智慧交通在可持续性城市中的表现文献综述

丁波 郁舒兰

摘要：近年来，得益于物联传感等技术的发展，交通领域迎来了可喜的变化。从基础设施到出行工具，出现了诸多依托智能化产品实现交通系统智慧化的课题，为当今的突出性交通问题，如能源、运输及出行等提供了有效的解决方案。纵观一系列的应用与研究，对于实现城市的可持续性发展，智慧交通展现出了异常出色的可塑造性和可适应性。因此，文章围绕这一系列解决方案，以文献综述的形式探讨智慧交通在城市可持续发展中的表现。研究发现，围绕社会、环境、经济三大作用因素，智慧交通能有效助力整个城市交通的可持续发展。根据综述内容，文章进一步验证具有可持续属性的智慧交通逐渐向用户中心原则靠拢，这与可持续设计理念不谋而合。在这一基礎上，智慧交通及其衍生产业有望在未来城市发展中辐射至更广阔的领域，最终形成良性循环。

关键词：可持续设计；智慧交通；用户需求；新能源；服务型商业

中图分类号： U495 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2023）13-0-05

0 引言

交通及其衍生服务与国民经济、社会生活息息相关，现代社会，现代化的交通体系建设得到了国家政策上的高度重视。中共中央、国务院印发的《交通强国建设纲要》中指出，统筹推进交通强国建设，建设现代化经济体系的先行领域，是全面建成社会主义现代化强国的重要支撑，是立足国情、着眼全局、面向未来的重大战略决策。构建现代综合交通运输体系，把握引领经济发展新常态，推进供给侧结构性改革，推动国家重大战略实施，是支撑全面建成小康社会的客观要求，与“一带一路”倡议、京津冀协同发展、长江经济带发展等规划相衔接。在一系列方针下，以建设现代化交通强国为目标，围绕智慧交通理念的系列研究及相关应用逐渐涌现。作为“新基建”的核心范畴之一，智慧交通建设拥有广阔的前景，同时将会是打造数字经济优势的新引擎、城市建设的新方向。除了宏观上的支持，在领域应用方面，尤其是智能化产品的应用，万物互联等新兴技术的出现使更高效化、人性化的管理方式成为可能。现阶段，各行各业都已涌现出不少依托如物联网等新兴信息技术来提升整体系统可持续运行能力的成功案例。交通作为连接各行的纽带，势必取得喜人的发展成果。

但现实情况是，交通经济虽然具有一定规模，但依旧呈粗放式增长的状态。交通利用率、能源及碳排放等方面的问题依旧是困扰已久的通病。国际能源署（IEA）于2022年3月9日发布的《全球能源评估：2021年二氧化碳排放》报告显示，2021年全球温室气体排放量达到了408亿吨二氧化碳当量，能源相关的二氧化碳排放量达到了363亿吨，双双创下历史新高。随着全球范围内城市化进程的加快以及城市间流动能力的恢复，缺口也将进一步增大。《中华人民共和国2021年国民经济和社会发展统计公报》显示，2021年末全国民用汽车保有量达到了30 151万辆，比2020年末增加2064万辆。居民汽车保有量及其相应交通业务需求量的持续增长，也将使城市交通及环境的承载能力面临更严峻的挑战。

在这样的背景下，交通的可持续性研究是未来城市发展工作重点和难点。为此，相关政策文件先后出台，《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》，进一步明确了我国落实“双碳”目标的行动纲领，以促进经济社会生活的可持续转型。联合国更是将建立“包容、安全、有韧性的可持续城市”作为世界2030年可持续发展的重要议题之一。作为城市发展的重要一环，利用新兴信息技术能力，提升可持续发展能力，将是交通发展无法回避的课题。

1 智慧交通分析理论框架

城市交通及其衍生产业，如物流、基础设施等，正在实现智慧化的转变。所谓智慧交通，即在智能交通的基础上，充分运用物联网、云计算、互联网、人工智能、自动控制、移动互联网等技术，通过高新技术汇集交通信息，对交通管理、交通运输、公众出行等交通细分领域以及交通建设管理全过程进行全方位的管控，使交通系统在特定区域甚至更大的时空范围具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，从而充分保障交通安全、发挥交通基础设施效能、提升交通系统运行效率和管理水平，提供通畅的公众出行及可持续的经济发展服务。而可持续性，指的是人与物在特定环境的存续状态，一方面能够提升人的生活质量，另一方面能实现社会环境、自然环境的和谐相处。显而易见，在智慧交通体系中，实现可持续性并非智能化的叠加。相反，二者是相容的状态，即实现交通体系及其衍生服务、产业向智慧化的跨越，可持续性是必不可少的衡量因子之一。构建智慧可持续性城市交通体系，从可持续性设计原则来看，大致可归纳出三个基本要素：经济可持续性、社会可持续性、环境可持续性。交通领域相关学者将这三者称为可持续发展的三重底线基础［1］。纵观现有应用或研究，大多可以从以上三个分类中找到契合之处。

