北京交通大學(xué)2024年卓越計劃（智能交通）智能交通系統(tǒng)設(shè)計試題及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______試題1.請簡述智能交通系統(tǒng)（ITS）的定義、主要構(gòu)成要素及其核心目標(biāo)。2.在智能交通系統(tǒng)設(shè)計中，需求分析階段至關(guān)重要。請闡述進行智能交通系統(tǒng)需求分析的主要步驟、常用方法以及需要考慮的關(guān)鍵因素。3.交通信息采集是智能交通系統(tǒng)的基石。請比較視頻檢測技術(shù)、雷達(dá)檢測技術(shù)和地磁檢測技術(shù)在交通參數(shù)（如車流量、車速、車距）采集方面的優(yōu)缺點，并說明在特定場景下（如高速公路、城市交叉口）選擇某種技術(shù)的依據(jù)。4.描述一種基于數(shù)據(jù)挖掘或機器學(xué)習(xí)的交通流量預(yù)測方法。請說明該方法的基本原理、所需數(shù)據(jù)類型、關(guān)鍵步驟以及可能的應(yīng)用場景。5.V2X（Vehicle-to-Everything）通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中扮演著重要角色。請解釋V2X通信的主要類型（如V2V,V2I,V2P,V2N）及其在提升交通安全和效率方面的具體應(yīng)用方式。6.智能信號控制是提高城市交通運行效率的關(guān)鍵技術(shù)。請簡述自適應(yīng)信號控制和協(xié)同信號控制的基本概念、工作原理以及它們相比傳統(tǒng)固定配時信號控制的優(yōu)勢。7.車聯(lián)網(wǎng)（V2X）技術(shù)在提供實時交通信息服務(wù)方面具有重要作用。請設(shè)計一個利用V2X技術(shù)提供的實時路況信息為駕駛員提供路徑規(guī)劃與誘導(dǎo)服務(wù)的方案。說明方案的核心思想、涉及的關(guān)鍵技術(shù)以及需要考慮的挑戰(zhàn)。8.人工智能（AI）技術(shù)在智能交通領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。請列舉AI在智能交通系統(tǒng)中的至少三個應(yīng)用領(lǐng)域，并分別說明其應(yīng)用方式及其帶來的效益。9.假設(shè)你需要為一個城市擁堵嚴(yán)重的區(qū)域設(shè)計一套智能交通管理系統(tǒng)方案。請描述該方案的設(shè)計思路，包括你將重點關(guān)注哪些交通問題，計劃采用哪些智能交通技術(shù)或系統(tǒng)，以及如何評估該方案的預(yù)期效果。10.高精地圖是支持自動駕駛和高級別輔助駕駛的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。請解釋高精地圖的含義及其在自動駕駛車輛定位、路徑規(guī)劃、環(huán)境感知等方面的重要性。試卷答案1.答案：智能交通系統(tǒng)（ITS）是指利用先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計算機技術(shù)，采集、處理、發(fā)布交通信息，優(yōu)化交通管理，提供出行者信息服務(wù)，從而實現(xiàn)交通系統(tǒng)高效、安全、便捷、環(huán)保運行的綜合系統(tǒng)。主要構(gòu)成要素包括：信息采集系統(tǒng)、信息處理與發(fā)布系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、電子收費系統(tǒng)、智能停車系統(tǒng)、應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)等。核心目標(biāo)是緩解交通擁堵、提高交通安全性、提升出行效率、減少環(huán)境污染、優(yōu)化交通管理效率。解析思路：本題考察對ITS基本概念的理解。答案需包含ITS的定義（綜合運用多種技術(shù)優(yōu)化交通）、主要構(gòu)成要素（列舉關(guān)鍵子系統(tǒng)）和核心目標(biāo)（提升效率、安全、便捷、環(huán)保、管理）?