交通強國背景下智慧交通發展展望

許仕侶、葉俊宏、肖健、劉國輝

（1.云南省公路科學技術研究院，云南 昆明 650051；2.云南云路工程檢測有限公司，云南 昆明 650217）

0 引言

交通智慧化是未來人工智能最有效的體現方式，也是最容易實現的智能領域。現代科學技術在交通領域最直接的體現，即智能交通系統。智能交通系統通過電子信息技術收集路況等基礎信息，加以網絡通信技術的數據傳輸，經智慧化終端系統對數據處理，最終數據由大數據處理平臺分發利用，使各交通元素實現互聯互通與智慧化協同，建立服務交通運輸的綜合管理系統。智能交通系統通過人、車、路的統籌調度與資源共享，實現高效率運輸，以緩解交通阻塞，提高路網通過能力，降低能源消耗，減少環境污染。

1 智慧交通發展背景

2008 年，IBM 便提出了“智慧地 球”理念，隨后演變出了“智慧城市”。發展“智慧城市”需要發展“智慧交通”，因而“智慧交通”理念也相繼出現。就目前而言，智能交通系統已發展推進了多年，但因技術的限制，未能做到真正意義上的自主自控。隨著科學技術的進步，智能交通系統已不能滿足生活要求，智慧交通應運而生。智慧交通在已有智能交通系統的基礎上，加以先進科學技術的應用，實現了交通智慧化，如物聯網技術、大數據分析、云計算等，最終在人工智能技術的思考決斷下，實現人、車、路、環境四要素的感知共享，信息互聯互通，智能終端高效協同運行。智慧交通需要建立一個具備判斷能力、創新學習能力、自主自控能力的智慧型綜合交通運輸系統[1]。智慧交通的目標是通過智慧交通網絡系統，合理配置與利用資源，有效利用交通基礎設施，保障交通安全，促使交通系統高效運行，為暢通出行和可持續發展服務[2]。智慧交通運輸體系建設的本質是以人為本，一切建設都是圍繞人的高效出行服務的，從長遠來看，其建設更具有可持續發展的意義，既能有效利用資源，達到降低資源消耗的目的，又能有效解決各路段的通行能力。智慧交通運輸體系是一個廣泛的概念，包含交通運輸的多個領域，如智能通行收費系統（ETC）、路況告知、事故報警、智能基礎設施建設等。智慧交通運輸體系建設將帶動智慧化基礎設施研發、智慧化運輸服務提升、智慧化決策監管強化。在交通強國背景下，發展智慧交通大有可為。

2 中國智慧交通發展狀況

2.1 智慧交通發展政策文件

為實現交通強國的目標，研發智能基礎設施必不可少，在智能終端、物聯網、大數據、云計算、人工智能等關鍵領域的政策支持力度也較大。中國政府在2015 年開始針對智慧交通領域出臺措施，加快相關產業培育。近年來，交通運輸部出臺多項政策，繼續大力推進智能交通發展。2021 年9 月，交通運輸部下發《交通運輸領域新型基礎設施建設行動方案（2021—2025 年）》，2021 年12 月，再次下發《數字交通“十四五”發展規劃》。經交通運輸部多次發文指導，智慧交通發展目標清晰可見。2025 年將是智慧交通發展的關鍵節點，此后，智慧交通發展將會呈現爆發式增長，各領域應做好相應的技術儲備，提前驗證相關技術的可行性[3-4]。

2.2 智慧交通技術發展現狀

近年來，隨著人工智能的迅速發展，我國智慧交通方面的技術取得了一定的成果。據有關部門統計顯示，相關智慧交通專利申請數量增速明顯，由2012年的14 件增長至2021 年的800 余件。隨著智能網聯、云計算等技術不斷演進，相關智慧交通專利申請量將會保持快速增長勢頭。

截至目前，我國的智慧交通已進入開發應用階段，在智能輔助駕駛、交通管理、通行智能收費、事故處置與安全、智慧公路等方面進行相應技術研發和集成創新，在城市智慧公交系統、城市道路智慧停車、高速公路不停車收費、路網運行監管等領域已取得一定的成果。

得益于我國人工智能的發展，已有多個省市投身于智慧交通試點，智慧交通項目也在全國多個城市相繼鋪開，如北京經開區智慧路、江西5G 車聯網及人車路協同智慧高速構建與示范項目等。