2 智慧交通分析方法论

文章采取文献综述的方法，分析智慧交通在城市可持续性发展中的表现。在论文初筛过程中，笔者在WEB OF SCIENCE中进行了外文文献搜索，以智慧交通和可持续性作为大检索主题，排除近三年外已不具时代参考性的搜索结果，总共搜索到184篇研究论文。在论文细分阶段，笔者又以商业模式或成本；用户需求或体验；新能源三组字眼分别作为附加关键词进行进一步搜索，以深入搜寻在社会、经济、环境方面有更深入分析的文献，通过排除近三年以外，最后三个维度分别显示为129篇、40篇、52篇。从研究趋势来看，近几年，可持续智慧交通研究文献充裕，且结合时事分析，具备进行文献综述的价值。基于此，本文从社会可持续性表现、环境可持续性表现、经济可持续性表现方面进行下一步的探究。

3 智慧交通综述内容分析

3.1 社会可持续性表现

3.1.1 组织型用户

对于组织型用户而言，确保城市安全、流动，给予一般市民用户良好的出行体验是研究关键。帕洛玛-卡塞雷斯提出，用于定义城市环境的关键因素之一是流动性，而不利于城市保持流动性的重要因素为信息不对称。基于此，他展示了一种数据集成架构平台，通过移动应用程序或网络提供城市交通实时可视化信息结果［2］。拉蒙-桑切斯-伊波拉等人则尝试将个人车辆完全集成到城市环境中，他们展示了物联网通信技术提供车辆连接并实现移动城市感知的可能性［3］。在这一背景下，更多人性化的解决方案将成为现实，如帕维尔-库比切克等人提出，通过提高停车的周转率来增加居民和游客的停车位数量，能有效防止未经授权的车辆长期停车占用公共资源。这使停车区的经济收益率从原来的30%大幅提高到90%，违反停车规则的概率降低到10%［4］，进一步提高了城市流动率，为短期出行者争取了更多公共资源。

通过将车辆等交通单元信息集成入网，预测模型在交通组织中被认为具有极大发展空间。研究表明，在城市交通网络中使用模型预测控制器可以减少交通流运行中的误差。根据车辆队列的长度和进出车辆的数量来控制交通信号，能减少交叉口各段的交通量，优化道路网的流量［5］。而城市与城市之间的交通网络，通过一种记忆模型（Sp-LSTM），基于空间时态客运量、车站始发地—目的地（OD）矩阵和轨道交通网络运行数据等历史数据，能有效预测城市火车站的短期出站客运量［6］。也有学者指出预测模型在交通规划和运营中虽具有重要意义，但特殊活动几乎没有周期性的趋势，难以相同的逻辑进行数据处理。对此，其将社交媒体数据纳入客流预测中，最终被证实表现良好［7］。

3.1.2 一般用户

虽然政府等组织者不断呼吁低碳化用户行为，并付诸努力，但现实情况表明，由于消费的遏制，一般用户在低碳转型和创新中可能发挥着潜在的消极作用，普罗大众并不总是积极参与，甚至持排斥态度［8］。为缓解这一矛盾，借助智慧交通，不少研究正朝着共赢的方向努力。在一则交通需求用户评估中，激励性反馈被证实是用户选择低碳出行的一大诱因［9］。有学者提议借助应用程序量化个人碳排放与经济成本的数据，同时提供更经济高效的规划服务，以促成低碳化的用户行为［10］。贾瓦迪纳斯尔等人还指出通过构筑用户的感知有用性和感知可靠性能有效提高新型低碳交通方式的大众接受程度［11］。

