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本文介绍了
IBM 智能交通产品的功能和技术特点，显示了 IBM 智能交通解决方案是如何运用先进的技术，希望对您的学习有所帮助。
本文来自于IBM，由火龙果软件Alice编辑推荐。 |
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一、前言
智慧的城市专栏：了解更多关于 IBM 智慧城市解决方案的信息。
交通，是连接人、货物、和服务的重要手段，是一个城市或社区在日常运营中不可或缺的重要元素，我们每天都在乘坐私有的或公共的交通工具如小汽车、公交车、船、轨道交通等穿梭于城市中的不同地点。交通系统的平顺运行直接影响着城市的经济活动和生产效率，也影响着人们的生活质量和居住品质。在过去，人类在交通方面已经取得了不少显著的进步，开发了新的交通方式和基础设施，如高速公路、轨道交通、公交专用快速路等等，每一次进步都带来了一个阶段经济活动的提升。交通系统的提高创造了新的经济机会，减少了人员、货物、服务的流动成本，促进了城市的持续发展。
近几十年来，城市化的趋势给全球各地的交通系统带来了不小的压力，很多城市的交通系统和相关的基础设施日趋紧张，拥堵的交通系统阻碍了经济活动的正常开展，也消耗了大量的能源并对环境造成了污染。可以预见在不久的将来，由于不断增长的人口数量和越来越旺盛的移动需求，这些系统将更加不堪重负。解决这些交通问题的传统方式不外乎：
- 建设更多的路桥来增加这些底层基础设施的运能
- 增加车辆的数量（例如公交车或轨道列车）来满足日益增长的交通服务的需求
很明显，现在很多城市中有限的土地资源使得这些方法已经到达了它们的极限，城市需要一种新的方法来解决这些挑战，我们需要优化现有的基础设施投入，提高现有资源的利用率，提供更安全、洁净和高效的交通。
智能的交通解决方案需要帮助当代城市交通实现四个明确的目标（如图 1 所示）。
图 1. 城市交通的四个目标
预测需求，优化资源配置
智能交通的一个目标就是提高资源的利用率，更好的运用现有的资产和基础设施。这个目标可以通过几种方法来实现：
1.收集交通网络状况的实时数据
2.识别移动性和资源使用的模式
3.预测需求
4.实现现有基础设施和资源的合理使用
对从道路上的传感器和设备上收集而来的数据或从其他代理机构得到的数据（包括实时数据和历史数据）进行分析，我们就可以达到预测需求，优化资源配置的目标。这种分析可以帮助交通管理中心或者交通服务提供商作出合理的预测，优化交通资源的配置和使用。这些收集的数据也可以用于提供增值服务，或者为道路使用和维护的收费提供一些新的方法，例如拥堵费，这些方法可以用于引导旅客的行为从而对整个交通环境起到积极的作用。
提高旅客的端到端体验
智能交通把致力于提高旅客的用户体验作为目标之一。例如，一个智能的解决方案可以提供实时导航，告知驾驶者由于突发事件或者交通拥堵导致的路线变化，或提供多种公共交通的方案以供选择。这种解决方案同时也可以通过鼓励旅客来实现平衡公共交通工具和私有交通工具的使用的目的。
辅助决策交通流量的数据可以直接来自于不同的交通服务提供商或者交通管理中心，也可以基于交通服务商提供的增值服务，向旅客开放这些相关数据是提升他们对城市交通系统满意度的重要因素之一。
提高运营效率，降低对环境的影响
智能交通的另一个目标是提高个体交通机构，交通运营者以及商业车队经营者的运营效率。通过追踪资产、优化配置以及确保运维效率，智能交通的技术可以减少浪费、提高可靠性、和降低交通经营者的运营成本。
智能交通试图向价值链的其他参与者提供机构运营的可见性，例如部件供应商和运维承包商等，以增加彼此间有效的合作。同时，智能交通也可以对计划和抉择提供帮助，提高整个系统的运营效率。
提供安全可靠的保障
为了确保市民的安全，来自于车载传感器设备的信息可以和来自其他车辆上的传感器信息或者基础设施上的传感器信息相结合，从而提高特定车辆驾驶员所能接受的安全警告的范围，例如错误的行车道、湿滑路面、临近的警报等等。而且，在基础设施如道路、轨道上进行状态监控的传感器可以帮助侦测危险情况，使得维护人员可以快速响应，通过智能的监管系统，道路、铁路、机场等都可以持续监控和检测潜在的危险。
