摘 要

随着城市化的发展和区域一体化的不断深化，武汉城市圈内各大城市的经济文化交流日益增加，空前繁荣，城市圈内现有的传统公路交通系统问题逐渐暴露，显出了疲态，无法满足城市圈对于公路交通运输的巨大需求，严重地阻碍了城市圈内的交流发展。

本文立足于武汉城市圈的现实交通状况，首先详细地分析了武汉城市圈传统的公路交通系统所存在的问题和不足，提出了在武汉城市圈内构建智能公路交通系统这一解决办法，并讨论了在武汉城市圈内构建智能公路交通系统的必要性与可行性；然后详细地介绍了智能公路交通系统在国内外的发展现状及其在武汉城市圈内的具体应用，总结了武汉城市圈构建智能公路交通系统所必须要遵循的原则，并给出了一定的建议。最后，本文对智能公路交通系统在武汉城市圈的发展前景做出了乐观的展望。

关键词：智能公路交通系统；武汉城市圈；物联网

Abstract

With the development of urbanization and the deepening of regional integration, the economy and cultural communications in Wuhan Metropolitan Area came to a whole new stage, which made the traditional highway traffic system expose its problems and unable to satisfy the metropolitan area`s traffic needs. This actually impeded the development of Wuhan Metropolitan Area.

Based on the traffic situation of Wuhan Metropolitan Area, the article analyzed the problems of traditional highway system in the metropolitan area and came up with the idea that the intelligent highway transportation system should be construct. It also discussed the necessity and possibility of the intelligent highway transportation system. Then it introduced the situation of the intelligent highway transportation system`s development abroad and the specific applications in Wuhan Metropolitan Area. It summarized the rules in the construct of the intelligent highway transportation system in the metropolitan area and provided some advice. At last, it made a positive prospect to the development of the intelligent highway transportation system in Wuhan Metropolitan Area.

Key Words: intelligent highway transportation；Wuhan Metropolitan Area；Internet of things

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景 1

1.2课题研究的目的和意义 1

1.2.1论文的目的 1

1.2.2论文的意义 2

1.3课题研究的主要内容 2

1.4本章小结 3

第2章 国内外智能公路交通发展现状 4

2.1智能交通系统基本理论阐述 4

2.1.1智能交通系统的产生背景 4

2.1.2智能交通系统的定义 4

2.1.3智能公路交通系统的优点 4

2.2智能公路交通系统在国外的发展现状 5

2.3智能公路交通系统在国内的发展现状 5

2.4本章小结 6

第3章 武汉城市圈区域及公路交通现状分析 7

3.1武汉城市圈区域简介 7

3.2武汉城市圈交通发展存在的问题 8

3.3本章小结 10

第4章 武汉城市圈区域智能公路交通系统构建的必要性和可行性 11

4.1武汉城市圈区域智能公路交通系统构建的必要性 11

4.2武汉城市圈区域智能公路交通系统构建的可行性 12

4.3本章小结 13

第5章 武汉城市圈智能公路交通系统的构建 14

5.1武汉城市圈区域智能公路交通系统的构建原则 14

5.2武汉城市圈区域智能公路交通系统的总体构架 15

5.3智能公路交通系统子系统的主要功能和相互关系 16

5.4本章小结 20

第6章 武汉城市圈智能公路交通系统关键技术 22

6.1物联网技术 22

6.1.1物联网技术概述 22

6.1.2物联网技术在智能公路交通系统中的应用 22

6.2计算机技术在智能公路交通系统中的应用 24

6.3大数据 26

6.3.1 大数据概念及技术特点 26

6.3.2大数据技术在武汉市城市圈智能公路交通中的应用 27

6.4本章小结 28

第7章 结论与展望 29

7.1结论 29

7.2展望 29

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1课题研究的背景

城市圈的兴起和区域经济一体化的不断深化，是当今世界区域经济和城市化发展的重要趋势之一。在这种大的发展背景之下，城市圈这一概念由此应运而生，并迅速成为了区域发展的主流模式。

作为连接全国区域经济的中部节点，武汉城市圈是长江中游地区面积最大、包含城市最多、圈内城市分布最为密集的城市圈之一。武汉城市圈不仅是湖北省产业要素最为密集、经济发展最具活力的区域，同时也是中西部地区最具开发潜力的区域之一。

