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中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究與發(fā)展· 智慧交通 本書主要對智慧交通的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀、國內(nèi)外情況對比,公路、鐵路、航空和特殊運輸?shù)阮I(lǐng)域進行全面、系統(tǒng)地分析,提出智慧的發(fā)展目標和路線圖,對充分保障交通安全、發(fā)揮交通基礎(chǔ)設(shè)施效能、提升交通系統(tǒng)運行效率和管理水平,為通暢的公眾出行和可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展提供建議。 前言 智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation Systems,ITS)起源于 20世紀 60年代,它的概念于1990年由美國智能交通學會提出,并在世界各國大力推廣。簡單來說,智能交通系統(tǒng)就是將先進的信息、通信、傳感、控制等技術(shù)應(yīng)用于交通系統(tǒng),從而建立一個高效、便捷、安全、環(huán)保、舒適的綜合交通運輸系統(tǒng)。 針對ITS,我國也開展了大量研究,相關(guān)理論架構(gòu)和技術(shù)應(yīng)用指導、支持了智能交通系統(tǒng)在我國近三十年的快速發(fā)展。近年來,用戶對交通系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟高效、方便快捷、節(jié)能環(huán)保、智慧自主、人性服務(wù)等需求不斷提高,同時,人工智能、云計算、5G等新興技術(shù)快速發(fā)展成熟,在雙重驅(qū)動作用下,交通系統(tǒng)亟需進一步轉(zhuǎn)型升級。因此,部分專家學者提出,要在智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,以新需求為導向,以新技術(shù)為手段建立新一代智慧交通系統(tǒng)。讓交通系統(tǒng)耳聰目明四肢發(fā)達的同時,實現(xiàn)頭腦聰慧和自主決策。 智慧交通在道路、鐵路、民航、物流等領(lǐng)域有深厚的積累與發(fā)展?jié)摿。在道路交通方面,智慧道路將進一步實現(xiàn)動態(tài)感知、自動駕駛、車路協(xié)同,加速新能源應(yīng)用,顯著提升道路交通系統(tǒng)的能力,更新道路交通運營的業(yè)態(tài)與模式,改變傳統(tǒng)道路交通運行結(jié)構(gòu);在鐵路方面,智慧鐵路應(yīng)用新型智能動車組、檢修機器人等智慧裝備,實現(xiàn)智慧工務(wù)、智慧調(diào)度、智慧監(jiān)控,可以在安全、可靠的前提下提升鐵路效率,有效應(yīng)對自然災(zāi)害和恐怖襲擊對鐵路的威脅,提高乘客體驗和提升乘客滿意度;在民航方面,智慧民航通過智慧機場、智慧空管、智慧航司等建設(shè)應(yīng)用,實現(xiàn)未來航空運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展,確保未來飛機的安全和高效運行;在物流方面,智慧物流中自動化立體庫、可視化智能包裝箱、自動分揀、無人配送機器人等應(yīng)用,實現(xiàn)運輸、倉儲、包裝、裝卸搬運、流通加工、配送、物流信息智慧化,大幅提升物流運作效率,促進供應(yīng)鏈升級。 我國高度重視智慧交通系統(tǒng),2017年 1月,交通運輸部專門出臺《推進智慧交通發(fā)展行動計劃(20172020)》,以指導、扶持智慧交通系統(tǒng)發(fā)展。2019年,中共中央、國務(wù)院發(fā)布《交通強國建設(shè)綱要》,明確提出要推廣智能化裝備,廣泛應(yīng)用智能高鐵、智能道路、智能航運等新型裝備設(shè)施。