前面提到，由于有限的交通资源无法满足日益增长的移动的需求，城市的交通基础设施面临着史无前例的压力，这种压力还会持续存在于全球各地。物理基础设施的增长是有限的，而以技术和信息为基础的解决方案有潜力成为更快速更有效的解决方案。
IBM 智能交通产品将技术及智能与城市交通基础设施紧密结合在一起。通过它，城市交通机构可以提高运能、加强旅客的用户体验，使得交通系统和基础设施更为高效、安全和可靠。智能的交通依赖于信息技术理念：收集数据并可视化、资产的管理、传感器监控、最优化分析、分布式控制，等等。有了智能的交通解决方案，通过采集相关数据、分析数据、以及提供各种视图，城市管理者可以随时了解当前的基础设施和交通问题。通过使用合适的工具和技术（例如自动化、最优化分析等），城市管理者还可以进一步提高交通流量和运能，使智能的交通成为一种可能。
本文力求给正在寻求方案以解决城市交通各种挑战的读者提供一个选择，本文将介绍 IBM 智能交通产品的主要部件和功能，使读者了解它是怎样通过预测需求、优化资产和运能来提高城市交通的运营效率的。
二、IBM 智能交通产品概述
IBM 于 2013 年 3 月发布的 IBM 智能交通 V1.5 提供了对整个交通网络的智能和洞察力、以及更高的透明度和可见性。它有助于分析跨不同交通网络的交通行为和事件，帮助优化流量、效率、响应时间、和旅行体验等等。
IBM 智能交通是一个全面的、可扩展的交通管理平台，它提供系统范围的信息整合、洞察力和智能。它通过从跨区域的不同系统收集而来的数据，对道路交通和公交运营活动提供了一种集中式的管理。IBM
智能交通提高了事件觉察力，提供了一个全面的视图从而人们在任何时候都能知道路上在发生什么。这种解决方案帮助城市管理者主动地管理整个交通网络，提高旅客的旅行体验。具体得说，IBM
智能交通能够帮助道路交通和公交运营机构：
1.减少道路交通拥堵
2.提高跨不同道路交通系统的事件可见性
3.提高道路交通流量及事件响应速度
4.分析历史数据从而获得并理解道路交通流量及事件的固定模式
5.预测未来一小时之内的道路交通流量状况
6.增加公共交通车辆、服务及相关异常的可见度
7.预测公共交通车辆的到达时间
8.分析整个公交系统的性能状况和瓶颈
IBM 智能交通是一个运行于 IBM 智能运营中心（IBM Intelligent Operations
Center）之上基于 Portal 的一个解决方案，它利用 IBM 智能运营中心的底层架构和功能来实现城市不同机构之间的实时的信息传递和合作，从而有效的管理、协调、和解决出现的问题。IBM
智能交通有两种部署方式：传统的企业本地部署，或者基于 IBM SmartCloud 的云部署。IBM
智能交通也可以和其他的 IBM 智慧城市系列产品解决方案互为整合。
IBM 智能交通 V1.5 分为两个子产品，分别为道路交通运营和公共交通运营提供不同的功能。
表 1. IBM 智能交通产品和功能部件
子产品 可安装的功能部件
IBM 智能交通运营（IBM Intelligent Operations for Transportation）
交通感知
交通预测（可选）
IBM 智能运输分析（IBM Intelligent Transit Analytics） 车辆感知和预测
交通感知：这是 IBM 智能道路交通运营的基础功能部件，它为交通流量运营数据的可视化和分析提供了交通信息模型和基础平台。道路交通感知功能部件把从分布的道路和流量数据获取系统得到的数据通过业界流行的协议规范整合起来，集中地展现给用户。
交通预测：这个功能部件为交通机构提供了流量预测的能力，它利用在道路交通流量感知系统中获取的历史的和实时的数据来预测未来一个小时内特定地理区域内的道路交通流量情况。
车辆感知和预测：这个功能部件为公交运输系统提供了车辆感知和到达时间预测的能力，它可以同时为公交运输运营部门以及乘客提供整个公交网络上车辆服务状况的一个清晰的视图。