需求响应式交通被认为是近年来有较大吸引力的研究领域之一，具有大规模潜在应用的可能。如基于乘客习惯、机器学习技术和区块链框架集成能有效预测出租车接送需求信息。根据每辆出租车的位置和每个区域的可能需求，提取出最佳的出租车与区域匹配，有效优化接客数量、客户等待时间和出租车服务的空置行驶距离三大指标［12］。当然，在提及乘客、司机需求时，研究往往將关注点放在上车需求上，忽略了用户的下车行为，这一块的数据也是值得参考的部分［13］。同样的预测还被运用于运输服务上，如包裹递送。有学者设计了一种定位标签，用于跟踪和监控包裹，除了允许在每个环节持续收集包裹的状态，还能有效管理产品流程，以及预测产品故障或服务中断［14］。据统计，全球范围内约65%的传感器用于监测水果和蔬菜等农产品供应，在确保食品安全、供应链透明的同时，减少了近7%的碳排放总量［15］。除了传统的运输方式，布奇亚罗尼等人提出利用自动化交通工具来解决运输最后一公里的问题。狭窄的街道不容易被传统交通服务所触及，而这一举措无疑能在用户体验和可持续性的社会影响方面发挥积极作用［16］。博尔盖蒂提出借助无人机来实现这一目标。其研究表明，无人机可以成功用于交付小型和轻型包裹，减少对环境和社会的影响，并保障运输供应商的利润［17］。

3.2 环境可持续性表现

交通电气化作为近年来普遍的可持续能源替代方式，与基于可再生资源的基础设施相结合，构成了一套可持续生态能源体系。德奥卡等人提出一种基于分散协议的智能充电服务，用于充电设施的时间表安排或预约［18］。埃贾兹等人提出一种基于车联网的电动汽车充电调度方案，在最大限度减少用户行驶距离的同时，为最佳的充电桩网络配置提供了参考［19］。赵祖烨提出一种能同时提供充电和电网服务的智能控制器，以控制最佳的充电时间［20］，或者通过智能充电策略将充电需求转移到非高峰时间［21］。沙赫里亚尔等人则认为研究人员应专注于使用历史充电数据来预测行为，例如离开时间和能源需求。但是，天气、交通和附近事件等变量在很大程度上被忽视了。由此，他们提出应将需求预测与变量预测数据相结合，确保某些不利变量在充电行为中同样受到关注［22］。彭迪尔等人设计了一种基于云平台的充电设施，用于远程移动监控和故障诊断［23］。从调配至运维，系列研究构筑了完整的智慧化交通基础设施运作体系。研究显示，基于智能化的充电服务与车网互联技术降低了约42%的能源环境成本［24］。

3.3 经济可持续性表现

3.3.1 可持续性商业模式

希腊的一份研究报告显示，供应商是新能源及其基础设施投资的主力［25］，由供应商构成的集成商业联盟可以被广泛运用在智慧交通经济体系中，并通过提供部件、解决方案、服务等获取利益。当然，金正勋等也在研究中指出，比起销售产品，建立行业标准可能可以主导更大的盈利空间［26］，如同特斯拉提出的采取电能盈利模式，而非汽车盈利，使产品价值实现由可选性向必要性的飞跃。

3.3.2 可持续性经济成本

可持续性经济成本问题一直为政府、企业甚至是民众所担忧，研究证明，相当一部分的政治与经济措施干预收效甚微［27］。有学者提议将公共交通与共享经济捆绑在一起，能够达成更高的支付意愿（WTP）值［28］，或者在公共交通环境中使用开放式创新平台，吸引民众共享资产和协作创造更多价值［29］。一方面，在经过更多相关产品服务系统补足的情况下，可以有效解决新能源因成本过高而导致的民众付费、政府投资意愿不足的问题；另一方面，使共享平台成为私人交通的有吸引力的替代方案，对改良交通结构、促进新能源的渗透具有更好的成本回报作用。

4 结论

4.1 社会可持续性

智慧交通是在保证用户需求的基础上，寻求一种两全其美的解决方案。在交通建设时，关注的重点不仅在于道路本身，还逐渐转移到用户身上。围绕用户的各种需求，搭建更高效的社会交通组织结构，以达到可持续发展的最终目的。这一系列解决方案的用户涉及范围非常广，既包括司机、乘客等拥有一般出行需求的具象用户，又包括政府部门、物流公司等一系列与交通经济挂钩的利益相关者。智慧交通既将参与社会交通的个体视为用户，又将管理、利用交通进行社会活动的组织视为大型的用户集群，在满足社会运作需求的同时，也满足更具象的社会用户需求，以促进大众提高对可持续行为的参与度与支持度。具体体现为对用户而言更便捷的出行组织方式、更精细的基础设施管理，以及可视化的交互界面等。用户借由智慧系统获得持续性输出体验的同时，在一定程度上缓解了交通环境的压力。从智慧交通的视角来看，可持续问题与用户痛点存在诸多共性，智慧交通也证明能解决好此系列问题，推动城市实现长远发展。

