设备，用于安装智能交通软件系统，用于存储交通数据。2020年后的发展趋势是购买云平台服务。01一、网络通信技术网络通信技术用来传输智能交通软件系统产生的数据或链接各种使用终端，包括了无线传输、有线传输。。01一、数据技术数据技术是指用来存储、分析、展现交通数据一般数据技术及大数据技术。如数据库技术、分布式大数据处理技术、二维三维展示界面系统、数据采集共享技术等。分布式数据库二维三维展示界面系统01一、人工智能技术人工智能技术这里特指通过智能交通系统，具备图像识别、语音识别、大数据分析、自然语义分析、机器人服务等的以深度学习、强化学习为代表的新一代人工智能技术。01一、其他相关技术跟智慧交通系统服务功能紧密相关的支持技术，如电子地图技术、数字孪生技术等。01一、智能终端技术智能终端技术在智能交通领域特指各种服务终端如自助售票机、自助检票机、执法手持终端、测速及识别雷达、自助语音查询终端、数字摄像头、无线传感器等，上述终端都会产生对应的数据，供智能交通系统联动使用。01一、智能运输工具技术智能运输工具技术是指具有自主控制能力、代替人类进行智能化驾驶的各种交通工具，这些交通工具整合了人工智能、自动化控制、互联网、传感器等相关先进技术。如自动驾驶汽车、无人机、自主行使能力的船舶、自动驾驶地铁、自动搬运货物机器人、码头自动作业无人运输车等。PART02硬件平台技术02二、数据计量单位硬件平台技术主要确定智慧交通系统在服务器上需要安装及存储数据的空间大小，然后决定服务器存储设备数量、规格及服务器的配置，或购买云平台的相应存储使用空间。序号单位英文、中文名称换算关系说明11BByte字节1B=8Bit一个字符，如“a”,为1B；一汉字为2B。21KBKilobyte千字节1KB=1024B=2^10B一张1英寸的彩色照片从几KB到上百KB31MBMegabyte兆字节1MB=1014KB=2^20B一部电影500MB41GBGigabyte吉字节1GB=1024MB=2^30B用车载激光雷达采集三维点云数据,沿高速公路跑，一公里将产生2GB-4GB的数据51TBTerabyte太字节1TB=1024GB=2^40B阿里电商平台2014年日增交易数据在50TB61PBPetabyte拍字节1PB=1024TB=2^50B2014年阿里平台累计的数据超过100PB71EBExabyte艾字节1EB=1024PB=2^60B2014年中国数据总量达909EB，占世界13％的份额81ZBZettabyte泽字节1ZB=1024PB=2^70B2014年全世界的数据总量在6ZB多，IDC预计到2020年全世界的数据量将超过40ZB。该级别的数据，可以记录全世界海滩上的沙子数量。91YBYottabyte尧字节1YB=1024ZB=2^80B其数量相当于7000位人类体内的微细胞总和101BBBrontobyte珀字节1BB=1024YB=2^90B该级别的数据，人类对地球事物的所有记录或许还将有可能。111NBNonabyte诺字节1NB=1024BB=2^100B记录太阳系、银河系、星系团、宇宙级别的庞大数据。121DBDoggabyte刀字节1DB=1024NB=2^110B131CBCorydonbyte靠字节1CB=1024DB=2^120B141XBXerobyte日字节1XB=1024CB=2^130B02二、服务器储量估算方法目前主流服务器存量估算方法分5步走：第一步，估算平均每天的数据存储需求量；每日产生存储量估算公式S=N×B×(1+0.2)其中N为每天平均产生的数据记录数，B为每条记录的平均字节数，0.2为预估经验比例（每条记录结构额外需要开销的存储量比）。第二步，估算一年的数据存储需求量；年数据存储量估算公式Y=S×365如第一步智能交通业务系统的年数据存储量估算为：Y=11.2GB×365÷1024≈4TB第三步，估算N年的数据存储需求量；N年数据存储量估算公式C=N×Y第四步，考虑数据存储冗余量；在实际数据存储环境下还需要考虑数据库系统本身读写硬盘需要的缓冲空间，随着业务拓展、使用量的增长所产生的额外增量开销，数据备份等需求，所以要估算额外冗余存储量，其估算公式：W=C×(1+n)C为N年数据存储量，n为额外冗余存储量百分比。第五步，整体考虑存储需求量。在实际考虑存储时，还需要考虑到操作系统、数据库系统、智能交通系统等的安装空间及运行空间开销。由此服务器完整的存储空间估算公式为：A=F+WPART03网络通信技术03三、网络通信技术无论是天上飞的飞机、海里航行的船舶、地上开的车辆、铁轨上疾驰的高铁，还是地下穿行的地铁都需要各种网络通信技术支持，才能传输各种数据，才能实现智能出行服务。根据网络分布物理距离的远近可以分为个人局域网（PAN）、局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、卫星通信网（SCＮ）、互联网（internet）。03三、网络通信技术1、个人局域网（PersonalAreaNetwork，PAN）个人局域网指能在便携式消费电器与通信设备之间进行短距离通信的网络。其覆盖范围一般在10米半径以内。如利用蓝牙技术近距离通信的笔记本、耳机、共享单车、智能手机、车载信息系统、车载娱乐系统等。其主要传输方式是无线传输。03三、网络通信技术2、局域网（LocalAreaNetwork，LAN）

