車路協(xié)同
——交通信號(hào)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(hào)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(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)學(xué)士和碩士學(xué)位。2000年獲得中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)信號(hào)與信息處理專業(yè)博士學(xué)位。2000年至今在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動(dòng)化系任教。研究領(lǐng)域包括：交通大數(shù)據(jù)高效計(jì)算與融合、交通知識(shí)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(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目、省部級(jí)科技攻關(guān)等多個(gè)項(xiàng)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(jìn)步二等獎(jiǎng)各一項(xiàng)、省部級(jí)科技成果5項(xiàng)、國家發(fā)明專利4項(xiàng)和軟件著作權(quán)5項(xiàng)。

隨著城市化進(jìn)程的加快，智能交通產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入快速發(fā)展期。我國智能交通產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)二十多年發(fā)展已逐步從探索階段進(jìn)入實(shí)際開發(fā)應(yīng)用階段，但離真正實(shí)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(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，交通信號(hào)控制系統(tǒng)作為其基礎(chǔ)和核心平臺(tái)，將在現(xiàn)代城市交通建設(shè)中發(fā)揮重要作用。本期記者特別采訪了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳鋒博士，請(qǐng)他談?wù)剬?duì)城市交通信號(hào)管理系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)以及對(duì)我國智能交通產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢的看法。

發(fā)展中的智能交通

《自動(dòng)化博覽》：近年來我國智能交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況如何？與其他國家相比有哪些獨(dú)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(jì)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(guān)企業(yè)2000多家，主要為道路監(jiān)控、流量采集、高速公路收費(fèi)、3S（GPS、GIS、RS）等廠商和系統(tǒng)集成商。該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段，初期的技術(shù)引進(jìn)、中期吸收與改進(jìn)、近期的自主創(chuàng)新與趕超。由于我國智能交通產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚，在發(fā)展初期主要以引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)為主，缺乏自主創(chuàng)新能力。本世紀(jì)以來，各級(jí)政府對(duì)智能交通的建設(shè)與研發(fā)日益重視，在快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、控制和人工智能等理論與技術(shù)的推動(dòng)下，我國智能交通領(lǐng)域多項(xiàng)產(chǎn)品與技術(shù)相繼實(shí)現(xiàn)突破，并已得到成功應(yīng)用。這推動(dòng)了我國交通運(yùn)輸行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和智能交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，逐步形成了智能交通科學(xué)創(chuàng)新體系。如今我國智能交通產(chǎn)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(dǎo)、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(lǐng)先或先進(jìn)的技術(shù)與產(chǎn)品。在國內(nèi)智能交通建設(shè)中，自主研發(fā)的視頻交通監(jiān)測、交通信號(hào)控制、高速公路收費(fèi)、交通信息服務(wù)等系統(tǒng)已占據(jù)了主導(dǎo)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(fù)雜等特點(diǎn)，再加上交通法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)不健全、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善、交通出行需求量大等問題，較西方發(fā)達(dá)國家存在一些差異，從國外引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)品難以滿足我國復(fù)雜的交通狀況，存在著“水土不服”現(xiàn)象。對(duì)此，我們展開產(chǎn)學(xué)研合作，通過對(duì)國外先進(jìn)技術(shù)消化吸收、改進(jìn)與提升，研發(fā)出了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)與產(chǎn)品，拉近了與國外在智能交通領(lǐng)域的差距。

“車-車通信和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為智能交通的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，通過對(duì)路側(cè)系統(tǒng)、智能車和車聯(lián)網(wǎng)等交通物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，車路協(xié)同的交通安全控制將引入并應(yīng)用于城市交通的管理與調(diào)控，從而改變現(xiàn)有的交通管控模式?！?/p>

