全息交通系统发展展望

王少飞，谯 志，李 敏，陈新海

(重庆云途交通科技有限公司， 重庆 400067)

全息交通系统发展展望

王少飞，谯 志，李 敏，陈新海

(重庆云途交通科技有限公司， 重庆 400067)

随着新一代信息技术的日新月异，传统智能交通系统面临重塑和再造。首次提出移动互联网环境下诞生的新产物——全息交通系统，并建立其逻辑框架、物理框架和通信架构。全息交通系统大致可以分为移动出行服务、智能车路协同和自动(无人)驾驶3个发展阶段，其特征包括交通要素互联、以用户为中心、开放共享平台、三全交通管控和公私合作模式。该系统是基于新一代信息技术对传统智能交通系统的全新演绎，未来将会颠覆传统交通管理模式和交通出行模式，其有望通过技术创新、商业模式创新、体制机制创新推动交通系统跨界融合与生态重构。

全息交通系统；移动互联网；车路协同；交通信息服务

全息交通系统(Pan-Information Transportation Systems，PITS)是中国工程院钟志华院士在移动互联网、物联网飞速发展的大背景下于2011年首次提出的概念[1]，指借助新一代信息技术，实现交通系统中人、车、路、环境及交通管理(服务)机构之间的在线数据以前所未有的广度、深度与速度进行交互与共享。个体交通要素是整个信息网络的一处数据采集点，通过每一处采集点可以感知全景交通信息环境，从而形成“线上和线下互动、需求和资源匹配、管理和服务共融”的交通新业态、新模式，以满足移动互联网时代背景下个体车辆精准化交通管控和社会公众便捷式出行体验的需求。

PITS本质上是利用互联网思维和技术对传统智能交通系统(Intelligent Transportation Systems，ITS)进行重构和再造[2-6]。本文创新地提出PITS的总体构思，展望其演进过程，并阐述其主要特征，以期为推动其产业化发展提供借鉴和参考。

1 PITS总体构思

1.1 逻辑框架

PITS逻辑框架如图1所示，其采用“云、网、端”的体系架构，符合互联网时代道路交通的发展潮流。

“云”是指基于云计算、大数据技术构建的全息交通管理与服务平台，其采用政企合作模式(PPP)建设和运营，有助于全面盘活政府掌控的权威交通数据资源，唤醒沉睡的交通数据并将其服务于民。云平台融合了企业自有数据和政府权威数据，通过大数据融合与挖掘，提供创新的交通管理和出行服务功能以聚集巨量用户，并以此为基础整合当前各个垂直细分领域的O2O(Online To Offline)应用，形成跨部门、跨行业、跨区域、跨平台的全息交通“云”平台，从而真正意义上实现移动互联网与传统ITS的“联姻”。

图1 PITS逻辑框架

“网”包括导航卫星网、宽带无线移动通信网(LTE)、无线局域网、无线传感网、专用短程通信网、有线通信网等形成的融合网络，网络承载交通应用(数据、视频、图片、语音等)的能力不断得到提高。交通要素将置身于无所不在的网络之中[7]，实现人、车、路、环境以及交通管理(服务)机构之间在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物或物与物的数据交换。

“端”包括用户直接接触的PC、移动智能终端、可穿戴设备、车载智能终端、智能网联汽车等，还包括路侧智能终端、汽车电子车牌读写器及其他智能传感器等。“端”是数据采集的来源点，同时也是提供管理和服务的界面。

1.2 物理框架

PITS逻辑框架如图2所示。从图2可以看出，在移动互联网时代，由于打破了交通信息的不对称性[8]，交通系统将会与外部(保险公司、整车企业、4S店、汽车后服务商家、旅游公司等)跨界融合，进而创造新业态、新模式，并构建起一个以“车生活”为主题的交通社交平台。

1.3 通信架构

PITS体系中，不同对象之间的通信关系如图3所示，其中车车、车路专用短程通信如虚线框中所示。车辆与车辆(Vehicle to Vehicle，V2V)、车辆与路侧基础设施(Vehicle to Infrastructure，V2I)以及车辆与行人(Vehicle to Pedestrian，V2P)之间通过专用短程通信(LTE-V)技术进行信息交互[9]。

图2 PITS物理框架

图3 PITS通信架构

2 PITS的演进过程

PITS发展大致可以分为3个阶段：移动出行服务阶段、智能车路协同阶段、自动(无人)驾驶阶段，如图4所示。

2.1 移动出行服务阶段

基于移动互联网，全息交通管理与服务平台可以为出行者发布实时精准的路况信息，为用户规划最佳的道路指引与出行建议，也可以为交通运输管理部门在线决策支持提供支撑。全息交通管理与服务平台还可以为保险公司收集驾驶行为数据以判定车主驾驶行为的优劣等级并推广精准化和个性化的新型保险服务，等等。

