车路协同——交通信号控制系统未来发展方向

本刊记者/曹银平

车路协同
——交通信号控制系统未来发展方向

本刊记者/曹银平

陈锋（1966-），江苏睢宁人，副教授/博士。1986年、1994年分别获得合肥工业大学计算机应用专业学士和硕士学位。2000年获得中国科学技术大学信号与信息处理专业博士学位。2000年至今在中国科学技术大学自动化系任教。研究领域包括：交通大数据高效计算与融合、交通知识表示、人工平行交通系统、城市路网的多模式协同优化控制等。主持了国家自然基金、中国科学院知识创新工程项目、省部级科技攻关等多个项目的研发工作，发表论文70余篇，其中，SCI或EI检索30余篇。获教育部和中科院科技进步二等奖各一项、省部级科技成果5项、国家发明专利4项和软件著作权5项。

随着城市化进程的加快，智能交通产业已进入快速发展期。我国智能交通产业历经二十多年发展已逐步从探索阶段进入实际开发应用阶段，但离真正实现交通智能化还有很长的路要走。城市智能交通系统包罗万象，各子系统间交叉协作，形成了一个复杂巨系统，交通信号控制系统作为其基础和核心平台，将在现代城市交通建设中发挥重要作用。本期记者特别采访了中国科学技术大学陈锋博士，请他谈谈对城市交通信号管理系统的认识以及对我国智能交通产业未来发展趋势的看法。

发展中的智能交通

《自动化博览》：近年来我国智能交通产业的发展情况如何？与其他国家相比有哪些独特之处？

陈锋：我国智能交通的研究与发展起步于二十世纪九十年代末，历经二十多年发展已初具规模，有智能交通相关企业2000多家，主要为道路监控、流量采集、高速公路收费、3S（GPS、GIS、RS）等厂商和系统集成商。该产业的发展大致可分为三个阶段，初期的技术引进、中期吸收与改进、近期的自主创新与赶超。由于我国智能交通产业起步相对较晚，在发展初期主要以引进国外先进技术和标准为主，缺乏自主创新能力。本世纪以来，各级政府对智能交通的建设与研发日益重视，在快速发展的计算机、大数据、物联网、控制和人工智能等理论与技术的推动下，我国智能交通领域多项产品与技术相继实现突破，并已得到成功应用。这推动了我国交通运输行业转型升级和智能交通产业的发展，逐步形成了智能交通科学创新体系。如今我国智能交通产业已经具有较为完善的生态链，在平行交通管控、交通出行诱导、新能源汽车、视频交通事件检测等方面已拥有一系列国际领先或先进的技术与产品。在国内智能交通建设中，自主研发的视频交通监测、交通信号控制、高速公路收费、交通信息服务等系统已占据了主导地位。

作为世界上最大的发展中国家，我国交通具有区域广阔、地理环境差异大、交通流混合复杂等特点，再加上交通法规和标准不健全、基础设施建设不完善、交通出行需求量大等问题，较西方发达国家存在一些差异，从国外引进的先进技术与产品难以满足我国复杂的交通状况，存在着“水土不服”现象。对此，我们展开产学研合作，通过对国外先进技术消化吸收、改进与提升，研发出了一批具有自主知识产权的技术与产品，拉近了与国外在智能交通领域的差距。

“车-车通信和车联网技术已经成为智能交通的热点研究领域，通过对路侧系统、智能车和车联网等交通物联网关键技术的攻关，车路协同的交通安全控制将引入并应用于城市交通的管理与调控，从而改变现有的交通管控模式。”

《自动化博览》：您如何看智能交通的标准化问题？

陈锋：智能交通的标准化是推动传统交通向现代交通转化的主要手段之一，智能交通标准的实施则是衡量智能交通产业发展程度的重要手段。美国、欧洲、日本等西方发达国家和地区，分别建立了智能交通标准化组织，以推动相关产业链的发展。我国于2003年正式成立了全国智能运输系统标准化技术委员会，负责组织实施智能交通系统相关标准的研究与制定工作，目前已经建立了智能运输系统标准体系，发布了70项国家和行业标准，包括地理信息、电子收费、交通专用短程通信、交通信息服务、交通管理、信息安全、公交智能化和汽车辅助驾驶等。

