智能交通系统的现状与发展

苏莞茹

摘要： 智能交通系统是解决交通拥堵、环境污染这一问题的有效方法之一。给出智能交通系统的定义，分析国内外智能交通系统的起源和发展现状。智能交通系统体系框架包括用户服务、逻辑框架、物理框架，其明确了智能交通系统发展的目标和研究范围。目前智能交通系统应用在交通管理与规划、电子收费、出行者信息服务等八个方面，这也是未来发展和探索的方向。

Abstract： Intelligent transportation system is one of the effective methods to solve the problem of traffic congestion and environmental pollution. The definition of intelligent transportation system is given， and the origin and development status of intelligent transportation systems at home and abroad are analyzed. The ITS system framework includes user services， logical frameworks， and physical frameworks that clearly define the goals and scope of research for the development of ITS. At present， the intelligent transportation system is applied in eight aspects such as traffic management and planning， electronic charging， and traveler information service， which is also the direction for future development and exploration.

關键词： 智能交通系统；体系框架；信息服务

Key words： intelligent transportation system；system framework；information service

中图分类号：U491.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0225-02

0 引言

中国的城市化日益加大，2016 年底中国的城市化率水平为 57.4%，预计 2020 年达到 60%，城市化发展的同时，必然伴随着交通拥堵加剧，甚至引发灾难性的拥堵，因交通拥堵和管理问题，中国15座城市每天损失近10亿元财富。由此可见，智能交通系统的研究与发展势在必行。智能交通系统（或称智能运输系统，Intelligent transportation system，ITS），即在较完善的基础设施之上，将先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感技术和系统综合技术有效集成，并应用与地面运输系统，从而建立大范围内发挥作用的、实时、准确、高效的运输系统。从20世纪80年代智能交通系统的相关技术开始发展，进入21世纪已经逐渐形成规模，包含多个方面，主要研究范围如下：先进的出行信息服务系统；先进的交通管理系统；先进的公共交通系统；先进的车辆控制系统；商用车运营系统；电子收费系统；紧急事件管理与救援系统[1]。

1 智能交通系统的国内外发展现状

在国外， 20世纪60年代，电子路径导向系统是美国对智能交通系统最初的尝试。20世纪80年代，出现智能化车辆-道路系统是一次显著的进步[1]。1991年，美国成立了非盈利性质的社团组织——智能交通系统协会，其主旨在于推动政府和民间在智能交通系统的研究与发展。1994年美国首次将智能交通系统从车和道路延展到一切与交通工具和交通相关的组成。1995年美国正式确定ITS的七大领域，包括出行和交通管理、出行需求管理、公共交通运营管理、商用车辆运营、先进的车辆控制和安全系统、应急管理、电子收费[2]。1998年，日本建立了车辆信息通信系统，包含收集分析交通信息，并及时把路况和交通诱导发送出去的管理中心以及搭载可接收和实时显示交通信息显示器的车辆[3]。ERTICO是欧盟与道路交通通信技术企业界之间用于推动ITS在欧洲发展的一个联盟组织[4]。ERTICO建议在法国巴黎第一次召开ITS世界大会，并在其后的每年轮流在欧洲、美国、亚洲举行。在第十届ITS世界大会上，ERTICO最先提出eSafety的相关概念[5]。

我国交通量也呈持续快速增长阶段。我国的智能交通系统相较其他国家稍晚，20世纪70年代，城市交通信号控制试验研究是最早开始做的相关研究，20世纪90年代开始大力发展并取得快速进步，1995年，交通部ITS工程研究中心进行了“全球卫星定位系统与导驾系统”和“基于 GPS的路政车辆管理系统”等项目的研究。2001年，在“十一五”期间，制定了重大国家科技计划，依托这些计划项目，智能交通系统取得了极大的进步，比如以“一卡通”为依凭的不停车收费系统；集道路网与公交网信息的实时掌握，动态分析，趋势预测，主要通过路网实时监测、公交IC数据分析、出租车运营数据分析、交通拥堵评价等来进行；交通信息服务平台，通过电子监控检测、交叉路口和桥梁埋设感应线圈、公交车和出租车安装GPS采集相关信息，分析数据，再给出交通信息诱导等交通信息服务。

2 智能交通系统体系框架

智能交通系统作为一项新兴的技术应用领域，没有成形的发展模式，各国在发展过程中都只能一边摸索一边总结。智能交通系统体系框架的开发，明确研究开发的目标和范围，避免了无计划的开发研究和重复的研究，更有利于其发展。

系统体系框架是系统的基本结构，它规定了一个系统的各部分组成及组成之间的关系和环境，同时还规定了设计和完善系统的一系列原则。对于智能交通系统体系框架，它主要依据某个地理区域的用户需要，建立其具备一定功能、各功能域间进行信息交换和功能处理流程的体系，信息的交换、共享和协同处理遵循同样的规范，以此保证智能交通系统功能模块及允许模块间进行通信和协同。