IBM 智能交通运营是 IBM 智能交通的基础产品，其中交通感知系统为其必需的功能部件，而交通预测为可选的功能部件。IBM
智能运输分析则是构架在 IBM 智能交通运营之上的产品，也就是说，为了部署和使用 IBM 智能运输分析，必须先安装
IBM 智能交通运营产品中的交通感知功能部件。
除了 IBM 智能运营中心这个 IBM 智能交通所依赖的基础产品之外，IBM 智能运输分析子产品还依赖于
IBM 的另一个产品：IBM InfoSphere Streams。IBM InfoSphere Streams
是一个高性能流计算平台，IBM 智能运输分析使用这个平台来处理和分析庞大的车辆实时信息以满足其较高的实时性要求。
三、IBM 智能交通产品功能介绍
IBM 智能交通 V1.5 分为智能交通运营和智能运输分析两个产品，共包含三个功能部件：交通感知、交通预测、以及车辆感知和预测。本章将对这三个功能部件的具体功能作详细的介绍。
1. 交通感知
交通感知是 IBM 智能交通运营产品的基础功能部件。它为交通运营数据的可视化和分析提供了交通信息模型和基础平台。它通过使用全球范围内交通行业公认的集成协议，将来自不同交通和道路数据捕获系统中的数据集成在一起。
交通感知功能部件提供了随需应变的地理可视性以及以下功能：
将多个来源的交通数据变换到一个集中交通信息系统中
包含一个近实时的直观界面，用于聚集交通信息
帮助提供平衡各路线间交通所需的洞察力
在道路网络上以及表格视图和报告视图中，以图形方式将交通状况实时显示为服务水平
提供有关道路链路拥堵时所需的其他出行时间的信息
能够在表格视图中以图形方式针对网络上的交通事件实时收到提醒
能够查询与交通相关的设备，以获取状态和订阅源
提供对网络中最关键链路的交通状况历史模式的洞察力并能够进行分析
能够研究不同类型的交通事故和交通服务水平之间的历史相关性
改进城市范围的交通规划和管理（即使在基础结构受到限制并且无法选择进行扩展的情况下）
交通感知功能部件划分为两个子系统：当前交通管理子系统和历史交通管理子系统。
当前交通管理子系统
在 IBM 智能交通网站界面中，“操作员：交通”视图显示当前交通状况和运行状况水平（如图 2 所示）。当前交通管理子系统提供用于监视和管理其所服务区域中的交通流量的设施，它可以帮助交通运输政府机构和部门确保最高效地利用地面街道和高速公路网络。交通感知功能部件也可以处理交通数据并提供基本交通和事故管理服务。
图 2. 当前交通管理子系统
（1）交通管理
当前交通管理子系统提供了收集和存储传感器在现场所收集的当前交通流量数据的过程，以用于交通管理。这些过程包括：
存储和管理已处理的交通流数据
显示交通流数据 （如图 2）
分析、关联和汇总交通流量数据
（2）交通事件管理
当前交通管理子系统提供了一些过程和一个图形用户界面（如图 3 所示），用于管理交通事件的分类，例如：
存储、管理事件数据以及将事件数据分类
分析、关联和汇总交通事件
审阅和管理交通事件数据
图 3. 交通事件的管理
（3）管理和运营界面
当前交通管理子系统提供了一个基于浏览器的图形用户界面，提供用于辅助交通管理的运营视图。此界面还包括基于角色的管理功能部件，能够将系统配置为可在特定客户环境中正确运营。
（4）用户编程接口
当前交通管理子系统提供了名为 LinkStatus 的 REST（Representational
State Transfer）服务，提供请求和响应服务，用于从解决方案中获取交通数据。
历史交通管理子系统
在 IBM 智能交通网站界面中，“策划员：交通”视图显示历史交通数据，通过这些数据可以分析交通网络的过去运行状况（如图
4 所示）。历史管理子系统负责提供用于管理和分析其所服务区域中的历史交通运行状况信息的设施。它通过收集、存储、管理和分发从智能交通系统（ITS）源生成的历史数据来实现前述操作。此子系统为负责管理交通运输的政府机构和部门提供有关下列交通运输管理领域的有用信息：
管理
运行
监控运行状况
规划
政策评价
程序评估
研发应用程序
安全
图 4. 历史交通管理子系统
