李夢露

摘 要：智能交通系統（ITS）是21世紀交通領域的核心發(fā)展方向，ITS技術可以解決當今交通領域面臨的很大一部分交通問題。本文簡單論述了我國智能交通管控系統的發(fā)展近況，重點分析了ITS技術在交通管理與控制領域的應用，展望了智能交通管理與控制的未來發(fā)展方向。

關鍵詞：智能交通系統;管理與控制;城市管理;協調控制;交通供需

中圖分類號：U495文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）26-0098-03

Abstract： Intelligent Transportation System （ITS） is the core development direction of transportation in the 21st century， ITS technology can solve a large part of the traffic problems facing today's transportation field. This paper briefly discussed the recent development of China's intelligent transportation control system， mainly analyzed the application of ITS technology in the field of traffic management and control， and looked forward to the future development direction of intelligent traffic management and control.

Keywords： intelligent transportation system;management and control;urban management;coordinated control;traffic supply and demand

我國現有交通系統供給能力的增長遠遠落后于不斷發(fā)展與變化的交通需求的增長，而對于已經基本成型的交通基礎設施體系來說，已經無法完全通過交通規(guī)劃、設計與設施建設來緩解交通供給的不平衡，如此一來后期的交通管理和控制階段的思想、技術與方法就顯得尤為重要?，F在的交通管理與控制強調在不斷完善交通供給的同時調節(jié)交通需求，通過提高交通資源的利用率、交通需求的合理性來達到交通需求與供給的動態(tài)平衡。而ITS的出現及應用使得這一管理控制思想得以更好的實現。

1 國內外對ITS的認識與研究

歐洲、美國和日本的ITS起步較早，這些國家很早就開始在某些領域采用智能化的管理和控制措施來解決交通供給失衡問題。20世紀90年代，歐洲就開始在城市中心區(qū)域通過電子收費系統對城市中心車輛征收擁堵費，如羅馬、倫敦、米蘭等歐洲大中城市。相較于歐洲經濟與技術相結合的方式，美國則更傾向于純技術的管控手段，大數據、云計算、圖像識別、無線通信等尖端技術都將被廣泛應用于相關管理系統中。日本作為一個土地資源非常有限的國家，其環(huán)保理念也深入人心，交通系統的發(fā)展則側重于大容量的公共軌道交通，智能化的管控手段則更好地引導了國民需求。

與歐洲、美國、日本相比，我國的ITS起步較晚。21世紀初，我國才開始發(fā)布智能交通系統研究與建設的相關政策，后來取得了多項技術突破，如大城市區(qū)域協調控制、跨區(qū)域網絡化不停車收費、智能出行誘導技術等。目前，智能交通系統研究已被列入國家21世紀經濟發(fā)展規(guī)劃的一個重點，智能交通系統將成為我國現代化建設的重要內容。

2 ITS在交通管理與控制方面的相關技術

2.1 智能交通管理控制中心平臺

ITS中一個基本應用領域就是先進的城市交通管理系統（ATMS），其最鮮明的特點就是系統高度集成化，可實現信息的高度集中和快速集成處理。其與傳統管控系統最大的不同就是可以對動態(tài)交通流情況及交通基礎設施狀況進行實時監(jiān)測和管理，并能獲取實時、準確的交通信息來進行后續(xù)的指令發(fā)布?，F代國際經驗表明，城市街道和路網的交通管理首先需要這樣一個全市范圍內的智能管理系統，這個系統應該可以對整個城市交通系統各方面進行宏觀把控，實時監(jiān)測城市的交通狀況，并能在必要或者緊急的情況下做出及時的反應與調控，如交通事故、嚴重擁堵、基礎設施破壞等。

交通管控中心平臺方面，國內已經產生了許多理論設想，研發(fā)出多項技術和產品。蔣燕[1]對智能交通管理控制平臺的信息采集子系統、信號控制子系統、通信服務子系統、交通管理子系統以及控制試驗平臺進行了研究與設計。阮永華等[2]從不同單位間信息共享及融合、集中管理、操作方便及系統美觀等方面研究設計了可將各子系統集中管理、實現系統聯動、提高信息利用率的網絡化智能交通綜合管控平臺，最終實現了交通數據的實時采集、處理、傳輸、調度、發(fā)布，以便即刻采取相關控制措施。杜洋等[3]闡述了智能交通系統集成管控軟件平臺的設計思路和實現功能，其基本思路就是將不同種類、不同建設時期的管理控制子系統整合到統一的框架下，并可與其他相關部門進行數據共享，給用戶提供統一、友好的操作界面，建立一個可伸縮的智能交通信息采集、處理、分析和管理系統，實現交管部門對城市交通系統的實時監(jiān)管和控制決策。

