Intelligent Transportation Systems: At A Glance

智慧交通系統：概覽

智慧交通和智慧城市交通管理，正在徹底改變城市處理流動性和應急響應的方式，同時減少城市街道的堵塞。如何做？擁有感測器、先進的通信技術、自動化和高速網路。

從一個地方搬到另一個地方的藝術和科學，是我們生活中固有的一部分 —— 不僅在今天，而且在整個歷史中都是如此。從戰車和馬匹到馬車、汽車、蒸汽火車和宇宙飛船 —— 行動是人類的一部分。

從騎馬和駱駝，到從一個地方到另一個地方，文明已經走了很長一段路。隨著智慧交通系統和物聯網 (IoT) 的出現，世界正在進入下一個運動階段 —— 智慧交通。如果該術語聽起來含糊不清，或引發了自動飛行汽車，和倉鼠狀高速管的心理圖像，請不要擔心。

本文將闡述智慧交通究竟是什麼、它是如何工作的，以及它帶來的許多好處，以及當今使用的一些現實世界的例子。我們還將介紹當今佈署的不同類型的智慧交通系統。

什麼是智慧交通？

根據美國交通部的說法，「智慧交通系統 (ITS) 應用各種技術來監控、評估和管理交通系統，以提高效率和安全性。」暫時擱置科幻式交通的願景，這個定義可以簡化為以下構成智慧交通的概念：管理、效率和安全。換句話說，智慧交通使用新興技術，使在城市中移動更方便、更具成本效益（對城市和個人而言）和更安全。

哪些新興技術正在促進這些新機會？主要是物聯網設備和 5G 通信技術的激增。前者提供廉價的感測器和控制器，它們可以嵌入到幾乎任何實體機器中，以進行遠端控制和管理。後者提供以最小延遲即時管理，和控制運輸系統所需的高速通信。

智慧交通不僅僅是面向未來的理論；今天，它正在幾個城市實施，他們的成功和失敗被用來改進新地點的系統。一些正在實施新交通技術的城市，一開始可能會讓你大吃一驚。當然，像紐約市這樣的全球樞紐，已經為其日益智慧化的城市採用了智慧交通。然而，懷俄明州也是聯網汽車的領先試驗場。這是因為牛仔州是一個主要的貨運走廊 —— 全國的貨物自主運輸，可以大大提高供應鏈效率，並減少長途司機的需求，他們被迫在緊迫的時間安排，和休息的人類需求之間取得平衡。

運輸技術的主要優勢

智慧技術的好處，及其為智慧城市內的交通帶來的優勢不勝枚舉。

‧ 智慧交通更安全：透過將機器學習與物聯網和 5G 相結合，自主交通系統（包括車輛和十字路口等固定基礎設施中）已被證明可以減少事故中的「人為因素」。電腦不會分心、疲勞或情緒化。

‧ 更好地管理智慧交通：數據收集是負責任的基礎設施公共管理的重要關鍵。智慧交通不僅為交通系統的各個方面提供詳細的數據點，而且使管理員能夠更好地監控營運、追踪維護需求，並確定需要修復的關鍵問題來源。

‧ 智慧交通更高效：管理更好，使用效率更高。數據的品質有助於，確定可以提高效率的領域。也許火車時刻表的輕微調整，會提供更好的填充率，或者，如果站點分配不同，也許公共汽車路線會更好地為社區服務。

‧ 智慧交通具有成本效益：由於智慧交通可以更好地利用可用資源，因此可以透過預防性維護、降低能源消耗，和減少用於事故的資源來降低成本。當廉價的公共交通效率，足以與私人車輛所有權競爭時，乘客也可以節省成本。

智慧交通提供快速洞察：城市交通管理中心 (TMC) 可以快速了解問題點，或影響城市街道、公共安全和應急響應系統堵塞的全市問題，以便採取行動或更有效地，與其他機構和應急響應人員。

