車路協(xié)同
——交通信號控制系統(tǒng)未來發(fā)展方向

本刊記者/曹銀平

車路協(xié)同
——交通信號控制系統(tǒng)未來發(fā)展方向

本刊記者/曹銀平

陳鋒（1966-），江蘇睢寧人，副教授/博士。1986年、1994年分別獲得合肥工業(yè)大學計算機應用專業(yè)學士和碩士學位。2000年獲得中國科學技術大學信號與信息處理專業(yè)博士學位。2000年至今在中國科學技術大學自動化系任教。研究領域包括：交通大數(shù)據(jù)高效計算與融合、交通知識表示、人工平行交通系統(tǒng)、城市路網(wǎng)的多模式協(xié)同優(yōu)化控制等。主持了國家自然基金、中國科學院知識創(chuàng)新工程項目、省部級科技攻關等多個項目的研發(fā)工作，發(fā)表論文70余篇，其中，SCI或EI檢索30余篇。獲教育部和中科院科技進步二等獎各一項、省部級科技成果5項、國家發(fā)明專利4項和軟件著作權5項。

隨著城市化進程的加快，智能交通產業(yè)已進入快速發(fā)展期。我國智能交通產業(yè)歷經(jīng)二十多年發(fā)展已逐步從探索階段進入實際開發(fā)應用階段，但離真正實現(xiàn)交通智能化還有很長的路要走。城市智能交通系統(tǒng)包羅萬象，各子系統(tǒng)間交叉協(xié)作，形成了一個復雜巨系統(tǒng)，交通信號控制系統(tǒng)作為其基礎和核心平臺，將在現(xiàn)代城市交通建設中發(fā)揮重要作用。本期記者特別采訪了中國科學技術大學陳鋒博士，請他談談對城市交通信號管理系統(tǒng)的認識以及對我國智能交通產業(yè)未來發(fā)展趨勢的看法。

發(fā)展中的智能交通

《自動化博覽》：近年來我國智能交通產業(yè)的發(fā)展情況如何？與其他國家相比有哪些獨特之處？

陳鋒：我國智能交通的研究與發(fā)展起步于二十世紀九十年代末，歷經(jīng)二十多年發(fā)展已初具規(guī)模，有智能交通相關企業(yè)2000多家，主要為道路監(jiān)控、流量采集、高速公路收費、3S（GPS、GIS、RS）等廠商和系統(tǒng)集成商。該產業(yè)的發(fā)展大致可分為三個階段，初期的技術引進、中期吸收與改進、近期的自主創(chuàng)新與趕超。由于我國智能交通產業(yè)起步相對較晚，在發(fā)展初期主要以引進國外先進技術和標準為主，缺乏自主創(chuàng)新能力。本世紀以來，各級政府對智能交通的建設與研發(fā)日益重視，在快速發(fā)展的計算機、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、控制和人工智能等理論與技術的推動下，我國智能交通領域多項產品與技術相繼實現(xiàn)突破，并已得到成功應用。這推動了我國交通運輸行業(yè)轉型升級和智能交通產業(yè)的發(fā)展，逐步形成了智能交通科學創(chuàng)新體系。如今我國智能交通產業(yè)已經(jīng)具有較為完善的生態(tài)鏈，在平行交通管控、交通出行誘導、新能源汽車、視頻交通事件檢測等方面已擁有一系列國際領先或先進的技術與產品。在國內智能交通建設中，自主研發(fā)的視頻交通監(jiān)測、交通信號控制、高速公路收費、交通信息服務等系統(tǒng)已占據(jù)了主導地位。

作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國交通具有區(qū)域廣闊、地理環(huán)境差異大、交通流混合復雜等特點，再加上交通法規(guī)和標準不健全、基礎設施建設不完善、交通出行需求量大等問題，較西方發(fā)達國家存在一些差異，從國外引進的先進技術與產品難以滿足我國復雜的交通狀況，存在著“水土不服”現(xiàn)象。對此，我們展開產學研合作，通過對國外先進技術消化吸收、改進與提升，研發(fā)出了一批具有自主知識產權的技術與產品，拉近了與國外在智能交通領域的差距。