图4 PITS发展阶段

2.2 智能车路协同阶段

智能车路协同技术是基于先进的无线通信、信息感知技术，全方位采集车辆和道路信息，通过V2V、V2I、V2P信息交互，实现车辆信息的全景感知以及车辆与基础设施之间的智能协同，最终达到优化交通系统资源配置、提高道路交通安全性、缓解交通拥堵的目标。预测数据显示，智能车路协同技术的应用可以减少60%的交通拥堵，可使短途运输效率提高约70%，使现有道路网通行能力提高约2～3倍。

2.3 自动(无人)驾驶阶段

自动(无人)驾驶汽车从根本上改变了传统“人-车-路”闭环控制方式，从该闭环系统中取消不可控的驾驶人，从而可大大提高道路交通系统的运行效率和安全性。自动(无人)驾驶车辆通过网络接入全息交通管理与服务平台，按照平台下发的交通控制指令在规定路线上有序自动行驶，从而“零事故、零死亡、零拥堵、零排放”的道路交通时代将有望实现。

3 PITS的主要特征

PITS采用先进的新一代信息技术，全方位实施V2V、V2I、V2P动态实时信息交互，并在动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路交通协同管理，充分实现人、车、路的有效协同，保障交通安全，提高通行效率，从而形成安全、高效、环保的道路交通系统。PITS具有5大主要特征：交通要素互联、以用户为中心、开放共享平台、三全交通管控、公私合作模式。

3.1 交通要素互联

在高速传输网络、宽带无线移动通信和云计算平台等技术的支撑下，基于可交互的标准化通信协议，交通参与者能在任何状态下接入网络。在路网所涉及的对象中融入计算与通信设备以及智能算法，可使人与车、车与路侧设施、车与人、车与平台、人与平台之间互通互联。在智能分析技术的支持下，全息交通管理与服务平台能够在交通管理者干预或无需干预的条件下实时进行海量数据的收集和分析处理。通过强化海量独立个体之间的局部即时交互和分布式智能，可使整个交通网络具备自组织、自计算、自反馈的持续优化学习功能。通过个体的互动感知和智能决策，可实现整体的协同提升，最终提高整个交通网络的运行效率和管理水平[10-11]。

3.2 以用户为中心

传统ITS强调的是交通管理，用户体验不好，甚至感受不到ITS的存在。通过引入互联网思维和技术，PITS强调交通管理和出行服务并重，并尤为重视用户体验，突出以用户为中心，真正解决用户的“痛点”。以公众出行移动智能终端APP为例，产品功能与用户体验要求如下。

1) 易用性。公众自驾出行时，最关心的基本问题按照需求层级可以分为以下几个方面：便捷，出行线路的选择，如何用最方便快捷的方式到达目的地；实时，提供实时出行信息，如交通状况信息、交通事件信息、主动安全预警信息、气象信息、停车信息等；精准，所提供的诱导信息精准，驾驶人能有效避开拥堵路段，节约出行时间，降低出行成本；定位迅速，对用户的此刻位置定位迅即准确，并能够迅速规划出行方案。

2) 有用性。除了向自驾出行用户推送精准的交通信息、导航信息这些基本服务功能外，更重要的是能够提供主动安全预警服务等，减少发生交通事故或降低交通违章的几率。这类信息包括疲劳驾驶预警、前方避撞预警、偏离车道预警、变道预警、事故多发路段警示、特殊路段行车警示、恶劣气象预警、限速提示等。这些预警信息应通过语音方式进行播报，以警示驾驶人提高注意力、谨慎驾驶。此外，车队出行过程中，领队车辆可以共享行驶路线信息、实时路况信息，以避免后续车辆走错路线并实时掌握前方交通状况。

3) 趣味性。长途驾驶过程比较枯燥、单调、乏味，驾驶过程中可以根据用户喜好推荐音乐等娱乐信息，以疏解驾驶人的紧张、疲劳状态。另外，用户可以把自驾过程中的美景、趣事(图片、视频)、攻略分享给亲朋好友。