众所周知，一个区域的发展情况，会受到多个方面因素的影响，而其中最重要的因素之一就是交通运输因素。交通既是一个城市经济生活顺利运行的基础工程，也是城市市民日常生活不可或缺的重要组成部分。城市交通状况不仅直接影响着城市的经济发展，也在一定程度上代表着着城市的形象，在处于旺盛发展期的武汉城市圈区域就更是如此。

武汉城市圈地处湖北省东部，主要部分坐落于素有“鱼米之乡”之称的江汉平原之上，自古以来都是连接我国东西部的中心节点，南北交流的重要桥梁。同时武汉城市圈本身也具有城市数量多、地域广的特点，对于交通的依赖更是不言而喻。因此，解决武汉城市圈的交通运输问题，构建智能公路交通系统，合理规划武汉城市圈的交通路线，形成能够满足城市圈发展需要的交通模式，对于武汉城市圈区域的长期性发展具有深远的战略意义和现实价值。

1.2课题研究的目的和意义

1.2.1论文的目的

进入二十一世纪之后，随着武汉市及周边地区城市化水平的不断提高，武汉城市圈区域内各城市之间的联系日益紧密，各种交流也日益增多，武汉城市圈区域内的交通运输任务愈发繁重，传统的交通运输系统已经很难满足当前的交通运输需求，交通问题俨然已经成为了制约武汉城市圈区域进一步交流发展的桎梏。

纵观全局，不难发现目前武汉城市圈已经形成了水-陆-空三位一体的传统交通运输系统，但是这个传统的交通系统有许多不完善的地方：空中交通的成本昂贵且输送能力有限，铁路交通虽然运输能力有保障，但是也存在着路线固定的局限性，水路运输不仅运输速度慢，而且和铁路运输一样存在着路线固定的问题，因此武汉市城市圈区域的交通运输主要还是依赖于公路运输。公路交通系统具有快捷便利，经济性好等优点，但传统的公路交通系统承载量有限，分配布局不合理，资源闲置浪费严重，导致现有的公路交通系统难以承担城市圈区域内的交通运输任务，发展智能公路交通系统迫在眉睫。

因此，在结合当代一些先进的通信技术和管理学原理，合理规划现有的交通系统基础之上，运用物联网等技术对传统交通系统的调度方式进行改革，利用大数据和智能计算机等技术对公路系统的信息管理做出优化，发展智能公路交通系统，缓解武汉市城市圈的公路交通压力，使其更好的服务于武汉市及周边城市的现代化城市建设，满足人们的交通需求，是本文的最终目的。

1.2.2论文的意义

（1）虽然武汉市城市圈的智能公路交通系统建设起步较晚，但是国内部分一线城市智能公路交通系统的发展已经取得了一定的成就，积累了一些可取的经验，而国外相关的技术经验更是十分丰富，值得借鉴参考的成果颇丰。但是，针对于武汉城市圈智能公路交通系统如何构建，怎样优化这一问题，目前可以参考的资料也是凤毛麟角，因此，本文具有一定的现实理论意义。

（2）智能公路交通系统的构建需要依赖许多先进的通信技术，同时需要大量的计算和信息处理。因此，利用物联网技术对传统的交通系统进行调度方式进行改革，利用大数据和智能计算机技术对公路系统的管理做出优化，对于武汉城市圈智能交通系统的构建意义重大。

1.3课题研究的主要内容

在当前区域一体化的大背景之下，针对目前武汉城市圈区域的特点和武汉城市圈发展建设对智能公路交通系统的需求，逐一分析目前武汉城市圈传统公路交通系统存在的问题与弊端，然后利用大数据，物联网和计算机等先进的科学技术对武汉城市圈的公路交通系统不合理之处做出改革优化，并根据城市圈发展的需要分配交通资源，使其能够更好地服务于武汉城市圈的建设，满足武汉城市圈经济社会发展需求。

1.4本章小结

本章内容主要交代了这篇论文的写作背景，说明了论文的写作目的和现实意义，并重点对课题所研究的主要内容做出了细致地分析。

第2章 国内外智能公路交通发展现状

2.1智能交通系统基本理论阐述

2.1.1智能交通系统的产生背景

在二十世纪80年代末期，由于第三次科技革命的全面完成，卫星技术、微型计算机技术和超级计算机技术以及移动通信技术都发展到了前所未有的水平。与此同时，世界经济迅速发展，城市化进程加快，城市人口剧增，传统的交通系统已经无法满足城市的交通运输需求：城市交通拥堵严重；交通资源利用效率低，浪费严重；交通排放污染成为了世界性的难题交通；频繁发生的交通安全事故更是给城市居民的人身财产安全带来了巨大的威胁。