除了已經討論過的更好的管理、安全和效率之外，公眾、地方政府和整個世界，還可以享受到一些額外的好處。這些是：

1. 安全

2. 環境考慮

3. 供應鏈彈性

安全

智慧城市懷疑論者的一大擔憂，是它容易受到網絡攻擊。畢竟，隨著世界變得更加互聯，網路攻擊在犯罪分子，甚至民族國家中幾乎變得司空見慣，因為它們以關鍵基礎設施為目標，例如網路連接的電網和銀行系統。

然而，攻擊本身並不是什麼新鮮事 —— 只是工具是新穎的。早在電腦出現之前，銀行、電網和其他包括交通在內的關鍵基礎設施，就很容易受到實體攻擊。當車輛和基礎設施實現整合、聯網和自動化時，犯罪分子偷車、恐怖分子將車輛用作武器（如 2016 年法國貨車襲擊事件），以及劫持公共交通的不良行為者等人身威脅，都可以得到解決。

至於網路攻擊的風險，它們比上面列出的實體威脅更容易防禦。適當的軟體更新、透過虛擬專用網路 (VPN) 隧道的加密通信，和其他多層安全實踐，可以降低網路攻擊的風險。這意味著智慧城市的智慧交通，可以減少實體和網路攻擊的機會，從而使現代公共交通整體更安全。

環境考慮

交通運輸的歷史與環境密不可分。從燃燒煤和木材的蒸汽車，到今天需要汽油的內燃機，交通運輸對地球的資源和大氣造成了損失。

雖然每天都在取得科學進步，以尋找替代能源來為交通運輸提供動力，但智慧交通技術的另一個好處，是它使城市能夠更負責任地使用其當前資源。

公共交通比私家車更環保，但在美國和其他國家，並未廣泛使用，因為在某些地區通常不切實際。然而，隨著智慧交通解決方案帶來的效率提升，現代公共交通可以為更多人口帶來利潤。隨著大城市的城市交通技術的進步，成熟的方法可以被複製，並傳播到希望從智慧城市中受益的地區。

供應鏈彈性

冠狀病毒大流行等全球危機已經證明，世界供應鏈很容易受到干擾。當工人和司機生病，並且從一個地區到另一個地區旅行，成為一種公共健康危害時，貨物的自主運輸，可以成為真正的救星。

諸如懷俄明州聯網汽車項目之類的專案，可能是形成由智慧城市到城市運輸和物流系統，驅動的自主供應鏈的關鍵，以運輸食品和應急物資等關鍵貨物，而無需冒著人類駕駛員的風險。至少，只要可以使用自動化、人工智慧和機器人技術，提高安全性和效率，就可以增加人力供應鏈勞動力。好消息是，專家們相信這些創新，將支持創造更多的就業機會 —— 更安全的就業機會 —— 因為開發人員、技術人員、分析師和管理人員幫助，將這些進步推向市場並維護它們。

智慧城市有缺點嗎？

儘管有它們的所有好處，但隨著智慧城市交通系統的實施，一些缺點可能會浮出水面。這些問題主要圍繞功耗和負責任的數據管理。

智慧城市需要感測器 —— 很多感測器 —— 而這些感測器都需要電力。對於連接到移動物體上的感測器，這將需要電池。固定式感測器可能能夠使用太陽能，但通常需要連接到城市的電網中。世界向智慧城市轉移，所需的感測器數量之多（估計數以萬億計）使得為如此多的設備供電，成為一個令人生畏的問題。即使是連接到電網的感測器，與世界人口習慣生產的數量相比，所需的原材料（例如銅）的數量也非常高。

除了權力之外，當今世界上還有關於在線個人數據的重大爭論。數據是智慧城市營運所需的命脈。雖然與在線數據相比，所需的大部分資訊都是匿名的，但這將需要不同人群的心理和行為轉變。汽車需要收集位置資訊，城市周圍的感測器，需要被動收集智慧手機全天發出的信號。無論多麼匿名，都需要製定負責任的數據管理法律和政策，以便智慧城市在未來蓬勃發展。

