城市智能交通發(fā)展現(xiàn)狀和展望

史宇倩 溫永杰 屈 凱

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津300074）

改革開放以來，尤其是近二十幾年間，我國城鎮(zhèn)化建設(shè)取得了舉世矚目的成就，大規(guī)模交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也趨于飽和，但是以智能交通系統(tǒng)為主的軟件設(shè)施建設(shè)還相對滯后，大大制約了交通基礎(chǔ)設(shè)施效能的發(fā)揮。進入新時期，交通行業(yè)需要進行轉(zhuǎn)型和升級，從傳統(tǒng)能力為主建設(shè)向效能提升為主轉(zhuǎn)變。目前，以“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的智能交通建設(shè)如火如荼，方興未艾。道路交通領(lǐng)域的新技術(shù)、新理念、新模式層出不窮，給道路交通規(guī)劃、設(shè)計、管理都提出了新挑戰(zhàn)，因此，提前開展“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下道路交通新理論、新技術(shù)、新模式、新標準研究非常迫切，任重道遠。

1 城市智能交通系統(tǒng)

城市智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System，簡稱ITS）是我國未來城市交通管理智慧化、智能化、集約化、高效化發(fā)展的主要途徑。智能交通系統(tǒng)是將先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計算機處理技術(shù)等有效地集成運用于整個交通運輸系統(tǒng)，從而建立起一種在大范圍、全方位發(fā)揮作用的實時、準確、高效的綜合運輸管理系統(tǒng)[1]。

我國ITS 起源可追溯到20 世紀70 年代至80 年代的城市交通信號控制系統(tǒng)的研究，其在20 世紀90 年代中后期得到迅速發(fā)展[1]?！笆濉逼陂g，智能交通在關(guān)鍵技術(shù)上取得了一些突破，并建立起交通管理系統(tǒng)、電子收費系統(tǒng)等一些應(yīng)用示范項目。從“十五”到“十二五”期間，國家投入在智能交通系統(tǒng)(ITS)的資金逐年加大，智能交通科技項目的實施，也對我國ITS 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起到了積極推動作用。但是，我國智能交通的技術(shù)和應(yīng)用規(guī)模與發(fā)達國家尚有比較大的差距，同時，我國的城市智能交通管理設(shè)施還比較傳統(tǒng)，主要面向道路交通管理和出行誘導(dǎo)服務(wù)等方面,包括交通信號控制系統(tǒng)、交通信息采集系統(tǒng)、治安/監(jiān)控系統(tǒng)、闖紅燈自動記錄系統(tǒng)、治安卡口系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、智能公交系統(tǒng)、智慧停車系統(tǒng)等（見圖1），而且，各子系統(tǒng)相互獨立，并未統(tǒng)籌融合，例如，交通信號控制系統(tǒng)與智能公交系統(tǒng)通常是兩個獨立的子系統(tǒng)[2]。

圖1 我國傳統(tǒng)城市智能交通系統(tǒng)

2 城市智能交通領(lǐng)域新技術(shù)、新模式

伴隨著5G 通訊網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)的快速發(fā)展，以及硬件感知設(shè)備成本的進一步下降，城市交通向智能化、網(wǎng)聯(lián)化的趨勢更加明顯，不遠的未來，交通領(lǐng)域里的新技術(shù)和新模式會給人們的出行帶來革命性的變革。

2.1 無人駕駛

無人駕駛技術(shù)是基于人工智能、計算機技術(shù)、視覺導(dǎo)航、自動控制、機械電子等技術(shù)，來完成車輛自動駕駛與控制[3]。汽車通過安裝在其上的各種傳感器實現(xiàn)與周圍環(huán)境的信息交互，并配備高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過車載電腦控制汽車完成啟停、轉(zhuǎn)向、加減速等一系列運動，并通過各類交通場景算法，完成行車路線規(guī)劃。自動駕駛及車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，車頭時距顯著減小，最大限度減少了對道路空間的占用，同時，無人駕駛汽車可編隊行駛，在為小汽車保留私密性、舒適性和門到門服務(wù)的同時，又兼?zhèn)淞斯步煌ǖ倪\行特征，大大提高了道路運輸能力和通行效率。

2.2 自適應(yīng)優(yōu)化控制交叉口

自適應(yīng)優(yōu)化控制指通過路口實時車輛監(jiān)測，利用系統(tǒng)優(yōu)化算法和放行機制，自動、實時地調(diào)整信號燈周期、綠信比和相位差3 個控制參數(shù)，從而調(diào)控交叉口車輛運行，最大發(fā)揮交叉口的通行效率。隨著車聯(lián)網(wǎng)和無人駕駛技術(shù)的普及，未來基于車聯(lián)網(wǎng)的全自動駕駛汽車，每輛車都可以實時地獲取其他車輛的位置和行駛信息，同時也獲得動態(tài)分配的行駛指令，固定配時的信號燈系統(tǒng)將被自適應(yīng)信號控制系統(tǒng)所取代，將避免出現(xiàn)沒有車輛和行人也要等紅燈的情況，大大提高了路口的通行效率。

2.3 公共交通領(lǐng)域的變革

未來，基于交通大數(shù)據(jù)和云計算等手段，需求響應(yīng)型公交系統(tǒng)將大行其道。根據(jù)乘車人在線提交的動態(tài)出行需求，智能公交車根據(jù)出行人數(shù)、出行類別和路線匹配，按最優(yōu)路徑，實時自動生成公交線路，依次將出行者送達目的地，實現(xiàn)“門到門”服務(wù)，有效縮短全出行鏈出行時間。同時，各條固定線路的公交車輛也可根據(jù)出行需求智能調(diào)度車輛，根據(jù)需求形成最合理的運力搭配，或基于對公交出行需求的感知、匯聚與迭代計算，自動匹配公交出行路線,實現(xiàn)全域公交車輛調(diào)度方案的實時優(yōu)化。

