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隨著我國經(jīng)濟飛躍式的發(fā)展，城市和鄉(xiāng)村的面貌均發(fā)生了巨大變化，尤其是城市的發(fā)展更是史無前例。伴隨著城市規(guī)模的擴大和城市人口的增多，城市的發(fā)展面臨著諸多困境，其中城市交通問題日趨嚴重。盡管汽車的發(fā)明給人們帶來交通的便利，但城市的交通擁堵問題、交通事故問題已不容忽視。道路交通承擔(dān)著人流、物流轉(zhuǎn)換空間的功能，維持著社會的運轉(zhuǎn)，是經(jīng)濟發(fā)展的重要渠道。近年來，我國大部分城市為改善其交通都作了很大的努力，各地政府都投入大量資金修建各種交通基礎(chǔ)設(shè)施，并利用信息技術(shù)建立交通信息系統(tǒng)，有效地促進政治、經(jīng)濟和社會的發(fā)展。

目前大部分的城市已初步配套設(shè)置相應(yīng)的交通管理系統(tǒng)，并裝備了不同規(guī)模的硬件系統(tǒng)，然而這些系統(tǒng)或是引進，或是自行開發(fā)，更多的還是硬件裝備的簡單集成，在改善城市交通方面發(fā)揮的作用尚不夠明顯。而且不少城市建設(shè)的交通信息系統(tǒng)已經(jīng)面向不同交通方式利用者的，但由于這些系統(tǒng)之間的信息資源難以共享，缺乏大系統(tǒng)的規(guī)劃與標(biāo)準(zhǔn)化考慮，各系統(tǒng)自身的功能也未能充分發(fā)揮出來，難以從根本上起到改善交通現(xiàn)狀的作用。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進步的今天，城市建設(shè)的不斷拓展，人口規(guī)模的擴大，機動車數(shù)量的急速上升，城市道路交通流量急劇上升，城市交通面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是高峰時段一些重要路段或重要節(jié)點交通堵塞、交通事故、停車等問題日趨嚴重。近年來，我國城市在道路建設(shè)方面投入巨大，但是由于規(guī)劃和管理不到位，并未從根本上解決道路交通問題。隨著科學(xué)技術(shù)在道路交通發(fā)展的應(yīng)用不斷加深，道路交通信息化管理也迅速發(fā)展起來，其管理問題也日漸顯露，加上有些城市的交通信息化建設(shè)起步較晚，道路交通信息化程度明顯滯后。雖然我國道路交通信息化得到了一定的發(fā)展，但道路交通信息化管理方面仍存在著諸多問題，應(yīng)用新型道路交通信息化科技實現(xiàn)智能交通系統(tǒng)優(yōu)化建設(shè)已十分緊迫。本文將動態(tài)GPS技術(shù)引用到道路交通管理當(dāng)中，設(shè)計城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，旨在緩解交通擁堵，減輕交通壓力，輔助合理配置交通資源，有效節(jié)能降耗，提高城市道路交通運輸效率，提高道路交通管理能力。與城市大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入相比，本文更加強調(diào)科學(xué)技術(shù)和道路交通信息化技術(shù)的應(yīng)用，針對道路交通管理問題，不僅要從提高管理水平，推進道路交通信息化管理入手，還要更進一步提升新型科技應(yīng)用能力，以改善城市道路交通環(huán)境。

1相關(guān)理論與技術(shù)

1．1智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)（IntelligentTransportSys－tem，ITS）是改善當(dāng)前城市道路交通環(huán)境主要手段，它主要利用計算機相關(guān)技術(shù)，如計算機通訊技術(shù)、GPS／GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，建立在城市范圍內(nèi)的實時、準(zhǔn)確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)，主要為了讓城市道路順暢運行和提升交通運行的效率［5］。ITS在改變傳統(tǒng)的道路交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分運用道路交通基礎(chǔ)設(shè)施資源和先進的計算機科學(xué)技術(shù)，是我國及至全世界未來交通發(fā)展的重要方向，旨在提高交通運輸系統(tǒng)的運行效率，實現(xiàn)道路交通信息化智能管理［6－9］。陳立在指出道路交通信息化對我國道路交通發(fā)展的重要性基礎(chǔ)上表明了我國對信息化的認知不足及投入力度不夠［10］；周祎敏關(guān)于評價城市交通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力中提出未來城市道路交通網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的評價指標(biāo)，這從一定意義上規(guī)范了ITS發(fā)展方向［11］。本文根據(jù)道路交通信息化管理要求分析和研究社會需求水平、經(jīng)濟發(fā)展趨勢、地理環(huán)境特點和人口分布情況等因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)想符合我國城市實際的智能交通發(fā)展戰(zhàn)略。智能交通系統(tǒng)主要框架如圖1所示。