“車-車通信和車聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)成為智能交通的熱點研究領域，通過對路側系統(tǒng)、智能車和車聯(lián)網(wǎng)等交通物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的攻關，車路協(xié)同的交通安全控制將引入并應用于城市交通的管理與調控，從而改變現(xiàn)有的交通管控模式。”

《自動化博覽》：您如何看智能交通的標準化問題？

陳鋒：智能交通的標準化是推動傳統(tǒng)交通向現(xiàn)代交通轉化的主要手段之一，智能交通標準的實施則是衡量智能交通產業(yè)發(fā)展程度的重要手段。美國、歐洲、日本等西方發(fā)達國家和地區(qū)，分別建立了智能交通標準化組織，以推動相關產業(yè)鏈的發(fā)展。我國于2003年正式成立了全國智能運輸系統(tǒng)標準化技術委員會，負責組織實施智能交通系統(tǒng)相關標準的研究與制定工作，目前已經(jīng)建立了智能運輸系統(tǒng)標準體系，發(fā)布了70項國家和行業(yè)標準，包括地理信息、電子收費、交通專用短程通信、交通信息服務、交通管理、信息安全、公交智能化和汽車輔助駕駛等。

《自動化博覽》：有觀點認為“智能交通是解決城市交通擁堵的良方”您怎么看？針對日益嚴峻的交通擁堵問題，您認為應從哪些方面來著手解決？

陳鋒：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化建設的加快，我國機動車數(shù)量已超過2.8億輛且仍保持高速增長。為了滿足日益增長的交通出行需求，科學規(guī)劃城市道路是最直接的方法，但是存在著周期長、投資大、受多種因素制約等問題，且難以跟上機動車增長的速度。智能交通是現(xiàn)代交通的發(fā)展方向及未來趨勢，在保證城市功能正常運轉、有效緩解交通擁堵等方面起著無可取代的作用。

目前我國的交通擁堵已從北京、上海、廣州等特大型城市向省會城市、甚至二三線城市蔓延，嚴重制約著社會與經(jīng)濟的發(fā)展，形勢十分嚴峻。城市交通系統(tǒng)是一個復雜的巨系統(tǒng)，造成交通擁堵的因素很多且相互制約。針對我國的城市交通特點，有效緩解交通擁堵壓力的途徑包括：

（1）統(tǒng)合異構的交通設備與系統(tǒng)，實現(xiàn)智能交通的“智能性”；

（2）研究適應我國復雜交通流的交通模型；

（3）發(fā)展BRT等公共交通系統(tǒng)；

（4）形成宏觀與微觀結合的主動控制機制；

（5）構建科學的智能交通頂層體系；

（6）創(chuàng)新應用交通大數(shù)據(jù)技術。

另外，制定高峰期特定區(qū)域的擁堵收費政策、加強交通法規(guī)的教育與普及，交通違章記錄與個人誠信機制關聯(lián)等措施對交通擁堵的改善也具有積極意義。

車路協(xié)同的交通信號控制系統(tǒng)

《自動化博覽》：智能交通的發(fā)展跟物聯(lián)網(wǎng)緊密相連，智能交通是交通的物聯(lián)化體現(xiàn)，請您談談物聯(lián)網(wǎng)技術在智能交通領域的應用？