在这样的时代背景之下，不少专家学者开始着手研究如何将新时代的高新科学技术发展成果与传统的交通系统有机结合起来，以达到疏通交通拥堵、提高交通资源利用效率、降低交通事故发生率、减少污染物排放的目的，智能交通系统也因此应运而生。

2.1.2智能交通系统的定义

智能交通系统是将先进的信息技术、自动控制理论、人工智能、传感器技术等有效地综合运用于交通路线的建造规划、运输、服务控制和车辆制造等各个方面，从而形成的一种智能、精准、高效、安全的综合运输系统^[1]。

交通运输作为支撑国家经济社会发展的支柱性产业，影响着一个国家的社会经济的发展格局，在加强国内经济文化交流、促进产业结构调整和社会进步、实现可持续发展等方面具有十分重大的战略意义^[2]。

2.1.3智能公路交通系统的优点

智能公路交通系统的本质就是结合高新技术对传统的公路交通系统改革升级，优化公路线路的布置，提高综合管理能力和公路交通服务的质量。通过先进的管理技术，综合管理道路交通，根据实时交通状况进行指挥，规避道路上存在的潜在风险，预防交通事故的发生，保障行人乘客驾驶员的生命才产安全。

智能公路交通系统对于公路交通的影响主要表现在解决交通拥堵的问题上面，但是其应用远远不止于此。在改善交通拥堵状况的同时，智能公路交通系统还在以下几个领域有着重要的影响：交通事故的预防和监控、交通事故处理、运输管理、不停车收费系统等。

首先，智能公路交通系统可以增加公路交通的机动性，提高公路的道路运营效率；通过综合大量的信息，集中处理，统一调度，智能公路系统大大地提高道路网的通行能力，提高设施效率，满足了调控交通的需求。其次，智能公路交通系统可以提高公路交通的安全水平，通过新进的技术，提前对潜在的风险做出预测评估，极大地减小了事故发生的概率，避免事故的发生，以及在事故发生之后防止次生事故的产生，预防二次伤害。最后，它还在减少汽车排放，降低汽车运输对自然环境的污染等方面有着重大的应用。

建设智能公路交通，重点是要提高公路交通运输系统的效率和智能化程度，这是降低城市道路交通拥堵程度，预防道路交通事故发生的最重要举措。在智能公路交通系统的协助之下，现有的交通基础设施能够充分发挥其作用，无论是驾驶员还是行人的交通行为都将得到有效的规范，道路交通安全水平也将会显著地得到提高^[3]。

2.2智能公路交通系统在国外的发展现状

美国、日本以及西欧发达国家是最先从事智能交通系统研究的国家。自本世纪90年代末以来，为了解决日益严峻的交通问题，各国开始陆续发展智能公路交通系统，在智能公路交通的研究方面投入了大量的资金和人力，建立智能交通基础设施，进行道路功能升级和车辆智能化的研究。

经过多年的发展和技术沉淀，欧美各国及日本都在智能公路交通建设领域取得了举世瞩目的成就，在世界上保持着领先的地位。由于欧美各个国家对于智能公路交通系统的需求不尽相同，这也导致了智能公路交通系统的发展方向各异，但是在总体上智能交通系统应用发展较快的几个方面还是车辆安全系统、电子收费系统、公路及车辆管理、实时自动定位系统等。

2.3智能公路交通系统在国内的发展现状

虽然在智能交通系统这一概念提出之后，我国相关领域的学者就对它进行了一定程度的研究，但由于当时国内的技术经济水平与城市发展水平并不能达到发展智能公路交通系统的基础，因此我国也错过了智能公路交通系统发展的最佳时期。在二十世纪90年代末期，在经过改革开放十多年年的平稳发展之后，中国在经济社会文化的发展上都达到了一个全新的高度，城市化也开始呈现前所未有的速度，国内同样出现了西方发达国家所经历的城市发展问题。此时，在城市构建智能公路交通系统，解决城市发展面临的交通问题，已经迫在眉睫。

在这样的时代需求之下，党和国家高度重视智能公路交通系统的发展，将在全国范围内的大中型城市构建智能交通系统这一目标放到了城市发展的重要地位。由国家交通部牵头，各个下属部门积极配合参与，先后成立了智能交通系统工程研究中心和中国ITS政府协调组，负责研究和指导国内智能交通系统的发展。