《自動(dòng)化博覽》：您如何看智能交通的標(biāo)準(zhǔn)化問題？

陳鋒：智能交通的標(biāo)準(zhǔn)化是推動(dòng)傳統(tǒng)交通向現(xiàn)代交通轉(zhuǎn)化的主要手段之一，智能交通標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施則是衡量智能交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展程度的重要手段。美國、歐洲、日本等西方發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，分別建立了智能交通標(biāo)準(zhǔn)化組織，以推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。我國于2003年正式成立了全國智能運(yùn)輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，負(fù)責(zé)組織實(shí)施智能交通系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定工作，目前已經(jīng)建立了智能運(yùn)輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)布了70項(xiàng)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括地理信息、電子收費(fèi)、交通專用短程通信、交通信息服務(wù)、交通管理、信息安全、公交智能化和汽車輔助駕駛等。

《自動(dòng)化博覽》：有觀點(diǎn)認(rèn)為“智能交通是解決城市交通擁堵的良方”您怎么看？針對(duì)日益嚴(yán)峻的交通擁堵問題，您認(rèn)為應(yīng)從哪些方面來著手解決？

陳鋒：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，我國機(jī)動(dòng)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(xué)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(jī)動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)、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(huì)城市、甚至二三線城市蔓延，嚴(yán)重制約著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，形勢十分嚴(yán)峻。城市交通系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，造成交通擁堵的因素很多且相互制約。針對(duì)我國的城市交通特點(diǎn)，有效緩解交通擁堵壓力的途徑包括：

（1）統(tǒng)合異構(gòu)的交通設(shè)備與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能交通的“智能性”；

（2）研究適應(yīng)我國復(fù)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(jié)合的主動(dòng)控制機(jī)制；

（5）構(gòu)建科學(xué)的智能交通頂層體系；

（6）創(chuàng)新應(yīng)用交通大數(shù)據(jù)技術(shù)。

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

車路協(xié)同的交通信號(hào)控制系統(tǒng)

《自動(dòng)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(qǐng)您談?wù)勎锫?lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用？

陳鋒：物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)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(luò)之間的互連，進(jìn)行信息獲取、交換和融合，實(shí)現(xiàn)管理、控制、營運(yùn)的一體化。城市交通是由人、車、路、環(huán)境等組成的復(fù)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(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，智能交通產(chǎn)業(yè)迎來新的發(fā)展機(jī)遇。目前，車-車通信和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為智能交通的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，通過對(duì)路側(cè)系統(tǒng)、智能車和車聯(lián)網(wǎng)等交通物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，車路協(xié)同的交通安全控制將引入并應(yīng)用于城市交通的管理與調(diào)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(yīng)用不僅使交通出行的個(gè)性化定制服務(wù)成為可能，而且使得整個(gè)城市交通系統(tǒng)成為一個(gè)高效、協(xié)調(diào)和優(yōu)化運(yùn)行的整體。

《自動(dòng)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(shù)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(shù)與產(chǎn)品作為交通管控的重要基礎(chǔ)也取得了全面進(jìn)展，從傳統(tǒng)的地感線圈、雷達(dá)信息采集，發(fā)展到視頻流量采集、FCD技術(shù)、地磁感知和RFID等固定式或移動(dòng)式信息獲取，上述交通感知裝置與算法結(jié)合，能夠獲取截面的流量、車型、車頭時(shí)距、轉(zhuǎn)向比等交通流參數(shù)，以及運(yùn)動(dòng)軌跡、排隊(duì)長度等線段數(shù)據(jù)，從而為交通信號(hào)控制、交通管理和誘導(dǎo)提供必要信息。

但是，交通流感知的核心技術(shù)還與國外存在一定差距，地磁傳感器及其內(nèi)置天線、雷達(dá)等依然依賴國外技術(shù)和產(chǎn)品。比如在雷達(dá)交通流檢測中，德國已經(jīng)有較為成熟的正向測試?yán)走_(dá)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多條道路的交通流檢測，而國內(nèi)仍以側(cè)向雷達(dá)檢測模式為主。