（1）历史交通数据分析
历史交通管理子系统提供了多个过程用于存储从现场子系统收集的历史 TMDD 交通数据，并提供了一个图形用户界面用于分析交通网络中的历史交通流运行状况水平。这些过程包括：
存储和管理历史数据
显示历史交通流数据
分析、关联和汇总历史交通流数据
（2）管理和交通规划界面
历史交通管理子系统提供了一个基于浏览器的图形用户界面，提供用于促进交通规划的规划者视图。此界面还包括基于角色的管理功能部件，能够将系统配置为可在特定客户环境中正确运营。
2. 交通预测
交通预测功能部件是 IBM 智能交通运营产品中的可选部件，它为交通运输管理机构提供了交通预测功能。交通预测功能部件使用交通感知系统收集的历史和实时交通数据，可最多提前
1 小时预测某地理区域的未来交通水平。如果选择安装了交通预测功能部件，则在 IBM 智能交通网站界面中，当前交通状况和预测的交通状况会同时显示在“操作员：交通”视图中。（如图
5 所示）
图 5. 当前交通与交通预测
交通预测通过提供以下功能来增强 IBM 智能交通解决方案：
从当前时间开始特定预设点（5 分钟、10 分钟、15 分钟、30 分钟、45 分钟和 60 分钟）的交通水平的预测及可视性
详细信息的列表视图，这些信息与从当前时间开始特定预设点的交通水平的预测相关
基于速度和流量的交通预测管理报告
分析交通预测数据的准确性报告
当有至少三个月的历史交通速度或流量数据时，预测性分析会执行估算值和平均值计算，以生成不久之后的交通水平预测。
（1）预测性分析
交通预测提供了多个复杂算法和过程，用于基于前三个月的历史交通速度和流量数据，生成某个地理区域自当前时间开始
1 小时内的交通水平预测。
（2）交通预测可视化
交通预测提供多个过程和一个图形用户界面，用于显示交通预测数据。交通水平的预测将同时显示在 GIS
地图上和列表中。
（3）交通预测报告
交通预测还提供了一个图形用户界面，用于分析和显示交通预测的摘要报告。报告可基于速度和流量。
（4）预测准确度报告
交通预测提供了一个图形用户界面，用于分析和显示汇总交通预测准确性的报告。
（5）管理运营界面
交通预测提供了一个基于浏览器的图形用户界面，它包含用于辅助交通预测的管理视图。此界面还包括基于角色的管理功能部件，能够配置交通预测设置，从而使该系统能够在特定客户环境中正确运行。交通
IT 管理员有权配置解决方案界面的管理视图中交通预测计算的设置。
（6）客户编程接口
交通预测提供了多个 REST 服务，用于提供出站预订和发布功能，将解决方案中当前和预测的交通数据提取到
XML 格式中，从而扩展了交通感知功能部件中提供的 LinkStatus REST 服务。
3. 车辆感知和预测
车辆感知和预测是 IBM 智能运输分析产品的基础功能部件，它为运输系统提供了车辆感知和到达时间预测功能，可帮助运输运营部门和乘客清楚地了解交通网络中的车辆服务。IBM
智能运输分析产品必须基于 IBM 智能交通运营产品之上安装部署，其功能会集成到整个 IBM 智能交通系统和解决方案的网站中，显示在“操作者：运输”视图中。（如图
6 所示）
图 6. 车辆感知与预测
车辆感知和预测功能部件可捕获并交付所监视运输车辆的数据，例如车辆位置、速度以及是否准点。外来车辆数据是从现场的外部系统中捕获的。此外，车辆感知和预测功能部件还会生成车辆到达临近的已计划车站的估计时间。具体地说，车辆感知和预测功能部件具有以下功能：
（1）车辆感知
车辆感知和预测功能部件提供收集和存储传感器在现场所收集的当前车辆感知数据的过程，以用于运输运营管理。此外，还为运输操作员提供了执行以下操作的能力（如图
6 和图 7 所示）：
实时监视车辆运行状况
实时在 GIS 地图上直观显示车辆的当前位置
查询有关车辆、车站位置或服务的信息
分析运输运营中的当前问题，例如误点、偏离路线或发生故障的车辆
了解哪些车辆和服务一直无法准点
直观显示服务的车站位置
了解车站运行状况问题，例如停有误点车辆的车站
了解哪些服务和个别车辆一直无法按计划的时间表准点
图 7. 车辆状态与预测信息
（2）车辆到达预测
