工业智能化创新之路丛书--智能交通与智慧物流

交通运输和现代物流是国民经济中具有基础性、先导性和战略性的产业，是重要的服务性行业和现代化经济体系的重要组成部分，智能交通与智慧物流的加速建设是构建新发展格局的重要支撑和服务人民美好生活、促进共同富裕的坚实保障。
当前，随着全球范围内新一轮科技革命和产业变革的蓬勃兴起，以5G、人工智能、大数据、云计算、区块链等为代表的新一代信息技术与传统的交通和物流行业深度融合，各国在智能交通建造、智慧物流服务提升、智能装备供给运营等多个领域展开了丰富的技术平台研究与系统应用开发，交通物流各环节、各领域数字赋能不断强化，数字化的应用深度、广度持续拓展，流通设施智能化建设和升级改造加速推进，各类新技术、新业态和新模式不断涌现，智能交通与智慧物流的飞跃发展面临创新机遇和挑战。
智能交通与智慧物流的建设既是交通运输未来发展的重要方向，也是我国《交通强国建设》等战略布局的重要领域。在交通物流行业加速发展的背景下，笔者结合教学科研工作实际，将交通和物流有机融合，分别对智慧公路、智能轨道交通、智慧物流三大系统和高速公路智能交通、城市智能交通、智能铁路、城市智慧轨道交通、智慧物流技术和平台、智慧仓储和配送六大部分的内容进行了梳理和总结，在注重基本概念、基本理论、基本方法和案例呈现的基础上，介绍了国内外最新交通及物流领域进展、相关应用发展及前沿研究成果，可作为高等院校和科研院所相关学科开展通识教育和专业学习的读本。
本书由钱勇生、曾俊伟著，许得杰、县勇、杨民安、魏谞婷、尹帆、张富涛、达成、康成俊、李信、王文海、石生钿、李海鹏、罗海宁、丁潇潇、张永治、柳祯、秦雪旖等为本书编写提供了帮助。本书在出版过程中得到了甘肃省重点研发计划(21YF5GA052)、甘肃高等学校产业支撑计划(2021CYZC-60)、甘肃省教育厅“双一流”科研重点项目(GSSYLXM-04)、甘肃省科技计划中央引导地方科技发展资金项目（22ZY1QA005）、国家自然科学基金西部项目“分级自动驾驶车辆参与的高速公路高密度异质交通流稳定性与安全性研究”（72361017） 和“多车道条件下高速公路高密度异质交通流相变机制及优化控制研究”（52362047） 的大力支持，在此表示衷心的感谢！
智能交通和智慧物流发展日新月异，由于笔者水平和时间有限，书中不妥之处恳请读者批评指正。

著者

钱勇生，兰州交通大学交通运输学院，教授，博士生导师。甘肃省领军人才、甘肃省“555”创新人才获得者。甘肃省减灾委专家委员会委员，甘肃省道路交通安全协会理事，甘肃省实施城市畅通工程专家组专家，甘肃省预防道路交通事故专家组成员。长期从事交通运输规划与管理、安全技术及工程方面的教学和科研工作。近年来主持完成(在研)国家自然科学基金项目2项、甘肃省自然科学基金项目3项、教育部人文社会科学研究项目、甘肃省交通厅科研项目等20多项。荣获包括甘肃省科技进步三等奖3项，中国公路学会科学技术三等奖1项，甘肃省建设科技进步一等奖3项等。在Nonlinear Dynamics、Physica A、Measurement、Kybernetes等等国内外高水平期刊发表论文160余篇。

本书主要介绍智慧公路、智能轨道交通及智慧物流系统的基本概念、基本理论、基本方法和最前沿的应用技术。共分3 篇，第1 篇是智慧公路系统，主要内容包括高速公路智能交通系统和城市智能交通系统；第2 篇是智能轨道交通系统，主要内容包括智能铁路系统和城市智慧轨道交通系统；第3 篇是智慧物流系统，主要内容包括智慧物流技术和平台系统、智慧仓储和配送系统。
本书主要面向交通与物流领域广大科技工作者及高等院校相关专业的师生。

第1篇 智慧公路系统
第1部分 高速公路智能交通系统
第1章 高速公路智能交通系统概述  003
1.1 高速公路智能交通系统的定位  003
1.1.1 高速公路智能交通系统的概念  003
1.1.2 高速公路智能交通系统的结构  003
1.1.3 高速公路智能交通系统的内容  004
1.2 高速公路智能交通系统的体系架构  005
1.2.1 高速公路智能交通系统的相关技术  005
1.2.2 高速公路智能交通系统的技术架构  007
参考文献  009

