高速公路智能交通信息平台顶层设计与关键技术

《高速公路智能交通信息平台顶层设计与关键技术》一书详细介绍了高速公路智能交通信息平台顶层设计概述，基于车辆网的高速公路智能交通信息平台顶层设计，高速公路交通信息多源多维感知与分析技术，高速公路道路交通运行状态动态监测与时空联合预测，基于多媒体与自媒体的高速交通信息服务技术，高速公路智能交通信息平台开发与应用实践等内容。资料丰富，内容实用，具有较强的参考借鉴价值，可供同行及从业者参考使用，也可供高校相关专业的研究生及博士生作为教材使用。

交通运输信息化建设是发展现代交通运输业的重要支撑, 是提高交通运输服务水平的有效途径, 也是增强交通运输管理与应急处置能力的重要保障。某种程度上, 交通运输信息化正在引领交通运输现代化。为全面提高公路交通运输智能化和现代化水平, 交通运输部《公路水路交通运输信息化“十二五” 发展规划》提出要“建立更加全面、高效的交通运输运行监测网络, 进一步提升交通运输信息资源的深度开发与综合利用水平, 交通运输系统全网联动、协同应用程度进一步提高, 在保障畅通运行方面取得显著实效, 在提升运行效率、服务公众出行方面取得明显突破, 在规范市场秩序、强化安全应急、服务决策支持方面全面提升, 在推进综合运输体系建设、发展现代物流、实现低碳绿色交通方面取得重大进展, 为现代交通运输业发展提供坚强支撑与保障”。围绕这一目标, 全国各高速公路管理、运营部门通过强化创新能力, 加大科技投入, 已初步形成了信息化管理的架构, 智能交通信息技术在全国交通运输行业得到了广泛应用, 为“十三五” 期间发展“智慧高速” 奠定了坚实的基础。
高速公路智能化信息平台开发是一个系统工程, 需要做周密、完善、科学的顶层设计、需求分析、建设规划和技术储备, 这些都必须在科学、严格、合理的设计规范、标准和技术手段指导下才能完成, 盲目的高速公路信息化建设和开发只能造成资源的巨大浪费和系统的重复建设, 给企业带来巨大的损失, 给出行者的出行带来不便。本书针对我国高速公路部门在信息化系统建设过程中存在分系统建设缺乏整体意识, 没有考虑分系统建的连接、融合及未来扩展, 各系统之间各自为政, 信息不能共享程度低等问题,介绍了高速公路智能交通信息平台的顶层设计、体系架构、关键技术以及开发与应用。主要内容如下。
① 高速公路智能交通信息平台的产业背景、政策背景、应用现状、关键技术发展现状及发展趋势。
② 高速公路智能交通信息平台建设的需求分析、设计总则、架构设计和支撑技术。
③ 高速公路智能交通信息平台的多源多维交通信息感知与分析技术, 主要包括基于用户众包的、基于视频数据的、基于感应线圈的高速公路交通信息感知技术, 以及多源异构数据的质量评价与控制、融合与挖掘等。
④ 高速公路智能交通信息平台的数据存储与快速提取、交通信息时空一体化数据建模与动态集成、高速公路时间监测与时空影响范围评估、交通运行状态动态监测与时空联合预测等。
⑤ 高速公路智能交通信息平台的信息服务技术, 具体包括基于移动终端、基于路侧、基于中心应用的高速公路交通信息服务技术和方法。
⑥ 高速公路智能交通信息平台的多源多维交通信息感知子系统、交通运行状态动态监测子系统、交通信息服务子系统的功能需求与开发应用实践。
本书可供交通运输工程类研发人员、生产技术人员使用, 也可作为交通信息工程与控制、交通规划与管理、交通设备与控制工程等相关专业师生的教材。
本书总结了山东省省管企业科技创新项目“基于物联网的高速公路智能交通信息平台建设” 所取得的若干研究成果, 以及山东高速集团有限公司、吉林大学、山东高速信息工程有限公司在高速公路信息化建设和智能交通技术研究、应用领域取得的最新进展。本书由于德新、张伟、林赐云、王树兴编著, 马骏、刘甲荣主审。项目组全体成员, 特别是王树兴、马晓刚、舒疆红、周户星、龚勃文、杨庆芳、王薇、郑黎黎、郭亚娟、田秀娟、杨克、许德明、李斌等人付出了辛勤的汗水。项目的开展得到了山东高速集团有限公司的大力支持, 在此一并表示衷心感谢!
高速公路智能交通技术方兴未艾, 新技术、新趋势、新模式仍在不断涌现, 本书所述的技术、方法还有待进一步完善和实践检验, 加之笔者水平有限, 难免有疏漏之处, 敬请读者批评指正。

