北方工業(yè)大學(xué) 劉小明，何忠賀

城市智能交通系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

北方工業(yè)大學(xué) 劉小明，何忠賀

1　引言

進入21世紀(jì)以來，我國城市化進程加快，2002年至2012年，全國城市化水平從39.09%提高到52.57%[1]。同時城市化發(fā)展也帶來一系列問題，“十二五”以來城市交通擁堵加劇，各地方頻繁報道擁堵嚴(yán)重。中科院公布的《2011中國新型城市化報告》，對內(nèi)地50座城市上班花費時間進行了排名，北京以52分鐘居首，其次為廣州48分鐘、上海47分鐘、深圳46分鐘。城市交通擁堵在省會城市已經(jīng)具有普遍性，經(jīng)濟發(fā)展較快的東部沿海城市、二線城市也開始頻繁發(fā)生。北京（2011年）、天津（2013年）、上海（1994年）、廣州（2012年）、杭州（2014年）、石家莊（2013年）、貴陽（2011年）已經(jīng)陸續(xù)施行機動車限購、限行或者車牌拍賣等政策，以此限制機動車數(shù)量增長速度和減少出行次數(shù)。上述措施雖然能夠在緩解城市交通擁堵方面起到作用，但同時也給百姓生活帶來許多不便?！秶摇笆濉币?guī)劃綱要》及相關(guān)專項“十二五”規(guī)劃同時提出，應(yīng)滿足人民在改善生活條件方面的需求，改善交通出行質(zhì)量、提高出行效率，降低交通安全事故的數(shù)量，為達到上述目標(biāo)，發(fā)展城市智能交通成為城市發(fā)展的迫切需求。

2　智能交通系統(tǒng)的概念與內(nèi)涵

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation Systems，ITS）指的是在較完善的基礎(chǔ)設(shè)施（包括道路、港口、機場和通信）之上，將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計算機處理技術(shù)等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系，從而建立起一種在大范圍、全方位發(fā)揮作用的實時、準(zhǔn)確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)。從智能交通系統(tǒng)的概念可看出，ITS即為信息、傳感、通信與控制技術(shù)綜合運用的產(chǎn)物，其目標(biāo)是解決不斷增加的交通需求與有限道路資源間的矛盾，使道路資源能夠被充分利用，提高人的出行效率，保障出行安全。

3　智能交通系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

20世紀(jì)60至70年代是西方各國經(jīng)濟發(fā)展的黃金時期，伴隨經(jīng)濟快速發(fā)展出現(xiàn)的負產(chǎn)物之一，便是交通狀況的不斷惡化。為此，在摸索緩解交通困境的幾十年中，隨著計算機、通信、信息等技術(shù)的飛速發(fā)展，將人、車、路綜合起來，用系統(tǒng)的觀點進行考慮，并將先進技術(shù)用于交通運輸系統(tǒng)的ITS就自然誕生了。ITS概念于1990年由美國智能交通學(xué)會（ITSAmerica，曾名IVHS America）提出，并在世界各國大力推廣。20世紀(jì)80年代中期以來，ITS得到了突破性進展，經(jīng)過十幾年的研究與應(yīng)用，目前國際ITS領(lǐng)域已經(jīng)形成以美國的“智能車輛－公路系統(tǒng)”、歐洲的“尤里卡”聯(lián)合研究開發(fā)計劃和日本的“先進的動態(tài)交通信息系統(tǒng)”為代表的三強鼎力局面[2]。