；卮饡r應(yīng)體現(xiàn)ITS的綜合性特征。2.答案：需求分析階段的主要步驟包括：明確項目目標(biāo)、識別利益相關(guān)者、收集交通現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、分析交通問題與瓶頸、定義系統(tǒng)功能需求（功能性需求）和非功能需求（非功能性需求，如性能、安全、可靠性等）、需求優(yōu)先級排序、編寫需求規(guī)格說明書。常用方法有：訪談法（與交通管理者、用戶等交流）、問卷調(diào)查法、觀察法、文檔分析法、標(biāo)桿分析法等。需求分析需要考慮的關(guān)鍵因素包括：交通問題的嚴(yán)重程度、項目預(yù)算與資源限制、技術(shù)可行性、政策法規(guī)要求、用戶接受度、系統(tǒng)與其他現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性等。解析思路：本題考察需求分析流程和方法。答案需清晰列出步驟（目標(biāo)、相關(guān)者、數(shù)據(jù)、問題、功能、非功能、優(yōu)先級、文檔），列舉常用方法（訪談、問卷等），并說明關(guān)鍵考慮因素（預(yù)算、技術(shù)、政策、用戶等）。重點是體現(xiàn)系統(tǒng)性、全面性思維。3.答案：視頻檢測技術(shù)優(yōu)點是信息豐富（可獲取車型、顏色等）、非接觸、安裝靈活；缺點是易受天氣（雨、霧、雪）和光照影響，需要復(fù)雜圖像處理算法，成本相對較高。雷達(dá)檢測技術(shù)優(yōu)點是非接觸、抗干擾能力強、可全天候工作、實時性好；缺點是精度相對較低（尤其測距），可能存在多目標(biāo)干擾，安裝需要特定角度。地磁檢測技術(shù)優(yōu)點是成本低、安裝簡單（嵌入地面）、壽命長、對環(huán)境干擾?。蝗秉c是檢測精度不高（主要測有無車輛和速度），無法識別車型，安裝和布設(shè)有局限性。選擇依據(jù)需結(jié)合場景：高速公路可選擇雷達(dá)或視頻用于長距離、大流量監(jiān)測；城市交叉口因環(huán)境復(fù)雜、光照變化大，視頻和雷達(dá)結(jié)合使用可能效果更佳，地磁可用于輔助或檢測特定位置有無車輛。解析思路：本題考察對三種檢測技術(shù)的比較。答案需分別列出優(yōu)缺點，然后根據(jù)不同場景（高速、路口）給出選擇理由。比較的維度應(yīng)是核心功能（參數(shù)、全天候、成本、安裝等），選擇依據(jù)要結(jié)合場景特點。4.答案：基于機器學(xué)習(xí)的交通流量預(yù)測方法之一是使用長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）進行時間序列預(yù)測。其基本原理是LSTM作為一種特殊的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN），能夠?qū)W習(xí)并記憶歷史數(shù)據(jù)中的長期依賴關(guān)系，適用于處理具有時間序列特性的交通流量數(shù)據(jù)。所需數(shù)據(jù)類型通常包括歷史交通流量數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)、節(jié)假日信息、事件數(shù)據(jù)等。關(guān)鍵步驟包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理（清洗、歸一化）、構(gòu)建LSTM模型（確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)）、模型訓(xùn)練（使用歷史數(shù)據(jù)擬合模型）、模型評估（使用測試數(shù)據(jù)集評估預(yù)測精度，如均方誤差MAE、均方根誤差RMSE）和模型應(yīng)用（進行未來流量預(yù)測）。應(yīng)用場景包括交通信號配時優(yōu)化、交通誘導(dǎo)、出行路徑規(guī)劃、交通事件預(yù)警等。解析思路：本題要求闡述一種具體方法。