第2章 高速公路智能交通子系统  011
2.1 高速公路交通管理系统  011
2.1.1 交通需求管理  011
2.1.2 交通事件管理  012
2.1.3 交通安全管理  014
2.1.4 交通大数据管理  015
2.1.5 智慧服务区管理  016
2.2 高速公路交通控制系统  018
2.2.1 高速公路主线控制  018
2.2.2 高速公路通道控制  019
2.2.3 高速公路匝道控制  020
2.3 高速公路交通信息服务系统  023
2.3.1 出行前和出行中信息需求  023
2.3.2 驾驶员和乘客信息需求  024
2.3.3 综合信息服务  024
2.3.4 个性化信息服务  028
2.3.5 车辆救援服务  028
2.4 高速公路电子收费系统  029
2.4.1 高速公路电子收费系统概述  029
2.4.2 高速公路电子收费系统应用技术  030
2.4.3 不停车收费（ETC）  031
2.5 高速公路应急管理系统  033
2.5.1 高速公路应急管理概述  034
2.5.2 高速公路综合监测  036
2.5.3 高速公路应急决策  036
2.5.4 高速公路应急救援  037
2.6 高速公路自动驾驶系统  039
2.6.1 高速公路自动驾驶概述  039
2.6.2 高速公路车- 路协同自动驾驶关键技术  040
2.6.3 高速公路车- 路协同自动驾驶发展趋势  042
参考文献  044

第3章 智慧高速公路建设  045
3.1 智慧高速公路建设概述  045
3.1.1 智慧高速公路建设的概念及要求  045
3.1.2 智慧高速公路框架及技术体系  047
3.1.3 国内外智慧高速公路建设对比分析  051
3.1.4 我国智慧高速公路总体建设情况  057
3.2 智慧高速建设政策环境分析  060
3.2.1 智慧高速建设规划总结  060
3.2.2 智慧高速建设标准指南  061
3.3 智慧高速公路建设示范案例  063
3.3.1 杭绍甬高速公路  064
3.3.2 沙吴高速公路  066
3.3.3 京德高速公路  068
参考文献  070


第2部分 城市智能交通系统
第4章 城市智能交通系统概述  072
4.1 城市智能交通系统内涵  072
4.1.1 城市智能交通系统的概念  072
4.1.2 城市智能交通系统的构成  073
4.1.3 城市智能交通系统的特征  075
4.2 城市智能交通系统发展现状及趋势  076
4.2.1 城市智能交通系统发展现状  076
4.2.2 城市智能交通系统发展趋势  077
4.3 城市智能交通关键技术  079
4.3.1 大数据处理技术  079
4.3.2 人工智能技术  080
4.3.3 交通云计算技术  081
4.3.4 交通信息技术  081
4.3.5 自动驾驶技术  083
4.3.6 车辆高精度定位与导航技术  086
4.3.7 无线充电技术  086
4.3.8 F5G 城市全光路口  087
参考文献  087

第5章 城市智能交通子系统  088
5.1 交通管理系统  088
5.1.1 交通需求管理  088
5.1.2 交通事件管理  090
5.1.3 交通信息管理  091
5.1.4 道路基础设施管理  092
5.2 交通信息服务系统  093
5.2.1 交通信息服务系统结构框架  093
5.2.2 交通信息服务内容  093
5.3 智能公共交通系统  095
5.3.1 智能公共交通系统体系架构  095
5.3.2 智能公共交通系统功能  096
5.3.3 城市智能公交平台  100
5.4 智能交通信号灯控制系统  103
5.4.1 智能交通信号灯控制系统功能  104
5.4.2 智能交通信号灯控制系统构成  106
5.4.3 城市智能交通信号控制平台  108
5.5 智慧停车场系统  114
5.5.1 智慧停车场系统概述  114
5.5.2 智慧停车场系统功能  114
5.5.3 城市智慧停车云平台  115
参考文献  119

第6章 城市智能交通智慧化服务  120
6.1 城市智能公共交通  120
6.1.1 城市智能公交应用场景  120
6.1.2 城市智能公交应用案例  121
6.2 城市智慧停车  123
6.2.1 城市智慧停车建设目标  123
6.2.2 城市智慧停车经典案例  124
6.3 智能城市共享出行  125
6.3.1 城市智能共享汽车  126
6.3.2 城市智能共享单车  127
6.3.3 城市智能充电桩  129
6.4 城市出行线路规划  129
6.4.1 多方式线路规划  129
6.4.2 特殊需求线路规划  130
参考文献  131