2021年2月,中共中央、國務(wù)院印發(fā)《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》,提出要推進交通系統(tǒng)智慧發(fā)展,提升智慧發(fā)展水平。國家系列政策也為智慧交通系統(tǒng)的研究發(fā)展創(chuàng)造了良好環(huán)境,提供了堅實保障。 本書受機械工業(yè)出版社承擔的國家出版基金項目的委托,力求從體系完整、技術(shù)前沿、典型應(yīng)用、未來展望等多維角度體現(xiàn)智慧交通在不同交通模式領(lǐng)域的進展。本書主要根據(jù)北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室、交通運輸學院、交通運輸部科學研究院、北京印刷學院等單位提供的相關(guān)資料以及本書所附文獻目錄編寫而成。北京交通大學交通運輸學院陳熙元、趙靜、王子吉安、徐笑涵、蔣志寰、郭婷、李傳、莫正倩、潘璠、陳俊明、任偉濤、廖佳新,交通運輸部科學研究院曹劍東,北京印刷學院劉準、楊曉靜等人對本書編寫做了很大貢獻。在編寫過程中也得到了軌道交通控制與安全國家重點實驗室、運營主動安全保障與風險防控鐵路行業(yè)重點實驗室的相關(guān)專家和領(lǐng)導及研究團隊,以及中國民用航空局第二研究所羅謙研究員、成都民航空管科技發(fā)展有限公司郝育松高工的大力支持,在此一并表示感謝! 本書共 5篇內(nèi)容,第 1篇體系架構(gòu)篇介紹了智慧交通系統(tǒng)的定義、需求和目的、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展路線;第 2篇智慧道路篇介紹了智慧道路的發(fā)展現(xiàn)狀、主要建設(shè)內(nèi)容、發(fā)展影響、發(fā)展路徑與典型案例;第 3篇智慧鐵路篇介紹了智慧鐵路的概述、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、典型案例與發(fā)展路線;第 4篇智慧民航篇介紹了智慧民航的概述、體系架構(gòu)、關(guān)鍵支撐技術(shù)、發(fā)展情況與典型案例;第 5篇智慧物流篇介紹了智慧物流的現(xiàn)狀、趨勢、體系框架、核心技術(shù)、發(fā)展路線與典型案例。 本書歷時一年編寫完成。由于智慧交通系統(tǒng)涉及面廣,限于編者學識水平,本書難免有疏漏、不當之處,敬請讀者諒解。有關(guān)引用材料的出處,已列入各篇后的參考文獻中,部分非公開發(fā)表的報告,未列入?yún)⒖嘉墨I,在此一并致以謝意! 2021年 8月
秦勇 北京交通大學二級教授,博士生導師,軌道交通控制與安全國家重點實驗室副主任,運營主動安全保障與風險防控鐵路行業(yè)重點實驗室主任,曾獲中組部萬人計劃創(chuàng)新領(lǐng)軍人才等稱號。擔任國家十三五綜合交通運輸與智能交通重點專項總體專家組專家、中國智能交通協(xié)會軌道智能運輸系統(tǒng)專業(yè)委員會副主任兼秘書長、國際期刊Journal of Smart and Resilient Transportation主編等學術(shù)職務(wù)。長期從事軌道交通路網(wǎng)主動安全保障與運輸組織調(diào)度領(lǐng)域科研教學工作,先后承擔參與國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃等國家省部級科研項目50余項。獲得包括國家科技進步獎二等獎的科技獎勵15項、國際發(fā)明金獎5項。發(fā)表論文100余篇,中英文專著6部,授權(quán)發(fā)明專利43項、美國專利2項。