3.3 开放共享平台

“全息交通管理与服务平台”通过开放已封装易识别的数据接口(API)与硬件接口，允许接入第三方开发商为用户提供丰富多彩的特色交通应用服务。

“全息交通管理与服务平台”运营商负责审核第三方交通应用服务，通过搭建一个共筹共建的平台，多方共同开发产品，优势互补，更加广泛地覆盖全社会需求。

3.4 三全交通管控

全息交通指挥与控制总体思想可概括为“全样本感知、全时空管控、全过程监控”，简称“三全管控”[12]。PITS有望实现人-车-路-环境协调，从而缓解交通拥堵，降低交通事故，节约能源消耗，减少交通污染。

传统ITS感知的数据是有限的，例如各大城市实时路况基本是根据出租车GPS数据来分析判断，而出租车数量在整个城市机动车保有量中的比例是很低的。在大数据时代，PITS将利用所有数据，而不再依赖于随机采样数据。与局限在小数据范围相比，使用全样本数据可以对交通管理拥有更好的洞察力。数据来源既包括系统内部的感知数据，也包括从其他相关系统接入或集成的数据，从而构建涵盖宏观、中观、微观3个层次的全景交通信息环境，“镜像化”虚拟再现真实的交通物理世界。

交通出行涉及时间和空间2个维度。传统ITS通过交通信号控制对路网上已经发生的交通流量进行时间分离，通过交通诱导对路网上即将发生的交通流量进行空间分布调整。由于信息的不对称性，交通指挥控制中心无法准确掌握出行需求并高精度预测未来短时交通运行状况，出行者也无法得到最有效的路况信息、停车信息，从而使得当前的交通管理与控制策略的实施大打折扣，城市交通拥堵很难得到有效缓解。PITS通过全样本感知，尽可能消除出行者与管理者之间的信息不对称性，交通指挥控制中心通过全面分析公众出行需求，包括出发地、目的地、出行方式、出行时间，基于动态交通分配(DTA)技术为出行者规划最佳出行方案，同时辅以经济杠杆措施，使得路网通行能力得到全面释放，保证路网流量在时间和空间2个维度达到均衡。

全过程监控指对每辆汽车的运行进行全程控制，包括进路控制、运行控制、出路控制、安全控制。进路控制指对车辆出发时间、规划路线、是否允许上路进行控制，如果不按规定路线行驶或在不具备路权的情况下强行上路，将对其采取高额拥挤收费或车辆保险费不予优惠等措施。运行控制指对车辆运行速度、与前后车间距、行驶车道进行控制，减少车辆频繁加、减速以及随意变换车道、加塞、占用紧急通道等；在发生突发事件或异常情况下，为车辆重新规划行驶路线，使得路网交通流总体上平稳、有序。出路控制指在即将达到目的地时，通过速度控制、车道控制等手段，减少分流点对主线交通流的影响。安全控制指基于V2V、V2I、V2P、V2C等，显著提高安全辅助驾驶水平，尽可能避免交通事故的发生[13]。

综上所述，PITS采取了更加主动、更加积极的主动交通管控(Active Transportation and Demand Management，ATDM)措施，通过对人的出行行为和车的运行行为进行有效控制，引领道路交通由“无序化”向“规则化”飞跃。

3.5 公私合作模式

从当前国内外发展趋势看，公私合作将成为PITS发展的主要模式。公私合作模式指政府通过特许经营、购买服务、股权合作等方式，与社会资本建立利益共享、风险分担及长期合作关系，从而达到增强公共产品和服务供给能力，提高供给效率的效果，最终实现“多赢”。公私合作模式中的“公”指政府部门，“私”指企业(包括国有企业、民营企业、外资企业及社会团体/联盟等)。从目前来看，PITS建设运营模式逐步从政府指导的单一模式向社会共同参与、联合建设运营的多元化模式转变。

4 PITS应用场景

本文列举如下2个PITS的典型应用场景，以展望其未来对传统交通出行模式的颠覆。

4.1 自驾出行

在PITS时代，一种自驾出行模式构想如下：

1) 用户出门，启动私家轿车，利用车载智能终端或移动智能终端输入目的地；

2) 全息交通管理与服务平台通过大数据技术分析用户的出行目的(通勤、购物、访友、购物、看病、旅游等)、可能停驻点等，并基于全路网实时交通状况和预测交通状况，为用户规划最优出行路线，并为其预订目的地附近的停车位；

3) 全息交通管理服务平台通过语音交互方式为用户提供在途交通信息服务，如主动安全预警信息、违章预警信息、交通信号信息、交通事件信息、交通管制信息、加油站(充电站)信息、动态路径规划信息等，保障用户良好的出行体验；

