人類歷史已經(jīng)表明，文明的傳播和經(jīng)濟(jì)的擴(kuò)張在很大程度上可以歸因于連接國家、地區(qū)、城市和社區(qū)的交通系統(tǒng)。從馬車，到內(nèi)燃機(jī)車，到電動汽車，再到未來的網(wǎng)聯(lián)汽車和自動駕駛汽車，交通經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的歷程，使我們的生活和社會更加豐富多彩。智能交通系統(tǒng)（ITS）有望在使我們的城市和區(qū)域智能化以及與其他基礎(chǔ)設(shè)施（如能源輸電網(wǎng)）通信方面取得重大進(jìn)展。ITS 正在成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分，新型的感知、控制、邊緣和云計算技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好成為智慧城市的一部分。
交通運(yùn)輸系統(tǒng)將繼續(xù)在經(jīng)濟(jì)全球化中起到戰(zhàn)略性作用，通過日益復(fù)雜、相互連接和多式聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)送貨物和人員。然而，現(xiàn)代交通的復(fù)雜性是不能用過去的策略和工具來管理的。ITS 的特點(diǎn)在于其越來越復(fù)雜的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)為異構(gòu)的格式、大容量、空間和時間過程的細(xì)微差別以及頻繁的實(shí)時處理需求。此外，ITS 將通過從個人設(shè)備、社交媒體和服務(wù)收集的數(shù)據(jù)得到加強(qiáng)。簡單的數(shù)據(jù)處理、整合和分析工具并不能勝任復(fù)雜的 ITS數(shù)據(jù)處理任務(wù)。新興數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和方法的應(yīng)用，加上有效的數(shù)據(jù)收集和信息分發(fā)系統(tǒng)，為建立今后的信息系統(tǒng)提供了必要的機(jī)會�？紤]到新一代專業(yè)人員需要在數(shù)據(jù)密集型的ITS 領(lǐng)域工作，就需要一種結(jié)合各種 ITS 相關(guān)數(shù)據(jù)分析主題的教科書。本書的目的是培養(yǎng)
一個技術(shù)精湛的技術(shù)專家，重點(diǎn)讀者對象是交通工程領(lǐng)域的學(xué)生和現(xiàn)有的專業(yè)人員，也包括數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)生和專業(yè)人員，這些人將引領(lǐng)未來 ITS 的規(guī)劃、發(fā)展和維護(hù)。
本書分 12 章，涵蓋了不同的數(shù)據(jù)分析主題。
第 1 章概述了 ITS 及其各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)密集型本質(zhì)。對其數(shù)據(jù)的來源和特征進(jìn)行了總結(jié)，包括 ITS 與數(shù)據(jù)分析的相關(guān)性。此外，還對美國國家 ITS 架構(gòu)進(jìn)行了回顧，以作為 ITS 規(guī)劃、設(shè)計和部署的示例框架，重點(diǎn)是數(shù)據(jù)分析。提供了 ITS 應(yīng)用的概述，以演示不同的流程在 ITS 應(yīng)用部署中的作用。最后簡要介紹了 ITS 在世界各地的應(yīng)用情況，包括由自動駕駛等技術(shù)創(chuàng)新催生的新趨勢。
第 2 章介紹了 ITS 中的數(shù)據(jù)分析的基本原理及其背景。闡述了數(shù)據(jù)分析的描述性、診斷性、預(yù)測性和規(guī)范性方面的知識。然后介紹了數(shù)據(jù)分析解決方案的演變，例如 SQL分析、視覺分析、大數(shù)據(jù)分析和認(rèn)知分析。還列出了可用的開源數(shù)據(jù)分析工具和資源。最后討論了 ITS 數(shù)據(jù)分析的未來方向。
第 3 章描述了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)科學(xué)工具集，并為本書其余部分的分析技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。具體內(nèi)容是：①用于復(fù)雜數(shù)據(jù)分析的基本統(tǒng)計編程 R環(huán)境介紹；② ITS 數(shù)據(jù)存儲庫的“科研數(shù)據(jù)交換”的綜述；③關(guān)于 R中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的基本概念；④從外部讀取數(shù)據(jù)到 R的技術(shù)和工具包；⑤從網(wǎng)絡(luò)資源提取數(shù)據(jù)到 R的技術(shù)和工具包；⑥大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的簡介。
第 4 章聚焦于數(shù)據(jù)生命周期，使研究人員和從業(yè)人員能夠有效地維護(hù)數(shù)據(jù)，以便實(shí)時和長期使用。數(shù)據(jù)對象可以是文件和鏈接的集合，也可以是數(shù)據(jù)庫。這取決于數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)生命周期包含不同的階段。此外，可以從不同的角度看待數(shù)據(jù)生命周期的各個階段。本章旨在讓讀者對數(shù)據(jù)的生命周期有一定的認(rèn)識和理解。
