導(dǎo)語(yǔ)：數(shù)學(xué)建模對(duì)智能交通的影響一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著城市交通的不斷發(fā)展，交通問(wèn)題成為各大城市面臨的主要問(wèn)題。為了有效減緩交通壓力，建立智能交通系統(tǒng)成為迫在眉睫的工程。由于交通信息的時(shí)空性和不確定性等，要想有效的建立智能交通系統(tǒng)，必須先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。本文將簡(jiǎn)要分析運(yùn)用了計(jì)算機(jī)通信和電子信息技術(shù)的智能交通系統(tǒng)需要數(shù)學(xué)建模的重要性及其影響。

關(guān)鍵詞：交通問(wèn)題；智能交通系統(tǒng)；數(shù)學(xué)建模；計(jì)算機(jī)通信和電子信息技術(shù)

一、智能交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）城市交通的發(fā)展與面臨的問(wèn)題。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大部分客運(yùn)依靠高速公路，貨運(yùn)的主要模式仍然是汽車(chē)運(yùn)輸，汽車(chē)的交通是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生命線(xiàn)。但隨著汽車(chē)運(yùn)輸量的增長(zhǎng)，交通擁擠、能源消耗高、交通事故等問(wèn)題也隨之增加。盡管引入了新的道路交通設(shè)施等方法，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足新增車(chē)輛的交通需求。如何利用現(xiàn)有的道路數(shù)量來(lái)緩解交通壓力是交通面臨的主要問(wèn)題。汽車(chē)社會(huì)造成的交通擁堵不僅將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且汽車(chē)排放造成的環(huán)境污染也將對(duì)人們的生活產(chǎn)生巨大的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)車(chē)輛排放的氮氧化合物排放量占總排放量的30％，中國(guó)各大城市出現(xiàn)的空氣污染部分原因也在此。交通事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失也是很大的問(wèn)題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年因交通事故死亡人數(shù)約20萬(wàn)人。由于交通問(wèn)題日益嚴(yán)重，各地的交通部門(mén)從許多方面對(duì)城市交通系統(tǒng)進(jìn)行了改善。傳統(tǒng)的方法收效甚微，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的城市開(kāi)始發(fā)展出智能交通系統(tǒng)。借助計(jì)算機(jī)通信以及電子信息技術(shù)，城市的智能交通正在給解決交通問(wèn)題提供更多幫助。（二）計(jì)算機(jī)通信與電子信息技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用。智能交通經(jīng)過(guò)多年的普及和發(fā)展，目前已經(jīng)建成了比較完善的智能化道路交通指揮系統(tǒng)，包括交通檢測(cè)、交通信號(hào)控制、電視監(jiān)控、交通違法檢測(cè)系統(tǒng)等。智能交通中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用包括了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、GIS技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將每一輛車(chē)、監(jiān)控中心、路邊傳感器等集成在一起，形成一個(gè)通信的巨大網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要作用是采集車(chē)輛實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與人的通信傳輸，還可以感知行駛環(huán)境，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛之間的通信漫游，給交通管理部門(mén)提供車(chē)輛的加工處理信息。傳感器技術(shù)在智能交通中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，傳感器具有體積小、能耗低等特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集和信息傳輸上有很大的作用。