目錄 CONTENTS 序言前言編寫說明 第 1篇體系架構(gòu)篇 第 1章智慧交通系統(tǒng)定義及架構(gòu)研究綜述 2 1.1智慧交通系統(tǒng) 2 1.1.1智慧交通系統(tǒng)定義方式 2 1.1.2智慧交通系統(tǒng)定義 3 1.2智慧交通系統(tǒng)架構(gòu)研究綜述。 4 1.2.1智能道路子系統(tǒng)架構(gòu)概況 5 1.2.2智能鐵路子系統(tǒng)架構(gòu)概況 8 1.2.3智能地鐵子系統(tǒng)架構(gòu)概況 13 1.2.4智慧交通系統(tǒng)架構(gòu)方式 . 14 第 2章智慧交通系統(tǒng)需求和目的分析及評價指標體系 172.1智慧交通系統(tǒng)需求和目的分析。 17 2.1.1智慧交通系統(tǒng)用戶主體分析 17 2.1.2智慧交通系統(tǒng)需求分析 . 18 2.1.3智慧交通系統(tǒng)目的分析 . 20 2.2智慧交通系統(tǒng)評價指標體系 22 2.2.1構(gòu)建評價指標體系的意義 22 2.2.2具體的評價指標 . 23 第 3章智慧交通系統(tǒng)架構(gòu)。 27 3.1智慧交通系統(tǒng)邏輯架構(gòu)。 28 3.1.1邏輯架構(gòu)設(shè)計方法 28 3.1.2系統(tǒng)功能域劃分 . 29 3.1.3各功能域內(nèi)部主要功能梳理 30 3.1.4系統(tǒng)邏輯架構(gòu)構(gòu)建 32 3.2智慧交通系統(tǒng)物理架構(gòu)。 32 3.2.1物理架構(gòu)設(shè)計方法 33 3.2.2物理實體清單梳理 34 3.2.3物理子系統(tǒng)抽象整合 34 3.2.4系統(tǒng)物理架構(gòu)構(gòu)建 35 3.3智慧交通系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)用。 36 第 4章智慧交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 38 4.1智慧交通信息感知技術(shù)。 39 4.1.1交通信息感知技術(shù)發(fā)展歷程 39 4.1.2智慧信息采集關(guān)鍵技術(shù) . 41 4.2智慧交通通信傳輸技術(shù)。 42 4.2.1通信傳輸技術(shù)發(fā)展歷程 . 42 4.2.2智慧通信傳輸關(guān)鍵技術(shù) . 44 4.3智慧數(shù)據(jù)處理技術(shù) 45 4.3.1數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展歷程 . 45 4.3.2智慧數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù) . 46 4.4智慧決策技術(shù)。 47 4.4.1決策技術(shù)發(fā)展過程及現(xiàn)狀 48 4.4.2智慧決策關(guān)鍵技術(shù) 49 4.5智慧控制技術(shù)。 50 4.5.1控制技術(shù)發(fā)展過程及現(xiàn)狀 50 4.5.2智慧控制關(guān)鍵技術(shù) 50 4.6智慧交通集成技術(shù) 51 第 5章智慧交通系統(tǒng)發(fā)展路線和保障措施。 555.1智慧交通系統(tǒng)發(fā)展路線。 55 5.2智慧交通系統(tǒng)保障措施。 58 5.2.1營造良好發(fā)展環(huán)境 58 5.2.2完善資金投入保障 59 5.2.3促進技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用 59 參考文獻。 62 第 2篇智慧道路篇 第 6章智慧道路交通發(fā)展現(xiàn)狀分析 66 6.1國外智能交通發(fā)展現(xiàn)狀分析 66 6.1.1美國 66 6.1.2歐盟 67 6.1.3日本 68 6.2國內(nèi)智能交通發(fā)展現(xiàn)狀分析 71 第 7章智慧道路交通主要建設(shè)內(nèi)容 74 7.1智慧公路主要建設(shè)內(nèi)容。 74 7.1.1智慧基礎(chǔ)設(shè)施 . 76 7.1.2智慧公路應(yīng)用體系 77 7.1.3信息安全 79 7.2智慧城市道路交通領(lǐng)域主要建設(shè)內(nèi)容。 79 7.2.1智慧交通信號控制系統(tǒng) . 79 7.2.2智慧出行信息服務(wù)系統(tǒng) . 80 7.2.3智慧公交系統(tǒng) . 81 7.2.4停車誘導系統(tǒng) . 