針對不同類型的擁堵情況，首先要對不同類型的擁堵提供相應(yīng)的服務(wù)，也就是服務(wù)功能域，在每個功能域中定義了對實現(xiàn)這項功能所必要的輸入、輸出以及控制邏輯，從而使得解決這個擁堵從邏輯上成為可能。

獲取服務(wù)后，支撐服務(wù)所需要的技術(shù)也尤為重要，正是由于這些技術(shù)的崛起，才使得智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation Systems，ITS)得到飛速的發(fā)展，應(yīng)用這些技術(shù)與這些服務(wù)功能域進行結(jié)合才能發(fā)揮最大的功效。

最后，每個功能域之間的數(shù)據(jù)交換以及相互資源協(xié)調(diào)所產(chǎn)生的紊亂和效率低下問題，需要一個平臺來解決—車路協(xié)同平臺，也就是解決交通擁堵問題的核心，使得整個解決方案有機的聯(lián)系起來并得以穩(wěn)定高效的運行。

今天，主要講一下解決交通擁堵的技術(shù)條件。

從上個世紀(jì)獨立的子系統(tǒng)到本世紀(jì)的車路協(xié)同系統(tǒng)，智能交通系統(tǒng)近幾年在全球各個國家地區(qū)都有著飛速發(fā)展，研究、商業(yè)模式、產(chǎn)品、科技都有著突飛猛進的發(fā)展，這一切都得益于本世紀(jì)多項新技術(shù)的出現(xiàn)。如果說上世紀(jì)八九十年代是 ITS 的概念崛起的話，本世紀(jì)初的這些技術(shù)就是使得 ITS 概念落地的必要條件和催化劑，是人類邁向無擁堵、高效率、安全舒適交通愿景的重要一步。解決交通擁堵的技術(shù)條件有V2X 技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算及云控平臺、人工智能、車路協(xié)同新型平臺。

V2X 技術(shù)

21 世紀(jì)初，搭載遠程信息處理(Telematics)功能的車輛開始出現(xiàn)在市場上。該技術(shù)基于移動通信網(wǎng)絡(luò)，將車輛位置信息根據(jù)服務(wù)請求的時間進行上傳，后臺發(fā)送從現(xiàn)有位置到目的地位置的路徑規(guī)劃等數(shù)據(jù)，車輛接收到之后開始導(dǎo)航，可以提供給用戶免提電話、緊急救援電話、導(dǎo)航等服務(wù)。

但是由于無線通信技術(shù)的局限性，實時性要求較高的服務(wù)無法達成，即使現(xiàn)在的4G-LTE所提供的接入延時和穩(wěn)定性也達不到實時性的要求，對于車輛安全服務(wù)的延時設(shè)計是 20ms 以下，而且大規(guī)模車輛接入的時候保證各自的通信穩(wěn)定性也是很大的挑戰(zhàn)，所以 V2X 技術(shù)就孕育而生，V2X 在無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上針對汽車高速、低延時、高可靠的要求，開發(fā)了一套全新的通信協(xié)議和空中接口技術(shù)，如美國的 DSRC 技術(shù)以及 3GPP推行的 LTE-V2X，以及未來的 5G-V2X 技術(shù)等等，來保證車與車、車與基礎(chǔ)設(shè)施以及車與網(wǎng)絡(luò)的可靠連接和數(shù)據(jù)交互。V2X 有著不同的頻譜、不同的空中接口、不同的通信協(xié)議、低延時、高可靠等特點，使得 V2X 技術(shù)成為推動解決交通擁堵服務(wù)的必要基礎(chǔ)技術(shù)。

與傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)不同，V2X 技術(shù)也提供車輛與路側(cè)設(shè)備的接口，這樣路側(cè)設(shè)備可以作為信息的處理方和中轉(zhuǎn)站，將車輛上傳的信息反饋給云端，也可以將云端的數(shù)據(jù)廣播給車端。這樣的鏈路可以省去數(shù)據(jù)上傳到云端和從云端服務(wù)器下發(fā)的時間，減少云服務(wù)器的負(fù)擔(dān)和網(wǎng)絡(luò)延時引起的數(shù)據(jù)實時性問題。

路側(cè)設(shè)備也可以將自己拍攝和處理的路口信息以及行人信息傳遞給車輛，作為車輛傳感器的延伸。這樣就使得行人、非機動車這些沒有 V2X 設(shè)備的交通參與者也可以參與到互相的通信中來，提高整個交通環(huán)境的安全覆蓋面。