编著者

于德新，吉林大学，教授，博士生导师，博士，教授，博士生导师，2010-2011年度交通青年科技英才，《公路交通科技》编委。1972年生，毕业于吉林大学。自2000年以来，一直从事智能交通系统的研究与教学工作，研究领域涉及交通信息处理、动态车辆诱导、交通信号控制理论与技术、交通系统分析等多个方面。作为项目负责人，目前已在国内主持完成了化项目20余项（其中：国家高技术研究计划“863计划”1项，国家自然基金面上项目1项，国家科技支撑计划课题1项）；在国内外学术刊物上发表论文40余篇（其中：SCI检索2篇，EI检索20余篇）；作为主要完成人，获国家科技进步二等奖2项、省部级科技奖励3项（其中：科技技术奖励一等奖2项，二等奖1项）、吉林省高等教育教学成果奖一等奖1项、发明专利6项。

高速公路智能信息化建设是加速交通运输行业转型和升级的重要支撑点,也是国家交通运输部的发展战略重点。本书最大的特色是顺应国家需求进行详细的专题介绍,其中涵盖的主要内容有高速公路智能交通信息平台顶层设计、高速公路智能交通信息平台体系架构研究、高速公路交通信息多源多维感知与分析、高速公路道路交通运行状态动态监测与时空联合预测、基于多媒体与自媒体的高速公路交通信息服务技术以及高速公路智能交通信息平台开发与应用实践。
本书可作为高等院校交通运输类本科生和交通信息工程及控制、交通运输规划与管理的硕士生、博士生及培训班教材,也可供从事智能运输系统、高速公路管理等领域工作的科研人员和技术人员阅读。

