城市智能交通系统技术发展现状及趋势

北方工业大学 刘小明，何忠贺

城市智能交通系统技术发展现状及趋势

北方工业大学 刘小明，何忠贺

1　引言

进入21世纪以来，我国城市化进程加快，2002年至2012年，全国城市化水平从39.09%提高到52.57%[1]。同时城市化发展也带来一系列问题，“十二五”以来城市交通拥堵加剧，各地方频繁报道拥堵严重。中科院公布的《2011中国新型城市化报告》，对内地50座城市上班花费时间进行了排名，北京以52分钟居首，其次为广州48分钟、上海47分钟、深圳46分钟。城市交通拥堵在省会城市已经具有普遍性，经济发展较快的东部沿海城市、二线城市也开始频繁发生。北京（2011年）、天津（2013年）、上海（1994年）、广州（2012年）、杭州（2014年）、石家庄（2013年）、贵阳（2011年）已经陆续施行机动车限购、限行或者车牌拍卖等政策，以此限制机动车数量增长速度和减少出行次数。上述措施虽然能够在缓解城市交通拥堵方面起到作用，但同时也给百姓生活带来许多不便。《国家“十二五”规划纲要》及相关专项“十二五”规划同时提出，应满足人民在改善生活条件方面的需求，改善交通出行质量、提高出行效率，降低交通安全事故的数量，为达到上述目标，发展城市智能交通成为城市发展的迫切需求。

2　智能交通系统的概念与内涵

智能交通系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）指的是在较完善的基础设施（包括道路、港口、机场和通信）之上，将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，从而建立起一种在大范围、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合运输和管理系统。从智能交通系统的概念可看出，ITS即为信息、传感、通信与控制技术综合运用的产物，其目标是解决不断增加的交通需求与有限道路资源间的矛盾，使道路资源能够被充分利用，提高人的出行效率，保障出行安全。

3　智能交通系统技术发展

20世纪60至70年代是西方各国经济发展的黄金时期，伴随经济快速发展出现的负产物之一，便是交通状况的不断恶化。为此，在摸索缓解交通困境的几十年中，随着计算机、通信、信息等技术的飞速发展，将人、车、路综合起来，用系统的观点进行考虑，并将先进技术用于交通运输系统的ITS就自然诞生了。ITS概念于1990年由美国智能交通学会（ITSAmerica，曾名IVHS America）提出，并在世界各国大力推广。20世纪80年代中期以来，ITS得到了突破性进展，经过十几年的研究与应用，目前国际ITS领域已经形成以美国的“智能车辆－公路系统”、欧洲的“尤里卡”联合研究开发计划和日本的“先进的动态交通信息系统”为代表的三强鼎力局面[2]。

自上世纪90年代以来，智能交通技术开始受到我国国内学者的关注和重视，并逐步开展ITS方面的理论、技术研究与工程试验。“九五”期间，通过一系列国家、地方和行业计划的立项与实施，智能交通规划、体系框架制定以及应用系统的研发成果显著，并逐步形成了包括“政”、“产”、“学”、“研”多方面构成的组织体系和相关研究基地，为我国智能交通系统科技发展奠定了基础。“十五”期间，科技部实施了“智能交通系统关键技术开发和示范工程”、“现代中心城市交通运输与管理关键技术研究”等国家科技攻关计划项目，率先在北京、上海、广州等城市，以城市、城间道路运输为主要实施对象，开展了智能化交通指挥、调度与管理系统，智能公交调度，综合交通信息平台为主要内容的示范工程建设，取得了一定成效。“十一五”期间，国家高技术研究发展计划（863计划）设立了“现代交通技术领域”，并针对智能交通系统技术部署了一批前沿和前瞻性项目，以提高原始性创新能力和获取自主知识产权为目标，突破产品和系统的关键核心技术，实现重点目标的技术集成。“十二五”期间，交通领域863计划瞄准国家智能交通技术发展热点问题，对智能车路协同、区域交通协同联动控制等技术进行了部署。国家科技项目的实施推动提升了我国智能交通行业的总体水平，培养形成了我国智能交通专业研究队伍和基地。