车辆感知和预测功能部件提供用于生成预测车辆到达路线上指定位置的时间的复杂算法和过程，例如，公共汽车到达路线上特定车站的时间。您还可以：
了解哪些车辆未按时到达其目的地。
允许对每天时间表进行更改调整
（3）运输分析
车辆感知和预测功能部件还提供了汇总和分析运输运营状况的报告。运输分析报告以时间为维度，突出显示运输系统中运行状况较差的对象和瓶颈。1.5
版本中，有两个分析报告：车辆延误报告，和车辆偏离路线报告。
（4）管理和运行的界面和工具
车辆感知和预测功能部件提供了配置界面和工具，辅助用户进行系统管理：
一个基于浏览器的图形用户界面，提供用于辅助运输管理的运营视图。此界面还包括基于角色的管理功能部件，能够将系统配置为可在特定客户环境中正确运营。
一个基础结构数据载入工具，它是用于装入基础数据的命令行界面，这些基础数据包括：
路线形状信息
车辆信息
生产时间表
一个预测用元数据生成工具，是一个命令行界面，用于定期从历史数据中生成车辆预测功能所需的元数据，提高预测准确性。
一个数据库维护工具，是一个命令行界面，用于定期删除数据库中过时数据，从而防止数据库增长过大占用磁盘资源。
一个订阅管理器，用于管理何时向外部数据源订阅或退订实时车辆信息，并且监控接收数据的状况以确保在订阅期内能不间断地收到信息。
（5）用户编程接口
车辆感知和预测功能部件提供了 REST 服务，响应用户获取车辆或车站信息（包括现有状态和预测结果）的请求。
4. 交通状态汇总
和 IBM 智能运营中心一样，除了提供各子系统的具体功能，IBM 智能交通 V1.5 还提供了一个整个交通系统状态汇总的视图（如图
8 所示），以供城市交通高层管理者了解实时的交通运营总体状态，及时掌握异常事件的具体情况。
图 8. 交通状态汇总
四、IBM 智能交通产品技术特点
IIBM 智能交通是运行于 IBM 智能运营中心（IBM Intelligent Operations
Center）之上基于 Portal 的一个解决方案，它利用了多个 IBM 重量级的产品来实现它的功能，例如使用了
IBM DB2 来存储大容量数据，使用 IBM WebSphere Portal 来构建其门户网站，利用
Cognos 来进行数据分析和展现，利用 IBM InfoSphere Streams 来处理实时的车辆相关数据。IBM
智能交通产品的总体架构如图 9 所示。
图 9. IBM 智能交通产品架构
IBM 智能交通产品基于全球公认的交通工程标准和协议的格式来存储和处理数据，并且作为和外部系统的接口。它支持以下标准和协议：
智能交通系统（Intelligent Transportation System, ITS）
ITS 是由美国政府支持的研究性项目，专门研究怎样利用信息通讯技术来提高交通安全和移动性，以及通过将先进的通讯技术整合到交通基础设施和和车辆中来提高生产力进而促进经济发展。
ITS 项目推荐了很多受到广泛认可的交通相关的标准，涵盖了所有不同种类的交通，例如车辆安全标准，道路和车道标准，铁路标准等等。这些标准定义了
ITS 的框架，不同的 ITS 系统、产品和组件是怎样互联和交换信息从而在交通网络中提供服务的。ITS
标准都是开放的非强制性标准，他们并不规定使用什么产品或设计。相反，使用这些标准可以给交通机构以信心，来自不同厂商的不同组件可以协同合作，同时，不同厂商或设计者又不会丧失动力去追求更高效或更多功能的产品。
IBM 智能交通产品可以被看成实现了部分 ITS 的框架，尤其是和交通流量及车辆运输相关的领域、以及保存的数据和事故信息。
交通管理数据字典（Traffic Management Data Dictionary, TMDD）V3.0
TMDD 标准用于支持 ITS 在区域部署中的中心到中心的通讯，从而使得各中心能够很好的协作以管理通路、干线、事故应对、事件等等。TMDD
提供了对话、消息集、数据框架、以及数据元素的定义，以管理设备的共享使用、数据的区域性共享、以及事故管理应对等等。TMDD
标准经常会引用 NTCIP（National Transportation Communications