1．2ITS關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)性分析ITS上層設(shè)計包括交通信息服務(wù)和管理子系統(tǒng)以及公共交通和車輛控制子系統(tǒng)。底層技術(shù)支持系統(tǒng)包括動態(tài)GPS系統(tǒng)和交通基礎(chǔ)設(shè)施感知子系統(tǒng)，以及貨運管理、電子收費和緊急救援等相關(guān)子系統(tǒng)。城市道路交通實施ITS能有效防止交通擁塞，保障道路交通安全，實現(xiàn)智能化交通管理，以降低交通事故，促進汽車產(chǎn)業(yè)的升級。在設(shè)計ITS過程中，車聯(lián)網(wǎng)是未來ITS的核心信息通信平臺，除了GPS／GIS關(guān)鍵技術(shù)外，還需視頻檢測識別技術(shù)、無線通信技術(shù)的支撐。ITS關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)性結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1．3GPS／GIS技術(shù)全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）是指在全球范圍內(nèi)實時進行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，一般包括GPS終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺三個基本要素。GPS在ITS中的主要功能是車輛定位和行駛路線的記錄，具備防盜、反搶劫等輔助功能，GPS技術(shù)最初應(yīng)用在軍用領(lǐng)域，如導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空航天等方面。在ITS設(shè)計過程中，GPS設(shè)置的信息主要包括世界時、GPS的狀態(tài)、海拔、經(jīng)緯度及具體數(shù)值，具體屬性設(shè)置程序如下。

1．4車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofThings，IoT）直譯為互聯(lián)網(wǎng)上的物品，使用有線或無線的方式把任何物品連接起來，實現(xiàn)智能化管理的一種新型網(wǎng)絡(luò)，各發(fā)達國家都相應(yīng)投入大量資金展開相關(guān)研究。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國城市道路交通的信息化管理采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越引起人們的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用了ITS具有十分廣闊的前景，已經(jīng)引起了國內(nèi)外相關(guān)研究機構(gòu)的高度重視。車聯(lián)網(wǎng)（InternetofVehicles，IoV）是指通過無線射頻等識別技術(shù)對車輛上的電子標(biāo)簽信息進行感應(yīng)、收集并作出反應(yīng)，并根據(jù)車輛的基礎(chǔ)信息和運行信息分析其運行狀態(tài)，實現(xiàn)車輛的監(jiān)管，提供綜合服務(wù)，最后集成到網(wǎng)絡(luò)信息平臺上實現(xiàn)信息的共享。它把車輛、建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施及環(huán)境設(shè)置成信息網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，通過車聯(lián)網(wǎng)信息平臺各節(jié)點之間的信息交換實現(xiàn)車與路之間擁堵情況分析。車聯(lián)網(wǎng)通過計算機技術(shù)、GPS、無線通信等手段將汽車作為核心節(jié)點，實現(xiàn)汽車與其他節(jié)點的協(xié)調(diào)工作。本文以GPS和GIS技術(shù)基礎(chǔ)，在ITS中涵蓋車聯(lián)網(wǎng)，設(shè)計基于動態(tài)GPS的城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，對其技術(shù)模式、算法進行分析和改進。1．5開發(fā)技術(shù)基于動態(tài)GPS的城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)采用比較成熟的開發(fā)工具和數(shù)據(jù)庫，開發(fā)平臺使用VisualStudio2010，數(shù)據(jù)庫使用微軟公司的SQLServer2008。通用GPS信息采集代碼如下。