《自动化博览》：有观点认为“智能交通是解决城市交通拥堵的良方”您怎么看？针对日益严峻的交通拥堵问题，您认为应从哪些方面来着手解决？

陈锋：随着经济的快速发展以及城镇化建设的加快，我国机动车数量已超过2.8亿辆且仍保持高速增长。为了满足日益增长的交通出行需求，科学规划城市道路是最直接的方法，但是存在着周期长、投资大、受多种因素制约等问题，且难以跟上机动车增长的速度。智能交通是现代交通的发展方向及未来趋势，在保证城市功能正常运转、有效缓解交通拥堵等方面起着无可取代的作用。

目前我国的交通拥堵已从北京、上海、广州等特大型城市向省会城市、甚至二三线城市蔓延，严重制约着社会与经济的发展，形势十分严峻。城市交通系统是一个复杂的巨系统，造成交通拥堵的因素很多且相互制约。针对我国的城市交通特点，有效缓解交通拥堵压力的途径包括：

（1）统合异构的交通设备与系统，实现智能交通的“智能性”；

（2）研究适应我国复杂交通流的交通模型；

（3）发展BRT等公共交通系统；

（4）形成宏观与微观结合的主动控制机制；

（5）构建科学的智能交通顶层体系；

（6）创新应用交通大数据技术。

另外，制定高峰期特定区域的拥堵收费政策、加强交通法规的教育与普及，交通违章记录与个人诚信机制关联等措施对交通拥堵的改善也具有积极意义。

车路协同的交通信号控制系统

《自动化博览》：智能交通的发展跟物联网紧密相连，智能交通是交通的物联化体现，请您谈谈物联网技术在智能交通领域的应用？

陈锋：物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，是互联网的拓展。物联网通过人-人、人-物、物-物和网络之间的互连，进行信息获取、交换和融合，实现管理、控制、营运的一体化。城市交通是由人、车、路、环境等组成的复杂系统，形成了一种高维、泛在的物联网，随着感知、通信、智能控制、大数据、云计算等技术的发展，智能交通产业迎来新的发展机遇。目前，车-车通信和车联网技术已经成为智能交通的热点研究领域，通过对路侧系统、智能车和车联网等交通物联网关键技术的攻关，车路协同的交通安全控制将引入并应用于城市交通的管理与调控，从而改变现有的交通管控模式。另外，交通物联网的应用不仅使交通出行的个性化定制服务成为可能，而且使得整个城市交通系统成为一个高效、协调和优化运行的整体。

《自动化博览》：城市交通流感知与信息获取是交通信息系统中非常重要的一部分，目前我国在信息感知、采集方面的技术发展水平如何？与其他国家相比是否存在差距？

陈锋：随着我国智能交通的快速发展，城市交通流采集与信息获取技术与产品作为交通管控的重要基础也取得了全面进展，从传统的地感线圈、雷达信息采集，发展到视频流量采集、FCD技术、地磁感知和RFID等固定式或移动式信息获取，上述交通感知装置与算法结合，能够获取截面的流量、车型、车头时距、转向比等交通流参数，以及运动轨迹、排队长度等线段数据，从而为交通信号控制、交通管理和诱导提供必要信息。

但是，交通流感知的核心技术还与国外存在一定差距，地磁传感器及其内置天线、雷达等依然依赖国外技术和产品。比如在雷达交通流检测中，德国已经有较为成熟的正向测试雷达，可同时实现多条道路的交通流检测，而国内仍以侧向雷达检测模式为主。

《自动化博览》：交通信号控制系统是智能交通管理系统中的重要基础应用，请您介绍一下我国交通信号控制方面的发展情况及未来发展方向。

陈锋：城市交通信号控制系统是智能交通的主要组成部分之一，是智能交通发展程度的直接体现，发展程度的直接体现，它通过单点、干线和区域协调等模式，根据交通模型进行优化配时，提高交通通行能力、降低车均延误和停车次数，实现路网交通流的优化调控。本世纪初至2010年左右，我国的交通控制主要使用国外的控制系统如SCOOT、SCATS等。近年来，我国交通信号控制的研究和开发取得了较大的进展，出现了青岛海信、北京易华录和南京莱斯等国产的交通信号控制系统，中国科学院自动化研究所王飞跃研究员技术团队研发的平行管控系统——一种新兴的交通信号控制系统，如今已成功应用，并在业内引起了广泛关注。