4　城市智能交通管控系统应用

城市智能交通管控系统是智能交通系统的主要组成部分之一，已经成为解决城市道路拥堵、提高行车安全和增强运输效率的重要手段，近十几年来我国各城市的智能交通管控系统建设取得了显著发展。例如：北京市在城市交通多源异构数据特征分析与融合技术、分布式异构多系统集成技术、基于GIS的预案化指挥调度集成技术方面取得了突破，构建了以“一个中心、三个平台、八大系统”为核心的智能交通管理系统体系框架，集成了视频监控、单兵定位、122接处警、GPS警车定位、信号控制、集群通信等近百个应用子系统，强化了智能交通管理手段的实战能力。广州智能交通管理指挥中心形成“一个中心、两个平台、两套网络、十五个子系统”相对完善的体系结构，提高了交通指挥调度能力、提升了面向公众出行的信息服务水平，在规范交通秩序、降低交通事故、缓解交通拥堵等方面起到了重要作用。厦门市智能交通控制中心集智能化、信息化、服务化于一体，实现了智能指挥调度、多元路况信息采集、多渠道信息发布、交通信号远程智能配时优化和远程干预控制、轻微交通事故的远程定责定赔、多维度交通预测预报等功能，特别是建立了一体化的动态交通信息采集与发布平台，发动群众在行车走路时为中心上报路况信息，开创了新型的交通信息服务模式[3]。

交通信号控制系统是城市智能交通管控系统构建的核心，如图1所示，虽然我国近年来在交通信号控制理论方法研究及相关产品研发、应用等方面已取得了很大的进展，但目前国内大型、特大型城市交通控制系统仍主要依靠国外引进，其中北京、上海、广州、武汉、杭州、沈阳等大城市多应用SCOOT（英国）或SCATS（澳大利亚）系统，由于在交通信号控制系统建设过程中，技术水平及交通环境等均发生了变化，可能出现一个城市多个信号控制系统并存的情况，而不同系统通信协议不同，且很多国外系统对于通信协议并不开放，在这种背景下，如何实现不同信号控制系统的综合接入、实现城市路网全区域的统一控制，成为影响这些城市交通信号控制效果的重要问题之一。由北方工业大学开发的交通信号控制系统综合管理平台，可接入具有不同通信协议的信号控制系统，如SCOOT、ACTRA等系统，在北京已应用，如图2所示。

图1 交通信号控制系统的核心位置

图2 交通信号控制系统综合管理平台

另外，图3所示远程托管中心系统是当前交通控制系统构建的新思路。交通信号控制远程托管中心系统在各城市现有路口交通信号机的基础上，利用远程网络实现本地系统与远程中心之间的协同运作，解决了中小城市建立智能交通管理与控制系统普遍存在的资金和人才两大瓶颈问题。北方工业大学完成的交通信号远程托管系统在大连金州区五一路进行了示范工程应用，选取13个路口安装前端交通信号控制设备，SCOOT系统为远程交通信号控制系统。通过对应用远程托管系统后的交通控制效果进行评价，使路口交通通行能力在高峰及平峰期间有不同程度的提高。该项目所建立的控制管理模式为提高我国中小城市智能交通信号控制水平探索出了一条途径，开创了在中小城市推广先进交通控制技术和管理方法与远程托管模式的先河。

图3 交通信号控制远程托管系统

5　我国智能交通系统未来的发展趋势

（1）自动驾驶系统

20世纪80年代，美国、欧洲、日本在智能交通领域展开研究，也推动了无人驾驶技术的实用化进程。通过一系列演示试验，无人驾驶技术的可行性及实用性已被验证。谷歌的自动驾驶汽车于2012年已获得美国内华达州机动车辆管理部门颁发的驾驶许可证，部分车辆厂商也宣布在未来数年推出无人驾驶汽车[4]。在国内，2011年由国防科技大学研制的无人驾驶汽车红旗HQ3从长沙上高速，自行开往武汉，行程286km，自主超车67次，平均时速87km/h，是一次成功的试验。

