智能交通系统演进与我国未来发展趋势分析

王笑京

（交通运输部公路科学研究院，北京 100088）

智能交通系统（即ITS）正式作为一个专用名词出现是在1994年，它是通信、信息和控制技术在交通系统中集成应用的产物。但是应用这些技术改进交通运输效率、改善安全、减少环境污染的工作则从20世纪70年代就逐渐开展了，只是没有统一叫法，各发达国家最开始都是以不同项目名称作为交流的名词，如欧洲的PROMETHEUS、DRIVE和TELEMATICS，日本的PACS、VICS、ASV和UTMS等，美国的ERGS、MOBILITY2000和IVHS等[1]。进入21世纪，ITS逐渐在发达国家投入规模应用，也产生了良好的社会效益和经济效益，但是各国对ITS的开发并未停止，各国政府和企业紧紧抓住通信和信息技术的进步，根据ITS应用的实际效果，不断调整开发和应用的目标、调整系统结构、调整应用重点，并取得了长足进步。例如，用于交通安全的车车通信接近实用，而车路通信已开始实用；以宽带移动通信为依托的下一代交通信息服务系统开始暂露头脚；车路合作系统在改善交通安全和减少排放方面的效果明显。因此认真分析国内外ITS的实际状况，确定中国新一代ITS的发展方向，以及研究国内ITS和新一代信息技术的具体发展方法，对政府决策部门、企业和研究机构十分重要。

一、智能交通系统应用系统的演进分析

智能交通系统在近20年的发展中，已经有了不少成功的应用，如日本的车载导航和不停车收费、美国的511服务、欧洲的智能化公共交通服务和综合交通信息服务等，同时各国（地区）在已有的应用基础上充分应用新技术，在数据获取、车路数据交互、依托道路形成无线接入网等方面将已有应用系统进行应用再聚焦和提升，逐步演进形成了新的应用系统。

（一）车载导航和不停车收费演进到智能车路合作系统

国际上车载导航系统应用规模最大和最好的是日本，1996年在东京地区开始试点服务，现在的用户已经超过51000万。这其中最大的一个系统就是有名的VICS，2003年VICS实现了覆盖日本全国的服务，现在它的用户已经超过3700万①引自日本VICS网站 http://www.vics.or.jp/index1.html。。VICS最大的特点是有动态的交通信息服务，而且在灾害发生时，可自动接受紧急信息。

国际上最大规模的、统一标准的不停车收费系统（ETC）也是在日本，日本在研制ETC和制定标准时就考虑了未来5.8GHz无线接入系统的应用，从20世纪90年代中期开始研制，2000年开始在高速公路上部署，2001年起开始应用。截至2013年6月，日本ETC用户已超过5500万，全国平均利用率达到89%②引自日本国土交通省网站http://www.mlit.go.jp/road/yuryo/riyou.pdf。。

日本政府和产业界并未止步，他们在以上两个系统应用初步形成规模时就开始考虑以进一步改善交通运行和交通安全的应用，其着力点是交通信息的全面采集以及超高速无线局域网的应用。日本国土交通省2004年提出开发名为Smartway的系统，该系统以ETC系统的5.8GHz通信平台为基础，将VICS和ETC以及已基本开发成型的先进安全车辆系统（ASV）集成。以Smartway的开发为代表，日本正式宣称开展下一代智能交通系统的研发，当时计划依托Smartway建设智能交通通用信息平台，提供道路信息、电子收费、安全驾驶、公众出行支持等9方面智能交通服务。为此2005年初组织了政府、企业共同参加的联合体，参加的企业包括丰田、日产、NEC、三菱、日立、富士通、JRC、松下等大企业。

在Smartway开发和试验取得突破性进展的基础上，丰田汽车公司前会长丰田章一郎于2009年初代表日本产业界向政府提出建议:为应对金融危机和带动产业发展，在ETC和VICS普及应用的基础上政府应该投资建设延高速公路的ITS信息交互设施，产业界则按照统一的标准生产集成化的车载设备，开辟下一代ITS的新应用。日本国会于2009年6月通过了相关议案，决定政府投资250亿日元建设延高速公路的ITS信息交互设施。到2011年3月日本在其全国高速公路网上建设完成了覆盖全部路网的ITS信息交互设施（ITS Spots），产业界推出了新车载机，可提供ETC、导航和道路安全信息3项服务，预计5年内将发展1000万用户，日本的ITS将迈上新台阶③中日政府ITS讨论会交流资料，2011年10月。。

