城市智能交通系統技術發展現狀及趨勢

北方工業大學 劉小明，何忠賀

城市智能交通系統技術發展現狀及趨勢

北方工業大學 劉小明，何忠賀

1　引言

進入21世紀以來，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重。中科院公布的《2011中國新型城市化報告》，對內地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具有普遍性，經濟發展較快的東部沿海城市、二線城市也開始頻繁發生。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）已經陸續施行機動車限購、限行或者車牌拍賣等政策，以此限制機動車數量增長速度和減少出行次數。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。《國家“十二五”規劃綱要》及相關專項“十二五”規劃同時提出，應滿足人民在改善生活條件方面的需求，改善交通出行質量、提高出行效率，降低交通安全事故的數量，為達到上述目標，發展城市智能交通成為城市發展的迫切需求。

2　智能交通系統的概念與內涵

智能交通系統（Intelligent Transportation Systems，ITS）指的是在較完善的基礎設施（包括道路、港口、機場和通信）之上，將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技術、電子控制技術以及計算機處理技術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、全方位發揮作用的實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統。從智能交通系統的概念可看出，ITS即為信息、傳感、通信與控制技術綜合運用的產物，其目標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　智能交通系統技術發展

20世紀60至70年代是西方各國經濟發展的黃金時期，伴隨經濟快速發展出現的負產物之一，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、信息等技術的飛速發展，將人、車、路綜合起來，用系統的觀點進行考慮，并將先進技術用于交通運輸系統的ITS就自然誕生了。ITS概念于1990年由美國智能交通學會（ITSAmerica，曾名IVHS America）提出，并在世界各國大力推廣。20世紀80年代中期以來，ITS得到了突破性進展，經過十幾年的研究與應用，目前國際ITS領域已經形成以美國的“智能車輛－公路系統”、歐洲的“尤里卡”聯合研究開發計劃和日本的“先進的動態交通信息系統”為代表的三強鼎力局面[2]。

自上世紀90年代以來，智能交通技術開始受到我國國內學者的關注和重視，并逐步開展ITS方面的理論、技術研究與工程試驗。“九五”期間，通過一系列國家、地方和行業計劃的立項與實施，智能交通規劃、體系框架制定以及應用系統的研發成果顯著，并逐步形成了包括“政”、“產”、“學”、“研”多方面構成的組織體系和相關研究基地，為我國智能交通系統科技發展奠定了基礎。“十五”期間，科技部實施了“智能交通系統關鍵技術開發和示范工程”、“現代中心城市交通運輸與管理關鍵技術研究”等國家科技攻關計劃項目，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、調度與管理系統，智能公交調度，綜合交通信息平臺為主要內容的示范工程建設，取得了一定成效。“十一五”期間，國家高技術研究發展計劃（863計劃）設立了“現代交通技術領域”，并針對智能交通系統技術部署了一批前沿和前瞻性項目，以提高原始性創新能力和獲取自主知識產權為目標，突破產品和系統的關鍵核心技術，實現重點目標的技術集成。“十二五”期間，交通領域863計劃瞄準國家智能交通技術發展熱點問題，對智能車路協同、區域交通協同聯動控制等技術進行了部署。國家科技項目的實施推動提升了我國智能交通行業的總體水平，培養形成了我國智能交通專業研究隊伍和基地。

4　城市智能交通管控系統應用

城市智能交通管控系統是智能交通系統的主要組成部分之一，已經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建設取得了顯著發展。例如：北京市在城市交通多源異構數據特征分析與融合技術、分布式異構多系統集成技術、基于GIS的預案化指揮調度集成技術方面取得了突破，構建了以“一個中心、三個平臺、八大系統”為核心的智能交通管理系統體系框架，集成了視頻監控、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用子系統，強化了智能交通管理手段的實戰能力。廣州智能交通管理指揮中心形成“一個中心、兩個平臺、兩套網絡、十五個子系統”相對完善的體系結構，提高了交通指揮調度能力、提升了面向公眾出行的信息服務水平，在規范交通秩序、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、服務化于一體，實現了智能指揮調度、多元路況信息采集、多渠道信息發布、交通信號遠程智能配時優化和遠程干預控制、輕微交通事故的遠程定責定賠、多維度交通預測預報等功能，特別是建立了一體化的動態交通信息采集與發布平臺，發動群眾在行車走路時為中心上報路況信息，開創了新型的交通信息服務模式[3]。