2.4 基于VRGIS 的交通仿真技術(shù)

基于虛擬現(xiàn)實（VR）和GIS 技術(shù)的交通仿真技術(shù)將為城市交通規(guī)劃方案優(yōu)化提供更準確、更直觀的技術(shù)手段。未來的交通仿真將在大數(shù)據(jù)云平臺上進行，基于交通大數(shù)據(jù)的實時采集，依托分布式海量大數(shù)據(jù)處理平臺能夠?qū)崿F(xiàn)交通大數(shù)據(jù)的高效率計算，從數(shù)據(jù)庫中提取實時數(shù)據(jù)讀入GIS 進行在線仿真測試，利用VR 技術(shù)實現(xiàn)交通仿真的三維可視化，從多視角、多畫面、動態(tài)、實時地描述城市交通的運行狀態(tài)，更真實模擬現(xiàn)實情況,為規(guī)劃和交通管理部門提供更好的決策支持。

2.5 MaaS 一站式服務(wù)

MaaS 一站式服務(wù)，是一種門對門之間不同交通模式高度整合的出行服務(wù)模式，是構(gòu)建基于物聯(lián)感應(yīng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù)的一體化智能交通云控平臺，將多種交通模式全部整合在統(tǒng)一平臺下，充分利用大數(shù)據(jù)決策，調(diào)配最優(yōu)資源，滿足出行者多層次、個性化、全鏈條出行需求。該種交通服務(wù)模式打破了各種交通方式之間的壁壘，實現(xiàn)了多種交通方式的順暢換乘和無縫銜接，讓人們的出行更便捷，更低碳環(huán)保。

2.6 實現(xiàn)交通管理的“防患于未然”

隨著交通流信息采集技術(shù)的進步，海量高精度實時交通流數(shù)據(jù)的獲取不再困難，運用云計算技術(shù)，挖掘交通大數(shù)據(jù)背后的含義，應(yīng)用先進數(shù)據(jù)分析方法，分析交通運行狀態(tài)并預(yù)測其演化趨勢，結(jié)合電子信息發(fā)布、動態(tài)限速控制等手段對可能誘發(fā)交通擁堵或交通事故的危險交通狀態(tài)進行干預(yù)，進而實現(xiàn)對交通流的主動干預(yù)和智能控制，達到減少擁堵和交通事故發(fā)生的目的，可真正實現(xiàn)交通管理的“防患于未然”。

3 智能交通對道路交通工程的影響

“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下道路交通學(xué)將發(fā)生深刻變革，駕駛?cè)藛T很大一部分將被機器人取代，駕駛?cè)藛T、汽車及道路的交通特性將發(fā)生很大的變化，交通流特征參數(shù)如速度差、交通流密度、停車視距、車頭時距、反應(yīng)時間等將發(fā)生改變。交通流模型中的跟馳模型和換道模型等也發(fā)生了變化，智能汽車在車輛控制、換道、插隊等時機選擇也給交通參數(shù)的標定帶來了新課題。

傳統(tǒng)的城市交通規(guī)劃方法存在一定的局限性。以前只能通過交通調(diào)查或者傳統(tǒng)交通分析方法去評估交通政策和規(guī)劃的實施效果，不但實時性差，結(jié)果也不準確[2]。應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)通過新型交通仿真系統(tǒng)檢驗交通政策和規(guī)劃的實施效果，并對政策和規(guī)劃的執(zhí)行效果做出有針對性的反饋意見，將反饋結(jié)果再次輸入到系統(tǒng)進行評估，如此往復(fù)滾動修正直至最終完善。屆時，傳統(tǒng)的四階段模型逐漸被大數(shù)據(jù)模型取代，數(shù)據(jù)、算法將成為交通規(guī)劃師的必備技能。

未來，城市道路也可能需要重新規(guī)劃設(shè)計，以形成支撐車路協(xié)同的智能交通基礎(chǔ)設(shè)施。道路沿線需建設(shè)能夠提供實時的、多層級、高精度定位服務(wù)的北斗地基增強系統(tǒng)。構(gòu)建路基固定傳感網(wǎng)絡(luò)，形成和空基、車基移動傳感網(wǎng)絡(luò)融合互校的一體化協(xié)同感知系統(tǒng)。建設(shè)動態(tài)高精度地圖系統(tǒng)，提供智能駕駛汽車能夠識別的地圖數(shù)據(jù)。

4 未來展望

未來新型智能交通系統(tǒng)應(yīng)突破以集成子系統(tǒng)為思路的傳統(tǒng)智能交通系統(tǒng)構(gòu)建方法，以數(shù)據(jù)流程整合為核心，以場景設(shè)計為目標，充分利用大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)，以全面感知、泛在互聯(lián)、普適計算、集成應(yīng)用為支撐，構(gòu)建全面感知、深度融合、瞬時響應(yīng)、智能決策的新型智能交通系統(tǒng)。

未來，以“無人駕駛”、“車路協(xié)同”為主要特征的交通領(lǐng)域必將發(fā)生一場新的革命，不僅對人類出行帶來巨大變革，也對傳統(tǒng)的交通基礎(chǔ)理論、交通規(guī)劃設(shè)計方法、建設(shè)及管理決策體系帶來重要影響，因此，提前開展“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下道路交通新理論、新技術(shù)、新模式、新標準研究，探索相應(yīng)的基礎(chǔ)理論、規(guī)劃設(shè)計、運營管理等方面的變革創(chuàng)新，具有很強的現(xiàn)實意義。