當(dāng)然，LTE-V2X 和未來的 5G-V2X 也提供了車輛或終端連入運營商核心網(wǎng)以及應(yīng)用云端的接口，為 V2X 的應(yīng)用能夠擴展做出預(yù)留。同樣可以通過運營商進行資源調(diào)度和分配，來實現(xiàn)接入擁擠地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的提高。

依托 V2X 技術(shù)后，我們所描述的服務(wù)功能域就擁有了數(shù)據(jù)采集和交換的通道。例如，車輛安全與控制功能域，以往的通信手段無法滿足快速移動車輛之間，以及車輛與路側(cè)設(shè)備之間的直接、高速、可靠、低延時的通信交互，通過云端服務(wù)器后的延時和抖動使得這個功能域的功能不能很好的實現(xiàn)。在 V2X 的幫助下，這個功能域所需的數(shù)據(jù)可以高速、低延時、高可靠的進行交互，行人和非機動車也可以通過路側(cè)設(shè)備進行識別，并通過 V2X 將行人和非機動車的位置廣播給周圍車輛，車輛可以根據(jù)各自情況做出安全響應(yīng)。

實時交通信息也可以通過 V2X 技術(shù)來實現(xiàn)。通過路口的攝像頭實時采集，或者實時移動的車輛通過上傳的位置和速度信息等獲取實時的道路交通流量信息，并通過云端或者路側(cè)端進行廣播和下發(fā)，環(huán)境部門也可以通過他們的云端向車輛終端、行人終端以及路側(cè)端發(fā)送局部天氣信息，車輛以及行人可以及時的收到天氣氣候影響，做出及時反應(yīng)，公共車輛可以通過 V2X 技術(shù)上傳自己的位置、目的地等信息，云端對公共車輛進行調(diào)度，下發(fā)可用車輛信息，來滿足公共出行需求。

道路運營服務(wù)、應(yīng)急救援服務(wù)等也可以通過 V2X 技術(shù)進行自己的位置廣播、路線廣播和緊急需求廣播，從而使得自己的道路優(yōu)先級可以得到提高，救援和運營效率得到提升。

總之，V2X 技術(shù)為六大服務(wù)功能域提供了及時、準(zhǔn)確的信息交互通道，使得原本閉塞、滯后的信息傳遞有了根本的改觀，所以說 V2X 技術(shù)是解決交通擁堵的重要技術(shù)基礎(chǔ)之一。

大數(shù)據(jù)

近年來，伴隨互聯(lián)網(wǎng)和寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模普及，以及未來 V2X 技術(shù)的進一步推進，每個終端設(shè)備隨時隨地都會上傳巨大的數(shù)據(jù)量。特別地，相比以前的互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)，V2X 技術(shù)提供的數(shù)據(jù)量成倍增加。這些看似無用的海量數(shù)據(jù)其實潛在蘊藏著無限的價值，而這些價值在上世紀(jì)末由于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)存儲等原因并沒有得到重視，基本都被浪費了。然而，近期對于大數(shù)據(jù)有了重新的定義：大數(shù)據(jù)是指無法在一定的時間范圍內(nèi)使用常規(guī)軟件工具進行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合，是需要使用新的處理模式才能具有更強的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化的海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。該定義已經(jīng)將大數(shù)據(jù)上升到了資產(chǎn)級別。

借助于 V2X 以及移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，道路上的車輛無時不刻會通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送各類數(shù)據(jù)，包含位置、速度、轉(zhuǎn)向以及車內(nèi)各個傳感器的狀態(tài)信息。紅綠燈也不停地進行著相位和時間的發(fā)送，交警部門也不停更新著地面上傳感器上傳的交通流量數(shù)據(jù)，攝像頭也上傳了路口以及道路的監(jiān)控信息，行人、共享單車、出租車也上傳著自己位置和目的地、興趣點等等數(shù)不勝數(shù)的數(shù)據(jù)量。

從這些數(shù)據(jù)中可以獲得和當(dāng)時交通相關(guān)的信息、路況、事故、天氣以及動態(tài)的交通流情況，通過 V2X車路協(xié)同系統(tǒng)加以廣播，就可以讓人們及時得到所需要的路況信息、目的地停車信息、周圍的商場、餐飲信息、擁堵信息、事故信息、道路維護信息等等，從而在車輛端可以做相應(yīng)的重新規(guī)劃，使得交通效率得到進一步提升。

