基于云计算下的智能交通路径优化关键技术

时间：2024-05-04

范双南周南彭姣丽张柬伦

（湖南交通工程学院电气与信息工程学院湖南省衡阳市 421009）

在经济和物质资源有限的情况下，继续扩大交通基础设施，以充分支持其快速增长是不可行的。对于交通协调系统来说，尤其如此，因为道路基础设施的扩建无法跟上车辆数量的增长，从而导致交通拥堵和延误。因此，除了努力建设新的道路外，还必须开发新的智能交通管理和协调系统。

1 云计算技术应用在智能交通系统的优势

近年来，随着云计算领域的发展，云计算技术及其应用在制造业、医疗业、能源与公用事业、交通与配送业、农业技术、智能城市等越来越多的行业得到了广泛的应用。随着全球互联网和电子商务的快速发展，云计算技术在从产品生产到产品交付的整个产业链中发挥着至关重要的作用。同时，消费者对产品的及时性、完整性、安全性提出了更高的要求，特别是对于特殊商品和建筑行业。近年来，智能交通系统得到了长足的发展。越来越多的传感器和通信技术（如云计算）被集成到汽车中，开辟了一个新的设计空间优化动态路径。

2 智能交通路径优化关键技术研究

2.1 结合云计算、大数据和人工智能（AI）应用

近年来，世界范围内的交通量不断增加，这一问题日益引起人们的关注。道路通行能力不足和由此引发的拥堵已成为许多城市地区的主要问题。交通拥堵对经济、环境和居民健康以及驾驶员的满意度产生了负面影响。当前解决这一热点和及时问题的方法依赖于智能交通系统（ITS）技术的开发。云计算作为一种新型的共享资源的商业计算模式，广泛应用于数据存储领域，在数据中心存储海量数据，为上层应用和服务提供透明、安全、可靠的计算服务和数据存储。有效的运输是交付这些产品的最重要因素。货物需要识别技术，如车辆跟踪定位技术、信息传输技术、结合云计算、大数据和人工智能（AI）应用的网络技术，结合当前的互联网技术，才能满足这些要求，达到真正的意义智能交通。目前，基于云计算技术的智能交通应用研究进展较多。其城市交通管理涉及大量地理分布信息的收集和处理，以控制分布式基础设施和单个车辆。该问题的分布式性质促使开发了一个新颖的、可扩展的ITS 云平台。在科学研究和商业发展的今天，云计算已经开始显示出它的技术优势，成为信息技术领域最尖端的技术，它的适用性非常强，可以在很多领域显示出不寻常的使用能力。数据中心是云计算的核心技术，存储是数据中心的关键，目前数据中心的数据容量升级已经超过了EB级。因此，云计算技术的关键和难点在于减少数据丢失或出错的机会。

2.2 ITS云组织处理和管理分布式数据源

ITS 云组织处理和管理分布式数据源，为流量管理方法提供更准确的流量状态信息。在现有云计算和网格计算方法的基础上，提出了一种新的服务分配方法，以满足其流量管理的独特需求。ITS云托管形成基于云的流量管理系统（CTMS）的软件服务集合。CTMS 将交叉口控制算法与车辆的交叉口接近建议和动态路径选择相结合。

2.3 微观交通仿真工具

CTMS 包含了一种新的两步交通管理方法，该方法依靠ITS 云提供详细的交通仿真图像，并将自适应交叉口控制算法与微观预测机制相结合。它是第一种能够同时进行自适应交叉口控制和交叉口接近优化的方法。该方法基于一种新的基于压力的自适应交叉口控制算法和两种新的交通预测方案。利用和ITS 云紧密结合的微观交通仿真工具对开发的交通管理系统进行了评估。新的交通管理方法在现实的交通条件和道路网络配置范围内表现出优于基准方法的性能。这项工作的独特之处在于研究了其组成部分之间的相互作用。