通過(guò)wifi網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等可以將傳感器采集的信息保存到服務(wù)器，進(jìn)而對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、匯聚、轉(zhuǎn)發(fā)等操作，從而用于智能交通上。傳感器還可以利用攝像頭、電子芯片等對(duì)車(chē)輛周?chē)畔⑦M(jìn)行采集，并以文件、圖片等格式傳給服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)智能交通的管理。智能交通中還有許多通信技術(shù)，不僅包括傳統(tǒng)的光纖通信，還有藍(lán)牙、RFID等技術(shù)。這些技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，完成短距離內(nèi)車(chē)輛與車(chē)輛、車(chē)輛與人之間數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。這些技術(shù)都利用了頻率多址方式，可以有效提高頻段的利用率。最新的TD-LTE技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向上的信號(hào)發(fā)送與接收，利用并行通道為用戶(hù)提供信息，對(duì)于用戶(hù)接受各類(lèi)型資源有重要的作用和意義。RFID由于其非接觸式特性在智能交通中也得到廣泛應(yīng)用，比如在高速收費(fèi)站實(shí)現(xiàn)了即時(shí)繳費(fèi)功能，在物流倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸中可以管理貨物的流通、車(chē)輛的流通、實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位通信等。智能交通中的GIS技術(shù)應(yīng)用也有許多。包括了遙感、衛(wèi)星導(dǎo)航和數(shù)字網(wǎng)格等。利用地理信息系統(tǒng)(GIS)，智能交通可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化操作，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛精準(zhǔn)定位，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。智能交通的許多方面也運(yùn)用了電信技術(shù)，比如鐵路交通、地鐵監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等。在鐵路交通上，火車(chē)上使用無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)不再只是夢(mèng)想，利用廣域網(wǎng)VPN技術(shù)，加上WIFI的安全認(rèn)證功能等，火車(chē)已經(jīng)能給乘客提供高速安全的移動(dòng)寬帶服務(wù)。鐵路WIFI將支持上電自動(dòng)撥號(hào)、保持鏈路在線(xiàn)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等功能。未來(lái)的鐵路交通將是服務(wù)更加人性化的智能化交通系統(tǒng)。在地鐵的視頻監(jiān)控上，用網(wǎng)格化、智能化的視頻監(jiān)控技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控在地鐵上的全方位覆蓋與應(yīng)用。智能的視頻分析系統(tǒng)將自動(dòng)分析監(jiān)控視頻中的信息，擺脫了傳統(tǒng)的由人員值守的弊端。對(duì)視頻信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)學(xué)建模，可以有效的實(shí)現(xiàn)便捷的事中管理和事后分析，第一時(shí)間聯(lián)動(dòng)報(bào)警，提高地鐵安全等級(jí)。在高速公路收費(fèi)方面，電子信息技術(shù)可以用于不停車(chē)收費(fèi)，一方面，允許了車(chē)輛高速通過(guò)收費(fèi)站，減少了時(shí)間成本，另一方面，讓公路收費(fèi)變得電子化，減少了車(chē)輛管理成本，也可以大幅降低收費(fèi)處的噪聲水平和廢氣排放。不論是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，還是電子信息技術(shù)，對(duì)于建立智能化交通系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，第一步也是最關(guān)鍵的一步就是數(shù)學(xué)建模。比如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中對(duì)道路交通進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、傳感器技術(shù)對(duì)傳感信息進(jìn)行挖掘并建模、地鐵監(jiān)控中對(duì)監(jiān)控視頻信息建模等，模擬出最合適的信息處理模型對(duì)提升效率有至關(guān)重要的作用。