交通信號控制系統是城市智能交通管控系統構建的核心，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產品研發、應用等方面已取得了很大的進展，但目前國內大型、特大型城市交通控制系統仍主要依靠國外引進，其中北京、上海、廣州、武漢、杭州、沈陽等大城市多應用SCOOT（英國）或SCATS（澳大利亞）系統，由于在交通信號控制系統建設過程中，技術水平及交通環境等均發生了變化，可能出現一個城市多個信號控制系統并存的情況，而不同系統通信協議不同，且很多國外系統對于通信協議并不開放，在這種背景下，如何實現不同信號控制系統的綜合接入、實現城市路網全區域的統一控制，成為影響這些城市交通信號控制效果的重要問題之一。由北方工業大學開發的交通信號控制系統綜合管理平臺，可接入具有不同通信協議的信號控制系統，如SCOOT、ACTRA等系統，在北京已應用，如圖2所示。

圖1 交通信號控制系統的核心位置

圖2 交通信號控制系統綜合管理平臺

另外，圖3所示遠程托管中心系統是當前交通控制系統構建的新思路。交通信號控制遠程托管中心系統在各城市現有路口交通信號機的基礎上，利用遠程網絡實現本地系統與遠程中心之間的協同運作，解決了中小城市建立智能交通管理與控制系統普遍存在的資金和人才兩大瓶頸問題。北方工業大學完成的交通信號遠程托管系統在大連金州區五一路進行了示范工程應用，選取13個路口安裝前端交通信號控制設備，SCOOT系統為遠程交通信號控制系統。通過對應用遠程托管系統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，開創了在中小城市推廣先進交通控制技術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

5　我國智能交通系統未來的發展趨勢

（1）自動駕駛系統

20世紀80年代，美國、歐洲、日本在智能交通領域展開研究，也推動了無人駕駛技術的實用化進程。通過一系列演示試驗，無人駕駛技術的可行性及實用性已被驗證。谷歌的自動駕駛汽車于2012年已獲得美國內華達州機動車輛管理部門頒發的駕駛許可證，部分車輛廠商也宣布在未來數年推出無人駕駛汽車[4]。在國內，2011年由國防科技大學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）大數據與智能交通

大數據是繼云計算、物聯網之后IT產業的又一次顛覆性革命。ITS的交通數據來源廣泛、形式多樣，包括動態的交通流數據、靜態的道路基礎數據、交通氣象信息等。如何從海量交通數據挖掘潛在有價值的信息，成為ITS充分發揮作用的關鍵。因此，借助于大數據技術解決交通問題，是ITS的內在需求和新技術發展的必然趨勢。

（3）生態智能交通系統

車輛的尾氣排放已成為大氣污染的一個主要原因。國外發達國家已相繼提出基于ITS的交通節能減排體系及實施項目，如美國的IntelliDrive、日本的Smartway、歐盟的EcoMove等，其目標在于減少環境污染和國家能源消耗，實現交通的可持續發展。由此可見，應用ITS的先進技術實現交通系統的節能減排是未來交通污染控制的發展方向。

（4）移動互聯網與智能交通

近些年，移動互聯網技術已滲透到ITS領域，一些基于移動互聯網技術的ITS應用服務相繼出現。隨著智能手機等移動終端的不斷普及，網絡通信數據已成為道路交通狀態信息采集的一種重要來源，可用于分析公眾的出行規律，獲取完整出行鏈信息，對交通檢測技術及方法的發展起到了推動作用。另外，ITS可利用移動互聯網向公眾提供可視化地圖服務、導航信息、實時路況信息以及基于位置的服務，滿足公眾的多樣化、個性化需求。近些年，基于移動互聯網智能終端的與交通相關的APP得到快速發展，移動互聯網技術將在公眾出行中發揮越來越大的作用。

6　結語

智能交通系統的產生是適應時代發展的產物，其發展代表著當前時代的科技水平。智能交通系統相關技術的成功應用，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、路系統間的矛盾，從而推動經濟的發展。雖然我國智能交通系統在技術水平上與發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，經過近30年的交通實踐，我國的智能交通系統的研究與應用已取得巨大的成就，并積累了豐富的經驗。目前，交通擁堵、環境污染等交通問題仍然嚴重，并且我國城市道路交通環境復雜，對智能交通系統技術研究及建設水平的要求更高，需要找到更為有效的解決辦法。因此，應從我國的實際情況與國情出發，不斷完善與深化智能交通相關技術研究與系統建設，進一步為我國社會經濟發展做出貢獻。

[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.智能交通系統綜述[J].計算機科學,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.城市智能交通系統的發展現狀與趨勢[J].工程研究—跨學科視野中的工程,2014,3(1):6-19.

Development and Tendency of Intelligent Transportation Systems in China

城市化的快速發展帶來一系列的交通問題，智能交通系統（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的概念與內涵、我國城市智能交通系統技術發展與智能交通管控系統應用現狀，在上述內容的基礎上，總結了我國城市智能交通系統未來的發展趨勢。

智能交通系統；交通信號控制系統；發展及應用現狀；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，現就職于北方工業大學，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，現就職于北方工業大學，主要研究方向為復雜系統建模與控制、交通網絡信號控制。