（二）智能车路系统（IVHS）和智能车辆向合作系统的演进

美国20世纪中期进行开发的智能车路系统（IVHS）是美国ITS的重要起步项目，美国国会1992年的“综合地面运输效率法案”（即ISTEA）要求政府应在2007年前实现一个以车路交互和车车通信为基础的智能公路试验段，相应的要开发具有自动驾驶、车道保持和车间距离保持的智能型车辆，在这样的试验段上全面检验智能化道路和智能化车辆的性能和可用性[1]。美国政府组织企业（包括欧洲和日本企业）、大学和政府的研究机构共同参加，于2007年在美国加州圣迭哥的高速公路上建成了一个10km的试验路，并成功组织了验证试验，这其中就包括单个车和车队的自动行驶、智能车道变换、障碍物智能避让以及复杂状况的自动驾驶等。在这些验证试验中就大量使用了车车通信和车路信息交互。类似，日本建设省（即现在的国土交通省）2000年在筑波试验场进行了名为DEMO2000的演示试验，包括自动驾驶、车路合作以及基于车车通信的交叉口的安全系统等。

2007年的试验成功后，美国和国际智能交通界认为自动驾驶在未来应用中存在一系列法律和产业的问题，因此决定将研发的重点转向以提高交通安全为主，兼顾交通信息服务的智能车辆系统，典型项目如美国政府1998年开始组织实施的智能车辆行动计划（Intelligent Vehicle Initiative即IVI）。其主要的内容是以预防交通事故（特别是碰撞事故）及其引起的人员伤亡为目标，开发车载智能化装置，防止驾驶员分神；研发和应用碰撞防止系统，提高安全性。日本和欧洲也有类似的项目在进行。

通过一段时间的研究和开发，美国认识到仅有车辆的智能化是不够的，道路交通是一个人—车—路相互作用的系统，因此在2003年美国运输部（DOT）提出了车路集成系统的概念（Vehicle Infra structure Integration,即VII）概念，2004年开始由美国联邦公路局、AASHTO、各州运输部、汽车工业联盟、ITS America等联合研制，该项目计划以道路设施为基础，通过信息与通信技术实现汽车与道路设施的集成，提高道路交通安全和效率。该项目的重要成果选择在2008年举办的智能交通系统世界大会上进行集中展示，展示地点在纽约市的第11大街上，美国运输部、纽约市交通局、来自主要发达国家的 汽车厂商共同参加了展示，笔者有幸参观了这次展示。展示结果表明，依靠通信和传感器技术是可以实现以提高安全为主要目的的车路集成系统，车载的通信和控制系统已经接近实用，但是还需要进一步评估和完善。

在VII研究试验接近结束时，美国政府和产业界对其进行了评估，并于2009年提出了名为IntelliD-rive的“美国ITS战略计划2010－2014”。该计划的主要内容是在VII的基础上，进一步开发实用的、以安全为主要目的的车车通信(V2V)、车路通信(V2I)，以及研究实时数据获取和管理、动态的机动性和道路气象管理等。美国政府还在2011年以招标的方式选择在密执安州的Ann Arbor进行2800多辆规模的车路和车车合作系统示范项目，检验对交通安全和机动性的改善，其结果将直接用于2013年美国联邦公路交通安全局相关决策和法规的制定①AASHTO Workshop 交流资料, 2012年10月。。

类似的开发和试验在日本和欧洲同样在进行，除了前面已经介绍的日本Smartway项目外，欧洲在多年研究的基础上，从2008年开始就组织合作系统（Cooperative System）的路上测试，2008年以系统结构、框架和方法为主，2009年以车载通信信息系统运行测试为主，2010年～2011年以合作系统中的通信信息技术测试为主，后两期的测试安排了国际主要汽车厂商1000辆各种各样的车辆。

（三）合作系统成为国际ITS发展的新热点

通过主要发达国家 ITS应用状况和发展趋势来看，智能交通系统正在由单个方向的智能化应用系统（如导航、ETC、安全辅助驾驶、智能信号控制系统）向更高层次的合作系统（Cooperative System）演进，为此欧洲、美国和日本逐步将其历年开发和应用的各种智能交通系统集成在合作系统的下面，并开始在产业和标准方面进行协调。从2009年开始，欧、美、日政府间分别签订了标准合作协议，开始进行产业和市场的准备，而且大家都使用智能交通领域的合作 系 统（Cooperative System in the Field of ITS）这个新说法，2012年欧洲和美国正式在文件中统一使用合作型智能交通（Cooperative ITS）作为下一阶段的ITS发展的代表，随后日本也表示加入，2013年上半年韩国也完成了与欧、美、日的政府间合作协议，正式加入合作型智能交通的开发。

根据美国政府和欧盟发布的报告看[2]，合作型智能交通是在前面各种ITS技术开发和应用基础上，依托下一代通信技术将车与路、车与车、车与其他机构和人连接起来，实现安全、可靠和绿色的交通。当前的开发重点是人机交互、标准、互操作和评估工具。

在政府间开展合作研究的同时，发达国家的企业界同样积极进入合作型智能交通的开发，而且更把其扩大到基于新一代移动通信的交通服务，其概念是人通过移动终端成为整个交通系统可控的一个组成部分，交通信息成为系统的控制指令，在宏观上总有相当一部分人会根据交通信息改变行为，如改变路线、改变所乘交通工具、改变出行时间等，因此合作型智能交通就可以将自行车和公共交通乘客均纳入系统，从而成为提升综合交通系统效率和安全的重要手段。所以合作系统成为国际ITS发展的新热点。