局域网是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。其传输介质主要为双绞线、光纤。03三、网络通信技术3、城域网（Metropolitanareanetwork，MAN）城域网指在一个城市范围内所建立的计算机通信网，它的传输媒介主要采用光纤，传输速率在100兆比特/秒以上。其覆盖范围在10～100km的区域。如郊区高速公路上的摄像头视频信号传输方式之一可以是城域网的光纤。03三、网络通信技术4、广域网（WideAreaNetwork，WAN）广域网（WAN）：网络跨越国界、洲界，甚至全球范围。广域网是指连接不同地区局域网或城域网计算机通信的远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网并不等同于互联网。03三、网络通信技术5、卫星通信网（SatelliteCommunicationNetwork，SCＮ）卫星通信网是指由一个或数个通信卫星和指向卫星的若干地球站组成的通信网。如中国的北斗导航卫星定位系统、美国的全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）、欧洲的伽利略卫星定位系统（GalileoSatelliteNavigationSystem，）都是典型的卫星通信网。其通信距离从陆地延伸到了太空，服务范围遍及陆地、海上、空间。通信卫星卫星信号接收站03三、网络通信技术6、互联网（internet）互联网（internet），又称国际网络，指的是网络与网络之间所串连成的庞大网络，这些网络以一组通用的协议相连，形成逻辑上的单一巨大国际网络。这个通用协议是指TCP（TransmissionControlProtocol，传输控制协议）和IP（InternetProtocol网间协议）协议。由此互联网包含了广域网、卫星通信网，只要它们遵循TCP/IP通信协议。我们日常使用的电脑、智能手机都是互联网的一部分。互联网是地球上最大的通信网络。PART04数据技术04四、交通数据交通数据种类繁多，来源复杂。

1、数据结构分数据从数据结构分类，可以分为交通结构化数据、交通半结构化数据、交通非结构化数据。交通结构化数据，是目前主要存储、分析、应用的数据，以关系型数据库存储的数据为主，如高速公路收费数据、货车轨迹数据、港口作业调度数据、民航飞行数据、高铁车次数据、地铁进出检票数据、邮政快递单数据等。交通半结构化数据不太常见，如报道交通路况的网页新闻或公众留言、记录交通各种统计报告的PDF文件等。交通非结构化数据，最多的是公路视频。2、交通行业领域分数据交通行业按照领域分公路、水路、铁路、民航、邮政、管道六大类，由此对应六大类数据。3、数据采集来源分数据按照数据采集来源分，可以分自动设备采集、人工业务处理采集、其他系统共享、系统内部生成四类。4、实时数据非实时数据实时数据，在传输上时效性要求高（一般在秒级间隔上传，并可响应返回），连续性传输的数据。如货车卫星定位轨迹数据，地铁检票数据等；非实时数据，在传输上时效性要求不高，间断性传输的数据，如各种统计报表数据。04四、数据处理技术数据处理技术可以分数据采集、数据传输、数据存储、数据分析、数据共享、数据展现、数据安全等技术。数据采集数据采集面向应用场景业务处理现场，分终端实时数据流采集、文件批量采集、其他系统对接采集、业务终端输入采集等。实际应用场景如ETC收费站现场视频采集车辆车牌号信息、公交车刷卡器采集客人刷卡支付信息、卡车安装车载北斗定位智能终端实现轨迹数据实时采集。04四、数据处理技术数据处理技术可以分数据采集、数据传输、数据存储、数据分析、数据共享、数据展现、数据安全等技术。数据传输数据传输前提，先要建立网络通信通道，如高速公路路侧视频设备需要跟通信光纤相连，建立起物流通信通道，或通过无线5G卡传输，具体需要跟相关通信公司进行合作。然后，把通信链路接入机房数据接受端交换器，最后存储到视频服务器内。右图为视频数据传输网络设计图。2数据存储数据整体存储于服务器的磁盘中，其存储容量估算等见2.2节相关内容。同时数据存储时需要通过数据库软件技术进行统一管理。04四、数据处理技术数据处理技术可以分数据采集、数据传输、数据存储、数据分析、数据共享、数据展现、数据安全等技术。4、数据分析数据分析技术可以从传统的文件数据分析、数据库SQL分析、编程分析到大数据及人工智能分析技术等。以Excel文件为例，简单介绍其数据分析功能。Excel做数据分析，主要通过其自带的函数进行。Excel函数一共有11类，分别是工程函数、统计函数、逻辑函数、财务函数、数学和三角函数、数据库函数、日期与时间函数、信息函数、查询和引用函数、文本函数以及用户自定义函数。04四、数据处理技术数据处理技术可以分数据采集、数据传输、数据存储、数据分析、数据共享、数据展现、数据安全等技术。

5、数据共享数据共享需要把服务器端的数据通过相应软件支持功能把数据转发给指定的使用方。目前主流的数据共享技术包括了WebService技术、FTP的文件数据接口服务技术、消息中间件服务技术、基于Socket的实时数据接口服务技术，如右图所示。如路政执法人员现场通过智能执法终端把执法记录上传到服务器，再通过服务器把执法数据转给执法处理部门，这类系统级别的业务数据共享转发，只需要提供WebService技术即可。对于上传执法照片、文件特定数据，可以采用一次性批量上传并转发功能，如基于FTP的文件数据接口服务。在实时大数据量采集情况下，则可以选择消息中间件服务方式，比较流行的消息中间件如东方通消息中间件、Kafka消息中间件等。对于与其他系统或数据库对接情况下，可以采用基于Socket的实时数据接口服务。数据库存储数据消息中间件数据WebServiceFTP消息中间件Socket数据存储区数据共享接口服务技术数据采集及传输数据使用对象04四、数据处理技术数据处理技术可以分数据采集、数据传输、数据存储、数据分析、数据共享、数据展现、数据安全等技术。6、数据展现数据从采集、传输、存储到共享，最后是为了被使用。所以需要提供相应的数据展现功能技术。现阶段数据展现技术可以分普通的网页展示、专用二维三维组件展示、虚拟现实展示三种。通过普通的网页展示数据，是大多数业务系统所提供的数据展示方式，其展示内容可以是表格、统计图、图文结合、声音、动图等。PART05人工智能技术04四、人工智能技术概述人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是通过机器替代人实现人具有的智能行为。这里的机器主要指计算机、数据、相关软件，也可以包括相关的智能终端设备。目前人工智能应用比较成熟的技术方向包括了机器博弈（智能机器人）、声音识别、图像图片识别（文字、指纹、人脸等）、传感器等提供数据的分析与预测。人工智能研究的主要学科包括了计算机科学、信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等。右图直观地体现了人工智能（AI）、机器学习（ML）、深度学习（DL）之间的关系，它们是包含关系，同时是部分继承关系，各自概念的定义进一步区分了各自的特点，一般读者对此有印象、会简单区分即可。04四、人工智能技术在交通中的应用在交通领域常见的人工智能应用场景包括视频图像识别、人脸识别、声音识别、机器人服务、数据分析决策等。视频图像识别基于视频图像识别的场景应用，具体应用包括车辆抛洒物品、车辆逆行、车辆违停、车牌号识别等。2人脸识别广义的人脸识别实际包括构建人脸识别系统的一系列相关技术，包括人脸图像采集、人脸定位、人脸识别预处理、身份确认以及身份查找等主要包括铁路、公路、地铁、人脸识别自助购票、检票进站等。3声音识别