此后，我国的智能公路交通系统在相关部门的指导之下，经过了十多年平稳有序的发展，已经小有成果：在智能公路交通导航领域，我国独立研发的北斗卫星导航系统在导航精度上已经可以和GPS全球定位导航系统分庭抗礼，甚至技高一筹，北斗卫星导航系统的覆盖范围也在逐年扩大；在智能汽车研究领域，我国的很多大型汽车企业都投入了巨大的人力物力财力进行相关研究，在辅助驾驶等领域的成果已经能够追赶上发达国家的脚步；在我国的部分一线城市，已经形成了智能公路交通系统的雏形，实现了智能公路交通系统的部分功能。

但值得注意的是，智能公路交通系统的建设是一项巨大而复杂的系统性工程，并不是能够一蹴而就的事情。智能公路交通系统的基础还是传统的公路交通系统，而我国在这方面的发展还有所欠缺，同时智能公路交通系统的建设不仅与我国相关技术发展情况有关，而且与社会、经济以及人民生活的各个部分是紧密联系的。立足我国的基本国情，一切从实际出发，是中国智能公路交通系统长期健康发展的根本。

总体来说，目前我国智能公路交通系统发展处于起步阶段，是机遇与挑战并存，希望与困难同在的时期，如何抓住机遇，规避风险，寻求一个良性的发展是我国智能公路交通领域应该重点着眼考虑的问题。

2.4本章小结

本章内容主要说明了智能交通系统的产生背景，以及一些与智能交通系统相关的概念定义，阐述了在与传统的公路交通系统相比时智能公路交通系统所具有的优点，分析了智能公路交通系统在国内外的发展现状，并预测了它在未来几年内的发展趋势。

第3章 武汉城市圈区域及公路交通现状分析

3.1武汉城市圈区域简介

武汉城市圈又称武汉"1 8"城市圈，位于湖北省东部，其主体部分坐落于素有“鱼米之乡”之称的江汉平原之上，自古以来就是连接我国东西部的重要桥梁。在武汉城市圈这一概念提出之后，武汉城市圈成为了我国中西部地区最大的城市圈之一。武汉城市圈是以湖北省会城市武汉市为中心，外加孝感市、鄂州市、黄冈市、黄石市、咸宁市、天门市、仙桃市、潜江市这8个周边城市所形成的城市群。武汉城市圈总面积约为5．78×104km2，约占整个湖北省国土面积的31.1%，然而却集中了全省一半以上的人口，其GDP产出总量更是占到了整个湖北省GDP总量的60%，是湖北省名符其实的经济发展核心竞争区。武汉城市圈的稳定发展不断提高湖北省的区域经济竞争实力，涉及工业、商业、教育行业、旅游产业以及高新技术产业等多个领域的产业发展^[4]。

图3.1 武汉城市圈布局图

从武汉城市圈的概念提出到城市圈区域整体建设完成，仅仅只花了不到五年的时间。而从近几年武汉城市圈的发展历史不难看出，党和中央对武汉城市圈建设高度重视，对武汉城市圈发展前景更是无限看好。在这样的时代契机之下，湖北省政府也在着力将武汉城市圈作为湖北省经济社会文化发展的一块金字招牌，投入了大量的资金和技术来支持武汉城市圈的发展。在全国范围内看，武汉城市圈不仅是湖北经济发展的核心区域，也是中部崛起的重要战略支点，是西部大开发的关键桥梁。

3.2武汉城市圈交通发展存在的问题

作为湖北省的核心发展区，武汉城市圈区域内的经济文化交流极度繁荣，对交通运输系统提出了极高的要求。但是，目前武汉城市圈区域内主要还是依靠于传统的交通系统来完成交通运输任务。随着城市化进程的不断加快和区域内交流的日益增多，生产力与生产资料以及产品在城市圈区域内流通的速度和流通量都远超以往，城市圈发展对于交通系统的需求大大增加，传统的交通运输系统已经难以满足当前的交通需求，逐渐暴露出了许多的弊端，制约了城市圈区域的快速发展。建设武汉城市圈智能公路交通系统，必须要先分析武汉城市圈公路交通发展存在的问题，找到问题，对症下药，才能药到病除。

分析武汉市城市圈的交通发展存在的问题，首先可以简要地分析一下武汉城市圈的核心城市——武汉市的交通问题。作为中国重要的公路枢纽，武汉市公路总里程达到1.1039万公里，其中有4条国道经过武汉，另外有16条省道在这里交汇。在高速公路方面，京珠高速、沪蓉西高速和汉十高速在这里交汇，市内又有天河机场高速公路、武汉外环高速公路等高速公路。