82 第 8章智慧道路交通發(fā)展影響分析 83 8.1政策導向 83 8.1.1國家大數(shù)據(jù)相關(guān)政策 83 XVI 8.1.2自動駕駛相關(guān)政策 84 8.1.3智慧交通相關(guān)政策 85 8.2新一代技術(shù)對道路交通發(fā)展的影響 87 8.2.1智慧交通的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢分析 878.2.2技術(shù)發(fā)展對道路交通影響分析 . 89 第 9章道路交通領(lǐng)域智慧交通發(fā)展路徑研究 939.1發(fā)展目標分析。 93 9.2戰(zhàn)略任務(wù) 94 第 10章智慧道路典型案例 96 10.1京禮(延崇)高速智慧公路 96 10.2貴州省農(nóng)村交通運輸綜合信息服務(wù)平臺。 9810.2.1平臺總體框架 98 10.2.2農(nóng)村出行服務(wù) 99 10.2.3農(nóng)村物流服務(wù) 99 10.2.4農(nóng)村客運、貨運運行監(jiān)管服務(wù) 99 10.2.5農(nóng)村客運、貨運運營服務(wù) . 99 10.3杭州城市數(shù)據(jù)大腦交通平臺 99 10.3.1智慧化交通管理應(yīng)用 . 101 10.3.2智慧化公共交通應(yīng)用 . 101 10.3.3智慧化堵點治理應(yīng)用 . 102 10.3.4智慧化公眾服務(wù)應(yīng)用 . 102 10.4廣州一站式出行服務(wù)平臺 102 參考文獻 106 第 3篇智慧鐵路篇 第 11章智慧鐵路概述 112 11.1智慧鐵路的內(nèi)涵 112 11.2智慧鐵路發(fā)展現(xiàn)狀。 112 11.3智慧鐵路研究現(xiàn)狀綜述 113 11.3.1國外研究現(xiàn)狀 . 113 11.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 . 115 11.3.3研究評述 116 11.4智慧鐵路發(fā)展機遇與挑戰(zhàn) 117 第 12章智慧鐵路體系架構(gòu) 118 12.1智慧鐵路標準體系架構(gòu) 118 12.1.1通用基礎(chǔ)與管理標準 . 118 12.1.2智慧鐵路應(yīng)用標準 119 12.1.3平臺及支撐技術(shù)標準 . 119 12.2智慧鐵路技術(shù)體系架構(gòu) 120 12.2.1智慧鐵路技術(shù)體系邏輯框架 . 120 12.2.2智慧鐵路技術(shù)體系物理框架 . 121 第 13章智慧鐵路關(guān)鍵技術(shù) 123 13.1智慧列車 123 13.1.1智慧動車組 . 123 13.1.2智慧檢修機器人 126 13.2智慧線路基礎(chǔ)設(shè)施。 128 13.2.1可視化鐵路線路基礎(chǔ)設(shè)施資源一張圖平臺 12813.2.2智慧線路檢測 . 128 13.2.3智慧基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)感知 129 13.2.4智慧決策管理 . 129 13.3智慧牽引供電 129 13.3.1智慧牽引變電 . 129 13.3.2智慧供電調(diào)度 . 132 13.4智慧運輸服務(wù) 132 13.4.1智慧調(diào)度 132 13.4.2智慧客運服務(wù) . 139 13.4.3智慧貨運服務(wù) . 141 13.5智慧安全保障 145 13.5.1智慧綜合防災(zāi)監(jiān)控 145 13.5.2智慧周界防護 . 145 13.5.3智慧應(yīng)急 148 第 14章智慧鐵路發(fā)展路線 150 14.1智慧鐵路與國家戰(zhàn)略。 150 14.2智慧鐵路發(fā)展演進階段 151 14.3智慧鐵路發(fā)展技術(shù)路徑 152 第 15章智慧鐵路典型案例 154 15.1京雄高鐵 154 15.1.1智慧建設(shè) 155 15.1.2智慧裝備 158 15.1.3智慧運營 158 15.2京張高鐵 159 15.2.1智慧建設(shè) 160 15.2.2智慧運營 162 參考文獻 167 第 4篇智慧民航篇 第 16章智慧民航概述 170 16.1智慧民航的定義 170 16.2智慧民航的發(fā)展現(xiàn)狀。 