3 智慧交通未來發展

未來智慧交通應具有思考能力，建設具有理解力、溝通力、協同力的智能化交通系統，著力解決交通運力、交通標準、交通安全、道路舒適性等一系列問題。

智慧交通發展要以交通信息的廣泛應用與服務作為出發點，提高既有交通設施的運行效率作為著力點。一方面，中國的道路普遍存在道路擁堵、交通供需不平衡、人口與交通二者之間的矛盾日益凸顯等很多難題，為智能交通系統建設發展提供了土壤。解決這些問題的最好方式就是大力發展智慧交通，使當前的道路交通面貌得到改善，發展取得良性循環。另一方面，依靠人工智能、云計算、物聯網等新技術創新和突破，給眾多交通類企業提供了產品研發方向，借助高新技術的優勢，將交通軟硬件設施往智能化方向不斷推進，使行業整體處于成長期，智能交通的需求增長明確且空間廣闊。再者，政府為推動智能交通系統建設發揮積極的推動作用，《交通強國建設綱要》文件的出臺就是實現智慧交通的政策保障[5-6]。

智慧交通的有效組成部分為人、車、路，研發“聰明的車、智能的路、強大的人工智能云協調”是智慧交通的必由之路。就車與路兩方面的建設提出個人觀點及見解，以助力智慧交通發展。

3.1 人工智能（AI）助力汽車智能駕駛

智能汽車是智慧交通的重要組成部分，擔負智慧交通前端信息收集、后端信息利用的職責，因此，智能汽車研發不可或缺。智能駕駛是AI 的有效載體，AI是智能駕駛的核心。汽車智能駕駛技術可由自帶視頻攝像頭、雷達傳感器、激光測距器判斷周圍的交通狀況，然后經由一個智能系統處理，對汽車發出各種指令，指導汽車平穩安全行駛，指令需由數據中心來實現。在傳統的“人—車—路”閉環控制方式中，90%以上的交通事故是人為因素造成的，交通堵塞與駕駛員的操控密切相關。智能駕駛通過給汽車裝備智能軟件和多種感應設備，如車載傳感器、雷達、定位系統以及攝像頭等，將智能設備所感知獲得的路況信息、汽車的行駛信息、障礙物的位置信息交由人工智能平臺處理，及時傳輸到相應路段的智能汽車終端，用以控制汽車轉向和速度、路線規劃等，最終實現汽車智能安全駕駛及高效率通行。智能駕駛的成功實現將會從根本上改變傳統的“人—車—路”閉環控制方式，形成“車—路”的閉環，進而增強交通安全，緩解交通擁堵。

至此，人工智能可以說是智能駕駛的中樞神經，負責數據收集處理、感知外部環境、自主自控組織各智能終端的平穩高效運行。智慧交通運行必須實現各個智能終端的協同合作，智能終端除了能對外界進行認知外，還要能夠進行學習。例如，通過深度學習使汽車可以識別道路、行人、障礙物等信息，并將收集到的圖形及光電等信息轉換為可用的數據，進一步利用深度學習算法實現智能駕駛，達到快速應對的效果。同時，將收集到基礎的信息上傳大數據平臺，經人工智能平臺的數據篩選處理，以供該區域內其他終端分享使用[7]。

3.2 軟件賦予汽車自主思考能力

汽車是智慧交通的重要組成部分，負責了一部分前端數據的收集功能，更是最終數據的使用者，所以汽車智能與否直接影響智能交通系統運行。軟件定義了汽車，汽車定義了交通。人工智能系統是智能駕駛的調度中心，汽車各模塊是智能駕駛的感知中心，每個模塊分工協作，共同完成數據采集與外部環境感知，最終達到智能駕駛的目的。汽車各模塊均有各自軟件與傳感器支撐，軟件的編寫質量直接影響各模塊的感知能力與反應能力。

3.3 感知系統是智能駕駛發展重點

智慧交通離不開“聰明的車”，聰明的車須有智能的感知系統，感知系統需依靠高靈敏度的各類傳感器實現。車載感知系統主要包括三大部分：環境感知、車身感知與網聯感知。其中，環境感知主要負責汽車從外界獲取信息，包括車載攝像頭及雷達。車身感知主要負責汽車對自身狀態的感知，如位置、行駛速度、姿態方位等，依靠高精度地圖實現。網聯感知主要負責實現汽車與外界的網聯通信，獲得道路信息及環境信息等，包括各類路側設備、車載終端以及V2X 云平臺等。硬件傳感器是智能駕駛汽車的眼睛，是環境感知的關鍵。采集、處理與分析環境信息和車內信息，是實現智能駕駛的基礎和前提。