第2篇 智能轨道交通系统
第1部分 智能铁路系统
第7章 智能铁路系统概述  135
7.1 智能铁路系统内涵  135
7.1.1 智能铁路系统的概念  135
7.1.2 智能铁路系统的构成  135
7.1.3 智能铁路系统的特征  137
7.2 智能铁路发展目标  137
7.2.1 建设目标  137
7.2.2 建设重点  138
7.3 智能铁路系统体系框架及技术  139
7.3.1 智能铁路系统体系框架  139
7.3.2 智能铁路系统技术体系  141
7.3.3 新兴技术在智能铁路中的应用  142
参考文献  146

第8章 铁路数字化信息系统  147
8.1 铁路运输管理信息系统  147
8.1.1 TMIS 概述  147
8.1.2 TMIS 系统的组成及功能  147
8.1.3 TMIS 主要应用子系统  147
8.2 铁路调度指挥系统  153
8.2.1 列车调度指挥系统  153
8.2.2 智能调度集中系统  154
8.2.3 高速铁路智能调度辅助决策系统  155
8.2.4 车流推算及监测系统  156
8.2.5 高速铁路行车调度技术发展趋势  157
8.2.6 智能调度技术应用案例  158
8.3 铁路智能列车运行控制系统  161
8.3.1 中国列车运行控制系统  161
8.3.2 CTCS-2 级列控系统  163
8.3.3 CTCS-3 级列控系统  164
8.3.4 新型列车运行控制系统  166
参考文献  167

第9章 智能铁路运输组织  169
9.1 智能铁路旅客运输组织  169
9.1.1 智能铁路旅客运输组织内涵及特征  169
9.1.2 智能铁路旅客运输组织关键环节分析  170
9.1.3 智能铁路客运车站  171
9.2 智能铁路货物运输组织  175
9.2.1 智能铁路货物运输组织内涵及特征  175
9.2.2 智能铁路货运服务系统关键环节分析  176
9.2.3 智能铁路货运枢纽  177
9.3 智能铁路应用案例  178
9.3.1 智能高速铁路  178
9.3.2 智能重载铁路  179
9.3.3 智能高寒铁路  182
参考文献  187


第2部分 城市智慧轨道交通系统
第10章 城市智慧轨道交通系统概述  189
10.1 城市智慧轨道交通系统的概念、特征及意义  189
10.1.1 城市智慧轨道交通系统的概念  189
10.1.2 城市智慧轨道交通系统的特征  190
10.1.3 城市智慧轨道交通系统的意义  191
10.2 城市智慧轨道交通系统的发展目标  192
10.2.1 布局蓝图  192
10.2.2 建设目标  193
10.2.3 建设重点  196
10.3 城市智慧轨道交通系统的体系框架  201
10.3.1 智慧城轨总体框架  201
10.3.2 智慧城轨云平台  202
10.3.3 智慧城轨数据湖  203
参考文献  204

第11章 城市轨道交通智能运输组织  205
11.1 列车运行计划编制  205
11.1.1 多元数据融合的客流预测  206
11.1.2 网络化运营的列车运行计划编制  207
11.2 城市轨道交通运营管控  208
11.2.1 列车运行调度指挥  208
11.2.2 智能客流协同管控  210
参考文献  212

第12章 城市轨道交通智能列车运行控制系统  213
12.1 城市轨道交通列车运行控制系统  213
12.1.1 基于通信的列车运行控制系统  213
12.1.2 新型列车自主运行系统TACS  214
12.2 城市轨道交通全自动运行  217
12.2.1 全自动运行系统概述  217
12.2.2 全自动运行运营组织  220
12.2.3 我国全自动运行系统运营案例  222
12.3 轨道交通协同运行技术  224
12.3.1 有轨电车协同运行技术  224
12.3.2 智能轨道快运系统协同技术  226
参考文献  228

第13章 城市轨道交通智慧车站  229
13.1 智慧车站总体框架  229
13.1.1 智慧车站架构  229
13.1.2 智慧车站功能模块  230
13.1.3 智慧化应用  230
13.2 智慧车站关键技术  231
13.2.1 智能交互技术  231
13.2.2 智能视频分析技术  233
13.2.3 高效节能技术  233
13.2.4 异常检测技术  233
13.2.5 智能照明技术  234
13.2.6 云平台及边缘计算技术  234
13.3 智慧车站建设案例  234
13.3.1 南京地铁智慧车站建设  234
13.3.2 深圳地铁智慧车站建设  238
参考文献  243