如果對這些數(shù)據(jù)做進一步的挖掘，根據(jù) V2X 車路協(xié)同系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)規(guī)則和相互關(guān)聯(lián)，可以得出每個地點、不同時間的交通流情況，基于大數(shù)據(jù)使得預(yù)測交通流規(guī)律成為可能，并實現(xiàn)實時動態(tài)的交通燈控制，疏導(dǎo)大規(guī)模車流，避免常規(guī)擁堵。

總之，充分挖掘這些數(shù)據(jù)的潛力對于未來解決交通擁堵問題有著至關(guān)重要的作用。服務(wù)功能域?qū)崟r地上傳與廣播海量數(shù)據(jù)，有些數(shù)據(jù)只是相互告知位置，有些數(shù)據(jù)需要進一步挖掘才能得出所需要的結(jié)論。比如，車輛道路運營服務(wù)，除了需要大量的道路車輛提供的位置信息，來計算出道路流量狀況之外，還需要結(jié)合車輛目的地情況，營運公司的計劃以及貨物到達情況等進行綜合的數(shù)據(jù)分析，才能得出合適的運營部署。

云計算及云控平臺

充分利用大數(shù)據(jù)就不得不提及云計算，光有數(shù)據(jù)沒有處理，無法對應(yīng)大數(shù)據(jù) 5 個屬性的計算能力，數(shù)據(jù)就還是數(shù)據(jù)，沒有任何價值。所以必須得有相應(yīng)的計算和分析能力才能發(fā)揮大數(shù)據(jù)真正的作用。

借助采集來的大數(shù)據(jù)，其數(shù)量之大以及高速和多樣性決定了普通的數(shù)據(jù)處理方法是沒有辦法來處理這樣的大數(shù)據(jù)的，智能交通有幾大特點：海量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)使用負(fù)載不確定、數(shù)據(jù)需要實時處理，數(shù)據(jù)共享需要高可用性以及高穩(wěn)定性。

萬輛出租車一天就會上傳數(shù)億條 GPS 數(shù)據(jù)，加上車牌、監(jiān)控等數(shù)據(jù)，交通有關(guān)的數(shù)據(jù)量級已經(jīng)從 TB 等級躍升到了 PB 等級。

由于交通流隨機性強、區(qū)域關(guān)聯(lián)性強、需要全局統(tǒng)籌等特點，以及人們出行需求有不定時不定點的特性，這就要求智能交通需要做到高實效性、高可靠性，確保所有統(tǒng)籌的數(shù)據(jù)按照需要共享給每一個交通參與者，實現(xiàn)無縫共享。所以處置這樣特點的大數(shù)據(jù)就需要更為強大的移動寬帶和運算能力來實現(xiàn)，換句話說，我們平時使用的電腦，移動設(shè)備，車輛的核心電子模塊都無法勝任這樣的工作。而且，大數(shù)據(jù)需要集中或者分布式來處理，而不是一個一個分散的來處理，所以需要一個或多個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器計算機來實現(xiàn)。我們把網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)比作云，所以就有了云計算這樣一個概念。

云計算就是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)的、易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源，是網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說法。過去往往用云來表示電信網(wǎng)，后來也用來表示互聯(lián)網(wǎng)和底層基礎(chǔ)設(shè)施的抽象。云端可以擁有每秒 10 萬億次的運算能力，通過這樣強大的計算能力可以結(jié)合 V2X 車路協(xié)同系統(tǒng)獲得大數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)科學(xué)理論以及相關(guān)算法對大數(shù)據(jù)進行進一步挖掘，獲得更為準(zhǔn)確及時可靠的深層信息，為緩解交通擁堵提供客觀上的數(shù)據(jù)支撐，并動態(tài)的滿足各個實體的使用需求，就拿實時道路交通信息服務(wù)中的出租車上傳的 GPS 數(shù)據(jù)為例，通過對這些 GPS 進行每天、每周、每月甚至每年的軌跡分析計算，得到區(qū)域性周期性交通流的趨勢預(yù)測，得到該區(qū)域的交通熱點圖，對熱點圖可以進一步分析改進，來緩解分散熱點，從而達到交通流均衡發(fā)展和疏導(dǎo)，降低用戶預(yù)約車輛以及車輛到位的時間，提升公共出行的體驗以及提高交通效率等。