2基于動態(tài)GPS的城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計

2．1誘導(dǎo)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖3是基于動態(tài)GPS的城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)。由圖3可以看出，基于動態(tài)GPS的城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)主要劃分成三個層次，第一層是硬件層，該層以感應(yīng)硬件為主，主要指城市道路公共設(shè)施上的各種電子感應(yīng)儀器，這些感應(yīng)設(shè)備可以通過無線網(wǎng)絡(luò)把道路相關(guān)信息傳輸?shù)絀TS控制中心。第二層是控制層，主要由ITS控制各個子系統(tǒng)構(gòu)成的平臺，負責(zé)接收道路的運行狀態(tài)和車輛的運行信息，然后通過計算機處理生成道路誘導(dǎo)線路，并將處理結(jié)果動態(tài)反饋給GPS客戶端。第三層是應(yīng)用層，用于為公交車、出租車及私家車等提供信息服務(wù)，如GPS定位導(dǎo)航服務(wù)。該層不僅提供了采集車輛的運行信息，而且還能接受ITS控制平臺的信息。通過ITS控制平臺將道路、出行者和車輛有機地結(jié)合在一起，以交通信息采集技術(shù)為基礎(chǔ)，以車輛動態(tài)GPS為對象，使用誘導(dǎo)系統(tǒng)將人、車、路三者之間聯(lián)系起來，實現(xiàn)道路交通的合理調(diào)度。基于動態(tài)GPS的城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)采用三層體系結(jié)構(gòu)，主要由三個部分組成：表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層，如圖4所示。所謂軟件的三層結(jié)構(gòu)，是在客戶端與服務(wù)端之間加入一個中間層，主要用于業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)訪問、合法性校驗等，把業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)相分離。采用分層的開發(fā)模式，可以對編程人員進行合理的分工，提高開發(fā)的效率，編寫的應(yīng)用程序具有提高應(yīng)用程序內(nèi)聚程度、降低耦合和易于維護等優(yōu)點。其中ITS業(yè)務(wù)邏輯層是負責(zé)接收車輛、道路傳遞回來的數(shù)據(jù)，并使用業(yè)務(wù)邏輯的誘導(dǎo)算法處理，主要實現(xiàn)線路優(yōu)化等應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)規(guī)則和邏輯。

2．2誘導(dǎo)系統(tǒng)工作流程目前城市交通行車誘導(dǎo)信息子系統(tǒng)主要在十字路口前方設(shè)置誘導(dǎo)顯示屏，以平均運行速度作為指標(biāo)，使用不同顏色顯示路況信息，這種誘導(dǎo)表現(xiàn)形式比較直觀形象。如果發(fā)生交通擁堵，可提醒駕駛員提前繞行，選擇其他路徑到達目的地，緩解交通擁堵。然而，很多司機往往在行車過程中出現(xiàn)擁堵才去關(guān)注交通行車誘導(dǎo)顯示屏，或在前方路口已經(jīng)擁堵的情況下，再去選擇路線時，但這時無法避開堵情。基于動態(tài)GPS的城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)在設(shè)計上將目標(biāo)路線與路況動態(tài)結(jié)合起來，讓行車者提前注意行車路線，具體誘導(dǎo)流程如圖5所示。由圖5可知，交通誘導(dǎo)系統(tǒng)主要功能模塊有路況實時采集模塊、車輛動態(tài)GPS定位模塊和路線優(yōu)化模塊，ITS通過這三大模塊可以及時獲得路網(wǎng)上的動態(tài)交通信息，準(zhǔn)確掌握和預(yù)測路網(wǎng)的交通狀態(tài)，并以此進行交通出行誘導(dǎo)，調(diào)整交通流、時間流的空間分布，提高路網(wǎng)通行能力，有效解決了交通需求與交通服務(wù)能力之間的矛盾。

2．3系統(tǒng)功能設(shè)計基于動態(tài)GPS的城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)主要包括路況實時采集模塊、車輛動態(tài)GPS定位模塊和路線優(yōu)化模塊。實時采集模塊屬于底層設(shè)計，主要依賴于硬件節(jié)點信息的采集，并為上層平臺準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。車輛動態(tài)GPS定位模塊主要運用動態(tài)GPS定位上傳位置信息和下載平臺最新的路況信息，既有底層的車輛位置信息收集功能，又有上層平臺的數(shù)據(jù)分析結(jié)果展示功能。路線優(yōu)化模塊為上層應(yīng)用，需要計算機根據(jù)路況信息、當(dāng)前位置信息、目標(biāo)位置，通過誘導(dǎo)算法計算出最佳出行路線。各模塊功能設(shè)計方法如下：（1）車輛動態(tài)GPS定位模塊。該模塊的主要功能是確定車輛在城市道路中的具體位置，為各種算法實時提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。（2）路況實時采集模塊。本模塊是ITS實現(xiàn)道路交通誘導(dǎo)的基礎(chǔ)，也是最核心的模塊，道路交通基礎(chǔ)設(shè)施必須保障采集設(shè)備、誘導(dǎo)設(shè)備的實時通信，目前許多誘導(dǎo)設(shè)備是通過SOCKET通信與外場設(shè)備按照SOCKET協(xié)議進行通信。路況實時采集設(shè)計如圖6所示［16－17］。本模塊包括三個關(guān)鍵檢測系統(tǒng)。①區(qū)間檢測為最重要的檢測指標(biāo)，用于獲得道路網(wǎng)絡(luò)中的交通信息流，并實時傳送到ITS主機。②車速檢測為判斷路段擁堵優(yōu)先指標(biāo)，它可以獲得單一車輛的通過速度和多車通行情況。③故障檢測是誘導(dǎo)路線規(guī)避的首選指標(biāo)，可以獲得事故發(fā)生時間、地點以及恢復(fù)交通現(xiàn)場的時間。（3）路線誘導(dǎo)模塊。前兩個模塊主要為本模塊服務(wù)，它是未來ITS研究重點和難點，主要功能是根據(jù)車輛動態(tài)GPS定位數(shù)據(jù)，結(jié)合出行者的目標(biāo)位置，在誘導(dǎo)算法下生成建議的最佳行駛路線，ITS使用本模塊可以有效避免交通擁擠。