声音识别是对人、人造物体或自然界发出的音频信号进行特征识别，以进一步确认音频信号发生源及发展变化趋势等。如通过对大桥振动波进行持续音频监测，分析音频信号变化，以判断桥梁是否健康。4机器人服务

机器人（Robot）是一种能够半自主或全自主工作的智能机器。机器人能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务。随着机器人技术的成熟，交通领域常见的应用场景包括了货物搬运、出行咨询服务等。5数据分析决策

利用人工智能算法对数据进行分析决策，在交通领域有广泛的应用。如百度的自动驾驶开源技术Apollo内含了路况感知（Perception）和路径规划（Planning）等高级算法。又如城市拥堵算法方面，采用基于循环神经网络（RecurrentNeuralNetwork，RNN）和长短记忆网络（LongShort-TermMemory，LSTM）的模型在交通拥堵预测中取得了较好的效果。第3课时结束LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空《智慧交通导论》第二章

智慧交通技术LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空6789CONTENT软件技术智能终端技术智能运输工具技术其他相关技术10实验PART06软件技术06一、主流软件开发工具在智能交通工程实践中，绝大多数需要通过软件技术进行智能交通方面软件开发，才能形成智慧交通服务系统，由此，需要了解市场主流的软件开发技术。目前，市场主流的软件开发技术包括了Python、C++、Java等。标题添加Python是最易入门、重点支持数据分析技术和人工智能技术学习的一门编程语言。有利非计算机专业学生快速掌握编程语言，并做基于数据的工程开发和研究测试。Python科学计算生态圈非常丰富，其与Numpy、Scipy、Pandas、Matplotlib、PyGIS等库的结合，可以完美地进行数据分析研究；与Scikit-Learn、PyTorch、TensorFlow等库结合，可以实现人工智能相关的知识的学习和研究。C++（CPlusPlus）是一种计算机高级程序设计语言，由C语言扩展升级而产生。C++几乎可以创建任何类型的程序：游戏、设备驱动程序、高性能计算（HighPerformanceComputing，HPC）、云、桌面、嵌入式和移动应用等，甚至用于其他编程语言的库和编译器也使用C++编写。由于其擅长跟硬件结合，以更加有效的方式实现软硬件功能协同，在智能交通领域更加侧重硬件设备驱动设计等底层代码研发，如交通信号控制系统、视频编解码系统、图像识别系统等。相对Python、Java语言，C++更难学。Java技术既是一种编程语言，也是一种平台。这是因为Java除了提供核心的Java开发包（JavaDevelopmentKit，JDK）外，还提供了大量的应用程序接口（ApplicationProgramInterface，API）类库，甚至集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE）。Java在软件公司里被采纳为主要代码开发技术的占比很高，是软件工程研发的主流开发工具。PART07智能终端技术07二、智能终端这里的智能终端技术是指利用传感技术、芯片技术、通信计算、人工智能技术等，实现在交通领域替代或辅助工作人员的智能终端设备。公路上的高清摄像设备，其整合了工控机、通信芯片、编码器、视频图像识别软件、供电系统等，辅助公路管理人员，自动识别路面事件，减轻管理人员事件识别工作压力。高铁站的进站验票自助闸机，整合了人脸识别软件、高清摄像头、二代身份证感应器、通信终端、语言提示系统、控制机芯、供电终端等组成，具备完全替代检票人员工作的能力。07二、智能终端这里的智能终端技术是指利用传感技术、芯片技术、通信计算、人工智能技术等，实现在交通领域替代或辅助工作人员的智能终端设备。执法智能终端，是交通执法人员现场执法时需要持有的辅助工具。大小如图所示，内置摄像头、对讲通讯、案件处置系统、卫星定位等功能，可以辅助执法人员现场视频、图片取证、案件信息记录上报、应急呼叫等操作。PART08智能运输工具技术08三、智能运输工具智能运输工具是指在交通运输过程采用智能化技术进行运输的交通工具。这里的智能技术包括了大数据、人工智能、互联网、自动化等技术。

在公路及城市交通出行方面包括了无人驾驶汽车、电动垂直起降飞行器（electricVerticalTake-offandLanding，eVTOL）、无人快递配送车、无人驾驶卡车等，无一例外都采用了雷达防碰撞识别、卫星定位、无线通信、车载导航、自动驾驶、环境及行为人工智能算法预判等技术。08三、智能运输工具在铁路方面包括高速列车、磁悬浮列车、真空管道列车等，涉及智能驾驶、无线通信、卫星定位、远程监控、智能决策等技术。在航空方面包括了现代客机、现代货机，其上的飞行控制系统具有自动驾驶飞机、自动控制飞机飞行状态等功能。08三、智能运输工具在物流方面包括码头、仓库等自动导引运输车（AutomatedGuidedVehicle，AGV）如右图所示、自动装卸设备等。AGV技术集人工智能、信息处理、图像处理为一体，涉及计算机、自动控制、信息通讯、机械设计和电子技术等多个学科，成为物流自动化研究的热点之一。PART09其他相关技术09四、电子地图电子地图（ElectronicMap），即数字地图，是利用计算机技术，以数字方式存储和查阅的地图。交通无论是陆地、海洋、空中都离不开电子地图的服务应用。如我们日常家庭汽车出行使用导航功能时必须要用到电子地图，大型船舶海上航行时必须使用海洋电子地图进行导航，机场飞机调度及监管必须使用相应的电子地图。交通领域的工程规划、建设、设施养护管理等都离不开电子地图的辅助。09四、数字孪生数字孪生（DigitalTwin）是充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。右图为联通公司推出的车路协同数字孪生系统。实现了实时展示车辆行驶状态、位置、轨迹、线路、视频、自动驾驶级别、运行参数等数据，实现了车辆上帝视角实时监控、车内视角实时监控，实现了车辆精准路线驾驶。PART10实验10五、实验实验一绘制智能交通技术体系图画出智能交通技术体系图，并就每一种技术在交通领域的具体应用举例说明。画出智能交通技术体系图；简要介绍每一种技术；就每一种技术举例一个具体使用场景，并说出相应功能。实验二调研自动驾驶汽车使用技术调研自动驾驶汽车使用了哪些智能交通技术，形成调研报告说明自动驾驶汽车的智能化基本原理，配原理图；就主要智能技术的功能进行介绍，至少5个以上；就自动驾驶汽车的技术拓展应用，至少提供一个使用建议。第4课时结束TheusercandemonstrateonaprojectororcomputerTheusercandemonstrateonaprojectororcomputerTheusercandemonstrateonaprojectororcomputerTheusercandemonstrateonaprojectororcomputer汇报人：王某某LOGO.智慧城市城市规划城市发展城市招商《智慧交通导论》第三章