云端也可以分為中心云和邊緣云，邊緣云的作用是在數(shù)據(jù)最初級、最密集的邊緣端提供具有云端計算能力的服務(wù)器，是在最接近源頭的地方將數(shù)據(jù)初步處理，同時也可以減輕中心云端的接入和運算壓力，中心云與邊緣云計算的結(jié)合可以將云計算的效率和成本發(fā)揮到最佳水平。

除了計算能力強，云端還可以對交通流做集中控制，構(gòu)建起云控平臺。同樣在分析完所需要的數(shù)據(jù)后，根據(jù)云計算的結(jié)果，云平臺也可以通過車路協(xié)同系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自動下發(fā)實施控制信號，實現(xiàn)全自動、全工況的動態(tài)交通系統(tǒng)控制。例如實時交通管理服務(wù)功能域中的交通控制子功能，當(dāng)各個車輛上傳的位置、速度以及方向等大數(shù)據(jù)通過云控平臺的云計算系統(tǒng)，計算出一周中不同時段不同路段不同方向的車速及流量情況后，動態(tài)的計算出各個路口各個方向紅綠燈的相位和時間，達到最優(yōu)的通行速度，并將這些結(jié)果數(shù)據(jù)通過云控平臺發(fā)送到各個路口的信號燈控制器，實施動態(tài)控制信號燈的綠信比，達到交通效率最優(yōu)控制。

人工智能

對于大數(shù)據(jù)的多元性，單純的云計算可能無法勝任，需要一定的智能算法配合超強的計算能力來處理原來只有人的智慧才能處理復(fù)雜多樣的問題，人工智能就孕育而生。

人工智能的概念在上世紀(jì)中期已經(jīng)被提及，只不過礙于硬件的計算能力得不到發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的提高，云計算能力的增強，人工智能這一概念又被大眾所關(guān)注，人工智能被人們賦予了“研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作”定義，而且也被認(rèn)為二十一世紀(jì)三大尖端技術(shù)之一。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行深度學(xué)習(xí)，對交通大數(shù)據(jù)進行智能處理，可以實現(xiàn)在數(shù)十秒內(nèi)完成數(shù)十億規(guī)模的交通大數(shù)據(jù)可視化分析，實現(xiàn)對交通流的實時預(yù)測，自動切換調(diào)配信號燈的配時，從而實現(xiàn)最優(yōu)的通行效率。

以行人和非機動車安全這個功能域為例，通過人工智能的深度學(xué)習(xí)，對路邊攝像頭所拍攝到的視頻在邊緣計算服務(wù)器端進行物體識別，判斷出行人以及非機動車和車輛在路口的位置以及相對移動方向和速度，實現(xiàn)路口事故預(yù)防提醒等應(yīng)用，使得原本無法進行通信的行人和非機動車也可以通過這項技術(shù)參與到車路協(xié)同系統(tǒng)中來，從而降低路口的事故發(fā)生率，提高通行效率。

實時交通管理服務(wù)功能域中的實時監(jiān)督執(zhí)法這個子功能也會用到人工智能這項技術(shù)，道路中設(shè)置的電子警察采用了人工智能算法對車輛的行為進行識別，并結(jié)合交通法規(guī)自動對違規(guī)車輛進行初步識別和處理，大大減少了交通管理部門執(zhí)法的成本和執(zhí)法的范圍，減少因為違規(guī)駕駛引起的交通事故或者通行效率降低等常見交通問題。

同樣人工智能和云控平臺的結(jié)合可以實現(xiàn)多車協(xié)同、車隊控制、共享控制信息等，通過云控平臺的超強計算能力對 V2X 車路協(xié)同系統(tǒng)所獲得的車隊位置、目的地、檢測障礙物、道路信息等大量數(shù)據(jù)進行機器學(xué)習(xí)，使得云控平臺具有智能控制多車協(xié)同，實現(xiàn)車隊控制行駛，提升車輛通行效率。

車路協(xié)同新型平臺

當(dāng)大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能的核心技術(shù)和 V2X 車路協(xié)同系統(tǒng)進行無縫整合后，從信息采集、信息交互、信息處理、預(yù)測、保障以及應(yīng)用服務(wù)等層面對智能交通系統(tǒng)做出了重新定義，可以說有了結(jié)合 V2X 車路協(xié)同系統(tǒng)和三大高科技技術(shù)才有了現(xiàn)在的智能交通系統(tǒng)的迅速發(fā)展，所以盡快落實 V2X 車路協(xié)同技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，對提升我們智能交通系統(tǒng)的水平有著巨大的幫助，對解決交通擁堵，提升交通效率起著至關(guān)重要的作用。

