智能交通系统综述_赵娜

第４１卷　第１１期２０１４年１１月计算机科学Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＳｃｉｅｎｃｅＶｏｌ．４１Ｎｏ．１１Ｎｏｖ　２０１４到稿日期：２０１３－０６－２５　返修日期：２０１３－０８－１６ 本文受国家自然科学基金重点课题（６１１３９００２），无锡市智能交通物联网工程技术研究中心，南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目（ＮＳ２０１０２３１）资助。

赵　娜（１９８８－），女，硕士生，主要研究领域为智能交通系统、物联网、信息安全，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｎ＠ｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ；袁家斌（１９６８－），男，博士，教授，博士生导师，主要研究领域为物联网、高性能计算、量子密码；徐　晗（１９９０－），女，硕士生，主要研究领域为智能交通系统、数据挖掘。

智能交通系统综述赵　娜　袁家斌　徐　晗（南京航空航天大学计算机科学与技术学院　南京２１００１６）　摘　要　交通堵塞、环境污染等交通问题本质上可以看作是人、车、路的矛盾，智能交通系统是解决这一矛盾的一种途径。

对目前国内外智能交通系统的研究与发展进行了全面的介绍和分析，重点总结了我国目前智能交通系统的发展情况。

在此基础上，分析我国交通现状，探讨我国智能交通系统发展所面临的问题与挑战。

最后，讨论符合我国国情的智能交通系统发展思路，提出在智能交通系统中引用物联网、云计算、数据挖掘等技术，鼓励政府、企业及高校共同参与来加强标准化工作。

通过建立产业联盟促进我国智能交通系统产业链整合，并将智能交通系统与物流业相结合来提高我国智能交通系统水平。

关键词　智能交通系统，发展现状，存在问题，发展思路中图法分类号　ＴＰ３９９ 文献标识码　Ａ ＤＯＩ　１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３７Ｘ．２０１４．１１．００２　Ｓｕｒｖｅｙ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ＳｙｓｔｅｍＺＨＡＯ　Ｎａ　ＹＵＡＮ　Ｊｉａ－ｂｉｎ　ＸＵ　Ｈａｎ（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００１６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｒａｆｆｉｃ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｇａｒｄｅｄ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ　ａ－ｍｏｎｇ　ｐｅｏｐｌｅ，ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｎｄ　ｒｏａｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＩＴＳ）ｉｓ　ｔｈｅ　ｏｎｌｙ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｉｓ　ｃｏｎｔｒａｄｉｃ－ｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＴＳ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｔｈｅＩＴＳ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｆａｃｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｏｕｒ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｃｉｒ－ｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ，ｗｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｈｅ　ＩＴＳ　ｂｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ，ｃｌｏｕｄ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｄａｔａ　ｍｉｎｉｎｇ，ｔｏ　ｓｔｒｅｎｇｈｔｅｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｅｎｃｏｕｒａｇｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔ，ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　ａｎｄ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ　ｔｏ　ｗｏｒｋ　ｔｏｇｅｔｈｅｒ．Ｔｈｅ　ｌｅｖ－ｅｌ　ｏｆ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ＩＴＳ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｌｌｉａｎｃｅ　ｔｏ　ｐｒｏｍｏｔｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｃｈａｉｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ＩＴＳ　ｗｉｔｈ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｐｐｒｏａｃｈ　１　引言交通是人类社会生产、生活以及经济发展的必要环节。

随着时代的发展和科技的进步，人们在对交通产生强烈依赖的同时也对交通提出了更多的需求。

现有的先进立体的交通体系（包括以公路、铁路和城市轨道交通为主的陆地交通，以地铁为主的地下交通，以江河海洋为主的水上交通和以航空航天为主的空中交通）为人们提供了快捷、舒适与安全的交通服务。

然而社会经济的发展、城市化进程的不断深入、快速增长的人口对交通需求的加深，直接导致机动车数量随之呈爆炸式增长，无论是在诸如欧美等发达国家和地区，还是在诸如中国等发展中国家，各国政府道路的建设速度永远赶不上机动车增长的速度，因此，交通堵塞、环境污染、交通事故频发等问题都随之而来。

交通堵塞直接导致人们出行时间增加，更会导致花费在工作上的时间延长而使整个社会生产力下降。

同时由于拥堵，车辆启动和停止次数增加，在路上耗能时间延长，因此能源消耗也会大幅上升，进而加剧环境污染（包括空气污染和噪声污染）。

比如现今逐渐被人们重视的ＰＭ２．５（细颗粒物，大气中粒径小于或等于２．５μｍ，即ＰＭ２．５的颗粒物），其来源分为自然源和人为源两种，造成其超标并危害人类正常生活的主要是人为源中的流动源，流动源主要是来自各类交通工具在运行中使用燃料时向大气排放的尾气。