（2）大数据与智能交通

大数据是继云计算、物联网之后IT产业的又一次颠覆性革命。ITS的交通数据来源广泛、形式多样，包括动态的交通流数据、静态的道路基础数据、交通气象信息等。如何从海量交通数据挖掘潜在有价值的信息，成为ITS充分发挥作用的关键。因此，借助于大数据技术解决交通问题，是ITS的内在需求和新技术发展的必然趋势。

（3）生态智能交通系统

车辆的尾气排放已成为大气污染的一个主要原因。国外发达国家已相继提出基于ITS的交通节能减排体系及实施项目，如美国的IntelliDrive、日本的Smartway、欧盟的EcoMove等，其目标在于减少环境污染和国家能源消耗，实现交通的可持续发展。由此可见，应用ITS的先进技术实现交通系统的节能减排是未来交通污染控制的发展方向。

（4）移动互联网与智能交通

近些年，移动互联网技术已渗透到ITS领域，一些基于移动互联网技术的ITS应用服务相继出现。随着智能手机等移动终端的不断普及，网络通信数据已成为道路交通状态信息采集的一种重要来源，可用于分析公众的出行规律，获取完整出行链信息，对交通检测技术及方法的发展起到了推动作用。另外，ITS可利用移动互联网向公众提供可视化地图服务、导航信息、实时路况信息以及基于位置的服务，满足公众的多样化、个性化需求。近些年，基于移动互联网智能终端的与交通相关的APP得到快速发展，移动互联网技术将在公众出行中发挥越来越大的作用。

6　结语

智能交通系统的产生是适应时代发展的产物，其发展代表着当前时代的科技水平。智能交通系统相关技术的成功应用，能够在一定程度解决世界各国所遇到的交通问题，缓解人、车、路系统间的矛盾，从而推动经济的发展。虽然我国智能交通系统在技术水平上与发达国家还存在一定差距，但令人振奋的是，城市交通问题在我国受到了高度重视，经过近30年的交通实践，我国的智能交通系统的研究与应用已取得巨大的成就，并积累了丰富的经验。目前，交通拥堵、环境污染等交通问题仍然严重，并且我国城市道路交通环境复杂，对智能交通系统技术研究及建设水平的要求更高，需要找到更为有效的解决办法。因此，应从我国的实际情况与国情出发，不断完善与深化智能交通相关技术研究与系统建设，进一步为我国社会经济发展做出贡献。

[1] 徐赫.2014中国城市智能交通市场研究报告[R].第三届中国智能交通市场年会,2014.

[2] 赵娜,袁家斌,徐晗.智能交通系统综述[J].计算机科学,2014,41(11):7-11.

[3] 林祥兴.厦门:智能交通助力畅通工程[J].道路交通管理,2013,(9):38-39.

[4] 陆化普,李瑞敏.城市智能交通系统的发展现状与趋势[J].工程研究—跨学科视野中的工程,2014,3(1):6-19.

Development and Tendency of Intelligent Transportation Systems in China

城市化的快速发展带来一系列的交通问题，智能交通系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）是解决交通问题的有效途径之一。本文主要介绍了智能交通系统的概念与内涵、我国城市智能交通系统技术发展与智能交通管控系统应用现状，在上述内容的基础上，总结了我国城市智能交通系统未来的发展趋势。

智能交通系统；交通信号控制系统；发展及应用现状；未来趋势

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

刘小明（1974-），男，教授，博士，现就职于北方工业大学，主要研究方向为交通流理论、智能交通控制。

何忠贺（1982-），男，讲师，博士，现就职于北方工业大学，主要研究方向为复杂系统建模与控制、交通网络信号控制。