1.1.2 信息通信技术在交通行业的应用与演进

信息通信技术在交通运输中的应用也被称为交通信息化，主要指道路交通信息的采集、传输、处理、存储、显示与发布等。通过交通信息化，可提高交通管理能力、运营效率，改善交通服务水平，降低交通事故。

交通信息的采集涉及磁性检测器、雷达测速、射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）、GNSS、照相和摄像设备等各种传感器技术，可获得车辆型号、车牌、车速、车道占用率、交通流量、交通突发事故、车辆违章违法信息等。交通信息的传输涉及有线通信、无线通信等，包括光通信、3G和4G及其演进的移动通信、无线局域网（Wi-Fi）、车联网通信（C-V2X、DSRC（专用短距通信，Dedicated Short Rang Communication））等。交通信息的处理与存储涉及大数据、云计算、网络存储技术以及多源异构传感数据的信息融合处理技术等。交通信息显示与发布可通过交通标志显示牌和道路交通诱导系统（LED显示屏）、媒体播报（如调频广播（FM））、移动终端发布（手机、车载多媒体终端）等实现。

上述技术广泛应用于高速公路和城市交通场景中。在高速公路场景中，从早期的高速公路信息化系统到近年来的智慧高速公路建设，包括高速公路省界收费站的拆除，对信息通信技术提出了更高的要求。在城市场景中，典型应用包括交通信号灯控制、公共交通信息系统等，近年来，智能交通管控作为智慧城市建设的重要组成部分，对通信能力、云计算能力的需求也明显提升。

结合本书重点关注的蜂窝车联网通信，下面以交通信号灯控制、电子不停车收费（ETC，Electronic Toll Collection）系统、公共交通信息系统、营运车辆管理系统作为典型应用进行简要介绍。

交通信号控制系统通过对交通信息的采集、传输、处理和执行来控制交通信号灯的变化，以提高交通安全性和效率。根据控制范围，可以分为单点交叉口交通信号控制（点控）、主干道路交通信号协调控制（线控）和区域交通信号系统控制（面控）。而通信技术是保证交通信息、控制指令能够在交通信号控制系统中的管理平台、控制系统中心和路口信号机间实时、准确传输的关键[23]。这种通信可以基于专用的数字化通信网络，采用有线或无线通信技术实现[24]。V2X通信技术的出现提供了实时的交通信息检测能力，使得交通信号的自适应配时控制方式成为可能，克服了传统固定配时方式无法适应车流量高度动态性的缺陷，更为灵活高效[25-26]。

ETC是指应用于高速公路、桥梁或停车场等地的电子自动收费系统，通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与收费站的ETC路侧设备（RSU，Road Side Unit）之间的专用短程无线通信，并进而利用联网技术与银行后台进行结算处理，从而实现车辆通过高速公路、桥梁或停车场等收费站时无须停车而自动交纳相关费用。随着C-V2X的部署，利用其V2I的连接服务可以实现开放式自由流不停车收费（新型的无门架ETC收费模式）[27]，还可以结合其V2N应用实现拥堵收费等新应用，为交通管理者提供新的管理手段和新的管理方式。另外，随着移动互联网、V2X通信、支付技术的进步，ETC的应用已逐渐从单一的高速公路收费场景延伸至城市场景，拓展到停车场、加油站、充电桩、出租车等多元化交通领域。

公共交通系统的智能化、信息化是城市交通的重要发展战略，目的是有效提高城市交通安全、运转效率、方便市民出行。公交一卡通系统和公交智能监控调度系统是信息通信技术在智能公共交通中的典型应用。公交一卡通系统的发展已从最初的公共交通刷卡消费向跨地域互联互通、小额消费和公共服务领域拓展演进。其中，一卡通终端系统是系统中信息采集的基础设备。要实现一卡通终端系统的可靠工作，终端设备与RFID读卡器、公交一卡通后台系统之间的可靠通信是重要前提[28]。其中与后台系统的通信常通过移动通信网络连接后台监控[29]，终端内部与RFID读卡器采用串口通信。公交智能监控系统由公交智能监控调度平台、数据传输网络、公交车载GPS终端、电子站牌、公交车读卡器等组成。其中，公交车运营中的定位和监控可以通过车载GPS终端、RFID采集终端实现，并采用3G、4G等移动通信网实现公交车载终端、电子站牌等设备与车智能监控调度系统之间的信息交互；公交车IC读卡器与车载GPS终端可通过标准接口进行连接，读卡信息可通过无线网络上传。基于上述信息采集和数据传输功能，公交智能监控调度平台进行数据分析处理，并连接地理信息系统（GIS，Geographic Information System），实现车辆监控、信息统计管理、车辆运营调度、自动排班、电子站牌信息更新等功能[30]。

营运车辆管理系统是指通过3G/4G及演进的移动通信系统、导航定位及大数据和云平台等技术，为商业运营车队及其车队驾驶人员提供数据信息与管理服务，包括：运营车辆维修保养管理、运营车辆安全管理、运营车辆调度管理以及运营车辆保险业务等，实现对运营车辆/车队的运行状态数据的采集和监测，保障车辆正常运行，降低车辆的维修和保养成本；通过云平台监测管理车队驾驶人员的驾驶行为、工作日程及是否疲劳驾驶、车辆运行状况，促进驾驶人员养成良好驾驶习惯，减少汽车损耗及能耗，降低车辆行驶事故风险；实现车队运输任务动态调度、运输线路优化和运输导航业务，提升运输效率，降低车队的运营成本。

虽然，如上所述，信息通信技术已在交通运输领域得到了大量应用，但是最新出现的信息通信技术对交通信息化和智能化的推动作用将更加明显，特别是5G、车联网、人工智能、大数据、移动互联、云计算、区块链等技术，其综合应用将对交通系统带来革命性变革，推动智能交通本身的技术和内涵的变化[31]。未来的智能交通系统（ITS，Intelligent Transportation System）是将信息通信技术（通信、计算、传感、控制、运筹学、人工智能、大数据等）综合运用于交通运输、服务控制，通过车辆、道路、使用者、管理者四者之间的有机联系，实现保障安全、提高效率、改善环境、节约能源的综合运输系统[32-33]，同时提升个人出行效率和出行服务体验，终极目标是实现零伤亡、零拥堵、零排放以及极限的道路通行能力。