2.2 智能交通信號控制

城市信號控制是交通管理與控制的重要領域之一，現階段主要應用的智能控制系統依然是基于埋設于道路下或設置在道路旁的固定傳感器所采集的交通信息來進行控制方案的調控的，不同的智能控制方法則分別在信息獲取、分析處理、發(fā)布等單個或多個環(huán)節(jié)融入智能交通系統技術。未來，若實現了智能車輛的普及、車聯網及車路協同環(huán)境，智能信號控制系統便可基于移動的車輛或者行人實時獲取非常直觀且準確的動態(tài)信息數據來采取相應的控制方案，這對信號控制和交通系統管理技術突破都起到了極大的推進作用。

2.2.1 基于車用無線通信技術（V2X）的智能交通信號控制。V2X可實現車輛與外界環(huán)境的實時數據交互，車輛與車輛、車輛與基站、車輛與人之間都可以進行智能通信，同時也是實現車路協同環(huán)境的必要技術之一。許多國內外學者都對此技術的應用進行了相關研究。徐秀妮[4]基于V2X數據交互的時效性，設計了一種交通信號燈智能控制系統，并設計了自組網流程和道路狀態(tài)檢測流程來減少冗余步驟，從而保證指令傳輸過程的有效性，最后通過試驗證明了該信號控制系統數據傳輸速率提升效果非?？捎^。Zhang等[5]還研究了在V2X通信系統環(huán)境下的使用者是如何通過信息接收來改變駕駛行為的，尤其是對行駛速度的控制。

2.2.2 基于數字圖像處理的智能交通信號控制。數字圖像處理是利用攝像機獲取的視頻圖像信息來獲取、分析和處理數據的，相比于其他信息獲取方法，其對車輛的檢測更為直觀，但對環(huán)境條件要求較高。吳則平[6]基于數字圖像處理技術的各種方法，通過Matlab工具中的bwlable函數計算，設計了一種依據不同方向車流量及路口停車數量的多少來進行紅綠燈配時調控的智能信號燈控制系統。赫麗敏[7]將圖像處理方法與計算機視覺相結合，用不同的方法分別對白天和夜晚的排隊車輛長度進行檢測識別來制定紅綠燈的停留時間。最后采用KNN算法（鄰近算法）將晝夜區(qū)分，利用所測車輛排隊長度制定相應的信號配時方案，并通過試驗證明該方法更能適應不同的環(huán)境和光照亮度，更能合理地制定信控方案。

2.2.3 基于人工智能技術的交通信號控制。人工智能技術是21世紀三大尖端技術之一，未來，若人工智能技術能被很好地運用到智能交通系統中，則有助于加強城市信號控制，更好地實現區(qū)域甚至整個城市交通流的協調控制。目前，我國對于該方面的研究力度還遠遠不夠，但已經有學者對神經網絡、遺傳算法及模糊邏輯的運用進行了研究?？紫榻躘8]對于城市區(qū)域交通分布式協調控制進行了研究，在每個交叉口設置一個模糊信號控制器，各個交叉口的控制器之間可進行數據交互，以對該區(qū)域進行協調控制，能夠優(yōu)化相位順序及相位長，并用遺傳算法訓練模糊邏輯，提高了系統的魯棒性。外國學者Król[9]建立了一個由若干類道路連接組成的雙層網絡模型。在上層，目標函數是用總旅行時間表示的使用成本，在較低的層次上，每個步驟中都是搜索交通的最優(yōu)分布，并對搜索優(yōu)化過程中分別使用的三個不同的算法（即人工免疫系統、遺傳算法、模擬退火）所得的結果進行分析對比，說明了不同算法的不同適應性。