4.2 环境可持续性

在全球性能源危机与温室气体的困扰下，出现了越来越多的替代性清洁能源。以减少碳排放为标准，可替代能源作为可持续性发展中最直接的改良方案，其影响深远，也是目前普遍采取的解决方案。但从现实情况来看，传统能源仍将长期处于绝对的支配地位。近几年的能源消费结构变化显示，清洁能源所占比重虽然逐步上升，但增速缓慢且代价昂贵。加快清洁能源的推广使用，性价比更高的技术研发及相关基础设施建设势在必行。值得一提的是，有些方案虽未能直接探讨能源的替代性技术，但或多或少能为提升用户体验、引导用户积极使用新能源作出贡献，因此也能被罗列进这个范围内。如前所述，经济、社会、环境三者并不是孤立存在的，智慧交通的可持续发展属性涉及城市发展的各个方面。

4.3 经济可持续性

经济的可持续性主要表现在智慧交通商业成本的控制及模式的创新方面，即通过鼓励构建一种新型的利益网络，实现经济效益的提升，创造可持续性价值。这一体系正在向服务型转变，同时集成商企业—政府—市民模型似乎是最适合消费者和社会的商业模式。

在政府看来，严格筛选具备相应技术水平的集成商，能在进一步保证效益的同时，确保各项可持续指标的实现。

对于集中商企业而言，其企业定位往往集中在服务上。集成商作为同时掌握行业先进知识和供应商平台的解决方案提供者，整合工程服务、解决方案服务为一体，在整个价值提升的过程中起到至关重要的桥梁作用。在这一运作模式下，集成商品牌往往需要为产品提供全生命周期的服务并持续跟踪改进其性能，凭借性价比优势以确保其品牌始终具备竞争力，这在一定意义上确保其整个系统具备可持续能力。另外，对于集成商来说，其价值的增量体现一般在于增值服务、创收价值、品牌影响等方面，而这一系列的价值增量也都迫使其产品需要具备更强的可持续发展能力，最终表现为社会、环境层的进步。

总而言之，政府在完善社会福利、提高行政管理能力的驱动下，集成商在竞争环境的导向下，各自都能创造更高的单位时间价值，进而使环境、用户受益。

5 结语

城市的长足发展需要具备可持续性能力。文献综述表明，具有可持续属性的智慧交通在城市发展中表现突出。

从社会层来看，可持续问题与用户痛点之间存在共性。更人性化的智慧交通解决方案的出现，无疑能进一步加强用户对可持续行动的支持，并促成自发性用户行为。当然，在这一过程中，也暴露出了一些问题。一些研究显示，晦涩难懂的技术说明或操作方式与用户喜闻乐见的形式仍有些距离。另外，所研究的目标用户多基于一般属性，事实证明需求的采集也多源于这一类。而对于特殊需求的人群现有研究则关注较少，学习技能或生理机能有所欠缺的人群往往被排除在外。为了解决这个问题，增强包容性设计可能是未来研究的方向。

在环境层，新能源是热门讨论话题。然而，减少传统能源的污染也不应当被忽视。尽管新能源发展迅速，但不可否认的是，传统能源仍为主要使用能源。这一主题的研究依然值得投入。当然，这并不意味着不鼓励新能源的发展。全球能源危机和温室气体排放等问题仍然严峻，替代性清洁能源依旧是未来的努力方向。同样，新能源相关基础设施的研究开发也应被考虑在内，例如新能源的储存和供应方式。同时，不可否认的是，即便是清洁能源仍然会造成污染，有时影响可能更严重，目前还没有有效的方法来处理新能源及其设施所造成的污染。除此以外，新能源的利用可能会带来新的潜在风险。

从经济层来看，具有可持续属性的智慧交通是未来城市经济发展中的佼佼者，智慧交通拥有涵盖城市发展多个关键领域的潜力，未来的研究可以考虑将范围扩大到如电商、旅游、文化等更多的利益相关行业，形成多业态的经济模式，通过与其他行业的科学融合，减少行业与行业间周转时不必要的成本。在这一发展形势下，建立供应商统一的商业化平台，以及协调利益相关者，多方共同促进城市可持续发展，是未来的研究方向。

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作者简介：丁波（1998—），男，江苏无锡人，硕士，助理工程师，系本文通讯作者，研究方向：产品设计与信息交互、智慧交通。

郁舒兰（1969—），女，江苏南京人，博士，教授，研究方向：智能家居产品与服务设计、数字技术与数字展示艺术、产品形态语意、用户体验。