第 5 章探討了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)和解決方案，其中考慮了不同的應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)工作負(fù)載特征和相應(yīng)的需求。概述了支持?jǐn)?shù)據(jù)所需的基礎(chǔ)設(shè)施，這些基礎(chǔ)設(shè)施能夠使用不同的抽象和運(yùn)行系統(tǒng)來存儲、處理和分發(fā)大量數(shù)據(jù)。然后將 ITS 應(yīng)用程序的需求映射到數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)�？偨Y(jié)了針對不同編程系統(tǒng)、抽象概念的不同高層基礎(chǔ)設(shè)施，以及針對存儲和計算管理的低層基礎(chǔ)設(shè)施。
第 6 章研究了 ITS 的安全性和隱私問題，綜述了通信網(wǎng)絡(luò)及其創(chuàng)新應(yīng)用。確定了汽車生態(tài)系統(tǒng)中的利益相關(guān)者及其需要保護(hù)的資產(chǎn)。討論了一種攻擊分類法，該分類法描述了對 ITS 以及網(wǎng)聯(lián)車輛的攻擊。對網(wǎng)聯(lián)車輛的現(xiàn)有攻擊進(jìn)行了審查，并使用攻擊分類進(jìn)行了映射。最后，討論了現(xiàn)有的和潛在的安全和隱私解決方案。
第 7 章介紹了交互式數(shù)據(jù)可視化概念、工具和數(shù)據(jù)挖掘算法在 ITS 環(huán)境下的應(yīng)用。在 ITS 領(lǐng)域中，這些系統(tǒng)對于支持大型復(fù)雜數(shù)據(jù)流的決策非常必要，這些數(shù)據(jù)由不同的基礎(chǔ)設(shè)施和組件（如交通攝像頭、車輛和交通管理中心）生成和使用。介紹了與 ITS 數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的幾個關(guān)鍵問題。此外，還討論了實(shí)用的可視化設(shè)計原則。最后是一個詳細(xì)的案例研究，涉及一個多元可視化工具的設(shè)計。
第 8 章探討了系統(tǒng)工程原則在 ITS 中的應(yīng)用。系統(tǒng)工程用于以需求的形式將職責(zé)分配給參與 ITS 應(yīng)用程序的所有平臺上的硬件和軟件。展開了針對數(shù)據(jù)分析為重點(diǎn)的 ITS系統(tǒng)開發(fā)場景所需的信息的調(diào)查。在開發(fā)場景中，使用架構(gòu)描述語言（ADL）識別數(shù)據(jù)通信需求并將其映射。其中，ADL 支持本章中討論的建模系統(tǒng)的驗(yàn)證和分析活動。
第 9 章具體論述了公路交通安全方面的數(shù)據(jù)分析。探討了不同的交通安全分析方法，如碰撞計數(shù) / 頻率建模、安全效果評估、經(jīng)濟(jì)評價、熱點(diǎn)分析和損傷嚴(yán)重程度建模等。首先對高速公路交通安全研究進(jìn)行了綜述�？偨Y(jié)了這些研究中使用的各種方法。討論了應(yīng)用于高速公路交通安全的數(shù)據(jù)詳情以及約束。此外，還探討了網(wǎng)聯(lián)和自動駕駛汽車等新興趨勢所帶來的潛在新型數(shù)據(jù)源。
第 10 章以多式聯(lián)運(yùn)為背景，討論了 ITS 應(yīng)用中通常使用的描述性和預(yù)測性數(shù)據(jù)分析技術(shù)。這些技術(shù)涵蓋了單變量、雙變量和多變量分析的全部范圍。本章還演示了如何使用 R語言實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)。
第 11 章 綜 述 了 社 交 媒 體 數(shù) 據(jù) 在 ITS 中 的 應(yīng) 用。 因 為 Twitter、INSTAGRAM 和
Facebook 等社交媒體平臺包含人們所發(fā)布的日�；顒有畔ⅲò�括旅行信息）都能夠被獲取，它們已經(jīng)成為支持交通規(guī)劃和運(yùn)營的豐富數(shù)據(jù)來源。本章所探討的具體內(nèi)容是：①社交媒體數(shù)據(jù)特征；②回顧最新的社交媒體數(shù)據(jù)分析工具和算法；③簡述在交通運(yùn)輸中的新興社交媒體應(yīng)用；④未來的研究挑戰(zhàn)和潛在的解決方案。
第 12 章介紹了機(jī)器學(xué)習(xí)方法的基本概念以及它們在 ITS 中的應(yīng)用。這一章討論了如何利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法提高交通數(shù)據(jù)分析工具的性能。討論了所選擇的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，以及可用數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量的重要性。簡述了為 ITS 應(yīng)用所選擇的數(shù)據(jù)處理流程和機(jī)器學(xué)習(xí)方法。并通過一個實(shí)例說明了機(jī)器學(xué)習(xí)方法在基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的交通系統(tǒng)中的重要性。