二、关于我国ITS发展方向的思考与分析

（一）发展具有自主知识产权ITS面临的形势

综上所述，可以看出国际智能交通界在ITS各个方向充分应用通信和信息技术的新成果，而且取得了长足的进展，特别是在原有各方向的应用基础之上，依照ITS体系框架的总规划，提出了集成度更高、层次更高的系统概念和应用系统设计。要发展具有自主知识产权的智能交通系统，不仅仅是技术上要有突破，以下几个因素也必须考虑，而且不可回避:

（1）国际智能交通界、汽车界和通信界已经投入过大量经费和人力，已经形成了完整的技术体系，而且已经接近产业化，部分已经投入使用，我国自主知识产权的ITS技术如何介入并形成产业？

（2）新的ITS应用与汽车关系紧密，而汽车产业的体系化和路径依赖极强，主要发达国家汽车厂商的高档车电子装备的成本已经占到总成本的40%以上，不在其体系内的设备很难进入。

（3）仅考虑汽车还不够，国际智能交通界无一例外的都有政府的交通部门参加，信息技术在交通领域的应用如何适应以管理交通基础设施和运输为主的交通部门？

（4）欧美日等发达国家在车与车通信、车与路通信以及合作型智能交通系统领域的标准化已经结成联盟，给我们留下的空间有限。

（二）实事求是，选准落脚点和突破口

智能交通系统已经发展近20年了，社会和经济发生了深刻的变化，通信和信息技术也发生了巨大变化，因此我们必须面对我国的实际情况和实际需求讨论未来智能交通系统的发展方向。

（1）必须清醒地看到虽然我国GDP总量已经是世界第二，但人均GDP仅5千美元左右，即使是东部发达的大城市，如北京和上海，人均GDP也只有1.2万美元。而发达国家提出智能交通系统时的人均GDP都在2～3万美元，日本更是达到人均4万美元。中国人口和资源条件，不允许发展以小汽车为主的交通模式。因此中国智能交通的注意力应该从重点关注小汽车转向关注城市的公共交通为主、兼顾小汽车，同时将提高出行可靠性和安全性作为重要方向。

（2）新一代信息技术是中国的战略性新兴产业的重要组成部分，中央政府、地方政府、学术界和企业非常关注，也将交通运输领域作为其应用的重要方面，但是在具体应用上的落脚点还未完全找到。新技术的应用不能将原来已经应用多年的东西进行翻版，而是对原来系统没有的功能或对原来不完善的功能的提高，否则应用行业不会感兴趣，也不会投资。至于用口号来吸引眼球和投资，如果后面没有应用，则是不可持续的。

具体到应用领域，目前国内最热的是RFID的应用和车联网，RFID在交通领域的应用已经很多，像港口管理、仓储管理、公交优先系统等，应该说RFID的应用前景广阔。但需要注意的是市场大量的RFID产品是国外廉价和简单芯片的封装制品，技术性能满足不了应用，集成商根本不把实情告诉用户而且违规使用，典型的是在433MHz和915MHz频段完全不管国家无线电管理规定，将发射功率提高到规定值的3～10倍，甚至更高，以满足工作距离的要求。而在车联网方面，这个词确实是中国人首创的，但在国际上找不到对应的词，于是有人将国际上能粘上边的作为对象对比，如VICS、Telematics、Cooperative System等，VICS和Cooperative System前面已经谈过，人家的路已经走得很远了，而Telematics也不是新东西，因此我们现在的车联网需要提出自己的新概念和服务框架，不能将ITS中已经体系化和产业化的应用直接搬过来，因为这个方向上国际上已经走得很远了。

（3）新一代信息技术为交通领域提供更加详细和完整的数据采集，以及大大提高无线数据交换的能力，因此新一代信息技术在交通领域的应用需要从整个交通运输过程中找新的突破口，这就要求交通运输行业与信息产业要密切合作，交通运输行业要把新一代信息技术作为重要的生产力看待，而生产力的进步往往带来整个产业的革命。

三、结语

作为现代交通技术代表之一的智能交通系统，是建设现代交通运输业的重要支撑，也是我国战略新兴产业的重要组成部分。我们要看到国际发展的前沿，也要看到发达国家相关部署对我们未来的影响。在新的历史起点和新的发展台阶上，智能交通系统须主动适应环境变化以及交通运输发展重点和方式的变化，充分考虑我国的经济发展水平、实际需求、政策和管理环境、新一代信息技术给我们提供的装备与能力，努力实现中国智能交通系统的自主发展、创新发展和跨越发展。

[1]王笑京,等.智能交通系统体系框架原理与应用[M].北京:中国铁道出版社,2004.

[2]Research and Innovative Technology Administration,US DOT.International Deployment of Cooperative Intelli gent Transportation Systems-Bilateral Efforts of the European Commission and United States Department of Transportation[EB/OL].http://www.its.dot.gov/connecte d_vehicle/pdf/Joint_EU-US_Report.pdf.2012-10.