第1 章　绪论 1
　1.1　高速公路智能交通信息平台建设产业背景 1
　1.2　高速公路智能交通信息平台建设政策背景 2
　1.3　高速公路智能交通信息平台现状分析 3
 1.3.1　国内外应用现状及趋势 3
 1.3.2　国内外相关核心技术研究现状及趋势 7
　1.4　高速公路智能交通信息平台趋势解析 13
第2 章　高速公路智能交通信息平台体系架构 15
　2.1　高速公路智能交通信息平台建设需求分析 15
 2.1.1　信息平台顶层设计需求分析 15
 2.1.2　用户主体 15
 2.1.3　服务主体 16
 2.1.4　信息需求 17
 2.1.5　功能需求 17
　2.2　高速公路智能交通信息平台设计总则 19
 2.2.1　总体目标 19
 2.2.2　设计原则 19
 2.2.3　设计依据 20
　2.3　高速公路智能交通信息平台架构设计 21
 2.3.1　逻辑框架 21
 2.3.2　物理框架 22
　2.4　高速公路智能交通信息平台支撑技术 24
 2.4.1　信息感知 24
 2.4.2　高效通信 25
 2.4.3　数据支撑 26
 2.4.4　共享服务 28
 2.4.5　指挥决策 29
 2.4.6　平台主要特性 31
　2.5　高速公路智能交通信息平台功能与特色 32
 2.5.1　平台子系统功能详细设计 32
 2.5.2　各子系统之间的关系 39
 2.5.3　平台特色功能 40
第3 章　高速公路交通信息多源多维感知与分析技术 41
　3.1　基于用户众包的高速公路交通信息感知技术 41
 3.1.1　研究框架 41
 3.1.2　用户众包的概念及优势分析 41
　3.1.3　用户众包平台构架 44
 3.1.4　基于用户众包的路况信息感知技术 47
 3.1.5　基于北斗/GPS 用户众包的区间交通参数感知技术 50
　3.2　基于视频检测的高速公路交通信息感知技术 62
 3.2.1　研究框架 62
 3.2.2　视频检测的优势分析 62
 3.2.3　基于视频的移动目标检测技术 63
 3.2.4　基于Camshift 算法的车辆跟踪方法 68
　3.3　基于感应线圈的高速公路交通信息感知技术 71
 3.3.1　研究框架 71
 3.3.2　感应线圈的基本原理 72
 3.3.3　感应线圈检测器的布设方法 73
 3.3.4　感应线圈数据检测算法 76
　3.4　高速公路多源异构数据质量评价与控制方法 78
 3.4.1　研究框架 78
 3.4.2　基于数据质量维度的多源交通数据的评价 78
 3.4.3　多源动态交通数据的评价和控制方法 81
 3.4.4　时空域下高速公路交通信息质量评控方案 85
　3.5　高速公路多源异构数据快速融合与挖掘分析 88
 3.5.1　研究框架 88
 3.5.2　固定采集与移动采集的交通信息快速融合方法 89
 3.5.3　历史数据与实时数据的快速融合方法 92
第4 章　高速公路道路交通运行状态动态监测与时空联合预测 95
　4.1　面向应用服务的高速公路海量数据存储与快速提取方法 95
 4.1.1　研究框架 95
 4.1.2　高速公路路网特征分析 96
 4.1.3　高速公路海量交通数据特征分析 96
 4.1.4　云计算的关键技术研究 97
　4.2　高速公路动静态交通信息时空一体化数据建模与动态集成 103
 4.2.1　研究框架 103
 4.2.2　交通网络时空数据建模方法研究 104
 4.2.3　面向应用服务的高速公路数据集成技术研究 123
　4.3　高速公路交通事件多级监测与时空影响范围评估 126
 4.3.1　研究框架 126
 4.3.2　高速公路交通事件多级检测方法研究 127
 4.3.3　高速公路交通事件时空影响范围评估方法研究 134
　4.4　高速公路交通运行状态时空域多时间尺度联合预测 149
 4.4.1　研究框架 149
 4.4.2　高速公路运行状态预测尺度确定原则与方法 150
 4.4.3　高速公路运行态势短期预测方法研究 153
 4.4.4　交通流参数中长期预测方法研究 160
 4.4.5　交通流运行态势预测模块应用 162
第5 章　基于多媒体与自媒体的高速公路交通信息服务技术 171
　5.1　基于移动终端的高速公路交通信息服务与出行引导 171
　5.1.1　研究框架 171
 5.1.2　研究内容 172
　5.2　基于路侧终端的高速公路交通信息服务与出行引导 179
 5.2.1　研究框架 179
 5.2.2　高速公路VMS 选址目标 179
 5.2.3　高速公路VMS 选址原则 180
 5.2.4　高速公路VMS 选址需求分析 180
 5.2.5　基于VMS 影响指数的数学优化选址模型 180
 5.2.6　实例验证分析 182
 5.2.7　交通信息对驾驶员路径选择影响分析 183
　5.3　基于中心应用的高速公路交通信息服务与组织调度 188
 5.3.1　研究框架 188
 5.3.2　面向中心应用的预警信息服务技术 188
 5.3.3　面向中心运用的指挥调度优化技术 203
第6 章　高速公路智能交通信息平台开发与实践 214
　6.1　高速公路交通信息多源多维交通信息感知系统功能需求 214
　6.2　高速公路道路交通运行状态动态监测系统功能需求 215
　6.3　基于多媒体与自媒体的高速公路交通信息服务系统功能需求 216
 6.3.1　位置服务功能 216
 6.3.2　智能导航功能 217
 6.3.3　动态预警功能 217
 6.3.4　出行管家功能 218
　6.4　高速公路智能交通信息平台应用实践 219
 6.4.1　山东高速智能交通信息平台研发方案 219
 6.4.2　系统软件界面设计 221
 6.4.3　系统软件功能详细设计 226