中国民用航空局２００９年调查发现，我国１６６个机场有噪声问题，４０多个机场噪声污染严重，随着民航在国家运输体系中的比重显著上升，噪声问题也日益严重。

此外，车辆剧增导致交通事故频发，２０世纪全世界因交通事故而死亡的人数达２５８５万，这个数字远超过第一次世界大战死亡人数（约１５００万）。

实质上，现存的交通问题可以看作是人、车与路之间的矛盾，解决这一矛盾的办法有：１．控制交通需求，即控制车辆使用量的增加。

如今国内多地实行车牌限购和机动车尾号限行策略，是为了减少道路车辆使用的数量。

但从社会经济发展角度，这并非长远之计。

·７·２．增加道路基础设施。

但是由于已有的道路规划不合理、现存的修路空间少及政府财力有限等原因，这种办法也存在着各方面严重的制约。

３．加强交通的管理，即通过控制交通信号灯、加强交通法规建设、制定合理完善的交通规划等措施来加强交通管理。

但是每个措施都有各自的局限性：控制城市交通信号灯局限于控制红绿灯或一些可变标识来控制车流，无法更有效地缓解拥堵；加强交通法规建设的办法通常是强制性的；制定合理完善的交通规划需要进行大量前期调研，耗资大时间长，规划方案难以评价优劣，只能治标不能治本。

４．实施智能交通系统。

随着自动控制技术、信息技术和计算机等技术的进步而提出的智能交通系统是对传统交通系统的一次革命。

在现有路况条件下，智能交通系统把人、车、路综合起来考虑，利用高新科术手段，使个体交通行为更加合理，其可以提高交通管理部门的决策能力、减少驾驶人员的操作失误、提高交通运输系统的运行效率和服务水平、增强交通系统的安全可靠性、降低交通带来的环境污染等。

可见，智能交通系统是解决以上矛盾的必然选择。

智能交通系统（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＩＴＳ）［１］，指的是在较完善的基础设施（包括道路、港口、机场和通信）之上将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，从而建立起一种在大范围、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合运输和管理系统。

ＩＴＳ使得交通系统中三大主体“人、车、路”之间的相互作用关系以新的方式呈现。

ＩＴＳ的提出和大力发展能够提高道路使用效率，大幅降低汽车能耗，使交通堵塞减少、短途运输效率提高、现有道路的通行能力提高。

经过十几年的推广、试行和发展，ＩＴＳ目前已在经济发达国家和经济较为发达国家的一些都市及高速公路系统中实施。

实践证明，ＩＴＳ是解决目前经济发展所带来的交通问题的理想方案。

２　ＩＴＳ国内外发展状况ＩＴＳ起源于２０世纪６０年代，它的概念于ｌ９９０年由美国智能交通学会（ＩＴＳ　Ａｍｅｒｉｃａ，曾名ＩＶＨＳ　Ａｍｅｒｉｃａ）提出，并在世界各国大力推广。

２０世纪８０年代中期以来，ＩＴＳ得到了突破性进展，经过十几年的研究与应用，目前国际ＩＴＳ领域已经形成以美国的“智能车辆－公路系统”、欧洲的“尤里卡”联合研究开发计划和日本的“先进的动态交通信息系统”为代表的三强鼎力局面。

其他一些如韩国、澳大利亚等国家的ＩＴＳ研究和发展也已初具规模。

下面分别介绍这些国家的ＩＴＳ发展状况，并介绍我国ＩＴＳ的发展，分析目前我国发展ＩＴＳ所存在的问题。

２．１　国外ＩＴＳ发展状况２．１．１　美国从１９７６年至１９９７年的二十年间，美国每年车辆公里数平均上升７７％，而同期道路建设里程仅增长２％，在交通高峰期，５４％的车辆发生堵塞。

为了解决这一困境，美国从８０年代开始开展智能交通系统的研究与规划。

１９９０年，“ＩＶＨＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｖｅｈｉｃｌｅ－Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｓｙｓｔｅｍ）Ａｍｅｒｉｃａ”项目成立。

１９９１年美国国会通过“综合地面运输效率方案”。

１９９４年，“ＩＶＨＳ　Ａｍｅｒｉｃａ”正式更名为“ＩＴＳ　Ａｍｅｒｉｃａ”，即美国智能交通协会。

１９９５年美国交通正式出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了ＩＴＳ的７大领域。

１９９６年亚特兰大市交通局运用已有的智能运输系统的技术成果开发了Ｏｌｙｍｐｉｃ交通控制管理系统，为第２６届奥运会提供了有效服务。

２００１年美国运输部和ＩＴＳ　Ａｍｅｒｉｃａ联合编制了《美国国家智能交通系统１０年发展规划》［２］，明确了区域间作为一个整体系统发展建设的主题。

在已有的规划下，美国的ＩＴＳ建设不断完善，缓解了日益恶化的交通拥挤和无力继续扩展交通基础设施形成的突出矛盾。

目前，在美国ＩＴＳ的应用已覆盖了８０％以上的交通设施，ＩＴＳ体系结构较为完善，美国ＩＴＳ体系由７个子系统及各自的分系统构成，如图１所示。

图１　美国ＩＴＳ体系２．１．２　欧洲欧洲大部分国家都很小，因此欧洲ＩＴＳ的研究采取整个欧洲一体化的方针，经济合作与发展组织为了促进ＩＴＳ的发展并有效地协调整个欧洲的国际合作，将ＩＴＳ纳入了始于１９８６年的“尤里卡”联合研究与开发计划，旨在建立跨欧的智能化道路网。