智慧交通如何運作？

智慧交通一般可以分為兩大類，公共基礎設施和汽車行業。當網路感測器整合到基礎設施和車輛中，以實現遠端管理和控制、安全和效率的目標時，這兩個部門變得「智慧」。

想像一個繁忙的城市十字路口。行人正試圖穿越。路燈正在調節交通流量。車上的司機正忙著到達目的地。在傳統的交通系統中，路燈是透過計時器、道路下方的壓力板或路邊的行人按鈕觸發的。

司機和行人都有責任注意（和遵守）交通信號。然而，如果這些節點中的任何一個出現故障，效率和安全性都會下降。分心的司機闖紅燈。行人沒有按下人行橫道按鈕，因此錯過了轉彎，不得不等待更長時間。儘管只有一輛車在等待並且沒有交通，但路燈拒絕改變。

然而，在智慧交叉路口，這一切都會改變。車輛可以結合使用藍牙和 LIDAR（光檢測和測距）來檢測行人，並可以自動開始剎車以避免發生事故。路燈可以接收車輛發出的各個信號，以確定有多少輛汽車，正在等待以及比壓力板和計時器，更準確和有效地等待的方向。汽車和路燈甚至可以達到這樣的水平，當燈變綠（或向汽車的電腦發送「前進」信號）時，汽車自動開始移動，當變紅（或發送「停止」信號）時，汽車減速並停下。由於物聯網和 5G 通信速度等技術，在交通運輸中的應用，這一切都成為可能，以實現即時行動和遙感。

城市交通技術實例

不管智慧城市的優缺點如何，這項技術已經出現並在今天被使用。在美國和世界各地，智慧感測器和控制器正在火車網路、乘客資訊系統和公共交通調度中實施。以下是一些智慧城市交通示例：

行動物聯網雲端縮時應用方案

邁阿密戴德智慧交通管理

賓夕法尼亞州南部交通管理局 (SEPTA) 積極列車控制 (PTC)

郊區快速交通管理局 (SMART) 調度系統

邁阿密戴德高級交通管理系統

邁阿密戴德縣是佛羅里達州人口最多的縣，人口超過 250 萬。管理構成邁阿密市及其周邊地區的市區交通流量，包括營運 2,700 多個信號交叉口，是邁阿密戴德縣的責任。事實上，根據他們的交通管理網站，信號交叉口和中間路口的數量每年都在增加幾十個。

邁阿密戴德高級交通管理系統 (ATMS) 包括 Digi 4G LTE 蜂窩路由器，作為全縣交通機櫃通信基礎設施的一部分，目的在減少堵塞和延誤，並改善全縣範圍內的移動性。

隔墊 PTC

SEPTA（賓夕法尼亞州東南部交通管理局）管理費城的輕軌、地鐵和巴士服務。每天有超過 100 萬的乘客，每次車輛離開時，這些服務都需要可靠和安全。這就是為什麼 SEPTA 建立了一個積極的列車控制系統 (PTC) ，來向列車發出信號、防止脫軌和碰撞，以及監控速度和信號違規的原因。

SEPTA 透過 Digi WR44-RR 移動接入路由器，實現了這一點。當整合到火車上時，該設備允許透過無線電鏈路與路邊感測器進行遠端通信。該設備發送帶有列車運行數據的信號，同時接收有關關閉和其他需要更改計劃的因素的資訊。這可以防止火車突然進入危險的境地。

智慧調度系統

智慧城市的公共交通，是互聯技術進步的關鍵領域。在底特律，SMART（快速交通管理局郊區交通管理局）管理和調度全市 300 多輛公共汽車。作為人口出行方式不可或缺的一部分，這些公車準時、安全且無故障非常重要。為了管理公車的調度和位置追踪，該市使用了一個模擬無線電網路，該網絡由分佈在城市各處的三個無線電塔組成。

當需要升級時，他們使用了 Digi WR44 R 行動蜂窩路由器。這種從類比到數字的切換，可以顯著改善管理和跟踪。新技術使 SMART 不僅可以查看每輛車的位置，還可以查看它們的速度，並監控每輛公車的維護數據。如果公共汽車開始落後於預定時間，這允許更好地調度，以及預防性維護，以減少故障和大修，估計每年為他們節省 70,000 美元。

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