随着智能车和路测系统等技术的发展，车路协同的交通信号控制将成为今后的发展方向。城市智能交通系统由公交子系统、出租车子系统、轨道交通子系统、专车子系统（如神州专车、滴滴打车等）和社会车辆子系统等组成，各交通子系统间存在着复杂的耦合关系，一个交通子系统的规划、建设和运营需考虑其他子系统，因此，协同式智能交通系统是通过各交通子系统的协作运行，来实现对城市交通系统的全局优化管理与调控。协同式智能交通系统对各交通子系统建设的决策与运营管理，居民出行方式的选择与改变，大型活动协同调度与疏散、灾害情况下的应急处理等都将发挥重要作用。

新技术带动智能交通实现创新发展

《自动化博览》：随着我国城市化进程的加快，智能交通步入快速发展期，您认为目前我国发展智能交通产业亟待解决或改进的关键问题有哪些？应如何应对？

陈锋：我国的智能交通产业目前正处于快速发展期，虽已初具规模，拥有2000余家相关企业和一系列具有自主知识产权的产品，但同时，存在的问题也较为明显：我国的智能交通企业虽多，但是发展良莠不齐，有影响力特别是具有国际影响的企业不多；技术与产品主要应用在国内市场，国外市场亟需开拓；先进技术成果转化为产品的周期较长；产品种类较多但标准不统一，导致存在较严重的信息盲点状况。如上等因素正制约着我国城市智能交通的可持续发展。

希望通过以下途径解决：

（1）针对智能交通的多学科与技术交叉特点，相关机构之间加强合作交流，不断完善智能交通领域的国家标准、行业标准；

（2）本着优胜劣汰的原则，整合智能交通产业资源，着力打造有影响力的智能交通知名企业和产品品牌；

（3）促进产学研合作，提升我国智能交通企业的科技创新能力，增强技术与产品的国际竞争力。

《自动化博览》：如今物联网、云计算、大数据等新一代信息技术迅猛发展，这将给智能交通行业带来哪些新机会？您如何看“十三五”期间我国智能交通的发展方向？

陈锋：目前的智能交通建立在传统的交通流理论和交通工程学基础上，由于交通参数如OD、延误等难以获取，交通管理与控制主要依赖交通领域经验和交通流调查数据，无法准确描述交通行为与特性。物联网、大数据与云计算技术的迅猛发展为解决交通拥堵、安全和污染问题提供了有效途径，同时也为智能交通行业带来了新的机遇，具体表现在：

（1）车联网是物联网的重要组成部分，智能车、车-车通信、车-基础设施通信、5G网络等关键技术的攻关与应用，将带动智能交通产业变革；

（2）智能车和无人驾驶等技术的应用，将改变交通流特性，催生新的交通规划、管理、控制与服务技术，促进车路协同技术与产品的研制；

（3）交通大数据的挖掘，将发现蕴含其中的交通规律、显式与隐式知识，可能颠覆现有的交通流理论体系，带动智能交通技术的创新发展。

“十三五”规划强调必须牢固树立并切实贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，这为中国未来五年经济社会发展指明了方向。智能交通系统作为我国交通科技领域重点支持和发展的项目之一，是现代化交通建设中不容忽视的一部分，将在“十三五”期间发挥重要作用。纲要明确指出：以解决我国综合运输效能低下、公众出行不便、交通安全态势严峻、交通能耗高、交通服务水平落后等迫切问题为导向，面向应用需求，创新引领，推动智能交通产业持续发展。“十三五”期间，我国智能交通产业将在城市智能交通的顶层设计与系统协同，交通大数据的高效计算、数据挖掘与创新应用，出行的个性化定制与多模式服务，车路协同的交通管控，新能源智能车，城市交通生态系统与绿色控制等方面实现创新发展。