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何为Transportation Cyber-Physical-Social Systems?

已有 500 次阅读 2024-3-16 11:10 |个人分类:交通笔记|系统分类:科研笔记

Transportation Cyber-Physical-Social Systems(TCPSS)是一个融合了交通、信息、物理和社会多个维度的复杂系统。它通过将交通系统中的物理实体、信息空间和社会行为有机结合,实现交通系统的智能化、网联化和社会化。下面我们将从多个角度来深入理解TCPSS。

一、什么是TCPSS?

TCPSS是在传统交通系统的基础上,融入了信息物理系统(Cyber-Physical Systems, CPS)和社会计算(Social Computing)的理念而发展起来的新型智慧交通系统。它以交通基础设施和交通工具等物理实体为基础,通过大规模部署各类传感器、通信和控制装置,实现全方位、多层次的信息感知与互联;利用云计算、大数据等技术对海量交通数据进行分析挖掘,优化交通运行;同时将人的行为和社交活动纳入系统的分析与决策闭环,从而构建起一个全面感知、深度互联、人车路协同的综合交通信息物理社会系统。

二、TCPSS的核心特征
  1. 泛在感知:通过在交通系统各个环节大规模部署各类传感设备如摄像头、毫米波雷达、激光雷达、RFID等,并借助车载设备、智能手机等移动感知终端,构建起一个覆盖全域、多模态的交通感知体系,实现对车、路、环境、人等要素的全面感知。

  2. 互联互通:利用5G、V2X等无线通信技术以及广域以太网等有线通信技术,打通不同感知主体、不同系统平台之间的数据壁垒,实现各类交通信息的互联互通与融合共享。

  3. 智能决策:汇聚并分析海量异构的交通大数据,借助机器学习、深度学习等人工智能技术,对交通流进行精准预测,对交通事件进行实时检测,对交通资源进行动态配置,最终形成智能化的交通管控决策。

  4. 人车路云协同:从"以车为本"转变为"以人为本",将出行者的行为偏好、社交网络等社会因素与交通系统进行融合,构建人-车-路-云协同的新型交通生态。通过分析个体与群体出行行为,实现交通供需的精准匹配。

  5. 安全可信:TCPSS关乎人们的出行安全和生命财产,因此必须保证系统的安全性和可靠性。这需要从物理安全、网络安全、数据安全等多个层面来设防。同时,TCPSS的运行离不开多方参与者之间的相互信任,要建立健全身份认证和信誉评价机制。

三、TCPSS的关键技术
  1. 异构数据融合:TCPSS涉及大量异质性很强的数据,如结构化的交通流数据、半结构化的事件数据、非结构化的视频图像数据等。需要研究异构数据的一致性表示、关联挖掘、冲突消解等数据融合技术。

  2. 知识图谱:利用本体、语义网等技术构建面向交通场景的知识图谱和推理规则,形成对交通系统的知识化描述,使系统能洞察内在联系,具备类人的分析决策能力。

  3. 群体智能优化:利用群体智能和多智能体强化学习等技术,探索个体智能向群体智能涌现的机制,研究交通流的自组织涌现行为,实现交通资源的分布式优化配置。

  4. 区块链:利用区块链技术构建安全可信的数据共享机制,实现多方可信协同。通过使用联盟链实现各主体的可信身份认证、细粒度权限控制。

  5. 边缘计算:利用边缘计算技术在靠近交通场景一侧部署数据处理和分析能力,实现数据的就近分析处理,提高系统实时性,减轻通信压力,保护隐私安全。

  6. 可解释人工智能:TCPSS所作决策攸关公共安全,因此必须是可解释的。需要研究因果推理、知识融合等技术,构建融合先验知识的可解释机器学习模型。

四、TCPSS的应用场景
  1. 自适应交通信号控制:通过对交通流数据和车辆轨迹数据的实时分析优化,自主调节交通信号灯的配时方案,缓解交通拥堵。

  2. 交通事件智能检测:通过对摄像头视频、社交媒体数据等的分析识别,及时发现交通事故、违法行为等异常事件并自动报警处置。

  3. 主动交通需求管理:通过对个体出行意愿和群体出行模式的分析预测,有针对性地实施需求引导,平滑交通压力。

  4. 自动驾驶车辆调度:协同调度自动驾驶车辆,根据实时路况自主优化行驶路线,提高道路通行效率。

  5. 交通基础设施协同管理:对路面、桥梁等交通基础设施布设物联网传感监测,实现设施状态的自动感知、故障预警和协同养护。

五、总结与展望

TCPSS作为未来智慧交通的发展方向,融合了信息、物理、社会的多重属性,具有全面感知、泛在互联、智能决策、多元协同、安全可信的核心特征。它的实现有赖于异构数据融合、知识图谱、群智优化、区块链、边缘计算、可解释AI等多个关键技术的支撑。TCPSS将在自适应信号控制、事件智能检测、交通需求管理、自动驾驶调度、基础设施协同管护等方面开辟广阔的应用空间。

当前,TCPSS仍处于起步探索阶段,在顶层设计、标准规范、工程实践等方面都有许多问题亟待破解。未来,TCPSS将不断突破技术瓶颈,融入更多前沿科技理念,充分释放数据、模型、知识、算力的价值,驱动交通系统朝着更安全、更智能、更高效、更绿色、更共享的方向不断演进,为人类智慧出行提供有力支撑。



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