公路智慧交通LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空1234CONTENT公路智慧交通概述公路智慧交通体系建设主要应用场景养护主要应用场景5执法主要应用场景PART01公路智慧交通概述01一、国外发展史从20世纪60年代末开始，美国ITS发展历程共分为早期探索、初步发展、快速发展、全面发展四个阶段标题添加

20世纪60年代-80年代20世纪90年代-20世纪末21世纪初-21世纪10年代中期21世纪10年代-早期探索阶段初步发展阶段快速发展阶段全面发展阶段01一、国外发展史日本ITS发展历程共分为四个阶段，分别是早期探索阶段、ITS系统形成阶段、快速发展阶段以及深化与融合阶段01一、国外发展史欧洲ITS起步于20世纪80年代中期，在欧盟委员会的领导下启动了DRIVE（DedicatedRoadInfrastructureforVehicleSafetyinEurope）计划，主要研究内容为需求管理、交通和旅行信息系统、城市综合交通管理、城市间综合交通管理、辅助驾驶、货运和车队管理、公共交通管理。2006年，欧洲提出了车-路协同系统（CooperativeVehicle-InfrastructureSystem，CVIS），主要目的是基于无线通信等技术进行车路信息获取，实现车辆与基础设施之间的智能协同与配合。2007年，欧洲开始了EasyWay计划，旨在促进欧洲交通物联网的发展，主要应用服务包括旅行者信息服务、交通管理服务以及货运和物流服务等。2010年，欧洲制定了《ITS发展行动计划》，着力在智能交通系统、道路安全等领域，提出战略实施方案。2014年，欧洲启动了“地平线2020”计划，推动智能交通系统的跨国合作和技术创新。2023年，欧盟理事会宣布其正式通过了新的智能交通系统框架指令，以加快欧盟的数字化转型和智慧出行。强调综合运输系统智能化是欧洲ITS发展的主要特点。01一、ITS国内发展史我国ITS起源于1994年，部分学者参加了在法国巴黎召开的第一届ITS世界大会，为中国ITS的开展揭开了序幕。1997年7月，国家科技部通过国际间的合作，召开了“中欧ITS研讨会”，确定了将ITS作为中国科技发展及高新技术产业发展战略的重要组成部分。1999年，我国成立了国家智能交通系统工程技术研究中心（NationalIntelligentTransportSystemsCenterofEngineeringandTechnology，ITSC），ITSC是我国智能交通技术研究应用的先行者和主要推动力量。2000年，我国成立了全国智能交通系统发展协调指导小组及办公室，并成立了ITS专家咨询委员会。2003年11月，中国政府代表团第一次参加在西班牙马德里举办的第十届ITS世界大会，科技部联合交通部、建设部、公安部和北京市政府联合申办“2007年第十四届ITS世界大会”获得成功，标志着中国的智能交通系统建设将在更加开放、竞争与合作并存的环境中加速发展。2012年5月25日，由北京交通大学主办，香港交通运输协会协办的2012年智能交通系统国际研讨会在中苑宾馆举行。2016年，中国提出“交通强国”战略目标，旨在建成“安全、便捷、高效、绿色、经济”的现代化综合交通运输体系。2019年和2021年，我国分别颁布了《交通强国建设纲要》和《国家综合立体交通网规划纲要》，为公路交通高质量发展提供明确方向。2022年，交通运输部印发《交通领域科技创新中长期发展规划纲要（2021—2035年）》，提出“突破国家重大战略通道建设技术瓶颈，提升区域综合交通网络智能化协同管控水平，构建形成数字化、网络化、智能化、绿色化的综合交通运输系统”。2023年，交通运输部印发《加快建设交通强国五年行动计划（2023—2027年）》和《关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》，推动传统基础设施的数字化转型升级。PART02公路智慧交通体系02二、公路智慧交通体系构成公路智慧交通体系旨在满足人货在公路上更加舒适便捷的出行要求，并有效缓解交通拥堵、提高运输效率、保证交通安全、减少环境污染，实现智慧交通的可持续发展。公路智慧交通体系按照在公路领域的不同应用可以分8个部分的智慧化。

