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智能交通系统中的关键科学和技术问题

当前，全球正步入信息化和智能化的时代，新一代的多层域感知、人工智能、移动互联和主动协同等技术不断发展，推动着智能交通系统的全面革新。智能交通系统贯穿了从用户需求到设计制造再到运营维护的全生命周期，涵盖了智能感知、运动体控制与自主协同、交通需求引导与一体化出行、运行安全态势评估及应急处理、全生命周期的大数据融合处理、高可靠通信等一系列科学和技术问题。

智能交通系统的发展现状

智能交通系统（Intelligent Transportation System, ITS）是在传统交通系统的基础上，集成了先进的传感技术、数据通信技术、数据处理技术、信息融合技术、计算机技术、自主协同控制技术等，形成了一个全面、实时、高效的综合交通运行控制系统。随着交通运输基础设施的不断完善和技术的进步，智能交通概念逐渐扩展至综合交通系统的信息化、网络化和智能化。智能交通系统作为综合交通系统的核心技术，得到了国际学术界和商业界的广泛关注。

国际智能交通系统的发展趋势

美国、欧盟和德国等国家和地区纷纷制定了各自的智能交通发展战略。例如，美国提出了“6I”型交通运输系统的发展愿景；欧盟则注重综合交通网络的配置和枢纽建设；德国致力于建设低排放、低成本、高效率、高协同的环境友好型交通网络。

我国智能交通系统的发展

在中国，智能交通系统同样得到了高度重视。2006年，《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将智能交通管理系统列为优先主题。随后，国家发展改革委和交通运输部联合发布《推进“互联网+”便捷交通促进智能交通发展的实施方案》，首次提出了智能交通系统的总体框架和实施方案。2017年，国务院发布了《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》和《新一代人工智能发展规划》，进一步明确了智能交通系统的发展目标和关键技术。

智能交通系统的关键技术问题

智能交通系统面临的主要科学和技术问题包括以下几个方面：

1. 多层域协同智能感知与数据融合

智能交通系统需要综合利用智能传感器、跨媒体感知计算、物联网、车联网、通信及控制等技术，建立面向高效融合的数据一致性标准和完备性验证机制，实现交通信息的全面、实时、精准采集、传输和融合。

2. 多源信息下的测速定位技术与滤波理论

精确的速度和位置信息是智能交通系统的关键数据之一。利用雷达/区间测速与北斗/GPS定位等多源信息的融合，可以提高平面和空间测速定位的精度。这需要设计高效的测速定位技术及其滤波方法。

3. 移动体运动状态下的动态建模

移动体模型的建立是揭示其运动规律的关键。传统建模方法尝试用经典数学方法建立确定性关系，而随机模型则以概率分布的形式建模随机特性。数据驱动建模则利用海量数据建模复杂过程。解决此类问题有助于智能交通系统的控制与优化。

4. 移动体无人自主控制

无人驾驶技术是当前无人系统领域的热点。需要在环境感知、决策规划、协同控制、通信模式、信息安全等方面深入研究，提高运输服务品质和应急处置能力。

5. 移动体与基础设施的相互作用与主动协同

研究复杂环境下移动体与基础设施相互作用的问题，探索基础设施的服役性能演变规律和移动体的动态特性，实现移动体与基础设施的智能化和信息共享。

6. 交通工具的联合导航与交通需求引导

利用先进的IT技术、卫星定位技术、通信技术和地理信息系统技术，结合实时综合交通态势分析，研究交通工具的联合导航技术，引导交通需求，实现智能出行方案。

7. 综合安全态势动态评估

综合交通系统的安全涵盖功能安全、信息安全和物理安全。动态评估需要实时监测并处理大量多粒度、多维度、多模态的数据，建立综合安全态势的指标体系。

8. 系统RAMS性能与主动安全防护

智能交通系统的可靠性、可用性、可维修性和安全性保障是核心工作。基于系统运行及运营环境信息的全面感知，结合系统运行机理，建立RAMS综合保障技术体系，实现主动安全防护。

9. 基于商用产品的安全计算机平台

智能交通系统中关键子系统的运行控制必须具备故障导向安全属性。高可靠的安全计算机平台是实现故障导向安全的最佳途径。利用容错及故障诊断技术，保障系统的高安全性、高可靠性和高可用性。

10. 全生命周期交通大数据深度分析

交通大数据分析需要挖掘覆盖交通领域全生命周期的海量数据价值，构建面向行业深度应用的交通大数据基础框架和技术体系，推动新一代智能交通系统的建设。

11. 基于状态修的智能维护

现有的“定期修”模式难以满足交通系统对安全保障和降低成本的需求。研究基于设备运行状况的“状态修”智能维护模式，实现维修过程的状态化、可视化和实时化。

12. 移动体–移动体/移动体–基础设施间高可靠通信

智能交通系统需要适应高速移动、复杂环境等特性，实现高可靠通信。结合人工智能、云计算、大数据等技术，实现大规模并行的移动体间的综合业务通信。

13. 高速移动条件下无线传播环境的信道建模

智能交通系统中的无线传播信道建模需要考虑到高速移动环境的特点，合理建模非平稳信道，提高通信传输的可靠性。

以上关键技术问题的解决，将全面提升轨道、道路、航空、水路和管道等综合交通系统的信息化和智能化水平。例如，“京张高铁”项目就计划应用多层域状态智能感知、系统协同控制、安全态势评估、大数据融合与智能维护、行程智能引导等技术，全面提升列车的安全和效率。

结语

智能交通系统的发展是未来交通系统的重要方向，通过解决上述科学和技术问题，将为未来的交通系统带来更高效、更安全、更智能的服务体验。