2.3 智能高速公路管理與控制

2.3.1 基于車路協同系統的匝道控制。車路協同系統的研究在我國還處于試驗展示階段，其中展示過的應用場景包括盲區(qū)預警、多車協同換道、交叉口沖突避免、行人非機動車避撞、緊急車輛優(yōu)先通行、車速引導、車隊控制、車隊協同通過信號交叉口等。除了應用于城市交通系統外，其在高速公路系統中的應用也有學者進行了相關研究，如高速公路的匝道控制。王翀等[10]將車路協同技術、強化學習技術、可變限速控制技術、匝道控制技術整合成一個面向高速公路匝道區(qū)域的綜合交通控制系統，包括車輛系統和路側系統，最后通過計算機仿真技術開發(fā)實現系統構建并對其控制效果進行評估。

2.3.2 基于射頻識別技術（RFID）的高速公路收費管理。RFID是一種短程的無線通信技術，它可以通過無線電信號識別特定目標并存儲相關數據，并不需要被識別目標與識別系統之間的機械或者光學接觸。特定目標上用于存儲自身信息數據并接收識別的硬件設備則為電子標簽。如今，電子標簽已經被運用到多個領域，其中交通領域的電子不停車收費系統（ETC）就是其主要應用之一，也是智能交通系統的服務功能之一。電子收費車輛無須停車和人工收費就可直接由ETC通道通過，安裝在車輛內的電子標簽被識別系統識別并讀取和存儲信息，就可以實現從卡中自動扣費并記錄。

2.3.3 智能公路管控系統。除了目前已經開始應用的智能匝道控制技術和電子自動收費技術外，新一代智能公路系統的概念也被提出。未來的高速公路系統將會是基于車路協同技術的閉環(huán)公路系統，車輛與道路的通信將允許車輛作為傳感器和執(zhí)行器，使車輛與道路實時傳輸速度、位置、起訖點及狀態(tài)等信息，并通過道路系統返回的指令做出實時響應。這種將車輛技術、控制系統和交通管理相結合的新一代智能公路管控系統實現了公路管控的全自動化，大大提高了公路系統的運行和服務效率。

2.4 其他方面相關ITS技術

交通管理與控制的體現不僅僅局限于上述所提的方面，其他方面有智能誘導與出行信息系統、交通安全與事故管理、交通污染排放管理等。利用實時信息發(fā)布和智能誘導系統主動引導交通需求分布均衡也是實現主動管控的重要思想之一，另外，云計算、大數據、5G等最新的概念或技術也開始運用在智能交通管理與控制中。

3 結論

目前，我國大城市的交通系統已經實現了初步智能化，未來的ITS也將會朝全國范圍內的中小城市發(fā)展。除了覆蓋范圍外，ITS技術也會不斷取得突破，尤其是實現整個ITS控制的核心技術，即車聯網技術、車路協同技術。智能車輛的普及將會是ITS發(fā)展的最終體現之一，同時也是ITS實現自主控制的最大挑戰(zhàn)。除了核心技術的突破，其他技術如信息技術、車輛自動駕駛技術、個性化用戶出行相關技術也會不斷發(fā)展，最終都會體現在高度集成化的智能交通運輸管理控制系統中。ITS的應用不會局限于單個領域，而是要實現整個城市交通網絡人、車、路與環(huán)境的有機結合、協同運作，形成新一代國家交通管理控制網。

參考文獻：

[1]蔣燕.智能交通管理控制平臺的研究和設計[J].智能城市，2017（2）：124.

[2]阮永華，石征華.城市網絡智能交通綜合管控平臺研究與設計[J].交通與運輸，2012（12）：103-106.

[3]杜洋，劉晏然.智能交通系統集成控制軟件研究[J].河南科技，2015（6）：10-13.

[4]徐秀妮.基于V2X的城市智能交通信號燈控制方法[J].西安工程大學學報，2020（3）：48-54.

[5]Zhang X，Riedel T.Urban traffic control：present and the future[J].International Journal of Urban Sciences，2017（1）：87-100.

[6]吳則平.基于數字圖像處理的智能交通管理控制系統[J].通訊世界，2018（8）：310-311.

[7]郝麗敏.基于數字圖像處理的智能交通控制系統的研究[D].武漢：武漢理工大學，2012.

[8]孔祥杰.城市路網交通流協調控制技術研究[D].杭州：浙江大學，2009.

[9]Król Aleksander.The Application of the Artificial Intelligence Methods for Planning of the Development of the Transportation Network[J].Transportation Research Procedia，2016（14）：4532-4541.

[10]王翀，鐘罡，冉斌，等.車聯網環(huán)境下的高速公路出入口匝道聯合控制系統及方法：中國，CN106781551A[P].2017-05-31.