公路建设智慧化

1

公路应急智慧化

4

公路养护智慧化

2

公路日常管理智慧化

5

公路执法智慧化

3

公路货物运输智慧化

6

公路旅客运输智慧化

7

公路运输工具智慧化802二、公路智慧交通技术体系公路智慧交通主体技术构成包括了智慧交通技术、公路专业技术和管理知识的结合。比较典型的公路大型工程的技术框架如图所示，面对公路行业的痛点和需求，以系统性的解决业务问题为出发点，基于开放共享的理念，以数据为核心，以数据流、信息流、控制流为主线，形成“智能交互、智能联接、智能中枢、智能应用”四层架构，构建一套“云、网、边、端”全面协同的智慧交通技术体系。PART03建设主要应用场景03三、公路基础设施构成公路基础设施是指构成公路系统的各个基本元素，它们共同确保公路的功能性、安全性和效率。公路基础设施主要由以下九部分组成。03三、设施建设智慧化公路设施建设智慧化从政府（公路管理运营公司）、设计、施工、监理、质量检测等单位来说，各有不同诉求。政府（公路管理运营公司）往往代表建设单位，重在公路设施工程的规划、计划和工程立项、招投标、项目进度、项目质量及验收管理，更多的是事务型管理，在公路设施建设智慧化上，希望设计方、施工方、监理方、质量监测方提供直观、有效的工程进展信息，主体通过项目会议掌握工程实施情况，对工程设施建设本身智慧化管理要求不高。BIM桥梁三维仿真设计03三、设施建设智慧化施工方或施工企业，则关心的是施工进度、施工质量、施工合同、施工风险、施工人员、施工材料、资金管理等的可控性，先进的中大型企业会选择工程管理软件，对工程施工过程进行全过程管理。监理方主要关心现场监理过程的留痕，如施工现场安全措施的拍照留痕、施工进度的监管、材料进场的登记及拍照留痕等。具有实力的监理公司采用智能终端设备采集监理数据，并上传至服务器后端，方便监理公司统一监管，并报建设单位。质量监测单位则根据现场施工情况，采集施工质量数据，并上传至后端进行统一分析，并出具质量监测报告。03三、压路机施工实时监控应用案例 天津四方智控科技发展有限公司研发的压路机监控系统，包括对振动压路机和胶轮压路机的监控，压路机监控系统需在压路机车顶加装北斗天线，在驾驶室内安装数据处理设备，在主振动轮的振动泵位置装加速度传感器和温度传感器，以实时监控压路机的行进轨迹、行驶速度以及开振情况和碾压温度，并根据内置数据处理系统，实时计算当前碾压合格率。PART04养护主要应用场景04四、公路养护业务要求公路设施养护涉及日常巡视、定期检测、养护作业三部分业务。1、日常巡视公路日常巡视是公路管理部门每天必须要执行的一项常规性任务，目的通过巡视发现公路设施潜在的问题，如桥梁裂缝、路面坑槽、路标标识牌丢失、路面堆积抛洒物等，一旦发现问题，立即上报，有利及时修复设施问题，保证公路设施使用安全。2、定期检测则公路养护部门聘请专业检测机构，对公路、桥梁设施进行专业检测，并出具检测报告，为后续设施针对性养护提供依据。3、养护作业国际道路会议常设协会于1983年建议，公路养护统一划分为日常养护、定期养护、特别养护和改善工程四类。04四、公路养护业智慧化根据公路养护任务的不同，对应的智慧化养护系统日趋普及，巡视手段也从手持智智能终端、车载视频巡视到无人机巡视方向发展。无人机巡视无人机平时存放于无人机机库内，并接受自动充电服务。当设定巡视指令下达后，无人机则从机库自动飞出，沿指定线路进行公路设施巡视。巡视过程主要采用高清晰度的机载摄像头，对路面设施进行AI图像识别，以快速发现路面问题。04四、公路养护业智慧化数据处理技术可以分数据采集、数据传输、数据存储、数据分析、数据共享、数据展现、数据安全等技术。2车载视频巡视利用车载视频采集路面图像，并通过图像识别算法，快速识别路面病害，是公路养护智慧巡视的一种方式。养护巡检设备最高支持100km/h时速下，实现3车道同时检测，可识别横向裂缝、纵向裂缝、坑槽、龟裂、修补、井盖共6类目标，04四、公路养护业智慧化3、养护智慧化整体技术框架智能终端、车载视频、无人机巡视采集的数据上传至后台后，需要进一步加工分析，由此，需要建立一整套后台智慧化整体技术框架。PART05执法主要应用场景05五、公路执法要求公路执法涉及公路设施执法、公路运输行为执法两类。1、公路设施执法公路设施执法主要为了确保公路设施的安全，进而保证公众出行安全。主要法律依据《中华人民共和国公路法》《公路安全保护条例》《收费公路管理条例》等。常见的执法行为包括：非法侵占路侧保护用地、偷盗公路设施、损坏公路设施等。2、公路运输行为执法公路运输行为执法主要依据《中华人民共和国道路运输条例》《道路运输从业人员管理规定》《机动车驾驶员培训管理规定》《巡游出租汽车经营服务管理规定》《网络预约出租汽车经营服务管理暂行办法》《道路危险货物运输管理规定》《城市公共汽车电车运管规定》及地方道路运输条例等。常见的执法行为：无证从事客货运输服务、高速公路货车超载、车辆违规改装、危险品车辆违规行驶、客运经营者敲诈旅客、无牌照客运经营等。05五、智能执法案例2022年，天津市交通运输综合行政执法总队利用大数据、人工智能、5G、卫星定位、互联网等实现了违规网约车智能执法系统的研发，其功能主要实现思路如图所示。第4课时结束LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空《智慧交通导论》第三章