171 16.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀 . 171 16.2.2我國發(fā)展現(xiàn)狀 . 173 16.3國內(nèi)外研究綜述 177 16.3.1智慧空管 177 16.3.2智慧機場 180 16.3.3智慧航司 182 16.3.4研究總結(jié) 183 第 17章智慧民航體系架構(gòu) 184 17.1智慧民航系統(tǒng)總體架構(gòu) 184 17.2智慧出行 186 17.3智慧機場 189 17.3.1智慧機場需求分析 189 17.3.2智慧機場業(yè)務(wù)構(gòu)成 191 17.3.3智慧機場系統(tǒng)架構(gòu) 194 17.4智慧空管 198 17.4.1智慧空管需求分析 198 17.4.2智慧空管業(yè)務(wù)構(gòu)成 199 17.4.3智慧空管系統(tǒng)架構(gòu) 201 17.5智慧航司 204 17.5.1智慧航司需求分析 204 17.5.2智慧航司業(yè)務(wù)構(gòu)成 206 17.5.3智慧航司系統(tǒng)架構(gòu) 209 17.6智慧監(jiān)管 211 17.6.1智慧監(jiān)管需求分析 211 17.6.2智慧監(jiān)管業(yè)務(wù)構(gòu)成 212 17.6.3智慧監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu) 212 第 18章智慧民航關(guān)鍵支撐技術(shù)。 215 18.1智慧機場關(guān)鍵支撐技術(shù) 215 18.1.1高級地面活動引導與控制系統(tǒng)A-SMGCS 21518.1.2基于自動化采集手段的航班地面服務(wù)保障系統(tǒng) 21618.1.3航站樓內(nèi)運行協(xié)同決策系統(tǒng)T-CMD .218 18.1.4GTC綜合交通管控系統(tǒng) 220 18.1.5機場協(xié)同決策系統(tǒng)A-CMD .222 18.2智慧空管關(guān)鍵支撐技術(shù) 223 18.2.1航空器自主間隔保持技術(shù) 223 18.2.2基于四維航跡的航空器管理運行技術(shù) . 22418.2.3飛行全階段數(shù)字化管制技術(shù) . 226 18.2.4進離港航班排序技術(shù) . 227 18.2.5航空器協(xié)同運行技術(shù) . 228 18.3智慧航司關(guān)鍵支撐技術(shù) 229 18.3.1全球運行預(yù)警技術(shù) 229 18.3.2TCAS防撞系統(tǒng) . 229 18.3.3航班協(xié)同調(diào)度自動化 . 230 18.3.4航空器健康管理 230 18.3.5航空器運行管理云平臺技術(shù) . 231 18.4其他關(guān)鍵支撐技術(shù)。 232 18.4.1智慧出行 232 18.4.2智慧監(jiān)管 233 第 19章智慧民航的發(fā)展。 234 19.1智慧民航與國家戰(zhàn)略。 234 19.2智慧民航發(fā)展面臨的挑戰(zhàn) 236 19.3智慧民航發(fā)展演進階段 237 19.4智慧民航發(fā)展技術(shù)路徑 238 19.4.1智慧機場發(fā)展技術(shù)路徑 238 19.4.2智慧空管發(fā)展技術(shù)路徑 239 19.4.3智慧航司發(fā)展技術(shù)路徑 239 第 20章 智慧民航典型案例 241 20.1 美國亞特蘭大機場 241 20.2法國巴黎戴高樂機場。 242 20.3新加坡樟宜機場 243 20.4迪拜國際機場 244 20.5北京大興國際機場、首都國際機場。 248 20.5.1北京大興國際機場 248 20.5.2北京首都國際機場 250 20.6成都雙流國際機場。 