第3篇智慧物流系统
第1部分 智慧物流技术和平台系统
第14章 智慧物流概述  247
14.1 智慧物流的概念及特征  247
14.1.1　智慧物流的概念  247
14.1.2　智慧物流系统的主要特征  247
14.2 智慧物流的地位与作用  249
14.2.1　智慧物流的地位  249
14.2.2　智慧物流的作用  249
14.3 智慧物流的发展  250
14.3.1　智慧物流发展的驱动因素  250
14.3.2　智慧物流的发展趋势  251
14.4 智慧物流系统架构  252
14.4.1　智慧作业技术  252
14.4.2　智慧数据底盘技术  254
参考文献  254

第15章 智慧物流技术  256
15.1 智慧物流技术框架  256
15.1.1　感知层  256
15.1.2　网络层  257
15.1.3　应用层  257
15.2 信息定位跟踪技术  258
15.2.1　GPS/GSM 定位技术  258
15.2.2　5G+ 物联网  260
15.2.3　地理信息系统  262
15.3 智能标签技术  263
15.3.1　智能条形码技术  263
15.3.2　智能标签技术  265
15.4 数据处理技术  267
15.4.1　电子数据交换  267
15.4.2　云计算技术  269
15.4.3　大数据信息流技术  271
15.5 智能决策技术  273
15.5.1　人工智能技术  273
15.5.2　仿真模拟技术  276
参考文献  277

第16章 智慧物流信息平台  279
16.1 智慧物流信息平台概述  279
16.1.1　智慧物流信息平台的内涵与特征  279
16.1.2　智慧物流信息平台的发展趋势  280
16.2 智慧物流信息平台的功能与结构  281
16.2.1　智慧物流信息平台的分类  281
16.2.2　智慧物流信息平台的主要功能  283
16.2.3　智慧物流信息平台的体系框架  285
16.3 智慧物流信息平台建设案例  289
16.3.1　京铁云智慧物流信息平台  289
16.3.2　京东智慧物流信息平台  290
参考文献  293


第2部分 智慧仓储和配送系统
第17章 智慧仓储系统  295
17.1 智慧仓储系统概述  295
17.1.1　智慧仓储系统的概念  295
17.1.2　智慧仓储系统的发展趋势  296
17.2 智慧仓储系统的特征与功能  297
17.2.1　智慧仓储系统的特征  297
17.2.2　智慧仓储系统的功能  298
17.3 智慧仓储的体系构成  298
17.3.1　智慧仓储信息系统  298
17.3.2　智慧仓储技术  299
17.3.3　智慧仓储管理  300
17.4 智慧仓储系统案例  301
参考文献  303

第18章 智慧物流园区系统  305
18.1 智慧物流园区概述  305
18.1.1　智慧物流园区的概念  305
18.1.2　智慧物流园区的特点  306
18.2 智慧物流园区的建设和发展趋势  307
18.2.1　智慧物流园区的建设趋势  307
18.2.2　智慧物流园区的发展趋势  308
18.3 智慧物流园区体系结构  309
18.3.1　智慧物流园区的总体架构  309
18.3.2　智慧物流园区的功能结构  311
18.4 智慧物流园区案例  312
参考文献  314

第19章 智慧物流运输系统  315
19.1 智慧物流运输概述  315
19.1.1　智慧物流运输的概念  315
19.1.2　智慧物流运输的特点  316
19.2 智慧物流运输的体系构成  317
19.2.1　体系框架  317
19.2.2　层次架构  317
19.3 智慧物流运输的应用与发展  318
19.3.1　智慧物流运输的关键技术  318
19.3.2　我国智慧物流运输发展趋势  320
19.3.3　智慧物流运输的典型应用模式  320
19.4 智慧物流运输管理系统案例  321
参考文献  323

第20章 智慧物流配送系统  324
20.1 智慧物流配送概述  324
20.1.1　智慧物流配送的概念  324
20.1.2　智慧物流配送的特点  325
20.2 智慧物流配送体系  326
20.2.1　智慧物流配送节点  326
20.2.2　智慧物流配送设备  327
20.2.3　智慧物流配送信息平台  329
20.3 智慧物流配送管理系统  330
20.3.1　智慧物流配送管理中心架构设计  330
20.3.2　智慧物流配送管理中心的功能  331
20.4 智慧物流配送应用案例  332
参考文献  334