公路智慧交通LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空1234CONTENT客流服务主要应用场景应急主要应用场景货流服务主要应用场景典型算法5练习及实验PART01客流服务主要应用场景01一、客流服务业务综述标题添加01一、主要技术路线1、感知层通过各种传感器和数据采集设备收集客流相关的数据，包括但不限于乘客流量、行为模式、环境参数等。2、数字化物联平台将感知层收集的数据通过直联、设备对接、系统对接等方式，传输到数字化物联平台。该平台具备数据采集能力层、物联网能力层和大数据能力层，能够对数据进行清洗、分析、存储，并利用机器学习等技术进行深入分析。3、管理平台利用数字化物联平台处理后的数据，管理平台可以进行智慧能源管理、智慧停车、智慧公厕、智慧安防等，提高客流服务的效率和质量。01一、ETC应用案例ETC车道原理图如图所示，主要依赖于车载单元（OnBoardUnit，OBU）和路侧单元（RoadSideUnit，RSU）之间的无线通信，实现车辆通过入出口收费站的记录和收费过程。OBU安装在车辆的前挡风玻璃内侧，而RSU则安装在收费站的车道上方的5.5米高度处。当车辆进入ETC车道时，OBU被RSU激活，两者之间建立微波通信链路，进行数据的交互。PART02应急主要应用场景02二、公路智慧交通体系构成公路应急事件是指在公路交通系统中可能发生的各种紧急情况，需要及时响应和处理以保障交通安全和减少损失。以下是常见的公路应急事件：交通事故与自然灾害，包括车辆碰撞、翻车、火灾等，可能导致人员伤亡和交通堵塞。恶劣天气条件，大雾、暴雨、积雪、高温、强风等极端天气状况，可能导致能见度降低、路面湿滑，增加交通事故风险。公路设施损坏。桥梁、隧道、路面等公路设施因老化、超载或意外事故而损坏。施工事故，在公路施工过程中发生的事故，如坍塌、设备故障等。危险化学品泄漏，运输危险化学品的车辆发生事故，导致有毒有害物质泄漏。违法协管事件，如异常停车、行人上高速、机动车逆行等违法行为，需要及时处理以维护交通秩序。公路突发交通事件按照性质类型、严重程度、可控性和影响范围等因素，分为四个等级：Ⅰ级（特别重大）、Ⅱ级（重大）、Ⅲ级（较大）、Ⅳ级（一般）。02二、公路应急流程设计通用的公路应急流程包括事前准备、事发应急、事后完善三个阶段。事前准备包括应急预案制订、应急物资储备、应急人员明确、应急演练、风险源的界定等。事发应急主要包括公路应急事件发生，应急事故上报，应急队伍应急响应，应急现场处置等。事后完善包括事后经验总结及教育，事后舆论应答，事后赔偿等问题处理，事后应急物资补充，事后责任处置等。公路应急管理普遍采用日常监管与应急响应结合方式，如图所示。02二、路网应急应用案例交通运输部在2011年启动了路网管理与应急处置工程，各个省市按计划实施，其主要建设内容如图所示。PART03货流服务主要应用场景03三、公路货流服务要求公路货流服务要求旨在提高道路运输企业服务能力，规范道路运输秩序，提升服务质量和服务水平，促进道路运输向安全、节能、环保、高效的现代综合运输体系方向发展。公路货物服务要求主要如图所示。03三、危化品管理案例中资智慧物流有序推进危化品智慧应急监测平台建设，形成了“2311”框架体系，即：两个支撑平台由基于信创环境的基础软硬件支撑平台和应用支撑平台构成；三大应用系统由企业综合信息管理系统、风险隐患监督管理系统和安全风险态势展示系统组成，实现数据的收集和展现功能；一套数据采集规范库，一套安全风险量化评估模型。企业综合信息管理系统如图所示，03三、危化品管理案例风险隐患监督管理系统如图所示，从安全风险预防的角度出发，按企业分布、双重预防、每日承诺、物联感知、事故报告、危化运输，实现危化企业安全风险数据的专题展现，为安全管理提供决策依据。PART04典型算法04四、交通算法在交通管理和规划领域，算法的应用至关重要，它们不仅能够提高交通流的预测精度，还能优化出行路径，从而提升交通效率和减少拥堵。本节将详细介绍两种关键算法：首先是3.9.1节的高速流量预测算法，它通过分析历史数据和实时信息来预测未来交通流量；其次是3.9.2节的出行最优路径算法，它旨在为驾驶者提供基于当前交通状况的最优路线。04四、高速流量预测算法在当前的交通领域中，准确地预测高速流量对于交通规划、交通管理和智能交通系统的优化都具有重要意义。要实现准确的交通流量预测，关键在于如何有效地捕捉动态交通流的时空特征，并将这些特征进行有效整合。深度神经网络作为一种强大的机器学习工具，被广泛运用于交通流量预测，能够帮助实现更为准确的高速流量预测。高速公路长期交通流量预测主要是根据输入的历史流量数据完成高速公路未来一小时内的交通流量预测。本节介绍的流量预测算法框架如图所示。04四、高速流量预测算法其中流量预测组件包括时间卷积层、语义注意力层、图时间卷积层、时间注意力层和BN层共五个部分，具体如下：04四、高速流量预测算法其中流量预测组件包括时间卷积层、语义注意力层、图时间卷积层、时间注意力层和BN层共五个部分，具体如下：04四、高速流量预测算法5、BN层该层为激活函数层。基于该算法设计并实现了长时道路交通预测系统如图3.28所示。在系统操作页面输入需要查询的节点编号，并选择需要查询的时间，点击模型对比按钮后，右下角的地图则会定位至该节点的位置。蓝色坐标点即需要查询的节点的位置，点击该坐标点则会弹出该节点的具体信息包括经纬度，以及对应时间的真实交通流量数据和两个模型的预测交通流量数据04四、出行最优路径算法不同于以距离为单位的传统算法，改进算法以时间为评价指标来设计代价函数。在真实的交通路网中，同一路段的交通拥堵情况是实时动态变化的，体现在数据上为监测到的车辆速度处于无规律的波动，因此可以基于预测目标路段在未来一段时间的速度以及该路段的长度，来计算车辆在某一时刻通过该路段的预估时间。从而选择是否将该路段加入最优路径。因此，可以记录固定路段在一定时间间隔内的预计通行时间，用于动态路径搜索。改进算法的代价函数表示如公式（3-10）所示。04四、出行最优路径算法在实际生活中，左转向得通行时间相比于直行通行时间更短，因此左转向相比于直行得时间成本更高，直行得通行成本又高于右转。为此，在公式（3-10）中加入参数作为左转向惩罚因子，得表达式如（3-11）所示：04四、出行最优路径算法2、动态路径规划算法基于算法的动态路径规划算法流程如图所示，具体步骤如下：（1）绘制路网拓扑图。根据道路的真实长度以及路网结构，按照比例尺绘制出对应的路网结构图。04四、出行最优路径算法2、动态路径规划算法基于算法的动态路径规划算法流程如图所示，具体步骤如下：（1）绘制路网拓扑图。根据道路的真实长度以及路网结构，按照比例尺绘制出对应的路网结构图。PART05练习及实验05五、练习1.判断题（1）从20世纪60年代末开始，美国ITS发展历程共分为早期探索、初步发展、快速发展、全面发展四个阶段（