251 20.7其他機場 255 參考文獻 256 第 5篇智慧物流篇 第 21章智慧物流的現(xiàn)狀和趨勢。 266 21.1智慧物流所面臨的需求和挑戰(zhàn) 266 21.1.1智慧物流發(fā)展現(xiàn)狀 266 21.1.2智慧物流當前面臨的挑戰(zhàn) 268 21.2智慧物流的研究現(xiàn)狀。 270 21.2.1智慧物流體系框架研究 270 21.2.2智慧物流理論技術(shù)研究 273 21.2.3智慧物流應(yīng)用 . 276 21.3智慧物流的發(fā)展趨勢。 277 第 22章智慧物流的體系框架 280 22.1智慧物流的定義和特征 280 22.2智慧物流系統(tǒng)整體框架 281 22.2.1整體框架 281 22.2.2關(guān)鍵子系統(tǒng) . 283 第 23章智慧物流的核心技術(shù) 289 23.1智慧倉儲 289 23.1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動化倉儲 289 23.1.2區(qū)塊鏈技術(shù)與智慧倉儲 290 23.1.3人工智能與智慧倉儲 . 290 23.1.4應(yīng)用場景 290 23.2智慧包裝 290 23.2.1RFID技術(shù)與智慧包裝 . 290 XXII 23.2.2智能算法與智慧包裝 . 291 23.2.3應(yīng)用場景 291 23.3智慧運輸 291 23.3.15G技術(shù)與智慧運輸 292 23.3.2大數(shù)據(jù)與智慧運輸 292 23.3.3 區(qū)塊鏈與智慧運輸 293 23.3.4新能源與智慧運輸 293 23.3.5應(yīng)用場景 294 23.4智慧分揀 295 23.4.1自動化設(shè)備與智慧分揀 295 23.4.2應(yīng)用場景 295 23.5智慧配送 295 23.5.15G與智慧配送 .296 23.5.2量子計算與智慧配送 . 296 23.5.3無人配送車與智慧物流 296 23.5.4應(yīng)用場景 297 23.6智慧交易 297 23.6.1區(qū)塊鏈與智慧交易 298 23.6.2應(yīng)用場景 298 23.7智慧客服 299 23.7.1語音識別技術(shù)與智慧客服 299 23.7.2應(yīng)用場景 299 23.8智慧供應(yīng)鏈。 299 23.8.15G護航智慧物流供應(yīng)鏈化 299 23.8.2大數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈與智慧物流智能管理 30023.8.3區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)多中心的物流供應(yīng)鏈體系 30123.8.4人工智能實現(xiàn)物流智慧化運營管理 301第 24章智慧物流的未來之路 302 24.1交通強國與物流強國 302 XXIII 24.2智慧物流的發(fā)展途徑。 305 24.2.1近期發(fā)展目標(2025年) 307 24.2.2中期發(fā)展目標(2035年) 309 24.2.3遠期發(fā)展目標(2050年) 309 第 25章智慧物流典型案例 310 25.1供應(yīng)鏈服務(wù) 浙江傳化 310 25.1.1智能公路港 . 310 25.1.2網(wǎng)絡(luò)貨運平臺 . 311 25.1.3端到端的供應(yīng)鏈物流解決方案 312 25.2多式聯(lián)運 中歐班列。 312 25.2.1發(fā)展現(xiàn)狀 312 25.2.2多式聯(lián)運中的先進技術(shù) 313 25.2.3一單制 . 313 25.3快遞物流 中國郵政集團、順豐速運。 31425.3.1中國郵政集團 . 314 25.3.2順豐速運 316 25.4應(yīng)急物流 物流。 317 25.5冷鏈物流 榮慶物流。 319 參考文獻 321
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