陳鋒：物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術的重要組成部分，是互聯(lián)網(wǎng)的拓展。物聯(lián)網(wǎng)通過人-人、人-物、物-物和網(wǎng)絡之間的互連，進行信息獲取、交換和融合，實現(xiàn)管理、控制、營運的一體化。城市交通是由人、車、路、環(huán)境等組成的復雜系統(tǒng)，形成了一種高維、泛在的物聯(lián)網(wǎng)，隨著感知、通信、智能控制、大數(shù)據(jù)、云計算等技術的發(fā)展，智能交通產業(yè)迎來新的發(fā)展機遇。目前，車-車通信和車聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)成為智能交通的熱點研究領域，通過對路側系統(tǒng)、智能車和車聯(lián)網(wǎng)等交通物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的攻關，車路協(xié)同的交通安全控制將引入并應用于城市交通的管理與調控，從而改變現(xiàn)有的交通管控模式。另外，交通物聯(lián)網(wǎng)的應用不僅使交通出行的個性化定制服務成為可能，而且使得整個城市交通系統(tǒng)成為一個高效、協(xié)調和優(yōu)化運行的整體。

《自動化博覽》：城市交通流感知與信息獲取是交通信息系統(tǒng)中非常重要的一部分，目前我國在信息感知、采集方面的技術發(fā)展水平如何？與其他國家相比是否存在差距？

陳鋒：隨著我國智能交通的快速發(fā)展，城市交通流采集與信息獲取技術與產品作為交通管控的重要基礎也取得了全面進展，從傳統(tǒng)的地感線圈、雷達信息采集，發(fā)展到視頻流量采集、FCD技術、地磁感知和RFID等固定式或移動式信息獲取，上述交通感知裝置與算法結合，能夠獲取截面的流量、車型、車頭時距、轉向比等交通流參數(shù)，以及運動軌跡、排隊長度等線段數(shù)據(jù)，從而為交通信號控制、交通管理和誘導提供必要信息。

但是，交通流感知的核心技術還與國外存在一定差距，地磁傳感器及其內置天線、雷達等依然依賴國外技術和產品。比如在雷達交通流檢測中，德國已經(jīng)有較為成熟的正向測試雷達，可同時實現(xiàn)多條道路的交通流檢測，而國內仍以側向雷達檢測模式為主。

《自動化博覽》：交通信號控制系統(tǒng)是智能交通管理系統(tǒng)中的重要基礎應用，請您介紹一下我國交通信號控制方面的發(fā)展情況及未來發(fā)展方向。

陳鋒：城市交通信號控制系統(tǒng)是智能交通的主要組成部分之一，是智能交通發(fā)展程度的直接體現(xiàn)，發(fā)展程度的直接體現(xiàn)，它通過單點、干線和區(qū)域協(xié)調等模式，根據(jù)交通模型進行優(yōu)化配時，提高交通通行能力、降低車均延誤和停車次數(shù)，實現(xiàn)路網(wǎng)交通流的優(yōu)化調控。本世紀初至2010年左右，我國的交通控制主要使用國外的控制系統(tǒng)如SCOOT、SCATS等。近年來，我國交通信號控制的研究和開發(fā)取得了較大的進展，出現(xiàn)了青島海信、北京易華錄和南京萊斯等國產的交通信號控制系統(tǒng)，中國科學院自動化研究所王飛躍研究員技術團隊研發(fā)的平行管控系統(tǒng)——一種新興的交通信號控制系統(tǒng)，如今已成功應用，并在業(yè)內引起了廣泛關注。

隨著智能車和路測系統(tǒng)等技術的發(fā)展，車路協(xié)同的交通信號控制將成為今后的發(fā)展方向。城市智能交通系統(tǒng)由公交子系統(tǒng)、出租車子系統(tǒng)、軌道交通子系統(tǒng)、專車子系統(tǒng)（如神州專車、滴滴打車等）和社會車輛子系統(tǒng)等組成，各交通子系統(tǒng)間存在著復雜的耦合關系，一個交通子系統(tǒng)的規(guī)劃、建設和運營需考慮其他子系統(tǒng)，因此，協(xié)同式智能交通系統(tǒng)是通過各交通子系統(tǒng)的協(xié)作運行，來實現(xiàn)對城市交通系統(tǒng)的全局優(yōu)化管理與調控。協(xié)同式智能交通系統(tǒng)對各交通子系統(tǒng)建設的決策與運營管理，居民出行方式的選擇與改變，大型活動協(xié)同調度與疏散、災害情況下的應急處理等都將發(fā)揮重要作用。