）（2）压路机监控系统只包括对振动压路机的监控（

）（3）车辆巡检可以识别横向裂缝、纵向裂缝、坑槽、龟裂、修补、井盖共6类目标（

）（4）通过客流统计系统，收集和分析客流量数据，帮助管理者了解客流分布和变化趋势（

）（5）公路突发事件中Ⅰ级事件是比较简单的事件（

）2.填空题（1）公路智慧交通体系按照在公路领域的不同应用可以分，公路建设、公路养护、公路执法、公路应急、公路日常管理、公路货物运输、公路旅客运输、（

）8个部分的智慧化。（2）公路执法涉及公路设施执法、（

）行为执法两类。（3）通用的公路应急流程包括事前准备、（

）、事后完善三个阶段。（4）ETC主要依靠（

）和（

）之间的无线通信。（5）公路智慧交通主体技术构成包括了（

）、公路专业技术和管理知识的结合。05五、实验实验一：公路智慧交通体系的构建与应用1、选择一个具体的公路交通管理问题，如交通拥堵、事故预防等；2、设计一个基于智能交通体系的解决方案，包括所需技术、设备和方案；3、讨论该方案的效率和安全性。实验二：智能执法在公路交通管理中的应用1、选择一个智能执法技术，如自动车牌识别系统、车速识别等；2、设计实验测试该技术在公路环境中的执法效果；3、分析实验结果，评估技术的有效性和可能的改进方向。第5课时结束LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空《智慧交通导论》第四章

铁路智慧交通讲座老师：赵慕楠LOGO.智慧公路智慧铁路智慧水路智慧航空1234CONTENT铁路智慧交通概论铁路智慧交通体系调度集中控制系统列车运行控制系统5购票服务系统典型算法6PART01铁路智慧交通概论01一、国外发展史标题添加自20世纪90年代起，欧洲各国便开始了对ERTMS的研究和试验。经过数十年的努力，ERTMS系统逐渐在欧洲范围内得到广泛应用。如今，ERTMS已成为欧洲铁路系统的重要组成部分，不仅提高了列车的运行速度和安全性，还显著降低了铁路系统的维护成本。与此同时，日本也在积极探索智慧铁路的发展道路。CyberRail作为日本数字铁路的参考模型，自2000年起便开始了相关研究。CyberRail旨在通过数字化技术，实现铁路系统的全面升级和优化。01一、国内发展史

20世纪中后期，随着全球信息技术的快速发展，中国铁路开始认识到信息技术在提升运输效率、保障安全、改善管理等方面的重要作用。这一时期，铁路部门开始着手进行业务系统的信息化建设，比如1969年，我国首套电子调度集中系统在成昆铁路投入应用，1992年成功研制DJ4型调度监督系统，并在丰沙线、京郑线等区段应用等，这些系统的初步建设为智慧铁路的发展奠定了基础。

进入21世纪，中国铁路的发展步伐明显加快。面对社会对铁路运输“高速、高密度”的迫切需求，铁路部门开始探索将现代通信技术、信息处理技术、自动化控制技术等融入铁路运输系统，以实现更高效、安全、便捷的运输服务。这一时期，“高速铁路列车运行智能控制”、“高速铁路列车群智能指挥”等重大科研项目相继启动，并取得了一系列突破性进展。

国家铁路局发布的《“十四五”铁路科技创新规划》，作为我国铁路领域首个科技创新五年规划，为智慧铁路发展提供了系统性指导。该《规划》明确提出六方面重点任务：一是推动更高速度轮轨技术、先进载运装备等高端化技术研发；二是深化智能铁路技术应用，加强前沿技术与铁路深度融合及大数据协同共享；三是提升运输服务技术水平，优化旅客与货物运输服务技术；四是强化安全保障技术，深化主动防控系统研发及设备运维养护；五是推进绿色低碳技术研发，提升能源效率与污染治理水平；六是完善科技创新体系，包括打造国际先进创新平台、培育高水平人才团队及深化国际交流合作。PART02铁路智慧交通体系02二、CyberRail面对全球范围内智能交通系统（IntelligentTrafficSystem，ITS）的蓬勃发展，日本铁道技术综合研究所（RailwayTechnicalResearchInstitute，RTRI）于2000年提出了名为“数字铁路系统”（CyberRail）的前瞻性构想。其核心愿景在于通过“信息先行、服务为本”的理念，打造全球首个覆盖全交通场景的智能联运平台，将铁路系统从机械化的运输工具升级为具备主动服务能力的智慧生命体。CyberRail的设计理念以“全能数字助理”为原型展开。旅客通过移动设备召唤这位虚拟伙伴，即可实现从跨城行程规划、实时路线调整到突发状况应对的全程无缝服务。系统通过持续追踪旅客位置、偏好历史与实时交通数据，构建动态的"数字孪生"画像，使每位乘客都拥有专属的出行档案。这种智能化服务体现在三个维度：1、联运导航：突破铁路与其他交通方式的界限，提供门到门的全程指引。2、动态调度：基于实时路况与客流变化，智能优化列车时刻表与编组。3、安全控制：通过车地间高频次信息交互，实现列车的主动防护与自动驾驶。02二、CyberRailCyberRail的系统架构如图4.3所示，以“虚实融合的数字化联运网络”为核心，通过构建动态交互的智能信息空间，实现对铁路运输全要素的数字化建模与实时管控。该架构并非简单的功能堆砌，而是以“数据驱动决策”为逻辑主线，将物理世界的铁路要素（旅客、车辆、线路）映射为可计算、可操作的虚拟对象，并通过智能标签（Tag）技术建立双向动态链接，形成覆盖全链路的感知-决策-执行闭环。