3系統(tǒng)實現(xiàn)

3．1誘導(dǎo)系統(tǒng)的界面實現(xiàn)在誘導(dǎo)系統(tǒng)功能設(shè)計基礎(chǔ)上，根據(jù)誘導(dǎo)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和誘導(dǎo)流程，開發(fā)實現(xiàn)基于動態(tài)GPS的城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)。本系統(tǒng)由路況實時采集模塊、車輛動態(tài)GPS定位模塊、路線優(yōu)化模塊等三大模塊組成，其誘導(dǎo)系統(tǒng)界面設(shè)計如圖7所示。主要操作功能有ITS誘導(dǎo)估算、ITS實時導(dǎo)航、記錄行駛軌跡、GPS重新定位、當(dāng)前路段擁堵、實時上傳車輛GPS信息、實時更新誘導(dǎo)路線等。此外，還包括GPS自動定位、實時路徑推薦、實時下載規(guī)劃路線的路況、停車時長檢測等隱含的輔助功能。

3．2操作流程與程序?qū)崿F(xiàn)通常情況下，在出行或出現(xiàn)擁堵時，駕駛?cè)藭O(shè)置出行目標(biāo)。在設(shè)置出行目標(biāo)時，系統(tǒng)可以使用自動GPS定位功能，出發(fā)地可以通過定位獲取，匹配最佳出行點，無須輸入。GPS自動定位系統(tǒng)首先獲取經(jīng)緯度坐標(biāo)，并計算出當(dāng)前位置在真實地圖中的確切位置。當(dāng)行車進入隧道時，GPS定位不準(zhǔn)確，系統(tǒng)預(yù)留了GPS重新定位功能。通過ITS誘導(dǎo)估算可以估算出距離、時長、交通燈個數(shù)及當(dāng)前路況信息，并給出規(guī)避擁堵的線路，也可以由出行者選擇合適出行路線。在行車過程中建議使用ITS實時導(dǎo)航，這個功能可以讓行駛路線根據(jù)路況實時調(diào)整最優(yōu)線路。停車時長檢測功能主要根據(jù)當(dāng)前車輛的速度進行計算，當(dāng)速度為0、時長超過五分鐘以上才能使用“當(dāng)前路段擁堵”的功能，紅色狀態(tài)表示該功能未被啟用。

4總結(jié)

本文根據(jù)城市道路交通現(xiàn)狀、ITS應(yīng)用情況總結(jié)和分析城市道路交通信息化問題，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計城市道路交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要運用了GIS、GPS、ITS、車聯(lián)網(wǎng)、SQLServer2008數(shù)據(jù)庫等技術(shù)。該系統(tǒng)在設(shè)計過程中以動態(tài)GPS設(shè)計誘導(dǎo)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和誘導(dǎo)系統(tǒng)工作流程為出發(fā)點，實現(xiàn)了ITS誘導(dǎo)估算、ITS實時導(dǎo)航、記錄行駛軌跡、GPS重新定位、當(dāng)前路段擁堵、實時上傳車輛GPS信息、實時更新誘導(dǎo)路線等基本功能。誘導(dǎo)系統(tǒng)核心思想是通過ITS誘導(dǎo)估算功能估算出距離、時長、交通燈個數(shù)及當(dāng)前路況信息，為實時更新誘導(dǎo)路線功能提供規(guī)避擁堵的線路，最后在ITS實時導(dǎo)航中顯示合適出行路線。本系統(tǒng)實現(xiàn)了ITS實時誘導(dǎo)，為緩解城市交通起到積極作用，有助于提高當(dāng)前城市道路通行能力。然而，在提升城市道路交通信息化的同時，城市中各種交通工具所使用的GPS系統(tǒng)相對獨立，信息共享不充分，導(dǎo)致ITS誘導(dǎo)信息不全面，下一步研究重點應(yīng)加強車輛GPS之間信息協(xié)作，為提升交通信息化管理奠定基礎(chǔ)。

作者：張揚永 單位：中共福建省委黨校 福建行政學(xué)院