答案需包含方法名稱（LSTM）、基本原理（記憶長期依賴）、數(shù)據(jù)類型、關(guān)鍵步驟（預(yù)處理、構(gòu)建、訓(xùn)練、評估、應(yīng)用）和應(yīng)用場景。應(yīng)體現(xiàn)機器學(xué)習(xí)在交通預(yù)測中的特點。5.答案：V2X通信的主要類型及其應(yīng)用方式如下：V2V（Vehicle-to-Vehicle）：車輛間直接通信，應(yīng)用方式包括碰撞預(yù)警、前方車輛減速預(yù)警、危險橫穿車輛預(yù)警、協(xié)同自適應(yīng)巡航控制（ACC）、協(xié)同緊急制動（AEB）等，提升行車安全。V2I（Vehicle-to-Infrastructure）：車輛與交通基礎(chǔ)設(shè)施（如信號燈、路側(cè)單元RSU）通信，應(yīng)用方式包括實時路況信息發(fā)布、信號燈狀態(tài)推送、可變信息標(biāo)志信息發(fā)布、停車位信息推送、綠波通行支持等，提升通行效率和信息服務(wù)水平。V2P（Vehicle-to-Pedestrian）：車輛與行人通信，應(yīng)用方式包括盲人/視障人士提醒、行人過馬路危險預(yù)警、自動駕駛車輛對行人的意圖識別等，保障弱勢群體出行安全。V2N（Vehicle-to-Network/Cloud）：車輛通過路側(cè)單元或移動網(wǎng)絡(luò)接入云平臺，應(yīng)用方式包括遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、車隊管理、高精度地圖下載、復(fù)雜的協(xié)同駕駛場景支持等，實現(xiàn)更廣泛的管理和服務(wù)。解析思路：本題要求解釋V2X類型和應(yīng)用。答案需準(zhǔn)確列出四種類型，并針對每種類型至少列舉1-2個具體的應(yīng)用場景，清晰說明通信對象和實現(xiàn)的功能，重點突出V2X在安全和效率方面的作用。6.答案：自適應(yīng)信號控制是指信號燈配時參數(shù)（周期、綠信比）能夠根據(jù)實時交通流量、排隊長度等反饋信息進行動態(tài)調(diào)整的控制方式，目的是使交叉口通行能力與實際交通需求相匹配。其優(yōu)勢在于能靈活應(yīng)對交通流變化，減少車輛排隊和延誤，提高交叉口通行效率。協(xié)同信號控制是指通過無線通信技術(shù)將相鄰的多個交叉口信號燈連接起來，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)控制，使車輛在通過一系列交叉口時能遇到更多的綠燈，從而顯著減少stopsandwaits，提高區(qū)域交通效率，并有助于實現(xiàn)交通流的平穩(wěn)運行。解析思路：本題要求解釋兩種控制方式的概念和優(yōu)勢。答案需分別定義自適應(yīng)控制（動態(tài)調(diào)整基于實時反饋）和協(xié)同控制（區(qū)域協(xié)調(diào)基于通信），并明確各自的核心優(yōu)勢（自適應(yīng)：匹配需求、減少延誤；協(xié)同：減少停車次數(shù)、提高區(qū)域效率）。需與固定配時形成對比。7.答案：方案設(shè)計：利用V2X技術(shù)，車載單元（OBU）或手機APP實時接收來自路側(cè)單元（RSU）或其他車輛（V2V）的實時交通路況、事故、施工、信號燈狀態(tài)、停車位信息等。系統(tǒng)根據(jù)接收到的信息，結(jié)合用戶出行起點、終點和實時位置，利用路徑規(guī)劃算法（如Dijkstra、A*或基于AI的強化學(xué)習(xí)算法）計算最優(yōu)路徑，并通過車載導(dǎo)航系統(tǒng)或手機APP向駕駛員提供動態(tài)路徑指引，包括推薦車道、預(yù)計到達(dá)時間、前方潛在風(fēng)險提示、替代路線建議等。涉及關(guān)鍵技術(shù)：V2X通信協(xié)議（如DSRC、C-V2X）、高精度定位技術(shù)（GPS/北斗+慣導(dǎo)）、地圖匹配與更新技術(shù)、路徑規(guī)劃算法、人機交互界面。挑戰(zhàn)：V2X通信的覆蓋范圍和可靠性、不同廠商設(shè)備間的互操作性、海量數(shù)據(jù)處理與實時性要求、用戶接受度和隱私安全問題、系統(tǒng)成本。