车辆间的连接状态车辆类计算机空间Tag类多种交通和其他服务提供者

旅行指南、建议

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运行方向用户线路类02二、国内体系如今我国的铁路智慧交通体系已经有了长足的进步，完善并投入使用的各项技术已经让我国的铁路运输实现全局化、智能化的发展。中国智慧铁路通过前沿技术深度融合与创新应用实现全面升级，像北斗卫星导航、5G通信、人工智能和大数据这些技术，都和铁路系统进行了多维度的深度融合。比如北斗能给列车提供精准的位置信息和安全监测，5G则让列车和调度中心能快速交换数据，控制更精准。修铁路的时候，工程师们用BIM技术把设计、施工全流程管起来，还能在电脑上模拟施工，提前发现问题。数字孪生技术则像给铁路修了个虚拟复制品，方便随时查看和优化。列车方面，中国已经实现了时速350公里的自动驾驶，通过算法优化，能耗降低了7.77%。现在每列动车组都装了智能运维系统，能实时监测设备状态，及时发现故障。在面向乘客方面，电子客票、刷脸进站这些都已经普及，还能在车上用手机订餐、选座。铁路部门同时打通了和公路、航空的数据，让乘客的换乘更加顺畅。最新的CR450动车组样车已经研发出来，设计时速达到400公里，更节能也更智能。铁路还在全面升级数字化，用物联网和边缘计算技术管理基础设施，为未来的智慧交通打基础。PART03调度集中控制系统03三、调度中心子系统调度中心，作为调度集中控制系统的大脑，汇聚着海量信息并发出关键指令。03三、车站子系统车站子系统是铁路调度集中系统的核心组成部分，主要负责车站范围内的列车运行控制和信号设备管理。该系统通过高度集成的硬件设备和智能软件，实现了车站行车作业的自动化与智能化，显著提升了铁路运输效率和安全性。在硬件组成上，车站子系统包含自律机、采集板、输出板、值班员工作站、电务维护终端等关键设备。自律机作为系统“大脑”，实时接收调度中心下发的列车运行计划和调车作业计划，自动完成进路排列并驱动联锁系统执行。采集板和输出板则负责监测轨道电路、信号机等设备的状态，并执行开关量控制命令，确保现场设备与系统指令一致。值班员工作站配备直观的图形界面，供车站工作人员查看实时站场动态、办理进路控制、记录行车日志等操作，同时支持车次号修改和调车计划编制。该系统支持两种核心控制模式：分散自律控制与非常站控。分散是相对于调度中心集中控制而言，将过去由调度中心集中控制所有车站的列车作业的方式改为由各个车站设备独立地控制各自的列车和调车作业。在车站操作方式下，值班员拥有全部控制权，可手动办理列车和调车进路；而在中心操作方式下，调度员则主导全局进路安排。当设备故障或需要人工处理时，系统可切换至非常站控模式，由车站联锁控制台接管所有操作，确保行车安全03三、网络通信子系统在铁路通信系统的宏大架构中，网络通信子系统如同纵横交错的神经脉络，以冗余设计为核心理念，编织成一张兼具可靠性与安全性的通信网络，它们由多个专业模块组成，它们各司其职又紧密协作，保障列车运行安全和调度效率。光纤网络以其大容量、高带宽、低损耗的特性，成为承载实时数据传输的主动脉，将调度中心与沿线车站紧密联结，确保指令与信息在毫秒间精准传递。而数字微波通信则于光纤网络遭遇极端环境时挺身而出，如图所示，以无线接力方式维系通信生命线，二者协同构建起"主备双活"的传输体系。03三、工作原理列车运行计划的编制是调度集中控制系统（Centralizedtrafficcontrol，CTC）有序运作的起点。调度员需以列车运行图为纲领性文件，结合客货运输需求、线路实时状态及车站作业能力，通过专业软件系统完成精细化编排。这一过程需综合考量列车等级（如G字头高速列车与C字头城际列车）、车站股道有效长度、区间通过能力等核心要素。编制完成的计划包含车次号、始发终到站、精确到分钟的发车与到达时间、停站时长等结构化数据，并通过网络通信子系统以标准化数据包形式传输至各车站子系统。接收端系统将其转化为进路排列指令、信号机显示控制等操作依据，为列车接发作业提供数字化支撑。列车运行过程中，车站子系统通过多维度传感器构建全域监测网络。轨道电路利用电磁感应原理实时感知轨道占用状态，将物理空间占用转化为数字信号；信号机状态采集器通过光电传感器与图像识别技术，精准捕捉信号显示变化。这些数据经通信网络汇聚至调度中心，由智能分析系统完成多源异构数据融合，生成包含列车位置、速度、设备状态的动态监控视图。当系统检测到列车晚点超过阈值或设备故障时，触发声光报警并启动应急预案，调度员可通过人机交互终端实时掌握全局态势。PART04列车运行控制系统04四、系统组成列车运行控制系统（TrainControlSystem，TCS）融合了通信、信号、计算机、自动控制等多领域的先进技术，通过对列车运行速度、位置以及运行间隔等关键参数的精确控制，实现列车运行的自动化与智能化，是现代铁路运输不可或缺的重要组成部分。列车运行控制系统是保障铁路安全高效运行的核心技术体系，其设备构成涵盖地面、车载及控制中心三大部分，通过多维度信息交互实现列车运行全流程管控，04四、工作原理列车运行控制系统核心功能涵盖定位跟踪、速度控制及进路联锁三大模块。PART05购票服务系统05五、主要功能12306购票服务系统是中国铁路客户服务中心推出的官方网络售票平台，它依托现代信息技术，为广大旅客提供便捷、高效、公平的铁路客票购买服务。自上线以来，12306彻底改变了人们购买火车票的方式，从传统的线下排队购票，转变为随时随地通过网络购票，极大地提升了购票的便利性与效率，是中国铁路信息化建设的重要里程碑。05五、主要技术购票服务系统主要依赖于以下技术：1、分布式系统架构：12306购票服务系统采用分布式系统架构，将庞大的业务功能拆解为多个相对独立的子系统，部署在不同的服务器节点上，如图所示。这种架构模式一方面大幅提升了系统的可扩展性。随着用户数量的增长和业务的拓展，如在春运等特殊时期，能够方便地增加服务器节点，灵活应对海量的并发请求。另一方面，分布式架构增强了系统的容错性。如果某个节点出现故障，其他节点仍能继续工作，确保系统整体的稳定性，避免因单点故障导致系统瘫痪。例如，在车票查询、订单处理等不同业务环节，分别由独立的分布式子系统负责，各子系统之间通过高效的通信机制协同工作。网络05五、主要技术2、云计算技术：云计算12306提供了强大的资源弹性支持。通过云计算平台，系统能够依据实时的业务负载动态分配计算资源。在购票高峰时段，如节假日、春运期间，大量用户同时涌入，云计算