for ITS Protocol）标准中的元素，但是会在一个更高的抽象层来对待设备。
IBM 智能交通中的智能交通运营产品遵从 TMDD v3.0 标准来进行和智能交通外部中心之间的消息交换。
DATEX-II V2.0
Datex-II 是欧洲公认的用于 ITS 相关信息的数据建模和交换的技术规范，它提供了一种标准化的通讯方法用于在不同的交通中心、服务提供商、交通操作员、以及媒体合作伙伴之间传递交通信息。它提供了统一的方法用于在系统层面传递信息，从而提高道路网络的管理。在欧洲，DATEX-II
已经成为所有需要访问动态交通信息的应用系统的必备参考。
IBM 智能交通中的智能交通运营产品参考 DATEX-II 来定义了数据库中数据的存储模型，涵盖了事件、计量值等等。
Transmodel V5.0
Transmodel 是欧洲 CEN 标准的公共交通信息参考数据模型，它提供了描述常见的公共交通概念的一个抽象但全面的模型，以及可用于构建不同种类公共交通信息系统的数据结构，例如汽车、火车、飞机、轮船等。Transmodel
涵盖了很多公共交通信息的不同子领域，包括：交通网络基础设施和拓扑结构，公共交通时间表计划，运营监控，收费信息收集，实时乘客信息，等等。
IBM 智能交通中的智能运输分析产品基于 Transmodel V5.0 中的相关部分来定义了数据存储模型，尤其是关于基础设施拓扑结构和车辆监控的部分。
实时信息服务接口（Service Interface for Real Time Information,
SIRI）V1.3
SIRI 是一个定义了在不同系统间交换实时公共交通运营信息的数据接口的欧洲标准，交换的实时信息包括计划信息、当前信息、以及预测信息。SIRI
协议假设它要传输的数据是基于 Transmodel 数据模型的，因此它的元素名称和数据结构都是基于
transmodel 的。SIRI 主要用于车辆数据，但也可以用于其他交通模式例如火车和飞机。
SIRI 包含了一系列分离的可独立实现和使用的服务：计划和实时的时间表传输、车辆在站活动、车辆移动等等。所有的
SIRI 的服务都通过基于 Web Services 架构的标准化通讯层来提供。为了支持不同的需求，它支持两种交互模式：即时的请求
/ 相应协议，和异步的订阅 / 发布协议。
IBM 智能交通中的智能运输分析使用 SIRI V1.3 协议来进行和外部系统的信息交换，获取时间表信息和车辆实时信息，发布当前和预测的车辆和站台信息。
五、结束语
上面的章节介绍了 IBM 智能交通产品的功能和技术特点，显示了 IBM 智能交通解决方案是如何运用先进的技术，从道路交通和运输服务两个方面帮助城市交通管理者克服困难，使城市交通变得更为高效。
和市场上其他很多类似或相关产品相比，IBM 智能交通产品是一个更为中立的解决方案，它支持了业界流行的规范来存储和处理信息，具有良好的可扩展性接纳不同数据源的数据。同时，高级的分析和预测能力也是它相对其他同类产品的优势之一。另外，基于
IBM 智慧城市智能运营中心的构架使得 IBM 智能交通产品具有较强的整合优势，可以将城市交通的不同子领域的解决方案整合在一起，为城市交通的高层领导者提供统一、完整的平台实时掌握不同交通子系统的最新信息。
近年来，IBM 在智能交通领域已经有了不少成功的解决方案案例，例如斯德哥尔摩的拥堵收费系统、新加坡交通局的公共交通系统、新西兰交通局的动态信息指示系统，等等。IBM
智能交通可以说是 IBM 基于丰富的领域和实施经验总结出来的核心功能产品，自 V1.0 版本于 2011
年面世直到目前最新的 V1.5 版本，已经拥有了不少成功部署或者正在部署的案例，例如欧洲的 Veolia，中国镇江，新泽西交通局，迈阿密
- 戴德运输等等。相信随着产品功能的日趋成熟和丰富，IBM 智能交通产品将帮助越来越多的客户实现他们优化交通资源配置，提高交通运营效率，提高旅客满意度的最终目标。
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