一 概述

世界发达国家的地面交通系统深受机动、安全和环境三方面问题的困扰，这些问题正在快速向发展中国家蔓延。以美国为例，在机动方面，每年因交通拥堵造成的损失达42亿小时和28亿加仑汽油，折合总经济损失高达872亿美元^［1］；在安全方面，每年发生约580万起撞车事故，导致超过37000人丧命，是4～34岁年龄段人群死亡的首要原因，而直接经济损失高达2306亿美元；在环境方面，约22%的二氧化碳来自汽车尾气排放^［2］。

仅仅通过修建更多的道路或者对现有的道路设施进行修补是不可能真正解决交通问题的。先进的信息技术为解决交通系统面临的问题提供了有效的途径。智能交通系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）是指广泛应用信息技术的交通系统，可以显著改善交通机动性和交通安全性，还可以减少环境影响。在ITS中，交通系统各要素（车辆、道路设施等）中均嵌入芯片和传感器，这些要素之间能够通过无线技术进行双向通信。ITS使得交通系统的所有参与者，包括出行者、交通管理部门、信号灯等，都拥有某种智能以作出更好的决策。对出行者来说，这些决策包括出行路线选择、出行时间选择、出行模式选择等；对于交通管理部门，这些决策包括如何优化交通信号、何处修建新道路、如何对道路使用定价等；对信号灯来说，这些决策包括自适应交通信号配时等。ITS的应用非常广泛，包括先进的出行者信息系统、先进的交通管理系统、先进的公交系统等。ITS涉及计算机、通信、电子、控制等领域的多种先进技术。

世界发达国家在ITS领域已经开展了大量卓有成效的研究工作，某些ITS技术和应用已经成熟并且得到不同程度的推广。在ITS领域领先的国家或地区有美国、欧洲、日本、新加坡和韩国。

本文首先介绍ITS的应用领域、关键技术和在解决交通问题上的功效，然后重点介绍世界发达国家在ITS领域的研究现状。

二 智能交通系统

本部分从应用、技术和功效三方面介绍ITS。

（一）应用

ITS的应用可以分为五大类：先进的出行者信息系统（Advanced Traveler Information Systems，ATIS）、先进的交通管理系统（Advanced Transportation Management Systems，ATMS）、基于ITS的交通收费系统（ITS-Enabled Transportation Pricing Systems）、先进的公共交通系统（Advanced Public Transportation Systems，APTS）、车路一体化 （Vehicle Infrastructure Integration，VII），如表1所示^［3］。

表1 ITS应用分类

1.ATIS

ATIS向司机提供实时的出行和交通信息，这些信息包括公交路线、时刻表和关于因拥堵、事故、天气条件或道路养护施工引起的延误的信息等。最著名的ATIS是实时交通估计和预测系统（Traffic Estimation and Prediction Systems，TrEPS）。TrEPS类似于天气预报系统，对即将发生的交通状况进行实时预测，能实时通知司机所在道路或即将通过道路的当前交通或道路条件，向司机提供最优的路线选择和诱导指令。美国的DYNASMART、DynaMIT^［4］和中国的DynaCHINA（Dynamic Consistent Hybrid Information based on Network Assignment）^{［5，6，7］}并称为世界三大TrEPS。ATIS也包括车载导航系统和设备。更高级的ATIS能向司机提示哪个停车场有空余停车位，甚至帮助司机提前预订停车位。

2.ATMS

ATMS的一个典型应用是，交通运行中心通过信息技术把传感器和路边设备等连接起来，建立一个交通流的全景视图，并且侦测事故、危险天气情况或其他道路危险，通过可变消息牌向司机提供关于交通和道路状态的实时信息。

自适应交通信号控制，也就是智能动态的交通信号配时，是ATMS的一个重要应用。许多国家的信号灯仍在使用基于多年前所搜集数据制定的静态配时方案。美国主要道路上5%～10%的拥堵来自不良信号配时。通过专用短距离通信（Dedicated-Short Range Communicatios，DSRC），赋予交通信号灯检测等候车辆的能力，或赋予车辆向交通信号灯传递信息的能力，能优化交通信号配时，并进而改善交通流和减少拥堵。

安装在高速公路匝道上的匝道仪使进入高速公路的汽车分批进入，有助于减少对高速公路交通流的影响，且使并道更安全。

3.交通收费系统

通过电子通行收费（Electronic Toll Collection，ETC），司机能使用一个基于DSRC的车载设备或粘贴在车窗上的标签（如美国的E-Z Pass）自动支付通行费。

越来越多的城市对在高峰时段进入市中心的车辆实行拥堵收费，可以减少拥堵和车辆对环境的影响。这些城市包括新加坡、斯德哥尔摩、伦敦、奥斯陆和雅