3 基于云计算下的智能交通路径优化关键技术实现

3.1 云计算技术负责车辆数据的收集、共享和发布

在交通平台的研究中，提出了一种数据采集和处理的媒介框架，并提出了一种支持群组移动性的网络管理方案。在此框架下，可以优化车载终端的接入时延，降低网络信号成本。在车载终端连接方面，提出了一种基于车载连接代理的方案，并提出了一种面向车载应用场景的数据采集模型，该模型可用于生成对大量移动终端的高效访问和管理。提出了一种车辆视频压缩处理模型。在交通信息服务中，路侧设置传感器和摄像头引入了模块化、可扩展的增强型路侧单元，其中包括提交给平台的数据，以便进行速度调整和路线优化。提出了云计算服务的智能社区辅助框架，主要用于城市道路基础设施管理和道路辅助服务。基于GPS（Global）的交通服务系统架构，定位系统和Android 被提议通过发布公共交通的实时信息来促进公共交通服务的发展。

3.2 基于云计算下智能运输方案

结合网络化与智能交通的发展，笔者提出了基于云计算技术的智能交通系统。基于云计算的智能交通体系结构，也称为基于云计算技术的智能交通系统。智能交通系统是在传统交通业务模式的基础上，结合云计算技术，实现安全、可靠、高效的现代智能交通系统，包含从应用层到技术层。智能运输方案主要的运输方式有任务调度、车队开行、目的地到达、装载、目的地运输、卸货、车辆返回完成任务。在基于云计算的交通技术中，成功地定位车辆、人员和货物。运输技术需求包括车辆跟踪定位、货物跟踪定位、实时监控车辆状态、车辆位置、货物状态和乘员状态，保证运输的安全、方便和效率，提高了运输的质量。

3.3 智能物流运营中心应用场景

无线传感器网络（wireless sensor networks，WSNs）具有显著提高现有运输效率的潜力。此外，云计算是一种新一代信息和通信技术，由于其现收现付的服务模式而越来越受欢迎。利用无线传感器网络和云计算技术构建车辆网络是智能交通控制的发展方向。智能物流运营中心应用场景通过传感器和传感设备，如RFID、车辆位置（GPS、BDS）、车辆状态（速度传感器、视频、液位、温度和湿度）、空调传感器（温度、湿度、辐射，以及通过卫星发送到运营中心的实时数据，实时跟踪和分析车辆。它可以监视车辆的预定目的地、路线的符合性、车辆在正常情况下的状态以及车辆上货物的安全性。要采取措施，对车辆和人员进行干预和处理，如车辆灾害，可能涉及联系交警和当地医院。此外，非法操作的情况可能涉及远程电话警告和干预。如果货物状态异常，可能需要对乘客进行预警。最后，可能有必要根据周围环境的需要在异常情况下提供帮助。

本文提出的这项技术保证了所有运输需求都在安全、方便、高效的状态下进行。智能交通系统的技术架构基于云计算技术架构，云计算技术架构由感知层、传输层、支撑层和应用层组成。传感层包括车辆静止状态、行驶速度、油耗和制动、环境温度、湿度、风力、天气、存在状态、温度、放射性、压力等各种信息传感装置和智能传感系统。传输层主要包括云计算网关、卫星通信网络、移动通信网络和有线局域网，负责传感层的数据采集和传输。支持层主要涉及物理设备服务器、数据存储、应用服务器、网络设备和云计算。应用层主要是交通运输辅助决策支持和应急指挥中心，以及交通运输监控、跟踪、处理的应用。

车辆终端的设计车辆联网的早期技术主要是基于车辆网络的总线（总线）结构，通过CAN 总线进行数据传输的信息传输，以及用于车辆状态数据采集的车载诊断接口。这两种方法在实际应用过程中都存在不足，如车辆总线（bus）网络技术结构，以及需要处理的各种产品。图3 显示了车辆定位和监控终端的典型功能框架。智能车载终端由微机、传感器、陀螺仪、BDS 模块、通信模块、前置摄像头、车载摄像头、显示器、三自由度加速度传感器、温度传感器、液位传感器、烟雾传感器和CO 浓度传感器组成。终端可以对车辆运行安全情况及时提醒和帮助驾驶员，同时更新车辆运行时间和位置。车辆的状态和其他元素的图片和视频数据有助于车辆的管理，以避免或减少车辆事故，并提供及时准确的安全状态了解，以及在需要时启动快速响应。该智能设备在交通运输中具有很强的实用性，可以扩展对商品RFID 标签的读取，并通过3G/4G 网络将数据发送到运营中心。通过这项技术可以更有效地跟踪和了解车辆的状态。