新技術帶動智能交通實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展

《自動化博覽》：隨著我國城市化進程的加快，智能交通步入快速發(fā)展期，您認為目前我國發(fā)展智能交通產業(yè)亟待解決或改進的關鍵問題有哪些？應如何應對？

陳鋒：我國的智能交通產業(yè)目前正處于快速發(fā)展期，雖已初具規(guī)模，擁有2000余家相關企業(yè)和一系列具有自主知識產權的產品，但同時，存在的問題也較為明顯：我國的智能交通企業(yè)雖多，但是發(fā)展良莠不齊，有影響力特別是具有國際影響的企業(yè)不多；技術與產品主要應用在國內市場，國外市場亟需開拓；先進技術成果轉化為產品的周期較長；產品種類較多但標準不統(tǒng)一，導致存在較嚴重的信息盲點狀況。如上等因素正制約著我國城市智能交通的可持續(xù)發(fā)展。

希望通過以下途徑解決：

（1）針對智能交通的多學科與技術交叉特點，相關機構之間加強合作交流，不斷完善智能交通領域的國家標準、行業(yè)標準；

（2）本著優(yōu)勝劣汰的原則，整合智能交通產業(yè)資源，著力打造有影響力的智能交通知名企業(yè)和產品品牌；

（3）促進產學研合作，提升我國智能交通企業(yè)的科技創(chuàng)新能力，增強技術與產品的國際競爭力。

《自動化博覽》：如今物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術迅猛發(fā)展，這將給智能交通行業(yè)帶來哪些新機會？您如何看“十三五”期間我國智能交通的發(fā)展方向？

陳鋒：目前的智能交通建立在傳統(tǒng)的交通流理論和交通工程學基礎上，由于交通參數(shù)如OD、延誤等難以獲取，交通管理與控制主要依賴交通領域經(jīng)驗和交通流調查數(shù)據(jù)，無法準確描述交通行為與特性。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計算技術的迅猛發(fā)展為解決交通擁堵、安全和污染問題提供了有效途徑，同時也為智能交通行業(yè)帶來了新的機遇，具體表現(xiàn)在：

（1）車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，智能車、車-車通信、車-基礎設施通信、5G網(wǎng)絡等關鍵技術的攻關與應用，將帶動智能交通產業(yè)變革；

（2）智能車和無人駕駛等技術的應用，將改變交通流特性，催生新的交通規(guī)劃、管理、控制與服務技術，促進車路協(xié)同技術與產品的研制；

（3）交通大數(shù)據(jù)的挖掘，將發(fā)現(xiàn)蘊含其中的交通規(guī)律、顯式與隱式知識，可能顛覆現(xiàn)有的交通流理論體系，帶動智能交通技術的創(chuàng)新發(fā)展。

“十三五”規(guī)劃強調必須牢固樹立并切實貫徹創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，這為中國未來五年經(jīng)濟社會發(fā)展指明了方向。智能交通系統(tǒng)作為我國交通科技領域重點支持和發(fā)展的項目之一，是現(xiàn)代化交通建設中不容忽視的一部分，將在“十三五”期間發(fā)揮重要作用。綱要明確指出：以解決我國綜合運輸效能低下、公眾出行不便、交通安全態(tài)勢嚴峻、交通能耗高、交通服務水平落后等迫切問題為導向，面向應用需求，創(chuàng)新引領，推動智能交通產業(yè)持續(xù)發(fā)展。“十三五”期間，我國智能交通產業(yè)將在城市智能交通的頂層設計與系統(tǒng)協(xié)同，交通大數(shù)據(jù)的高效計算、數(shù)據(jù)挖掘與創(chuàng)新應用，出行的個性化定制與多模式服務，車路協(xié)同的交通管控，新能源智能車，城市交通生態(tài)系統(tǒng)與綠色控制等方面實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。