二、數(shù)學(xué)建模對(duì)于智能交通系統(tǒng)的影響

（一）原因分析。隨著技術(shù)的發(fā)展和革新產(chǎn)生了智能交通系統(tǒng)其利用先進(jìn)的信息技術(shù)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，從而建立起全面綜合的道路運(yùn)輸系統(tǒng)。就智能交通系統(tǒng)本身而言其具有以下特點(diǎn)：（1）交通信息來(lái)源廣泛，形式多樣，信息量大。傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析方法很難處理非數(shù)字或非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)庫(kù)的方法很難對(duì)于不斷增長(zhǎng)的海量信息進(jìn)行有效處理。（2）信息具有較強(qiáng)的時(shí)空相關(guān)性，交通信息只有在某個(gè)時(shí)間某個(gè)特定場(chǎng)合才能起作用，因此對(duì)于及時(shí)性處理要求比較高。（3）信息與主題十分相關(guān)，不論是關(guān)于交通流量還是交通信號(hào)燈的控制等。（4）信息具有生命特性，就像生命一樣，交通信息也具有從誕生到發(fā)展到毀滅的過(guò)程?？梢钥闯觯悄芙煌ㄏ到y(tǒng)存在動(dòng)態(tài)性，不確定性，時(shí)空相關(guān)性，主題相關(guān)性等特征。如何建立一個(gè)能滿(mǎn)足要求的、完備的智能交通系統(tǒng)首先需要的就是利用數(shù)學(xué)方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)公式和傳統(tǒng)的建模方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)世界的信息分析需求。因此人們迫切需要采用新一代數(shù)學(xué)建模方法。隨著數(shù)據(jù)融合和分析工具的不斷進(jìn)步，數(shù)學(xué)建模的方法也在不斷的改進(jìn)。綜合運(yùn)用人工智能，數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)分析的結(jié)果進(jìn)行建模，模擬系統(tǒng)的各種狀態(tài)，才能充分挖掘系統(tǒng)的潛力，為動(dòng)態(tài)管理交通提供科學(xué)準(zhǔn)確的依據(jù)，加深智能交通對(duì)交通管理作用的深度。（二）數(shù)學(xué)建模在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用。（1）涉及的數(shù)學(xué)思想。智能交通系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型的運(yùn)用其思想大致分為三個(gè)步驟進(jìn)行：首先是必須將整個(gè)智能交通系統(tǒng)作為滿(mǎn)足一個(gè)物理系統(tǒng)的模型。其次是通過(guò)在這個(gè)系統(tǒng)中輸入一定的概率分析運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)中的統(tǒng)計(jì)學(xué)或者微積分以及模糊數(shù)學(xué)等方法從而尋求系統(tǒng)最優(yōu)解提供給用戶(hù)。第三是假定條件即在尋找最優(yōu)解的過(guò)程中交通參與者需要遵循求解者的假設(shè)條件無(wú)條件的執(zhí)行。然而，需要強(qiáng)調(diào)的是由于現(xiàn)實(shí)中交通參與者并不會(huì)完全去遵循所以就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行在客觀上其可用性較低。（2）動(dòng)態(tài)交通分配--DTA問(wèn)題。DTA問(wèn)題簡(jiǎn)單來(lái)講就是通過(guò)對(duì)道路上的交通流進(jìn)行預(yù)測(cè)通過(guò)預(yù)測(cè)交通流分配結(jié)果來(lái)對(duì)其進(jìn)行分解讓交通道路上的交通流實(shí)現(xiàn)均衡，從而解決交通擁堵。對(duì)DTA問(wèn)題，從20世紀(jì)70年代開(kāi)始人們就對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了多方面的研究而且提出了數(shù)學(xué)上很多類(lèi)型的模型，這些模型大體分為數(shù)學(xué)規(guī)劃模型、最優(yōu)控制模型和變分不等式三種。雖然人們對(duì)上述的模型進(jìn)行了不斷的完善并對(duì)相關(guān)算法進(jìn)行了很多改進(jìn)但是其核心是對(duì)于交通流中的不確定性這個(gè)問(wèn)題的回避處理方法上仍沒(méi)有突破傳統(tǒng)的方法。而這個(gè)問(wèn)題不能有效解決對(duì)于DTA問(wèn)題就不能實(shí)現(xiàn)。（3）交通流的管理誘導(dǎo)與控制。要利用數(shù)學(xué)建模的思維解決交通流的管制等問(wèn)題，要針對(duì)交通信息和交通系統(tǒng)的不確定性，需要利用數(shù)學(xué)的思維解決這些問(wèn)題，突破傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和思路。對(duì)此我們可以采用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)聯(lián)機(jī)分析、數(shù)據(jù)挖掘以及專(zhuān)家系統(tǒng)的有關(guān)理論與技術(shù)構(gòu)建出新一代的智能決策支持系統(tǒng)模型。具體而言，對(duì)于具體模型而言可以采取數(shù)據(jù)挖掘方法、統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別以及多源復(fù)雜信息、知識(shí)挖掘等技術(shù)來(lái)構(gòu)建適合交通信息發(fā)現(xiàn)和挖掘的模型；而對(duì)于交通信息技術(shù)的分析方面，可以通過(guò)引入先進(jìn)的計(jì)算方法如神經(jīng)計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算等方法突破傳統(tǒng)計(jì)算方法，讓數(shù)學(xué)建模真正為解決交通問(wèn)題提供可行方案。

三、結(jié)語(yǔ)

本文首先介紹了城市交通面臨的壓力，為了解決交通問(wèn)題，各大城市都陸續(xù)建立了智能交通系統(tǒng)。之后對(duì)智能交通系統(tǒng)中主要運(yùn)用到的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)以及電子信息技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，通過(guò)分析我們了解到在建立智能交通系統(tǒng)的過(guò)程中，數(shù)學(xué)建模是第一步也是至關(guān)重要的一步。最后我們對(duì)數(shù)學(xué)建模在智能交通系統(tǒng)的重要性以及影響作了詳細(xì)介紹。交通信息不同于其他信息，它具有不確定性、時(shí)空性、生命特性等，也是因此，在處理交通領(lǐng)域某些問(wèn)題時(shí)，需要具體問(wèn)題具體分析。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足建模的需要，因此，基于數(shù)據(jù)挖掘和人工智能的建模方式在逐漸得到應(yīng)用，這給交通系統(tǒng)帶來(lái)了十分重要的影響和廣闊的前景，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)學(xué)建模在智能交通系統(tǒng)上的應(yīng)用也將得到飛速的進(jìn)步。

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作者:李子璇 單位:德州市第一中學(xué)