自上世紀(jì)90年代以來，智能交通技術(shù)開始受到我國國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注和重視，并逐步開展ITS方面的理論、技術(shù)研究與工程試驗?！熬盼濉逼陂g，通過一系列國家、地方和行業(yè)計劃的立項與實施，智能交通規(guī)劃、體系框架制定以及應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)成果顯著，并逐步形成了包括“政”、“產(chǎn)”、“學(xué)”、“研”多方面構(gòu)成的組織體系和相關(guān)研究基地，為我國智能交通系統(tǒng)科技發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。“十五”期間，科技部實施了“智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)和示范工程”、“現(xiàn)代中心城市交通運輸與管理關(guān)鍵技術(shù)研究”等國家科技攻關(guān)計劃項目，率先在北京、上海、廣州等城市，以城市、城間道路運輸為主要實施對象，開展了智能化交通指揮、調(diào)度與管理系統(tǒng)，智能公交調(diào)度，綜合交通信息平臺為主要內(nèi)容的示范工程建設(shè)，取得了一定成效?！笆晃濉逼陂g，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）設(shè)立了“現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域”，并針對智能交通系統(tǒng)技術(shù)部署了一批前沿和前瞻性項目，以提高原始性創(chuàng)新能力和獲取自主知識產(chǎn)權(quán)為目標(biāo)，突破產(chǎn)品和系統(tǒng)的關(guān)鍵核心技術(shù)，實現(xiàn)重點目標(biāo)的技術(shù)集成。“十二五”期間，交通領(lǐng)域863計劃瞄準(zhǔn)國家智能交通技術(shù)發(fā)展熱點問題，對智能車路協(xié)同、區(qū)域交通協(xié)同聯(lián)動控制等技術(shù)進行了部署。國家科技項目的實施推動提升了我國智能交通行業(yè)的總體水平，培養(yǎng)形成了我國智能交通專業(yè)研究隊伍和基地。

4　城市智能交通管控系統(tǒng)應(yīng)用

城市智能交通管控系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的主要組成部分之一，已經(jīng)成為解決城市道路擁堵、提高行車安全和增強運輸效率的重要手段，近十幾年來我國各城市的智能交通管控系統(tǒng)建設(shè)取得了顯著發(fā)展。例如：北京市在城市交通多源異構(gòu)數(shù)據(jù)特征分析與融合技術(shù)、分布式異構(gòu)多系統(tǒng)集成技術(shù)、基于GIS的預(yù)案化指揮調(diào)度集成技術(shù)方面取得了突破，構(gòu)建了以“一個中心、三個平臺、八大系統(tǒng)”為核心的智能交通管理系統(tǒng)體系框架，集成了視頻監(jiān)控、單兵定位、122接處警、GPS警車定位、信號控制、集群通信等近百個應(yīng)用子系統(tǒng)，強化了智能交通管理手段的實戰(zhàn)能力。廣州智能交通管理指揮中心形成“一個中心、兩個平臺、兩套網(wǎng)絡(luò)、十五個子系統(tǒng)”相對完善的體系結(jié)構(gòu)，提高了交通指揮調(diào)度能力、提升了面向公眾出行的信息服務(wù)水平，在規(guī)范交通秩序、降低交通事故、緩解交通擁堵等方面起到了重要作用。廈門市智能交通控制中心集智能化、信息化、服務(wù)化于一體，實現(xiàn)了智能指揮調(diào)度、多元路況信息采集、多渠道信息發(fā)布、交通信號遠程智能配時優(yōu)化和遠程干預(yù)控制、輕微交通事故的遠程定責(zé)定賠、多維度交通預(yù)測預(yù)報等功能，特別是建立了一體化的動態(tài)交通信息采集與發(fā)布平臺，發(fā)動群眾在行車走路時為中心上報路況信息，開創(chuàng)了新型的交通信息服務(wù)模式[3]。