解析思路：本題要求設(shè)計一個具體方案。答案需包含方案目標(biāo)（利用V2X提供動態(tài)誘導(dǎo)）、核心流程（接收信息-路徑規(guī)劃-路徑指引）、關(guān)鍵技術(shù)（通信、定位、算法、交互）、以及面臨的挑戰(zhàn)（覆蓋、互操作、成本、隱私等）。方案應(yīng)體現(xiàn)V2X信息的價值。8.答案：AI在智能交通中的應(yīng)用領(lǐng)域及方式、效益：1.交通流量預(yù)測：利用機器學(xué)習(xí)算法分析歷史和實時交通數(shù)據(jù)，預(yù)測未來短時或長時交通流量和擁堵情況，效益是優(yōu)化信號控制、提供提前預(yù)警、改善出行體驗。2.交通事件檢測與診斷：利用計算機視覺（圖像識別）技術(shù)自動識別交通事故、異常停車、拋灑物等事件，并分析事故類型和嚴(yán)重程度，效益是縮短事件響應(yīng)時間、提高救援效率、減少事故損失。3.智能駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）：利用深度學(xué)習(xí)處理來自攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)車道保持、自動泊車、自適應(yīng)巡航、前向碰撞預(yù)警等，效益是提升駕駛安全性、減輕駕駛員負(fù)擔(dān)、逐步實現(xiàn)自動駕駛。解析思路：本題要求列舉AI應(yīng)用。答案需至少列舉三個不同領(lǐng)域（預(yù)測、事件檢測、ADAS），對每個領(lǐng)域說明應(yīng)用方式（用了什么AI技術(shù)）和帶來的主要效益（解決了什么問題，帶來了什么好處）。要體現(xiàn)AI技術(shù)的多樣性及其在交通領(lǐng)域的價值。9.答案：設(shè)計思路：針對城市擁堵區(qū)域，首先通過交通數(shù)據(jù)分析（利用現(xiàn)有交通監(jiān)控、浮動車數(shù)據(jù)等）識別擁堵的核心時段、關(guān)鍵路段和主要瓶頸（如交叉口通行能力不足、潮汐現(xiàn)象嚴(yán)重、違章停車干擾等）。方案重點關(guān)注交叉口智能管控和區(qū)域交通流協(xié)同。計劃采用的技術(shù)或系統(tǒng)包括：部署智能信號控制系統(tǒng)（如基于實時交通流的自適應(yīng)控制和部分區(qū)域協(xié)同控制）以優(yōu)化交叉口通行效率；利用視頻監(jiān)控和AI事件檢測技術(shù)，及時處理交通事故和異常停車，保障路口安全；探索實施V2X信息服務(wù)，向周邊車輛提供路況預(yù)警和綠波推薦，疏導(dǎo)交通流；結(jié)合高精地圖和導(dǎo)航APP，引導(dǎo)車輛避開擁堵路段。預(yù)期效果評估將通過對比方案實施前后的交通流量、平均延誤、交叉口排隊長度、事故率等關(guān)鍵指標(biāo)，并結(jié)合問卷調(diào)查等方式評估出行者的體驗改善情況。解析思路：本題要求設(shè)計一個綜合方案。答案需體現(xiàn)問題導(dǎo)向（分析瓶頸），解決方案的系統(tǒng)性（多技術(shù)組合），關(guān)鍵技術(shù)的選擇（智能信號、V2X、AI檢測），以及效果評估的指標(biāo)（流量、延誤、事故等）。思路應(yīng)清晰、邏輯性強，體現(xiàn)綜合運用智能交通技術(shù)解決復(fù)雜問題的能力。10.答案：高精地圖（High-DefinitionMap）是指具有高精度（厘米級）、豐富語義信息（道路幾何形狀、車道線、交通標(biāo)志、信號燈、人行道、車道屬性等）的電子地圖。其重要性體現(xiàn)在：1.定位：為自動駕駛車輛提供高精度的實時定位信息，精度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)GPS，是實現(xiàn)車道級定位的基礎(chǔ)。2.路徑規(guī)劃：提供詳細(xì)的車道級信息，使車輛能夠規(guī)劃在車道內(nèi)行駛的精確路徑，并支持路徑的動態(tài)調(diào)整。3.環(huán)境感知與決策：為車輛