4) 用户达到目的地，进入指定的预留停车位泊车；

5) 用户通过移动智能终端完成停车电子支付，离开停车场返程。

4.2 多模式出行

在PITS时代，一种多模式出行方式构想如下：

1) 用户利用移动智能终端输入长途旅行信息，包括出行人员数量、预计出行时间、要求达到时间、出发地点、目的地；

2) 全息交通管理与服务平台根据需求，为用户规划最佳长途出行方案，并将方案发送给用户；用户接受出行方案，并完成电子支付(一站式出行的所有费用，包括车费、机票费、住宿费等)；

3) 网络专车在指定时间、指定地点接用户前往机场；

4) 全息交通管理与服务平台为用户提前办理网上乘机手续，并发信息给用户，用户乘机从A地前往B地；

5) 用户下飞机，拟去火车站前往C地，因遭突发暴雨袭击，火车线路中断，全息交通管理与服务平台提醒用户突发事件信息，并通知用户已为其办理退票手续，可在机场1楼大厅某号门乘XXX车牌顺风车(联系电话：1XXXXXXXXXX)前往C地；

6) 用户乘顺风车达到C地，入住XX宾馆；

7) 全息交通管理与服务平台将全程出行费用最终清单(网络专车费、机票费、火车票退票费、顺风车费、宾馆住宿费、保险费、服务费)以及用户此次出行的积分奖励信息发给用户，并对相关费用进行多退少补。

5 结束语

本文结合新一代信息技术发展趋势，创新性地提出了交通领域开放互联环境下诞生的新产物—PITS，并构建了其逻辑框架、物理框架和通信架构。PITS将随着技术和社会环境的发展逐步演进，且未来将对传统交通管理模式和交通出行模式产生巨大的颠覆作用。PITS产业发展前景极为广阔，需要交通、汽车、IT三大行业协同创新。

[1]王少飞，刘良伟，谯 志，等.全息交通顶层设计[J].中国交通信息化，2016(S1)：10-14.

[2]王少飞.智能运输系统(ITS)与中国公路交通运输的可持续发展[J].智能交通，2010(11)：91-94.

[3]王少飞，张继先，谯 志.重庆都市区智能交通管理系统发展思考[C]//山区交通技术研究与工程应用.北京：人民交通出版社，2015：44-52.

[4]张继先，宋 鸿，王少飞，等.重庆都市区新一代智能交通管理系统架构研究[J].公路交通技术，2015(4)：156-161.

[5]王少飞，张卫兵，张继先，等.新一代城市交通流诱导系统框架研究[J].公路交通技术，2015(6)：90-95.

[6]王少飞，杨 翠.论智慧交通[J].中国交通信息化，2015(6)：18-23.

[7]赵祥模，惠 飞，史 昕，等.泛在交通信息服务系统的概念、架构与关键技术[J].交通运输工程学报，2014，14(4)：105-115.

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[9]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员. 合作式智能运输系统专用短程通信第1部分：总体技术要求：GB/T 31024.1—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.

[10]杜轶群.移动交通管理集成技术与方法研究[D].西安：长安大学，2015.

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[12]重庆云途交通科技有限公司.全息交通顶层设计报告[R].重庆：重庆云途交通科技有限公司，2016.

[13]王小军，王少飞，涂 耘.智慧高速公路总体设计[J].公路，2016(4)：137-142.

Development Prospect of Holographic Transportation System

WANG Shaofei,QIAO Zhi,LI Min,CHEN Xinhai

With the rapid development of information technology,the traditional intelligent transportation system is facing remodeling and reengineering. This paper presents the novel product - holographic traffic system which is born in the mobile Internet environment,and establishes its logical frame,physical frame and communication structure. Holographic traffic system can be divided into three stages:mobile travel service,intelligent vehicle road coordination and automatic (unmanned) driving. The features include interconnection of traffic elements,user-oriented,open sharing platform,traffic control and public-private cooperation mode. This system is brand new interpretation of a new generation of IT on the traditional intelligent transportation system which can overthrow the traditional mode of traffic management and traffic mode in the future. In addition to this,it is expected to impel transboundary integration of traffic system and ecological restructuring through technological innovation,business model innovation and system innovation.

holographic traffic system; mobile Internet; vehicle road coordination; traffic information service

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.026

重庆市“151”科技重大专项项目(cstc2013jcsf-zdzxqqX0003)；中国工程院重大咨询项目(2014-ZD-01-05)

2016-06-15

王少飞(1983-)，男，陕西省富平县人，硕士，高工。

1009-6477(2016)06-0121-06

U491.2

A