交通信號控制系統(tǒng)是城市智能交通管控系統(tǒng)構(gòu)建的核心，如圖1所示，雖然我國近年來在交通信號控制理論方法研究及相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)、應(yīng)用等方面已取得了很大的進展，但目前國內(nèi)大型、特大型城市交通控制系統(tǒng)仍主要依靠國外引進，其中北京、上海、廣州、武漢、杭州、沈陽等大城市多應(yīng)用SCOOT（英國）或SCATS（澳大利亞）系統(tǒng)，由于在交通信號控制系統(tǒng)建設(shè)過程中，技術(shù)水平及交通環(huán)境等均發(fā)生了變化，可能出現(xiàn)一個城市多個信號控制系統(tǒng)并存的情況，而不同系統(tǒng)通信協(xié)議不同，且很多國外系統(tǒng)對于通信協(xié)議并不開放，在這種背景下，如何實現(xiàn)不同信號控制系統(tǒng)的綜合接入、實現(xiàn)城市路網(wǎng)全區(qū)域的統(tǒng)一控制，成為影響這些城市交通信號控制效果的重要問題之一。由北方工業(yè)大學(xué)開發(fā)的交通信號控制系統(tǒng)綜合管理平臺，可接入具有不同通信協(xié)議的信號控制系統(tǒng)，如SCOOT、ACTRA等系統(tǒng)，在北京已應(yīng)用，如圖2所示。

圖1 交通信號控制系統(tǒng)的核心位置

圖2 交通信號控制系統(tǒng)綜合管理平臺

另外，圖3所示遠程托管中心系統(tǒng)是當(dāng)前交通控制系統(tǒng)構(gòu)建的新思路。交通信號控制遠程托管中心系統(tǒng)在各城市現(xiàn)有路口交通信號機的基礎(chǔ)上，利用遠程網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)本地系統(tǒng)與遠程中心之間的協(xié)同運作，解決了中小城市建立智能交通管理與控制系統(tǒng)普遍存在的資金和人才兩大瓶頸問題。北方工業(yè)大學(xué)完成的交通信號遠程托管系統(tǒng)在大連金州區(qū)五一路進行了示范工程應(yīng)用，選取13個路口安裝前端交通信號控制設(shè)備，SCOOT系統(tǒng)為遠程交通信號控制系統(tǒng)。通過對應(yīng)用遠程托管系統(tǒng)后的交通控制效果進行評價，使路口交通通行能力在高峰及平峰期間有不同程度的提高。該項目所建立的控制管理模式為提高我國中小城市智能交通信號控制水平探索出了一條途徑，開創(chuàng)了在中小城市推廣先進交通控制技術(shù)和管理方法與遠程托管模式的先河。

圖3 交通信號控制遠程托管系統(tǒng)

5　我國智能交通系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢

（1）自動駕駛系統(tǒng)

20世紀(jì)80年代，美國、歐洲、日本在智能交通領(lǐng)域展開研究，也推動了無人駕駛技術(shù)的實用化進程。通過一系列演示試驗，無人駕駛技術(shù)的可行性及實用性已被驗證。谷歌的自動駕駛汽車于2012年已獲得美國內(nèi)華達州機動車輛管理部門頒發(fā)的駕駛許可證，部分車輛廠商也宣布在未來數(shù)年推出無人駕駛汽車[4]。在國內(nèi)，2011年由國防科技大學(xué)研制的無人駕駛汽車紅旗HQ3從長沙上高速，自行開往武漢，行程286km，自主超車67次，平均時速87km/h，是一次成功的試驗。

（2）大數(shù)據(jù)與智能交通

大數(shù)據(jù)是繼云計算、物聯(lián)網(wǎng)之后IT產(chǎn)業(yè)的又一次顛覆性革命。ITS的交通數(shù)據(jù)來源廣泛、形式多樣，包括動態(tài)的交通流數(shù)據(jù)、靜態(tài)的道路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、交通氣象信息等。如何從海量交通數(shù)據(jù)挖掘潛在有價值的信息，成為ITS充分發(fā)揮作用的關(guān)鍵。因此，借助于大數(shù)據(jù)技術(shù)解決交通問題，是ITS的內(nèi)在需求和新技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

（3）生態(tài)智能交通系統(tǒng)

車輛的尾氣排放已成為大氣污染的一個主要原因。國外發(fā)達國家已相繼提出基于ITS的交通節(jié)能減排體系及實施項目，如美國的IntelliDrive、日本的Smartway、歐盟的EcoMove等，其目標(biāo)在于減少環(huán)境污染和國家能源消耗，實現(xiàn)交通的可持續(xù)發(fā)展。由此可見，應(yīng)用ITS的先進技術(shù)實現(xiàn)交通系統(tǒng)的節(jié)能減排是未來交通污染控制的發(fā)展方向。

