智能交通系統的當前模式

引用

Toral, S. L., Torres, M. R. M., Barrero, F. J., & Arahal, M. R. (2010). Current paradigms in intelligent transportation systems. IET Intelligent Transport Systems, 4(3), 201. doi:10.1049/iet-its.2009.0102

智能交通系統（ITS）是當今的一個涉及眾多不同研究方向的、多學科交叉的研究領域。它結合了許多不同技術部門的研究內容，並且需要不同研究領域之間進行知識轉移和合作，這種多學科的性質增加了問題本身的複雜性，其主要問題之一是很難將其作為一個發展和研究領域來處理。由於信息技術的不斷發展與科技對經濟、社會、環境的影響，傳統的智能交通主題在不斷變化，新的主題也在不斷出現，這導致在現實中很難對其有一個有結構性的看法，但這恰恰又是統一和指導智能交通未來發展所必須的條件。

本文提出了一種定量和系統的研究方法，確定了在 ITS 領域中被廣泛使用的主要範式。作者通過數據統計來處理結果，得到 13 個範式。並對這些範式的範圍和它們之間的關係進行了詳細的描述，最後提供了一個以地圖形式綜合的結構化視圖。

ITS 的應用

• 先進的交通管理系統（ATMS）——用來改善交通設備的品質從而減少交通擁堵現象。
• 先進的旅客信息系統（ATIS）——用來給旅客提供實時性的交通信息。
• 商業的車輛操作（CVP） ——使用不同的 ITS 技術來提高商用車輛與車隊的安全性與效率。
• 先進的公共運輸系統（APTS） ——使用電子技術來提高像大巴、火車這類高佔據率交通工具的運作與效率。
• 先進的車輛控制系統（AVCS） ——聯合了傳感器、計算機以及控制系統的駕駛輔助等解決方案進行控制。
• 先進的鄉村交通系統（ARTS） ——用來解決鄉村地區出現的問題（如：陡坡、死角、彎道、少見的導航標誌，不同的用戶組合、缺乏替代路線等）。

文獻選擇方法

從 ISI 資料庫提取文件，進行文獻計量研究。以文獻的摘要和關鍵字或索引詞作為所選論文的代表性總結，使用文獻計量研究的方法來進行定量研究，其中，共引方法是使用最多的，常被用來分析許多學科的知識結構。除此之外，作者重點講述了一些傳統的聚類算法，特別對潛語義索引法（LSI）進行了詳細的描述。

提出基於 LDA 方法的四步過程：

• 提取信息 ：提取過程包括進入 ISI 資料庫，對涉及「智能交通系統」主題的論文的摘要和關鍵字進行注釋。
• 實體選擇 ：選擇實體組成主題相關詞彙表的基本術語和關係，選擇的依據是在被提取的總的文本的詞彙庫中單詞的出現頻率。
• 構造與加工信息 ：在統計自然語言的過程，常用的計算主題對文檔貢獻率的建模方法是將每個主題視為詞彙中的概率分布，並將這些文檔視為主題進行混合。
• 分類 ：每個摘要及其相關的關鍵詞都被視為一個文檔。

ITS 中的範例

對當前研究主題進行分析 （13 個範式）

1. ITS 的有效性和效益評估：本主題涉及 ITS 的影響和潛在用途分析，包括新的挑戰和機遇，以及在設計新的 ITS 技術過程中對用戶行為的預期。
2. 支持決策和交通規劃的系統和工具研究：包括開發出行需求決策模型和交通規劃建模工具、技術集成和支持存檔數據用戶服務的資料庫。
3. 自動車輛檢測系統：車輛檢測似乎是交通監控中最有前途的領域之一。這一概念需要檢測車輛，並從俯瞰交通場景的攝像機生成的圖像中實時提取交通參數。
4. 事件管理：事件管理包括緊急響應部署和繞開受影響區域的軌道、高速公路車道關閉的影響以及事件檢測算法。
5. 智能交通系統中的移動和無線通信：本主題涵蓋車間通信網絡、車內通信、路程通信、無線協議、GPRS 和第三代系統。
6. 應用的處理算法：本主題致力於解決問題的高級處理算法，如動態網絡中的路徑問題、起點-終點估計和預測以及圖像和視頻處理算法。
7. 先進交通管理系統（ATMS）：專注於發展智能交通系統，以提高安全性和服務質量，並以此提高現有道路的利用效率。
8. 交通模擬：交通模擬系統由交通流模擬代碼組成，能夠模擬高速公路網絡上的交通。它通常考慮微觀表現（每一輛車都被代表）或宏觀模型捕捉交通動態。這些系統的目的包括進行交通流模擬，用於實時交通狀況預測、交通控制和駕駛員引導、路段行程時間計算和信號控制策略。本主題還包括在外部因素影響下模擬駕駛員行為等問題。
9. 商用車運營（CVO）：本課題主要研究智能交通系統（ITS）對商用車和車隊的影響，以提高運輸安全和效率。
10. 先進車輛控制系統（AVCS）：AVCS 是基於通過改善駕駛環境信息或積極協助駕駛員完成駕駛任務，為駕駛員提供更高安全性和或具有更高控制能力的系統。它們包括車載自主智能巡航控制系統、ABS 和牽引力控制系統、主動懸架系統、車輛穩定性系統、車內碰撞報警系統等。
11. 動態路徑選擇算法：動態路徑選擇問題是一個搜索問題，在一個時間限制內從一個起始點到一個目的地的最優路徑。由於穿越一條鏈路的時間將取決於該鏈路上遇到的流量，因此鏈路時間是動態的。
12. 交通需求預測模型：交通擁擠是智能交通系統的主要運營問題。減少交通擁擠的影響需要開發能夠準確預測交通需求的模型。
13. 高級旅客信息系統（ATIS）：ATIS 的功能是幫助旅客進行計劃、感知、分析和決策，以提高旅行的便利性和效率。

總結

本文的主要貢獻是提供了對 ITS 的一個全局性的觀點，它可以作為一種方法、技術和應用領域的內容給新加入的研究者使用。本文的分析旨在提供新的視角，讓人們了解哪些研究是重要的，哪些是 ITS 領域的發展方向。提出生成全局視圖的方法是基於對 ISI 索引的論文的關鍵字和摘要的語義分析。與期刊共引的方法不同，語義分析側重於論文內容，因此結果不會因引用而偏向於無關文獻或經常被引用的論文。其中，本文共分析了 1147 篇論文，涉及與 ITS 相關的各種主題，包括最新的問題和新興技術。通過分析，得到了 13 個範式，並使用多維標度，把它們表示在二維地圖上，說明並解釋了其中最相關的範例以及它們之間的橋梁。

此外，這項研究也為其他旨在更好地理解該領域持續分析方法的研究人員確定了一個起點。這種持續的分析是必要的，它是一個不斷發展的領域，受技術變化的影響，不斷變化的服務內容都將保持對最終用戶的使用支持。

致謝

本文由南京大學軟體學院 2020 級碩士何家偉翻譯轉述

本論文轉述項目受到國家自然科學基金重點項目（項目號：61932012，61832009）支持。