3.4 智慧公路是智慧交通的基礎

智慧公路是一個系統的概念，依靠高速網絡傳輸、物聯網、Al 等技術，由路網環境感知、道路信息收集、網絡通信、數據處理應用、數據資源決策和利用以及服務提供等系統構成的公路系統。通過道路信息采集、人工智能平臺分析決策，達到全面及準確掌握每段路、車、結構物的狀況，協助智能汽車實現環境感知和運動行為控制，最終實現交通安全、高效通行，高水平服務的目的。公路基礎設施智能化建設是智慧交通最底層的數據來源，覆蓋面較廣，工程量大，投資金額巨大，維護成本高，是智慧交通建設的重點與難點。具體到智慧公路建設，需借助云計算、大數據、人工智能等新一代技術，按照需求導向、問題導向的原則，使公路具備可知、可測、可控、可決策的能力，實現路網安全有效運行、舒適便捷的公眾出行、科學智能的交通管理、綠色經濟的公路運營。在理念上，智慧公路建設應該回歸公路運營的本質，服務于公路的使用者和管理者，圍繞安全、效率、體驗、管理做文章，打通公路行業的痛點、堵點。根據項目的特點，結合項目需求，科學選擇智慧公路建設內容，如基礎設施數字化、氣象監測及預警、行車安全誘導、智能消冰除雪、車道級主動管控、重點營運車輛安全管控、應急指揮調度、伴隨式信息服務、智慧服務區、智慧照明、云控中心、車路協同等。智慧公路建設首先考慮利用相對成熟的技術，充分發揮機電設施的作用，將機電設施與智能軟件充分融合，重點面向可實施落地的應用場景，解決諸如局部擁堵、隧道應急救援、服務區停車等公路運營管理中的痛點問題，實現公路智慧和綠色發展。

3.5 高精矢量地圖是智慧交通的保障

高精矢量地圖是智慧交通高效運行的神經網絡，也是行駛數據的基礎來源。高精矢量地圖能為決策規劃、軌跡預測、環境感知提供重要的高層級語義信息，是智能交通系統中不可或缺的部分。高精矢量地圖的未來發展需在高精度地圖的基礎上深層次開發。一般的高精度地圖是指精度更高、數據維度更多的電子地圖。精度更高體現在絕對精度和相對精度都在厘米級別。數據維度更多體現在相關的道路信息以及與交通相關的周邊靜態信息。高精度地圖可以將大量的行車輔助信息存儲為結構化數據，包括道路數據和車道周邊的固定對象信息，此類信息是智慧交通的必要基礎信息，同時高精矢量地圖需要有思考判斷能力，在高精度地圖的基礎上賦予聯想、解讀能力，實現地圖智能化的目的。

3.6 互聯互通是智慧交通的關鍵

智慧交通平臺需要實時數據交換，未來必定走向基于大數據的服務與管理。每輛行駛在公路上的汽車都是大數據平臺的一個傳感器。每輛智能汽車將收集的數據依照統一制定的標準整理成數據資源，并上傳云端儲存，通過物聯網建立互聯互通信息、數據共享交換平臺，打通“路—標準物”“路—車”“車—車”閉塞環節，實現最終的互聯互通。隨著科學技術的發展，以及物聯網、云計算、大數據的應用和普及，先進技術在智慧交通領域的創新融合逐漸深入。同時，伴隨智慧交通的快速發展，要組織協調好不同部門的信息互聯共享，做好標準化、規范化的信息系統建設，打破關聯職能部門間的信息壁壘，發揮智慧交通在產業帶動方面的驅動作用。將來跨區域、跨部門的管理模式也是智慧交通發展的必然趨勢。

3.7 大數據安全是智慧交通的重點

“大數據”這一概念出現于近些年，沒有明確的定義或概念，本文所述“大數據”泛指智慧交通平臺運行所需的數據集合，涵蓋道路信息、車輛信息、環境信息、交通信息等。大數據區別于傳統數據，體現在數據來源廣泛、體量大、蘊含的信息豐富，需要一種更先進的處理模式加以數據整合。

大數據安全與否直接關系到智慧交通能否安全平穩運行，包括信息資源安全及錯誤信息查找糾正。信息資源安全可從大數據信息的發布、存儲、收集以及使用四個方面全方位監控，做好信息資源加密、云數據平臺安全隔離等技術措施。信息資源庫中錯誤信息查找與糾正，需依靠人工智能與現場核查等方式及時完成。

4 結語

智慧交通建設是未來交通強國的必要保障，人工智能、大數據、互聯網云平臺、人—車—路信息交互系統等關鍵技術都是未來發展的重點。我國的智慧交通建設已初見成效，全國在智慧交通方面進行了多次試點，在道路基礎設施智能化、汽車智能化、管理服務智慧化水平方面已有明顯提高，加之國家出臺相應政策文件，為智慧交通發展保駕護航，至此智慧交通將進入快速發展階段。高新智能技術研發迫在眉睫，只有各行各業做好技術支撐，政府部門做好資源統籌，才能快速有效實現智慧交通的宏偉藍圖。