（4）移動互聯(lián)網(wǎng)與智能交通

近些年，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已滲透到ITS領(lǐng)域，一些基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的ITS應(yīng)用服務(wù)相繼出現(xiàn)。隨著智能手機等移動終端的不斷普及，網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)已成為道路交通狀態(tài)信息采集的一種重要來源，可用于分析公眾的出行規(guī)律，獲取完整出行鏈信息，對交通檢測技術(shù)及方法的發(fā)展起到了推動作用。另外，ITS可利用移動互聯(lián)網(wǎng)向公眾提供可視化地圖服務(wù)、導(dǎo)航信息、實時路況信息以及基于位置的服務(wù)，滿足公眾的多樣化、個性化需求。近些年，基于移動互聯(lián)網(wǎng)智能終端的與交通相關(guān)的APP得到快速發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在公眾出行中發(fā)揮越來越大的作用。

6　結(jié)語

智能交通系統(tǒng)的產(chǎn)生是適應(yīng)時代發(fā)展的產(chǎn)物，其發(fā)展代表著當(dāng)前時代的科技水平。智能交通系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的成功應(yīng)用，能夠在一定程度解決世界各國所遇到的交通問題，緩解人、車、路系統(tǒng)間的矛盾，從而推動經(jīng)濟的發(fā)展。雖然我國智能交通系統(tǒng)在技術(shù)水平上與發(fā)達國家還存在一定差距，但令人振奮的是，城市交通問題在我國受到了高度重視，經(jīng)過近30年的交通實踐，我國的智能交通系統(tǒng)的研究與應(yīng)用已取得巨大的成就，并積累了豐富的經(jīng)驗。目前，交通擁堵、環(huán)境污染等交通問題仍然嚴(yán)重，并且我國城市道路交通環(huán)境復(fù)雜，對智能交通系統(tǒng)技術(shù)研究及建設(shè)水平的要求更高，需要找到更為有效的解決辦法。因此，應(yīng)從我國的實際情況與國情出發(fā)，不斷完善與深化智能交通相關(guān)技術(shù)研究與系統(tǒng)建設(shè)，進一步為我國社會經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻。

[1] 徐赫.2014中國城市智能交通市場研究報告[R].第三屆中國智能交通市場年會,2014.

[2] 趙娜,袁家斌,徐晗.智能交通系統(tǒng)綜述[J].計算機科學(xué),2014,41(11):7-11.

[3] 林祥興.廈門:智能交通助力暢通工程[J].道路交通管理,2013,(9):38-39.

[4] 陸化普,李瑞敏.城市智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].工程研究—跨學(xué)科視野中的工程,2014,3(1):6-19.

Development and Tendency of Intelligent Transportation Systems in China

城市化的快速發(fā)展帶來一系列的交通問題，智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation Systems，ITS）是解決交通問題的有效途徑之一。本文主要介紹了智能交通系統(tǒng)的概念與內(nèi)涵、我國城市智能交通系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展與智能交通管控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，總結(jié)了我國城市智能交通系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢。

智能交通系統(tǒng)；交通信號控制系統(tǒng)；發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀；未來趨勢

With the development of urbanization, a series of traffic problems occur, for which the Intelligent Transportation Systems (ITS) can provide an effective way. The concept and development situation of ITS in China was introduced in this paper. On the basis of above content, the future development trend of China's ITS was summarized.

Intelligent Transportation Systems; Traffic signal control systems; Overview of development and applications; Future trend

劉小明（1974-），男，教授，博士，現(xiàn)就職于北方工業(yè)大學(xué)，主要研究方向為交通流理論、智能交通控制。

何忠賀（1982-），男，講師，博士，現(xiàn)就職于北方工業(yè)大學(xué)，主要研究方向為復(fù)雜系統(tǒng)建模與控制、交通網(wǎng)絡(luò)信號控制。