《自動(dòng)化博覽》：交通信號(hào)控制系統(tǒng)是智能交通管理系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)應(yīng)用，請(qǐng)您介紹一下我國交通信號(hào)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(hào)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(diǎn)、干線和區(qū)域協(xié)調(diào)等模式，根據(jù)交通模型進(jìn)行優(yōu)化配時(shí)，提高交通通行能力、降低車均延誤和停車次數(shù)，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)交通流的優(yōu)化調(diào)控。本世紀(jì)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(hào)控制的研究和開發(fā)取得了較大的進(jìn)展，出現(xiàn)了青島海信、北京易華錄和南京萊斯等國產(chǎn)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)，中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所王飛躍研究員技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的平行管控系統(tǒng)——一種新興的交通信號(hào)控制系統(tǒng)，如今已成功應(yīng)用，并在業(yè)內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。

隨著智能車和路測系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展，車路協(xié)同的交通信號(hào)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(huì)車輛子系統(tǒng)等組成，各交通子系統(tǒng)間存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系，一個(gè)交通子系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)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(yùn)行，來實(shí)現(xiàn)對(duì)城市交通系統(tǒng)的全局優(yōu)化管理與調(diào)控。協(xié)同式智能交通系統(tǒng)對(duì)各交通子系統(tǒng)建設(shè)的決策與運(yùn)營管理，居民出行方式的選擇與改變，大型活動(dòng)協(xié)同調(diào)度與疏散、災(zāi)害情況下的應(yīng)急處理等都將發(fā)揮重要作用。

新技術(shù)帶動(dòng)智能交通實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展

《自動(dòng)化博覽》：隨著我國城市化進(jìn)程的加快，智能交通步入快速發(fā)展期，您認(rèn)為目前我國發(fā)展智能交通產(chǎn)業(yè)亟待解決或改進(jìn)的關(guān)鍵問題有哪些？應(yīng)如何應(yīng)對(duì)？

陳鋒：我國的智能交通產(chǎn)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(guān)企業(yè)和一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，但同時(shí)，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(shù)與產(chǎn)品主要應(yīng)用在國內(nèi)市場，國外市場亟需開拓；先進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的周期較長；產(chǎn)品種類較多但標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致存在較嚴(yán)重的信息盲點(diǎn)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(duì)智能交通的多學(xué)科與技術(shù)交叉特點(diǎn)，相關(guān)機(jī)構(gòu)之間加強(qiáng)合作交流，不斷完善智能交通領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

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

（3）促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，提升我國智能交通企業(yè)的科技創(chuàng)新能力，增強(qiáng)技術(shù)與產(chǎn)品的國際競爭力。

《自動(dòng)化博覽》：如今物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)迅猛發(fā)展，這將給智能交通行業(yè)帶來哪些新機(jī)會(huì)？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(xué)基礎(chǔ)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(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)和交通流調(diào)查數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確描述交通行為與特性。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)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(shí)也為智能交通行業(yè)帶來了新的機(jī)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(chǔ)設(shè)施通信、5G網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)與應(yīng)用，將帶動(dòng)智能交通產(chǎn)業(yè)變革；

（2）智能車和無人駕駛等技術(shù)的應(yīng)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(wù)技術(shù)，促進(jìn)車路協(xié)同技術(shù)與產(chǎn)品的研制；

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

“十三五”規(guī)劃強(qiáng)調(diào)必須牢固樹立并切實(shí)貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，這為中國未來五年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展指明了方向。智能交通系統(tǒng)作為我國交通科技領(lǐng)域重點(diǎn)支持和發(fā)展的項(xiàng)目之一，是現(xiàn)代化交通建設(shè)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(yùn)輸效能低下、公眾出行不便、交通安全態(tài)勢嚴(yán)峻、交通能耗高、交通服務(wù)水平落后等迫切問題為導(dǎo)向，面向應(yīng)用需求，創(chuàng)新引領(lǐng)，推動(dòng)智能交通產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展?！笆濉逼陂g，我國智能交通產(chǎn)業(yè)將在城市智能交通的頂層設(shè)計(jì)與系統(tǒng)協(xié)同，交通大數(shù)據(jù)的高效計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘與創(chuàng)新應(yīng)用，出行的個(gè)性化定制與多模式服務(wù)，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(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。