完整的智能交通系统体系框架主要包括用户服务、逻辑框架、物理框架。

2.1 用户服务

用户服务是指在智能交通系统体系框架中，能够最终提供给用户的服务和提供服务的能力。服务主体是指服务的提供者如服务提供商，它与用户是服务与被服务的关系。

2.2 逻辑框架

逻辑框架是组织和描述复杂实体和相互关系的辅助工具，其重点是系统的功能性处理和信息流情况。逻辑框架通常以分层的数据流图、数据词典（或称数据流描述表）和处理说明等来描述。数据流图是其中表达明确使用最多的一种，数据流图有四种基本组成：数据流（以箭头表示）、处理（以圆圈表示）、数据存储（以平行线段表示）、终端（以方框表示）。用户是主体，用户需求的情况，将直接决定逻辑框架中的具体内容和重点。根据用户服务需求，确定的功能域包括交通管理和规划功能域、车辆安全辅助驾驶和自动公路功能域、运营管理功能域、电子收费功能域、综合运输功能域等。逻辑框架的确定情况，将直接决定物理框架中各子系统的信息交换细节。

2.3 物理框架

物理框架从功能上定义了系统的物理组成。根据物理实体所要实现的功能，将数据流转换为框架流。物理框架与交通和运输管理的体制有关，开发智能交通系统的物理框架將确定不同的交通运输管理组织之间期望的通信联系和相互作用。目前又两种顶层物理框架形式，形式一根据我国交通系统的部门划分和终端制定，其包括主持交通控制、交通执法与监督、等相关事宜的交通管理部门；主持路桥隧道电子收费、停车场管理、紧急事件管理等的交通部门；主持出行者信息、交通控制、交通规划等相关事宜的其他部门；以及终端，其包括气象部门、媒体、车辆、驾驶员、出行者等。形式一的特点是结构清晰，各部门分工明确。考虑到我国的交通行业发展现状，很多部门已经建立了自己的管理和信息服务系统，相应提出了顶层物理框架形式二。形式二是交通管理和运输管理的相关信息发送地理信息通信的平台，平台再将信息发送给各个部门及道路使用者、车辆、公共交通运营商、道路与交通设施等，它们利用所获信息后，再综合自身的信息后，又将综合信息反馈至地理信息通信平台，平台又将信息反馈给交通管理和运输管理，如此循环。

3 智能交通系统的应用与发展

目前，我国把智能交通系统的应用领域主要定在了：交通管理与规划、电子收费、出行者信息服务、车辆安全与辅助驾驶、紧急事件和安全、运营管理、综合运输和自动公路八个领域。①交通管理与规划：交通管理与规划提供交通管理和控制、紧急事件调度指挥、基础设施维护管理等服务。日本的UTMS21是当今世界最先进的智能交通系统，其核心在于车辆与控制中心之间交互式的双向通信，避免出现交通阻塞。②电子收费：电子收费系统，又称不停车收费系统，与传统收费不同的是，ETC所收是电子货币，并且收费过程可以不用停车。2007年年底北京所有高速公路实现电子收费，38个实现不停车收费。③出行者信息服务：建立广泛的便于使用的公共数据库，如地理信息数据库、交通运行数据库、公共交通运行数据库等，以这些信息为基础，通过有线或无线通信系统，为出行者提供各种信息服务。近年来，便携式智能移动设备更是大大推动了信息服务的发展。④车辆安全与辅助驾驶：主要是利用各种先进的车载设备增强车辆行驶的安全性。该应用领域包括视野扩展、车辆防撞、驾乘人员保护、车辆自动驾驶等。比如宝马公司出产的Connected Drive除了提供信息服务，还附加了停车辅助、限速信息、碰撞报警、尾部摄像机等，现在大多数知名品牌汽车也都具有相应功能。⑤紧急事件和安全：主要是利用现代科技手段及时发现紧急事件；加强紧急车辆的管理调度，缩短紧急车辆到达现场的时间；强化危险品运输管理；加强弱势群体的保护；开发智能勤务模式，提升交通管理和控制能力。⑥运营管理：主要是对交通规划的支持及对客、货运的监控管理。对长途客运车辆、特殊物品运输车辆假装GPS全球定位系统，由车辆公司或交管部门进行监控。⑦综合运输：主要指利用相关技术手段提供联运信息和联运服务。在建设完善公路主干线、铁路主骨架、水运主通道等的基础上，实现各种交通方式的互通，对现有的信息平台，加入其他的交通方式信息，并加以改造和完善。⑧自动公路：利用通信系统、监控系统、光纤系统等基础设施，对车辆实行自动检测，发布相关信息以及实施实时自动操作平台。AHS的本质就是使公路系统具有一定的智能，并依靠车辆的智能控制汽车的自动驾驶，将交通流调整至最佳状态，从而减少人为驾驶引起的交通事故。目前自动公路处于研发阶段，这将是未来前进的方向。

参考文献：

[1]徐吉谦，陈学武.交通工程总论[M].北京：人民交通出版社， 2008：298-306.

[2]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，2014，6（1）：6-19.

[3]王笑京.新一代智能交通系统的技术特点和发展建议[J]. 工程研究——跨学科视野中的工程，2014，6（1）：37-42.

[4]王国锋，宋鹏飞，张蕴灵.智能交通系统发展与展望[J].公路，2012，6：217-222.

[5]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.