大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能的核心技術(shù)匹配上 V2X 技術(shù)的基礎(chǔ)可以解決獨立的六大服務(wù)功能域里的大部分服務(wù)功能，但是各個功能域之間需要共享數(shù)據(jù)，交換計算結(jié)果，各項服務(wù)也需要協(xié)同作用，從整體角度來看整個系統(tǒng)，還缺少一個必要的核心—車路協(xié)同新型平臺。

車路協(xié)同新型平臺的必要性

在解決六大類交通擁堵問題的服務(wù)功能域：車輛安全與控制服務(wù)功能域、行人及非機動車安全服務(wù)功能域、實時交通信息服務(wù)功能域、實時交通管理服務(wù)功能域、運營車輛與道路管理服務(wù)功能域、應(yīng)急救援服務(wù)功能域，它們似乎各自獨立運行，完成各自的服務(wù)功能，但是各個功能域所需要的數(shù)據(jù)來源有重復(fù)性，例如車輛安全與控制功能域所需要的車輛位置和速度以及方向、傳感器數(shù)據(jù)等等數(shù)據(jù)在行人和非機動車安全域中也會涉及到，在實時交通信息服務(wù)功能域中也需要這些數(shù)據(jù)做進一步挖掘，提取出實時交通路況信息，作為服務(wù)發(fā)布出去。

所以各項數(shù)據(jù)的來源有重復(fù)性，服務(wù)的輸出之間也會有重復(fù)，例如及時交通信息服務(wù)域會將交通信息輸出給車輛、終端設(shè)備等，車輛也會接收到來自于車輛安全與控制功能域所傳來的信息，不同功能域與各種終端、車輛、職能部門之間都有數(shù)據(jù)往來，分立的數(shù)據(jù)傳輸會導(dǎo)致效率的低下、重復(fù)以及資源的浪費，還會出現(xiàn)信息的延遲、阻塞，使得重要信息丟失等等弊端。

圖 1 交通系統(tǒng)六大功能域關(guān)系示意圖

如上圖所示，各個功能域之間的數(shù)據(jù)交互雜亂無序，使得六大功能域不能高效的運作，所以一個車路協(xié)同新型平臺是十分必要的有了車路協(xié)同平臺，上述雜亂無章的邏輯圖可以變?yōu)槿缦陆Y(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)流向變得更加清晰，資源調(diào)配變得更加合理，與外部實體的通信更為直接。

圖 2 加入車路協(xié)同新型平臺的交通系統(tǒng)功能域關(guān)系示意圖

車路協(xié)同新型平臺的描述

車路協(xié)同新型平臺是現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)性內(nèi)容，也是實現(xiàn)六大解決交通擁堵的服務(wù)功能域的必要條件之一，是以信息處理為中心，連接各項服務(wù)的基礎(chǔ)平臺，具體來說，平臺包含了數(shù)據(jù)收集、協(xié)同處理、數(shù)據(jù)交互、外部接口、數(shù)據(jù)流優(yōu)先級等功能。

整個平臺包括交互子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)和各個服務(wù)功能域進行數(shù)據(jù)交互，協(xié)同子系統(tǒng)，對各個服務(wù)功能域所要訪問的信息和控制進行初步篩選、優(yōu)先級評定等操作。

信息子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)接口外部車輛、終端、職能部門以及服務(wù)提供商等等，收集信息以及發(fā)布控制信息。

在這樣一個框架之下，各大服務(wù)功能域能夠更高效的協(xié)同運作，使得由 V2X技術(shù)收集來的數(shù)據(jù)能夠被更好的利用、傳遞、處理，資源可以更好的調(diào)配，最終實現(xiàn)服務(wù)的最優(yōu)化，從而使得交通擁堵問題得到解決。

通過 V2X 技術(shù)將各個服務(wù)功能域，細(xì)化并對應(yīng)多個 V2X 應(yīng)用場景，定義所要收發(fā)的消息和使用的信號，并定義信號間的邏輯將對具體落實整個方案起到實際的指導(dǎo)意義，通過車路協(xié)同新型平臺將數(shù)據(jù)交互、協(xié)同、接口、分析多種功能集成為一體，通過大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能對整個交通擁堵情況做出正確的分析和預(yù)估，動態(tài)實時地對交通流進行管控，最終實現(xiàn)零擁堵的愿景。