面向未来的智能交通2018年11月1日《AI+:面向未来的智能交通》编委会主编：王笑京（交通运输部国家智能交通中心首席科学家、中国智能交通产业联盟理事长、国际道路联盟(IF)智能交通委员会主席)执行主编：王路（百度副总裁）李震宇（百度副总裁、智能驾驶事业群组总经理）孙伟（百度智能城市业务发展部总经理）张国华（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心总工程师）副主编：王长君（公安部交通管理科学研究所所长）王云鹏（北京航空航天大学副校长）高随祥（中国科学院大学校党委副书记、教授）贾利民（北京交通大学智能系统研究中心主任、轨道交通控制与安全国家重点实验室首席教授)黎明（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心智慧城市所所长）委员：陈艳艳（北京工业大城市交通院院长）孙剑（同济大学交通工程系主任）刘棠丽（国家智慧城市标准化总体组秘书长、中国电子技术标准化研究院智慧城市技术总监)谭华春（东南大学车路一体化研究所所长）欧心泉（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心智慧城市所副所长）李瑞敏（清华大学交通研究所所长助理）杨少辉（住房和城乡建设部中国城市规划设计研究院高级工程师）本书编写组：王有为（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心综合交通研究院副总规划师）李德芬（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心规划设计部副主任）张可（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心智慧城市所工程师）唐瑾（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心智慧城市所工程师）杨致慧（百度智慧城市业务发展部咨询总监）徐菁（百度AI市场部执行总监）徐凯恒（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心智慧城市所工程师）王瑞莹（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心智慧城市所工程师）苏晴（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心智慧城市所工程师）汤云璐（国家发展和改革委员会城市和小城镇中心智慧城市所助理工程师）李轩涯（百度智能城市知识分析师）王佳（百度智能城市知识分析师）苏琳（百度智能城市知识分析师）引言在全球新一轮科技和产业革命的推动下，人们正在面临一场前所未有的智能变革，从经济社会的方方面面到生产生活的各行各业，智能化正在产生实质性影响。中国已经明确要实施国家大数据战略，建设数字中国和智慧社会，智慧城市是主阵地。城市从过去的农耕文明1.0时代，发展到近代的工业文明2.0时代，现在正进入数字时代，或者叫信息时代，或者叫智慧时代，即城市化的3.0时代。智慧城市已经成为生态文明建设的重要载体，当前许多城市已经把智慧城市建设作为治理城市病、实现跨越式发展的重大机遇。智能交通作为智慧社会、智慧城市的重要组成部分，在智能技术的驱动下正在发挥重要作用。一方面，智能交通能够大大提升交通出行的效率。交通的核心目的在于实现人和物的高效位移，人工智能运用于城市交通能够显著提升位移的效率，提升居民出行品质。未来随着自动驾驶等新技术的大规模应用，人们能够从驾驶过程中解放出来，位移过程中的时间能够得到充分利用，交通出行将成为社会经济活动的延续。另一方面，随着现代社会的快速发展，汽车保有量快速增长，交通出行总量大幅攀升，交通问题日益突出。缓解城市拥堵、解决海量出行需求已经成为城市当下最重要的民生问题。拥堵问题产生有复杂社会和经济背景以及技术原因，需要运用综合的交通治理手段来治理拥堵“城市病”。从全球范围看，拥堵并非中国特色，大型城市交通拥堵属于世界性难题，通过路网扩建、限流和错峰出行，只是缓解一时交通压力的措施，在缓解城市拥堵方面，智能交通将会是未来发展的趋势。相比于传统智能交通，利用人工智能、车路协同、自动驾驶等新一代智能交通技术能够有效整合不同应用领域的系统，形成相互配合的有机整体，从全局角度提高交通便捷水平和安全性，这也已经成为全球大城市都在关注的治堵策略。智能交通面临良好的发展机遇，有着广阔的发展前景，希望通过我们的努力，通过用技术的手段，推动技术产业、推动交通、推动各行各业向智能化发展，提升人们的满足感。目录引言…城市交通存在的问题1.1交通供需矛盾突出...1.2城区建设规划不合理.1.3城市交通管理效率不高...1.4公交分担率和服务水平待提升，二、AI+智能交通概述.·2.1“AI+”智能交通系统定义..2.2“AI+”智能交通体系能力框架2.2.1感知层.132.2.2平台层三、“AI+”智能交通系统应用体系.183.1实时动态自适应交通管理.183.1.2应用场景..…18203.2全出行链个性化出行服务..212122233.3自主控制的可互动载运工具243.3.1功能介绍243.3.3案例实践..263.4智能网联交通基础设施273.4.1功能介绍273.4.2应用场景.…283.4.3案例实践...29四、AI+智能交通的社会价值324.1“AI+”智能交通的社会效益4.2“AI+”智能交通的影响..374.2.1成为城市发展新增长极...374.2.3城市交通“水陆空地”一体化发展推动规划模式创新37五、结论与展望.…39城市交通存在的问题改革开放40年来，中国的城镇化发展迅速，城镇化率由1978年的17.9%提高到2017年的58.5%，平均每年增长1.2%，意味着平均每年2000万农村人口流入城镇，城镇常住人口由1978年的1.7亿增长到8.1亿人，城市数量由193个增加到657个。从东部沿海城市、外贸明星城市的崛起，到如今中西部省会城市的高速发展，我国人口也在这个过程中逐步向省会城市、直辖市、计划单列市等一、二线大城市集聚。目前中国常住人口城镇化率距离发达国家80%的平均水平仍有较大差距，这也意味着巨大的城镇化潜力将为经济发展持续释放动能。目前中国仍在经历快速城镇化时期，城镇化对需求有很强的拉动作用。2030年，中国城镇化水平将达到70%，届时中国城市人口总数将超过10亿。随着城市化进程加快，城市发展规模扩大，人口涌向城市，促进城市发展同时，交通拥堵问题越来越突出，全国大约有2/3的城市交通拥堵成为常态。各大城市均出现了不同程度的交通拥堵，尤其是特大城市交通拥堵呈现出区域化、常态化特征。以北京为例，交通拥堵形势日益严峻，有逐年增长趋势。拥堵时间已经由2011年拥堵持续时间的3.5小时，增长到2016年6.5小时，年均增长14%。交通拥堵指数为2.014，单程平均通勤时间为46.7分钟，单程平均通勤距离为11.297km,单程平均通勤拥堵损失时间为23.5分钟，在大于300万汽车保有量城市中排名第一。交通拥堵现象不仅造成了城市投资成本增加，浪费了大量能源，还会增加环境污染，损害人们身体健康及带来了精神困扰，减少了社会活动效率，造成较大经济损失。根据中国交通运输部发表的数据显示，交通拥堵带来的经济损失占城市人口可支配收入的20%，相当于每年国内生产总值(GDP)损失5-8%，每年达2500亿元人民币。根据各城市的平均通勤距离、拥堵指数、该城市社会职工的平均时薪等数据计算拥堵经济成本，经济损失排行榜上北京占据榜首，其人均单程通勤距离长达11公里，较高的平均时薪，根据统计，2017年，北京因为交通拥堵额外耗费的经济成本为人均4013.31元，让漫漫上班路上的每一秒拥堵都十分昂贵。同时，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成雾霾、光化学烟雾污染的重要原因。我国已连续九年成为世界机动车产销第一大国，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成环境空气污染的重要原因，部分城市空气开始呈现出煤烟和机动车尾气复合污染的特点，直接影响群众健康。北京、天津、上海等15个城市大气PM2.5源本地排放源中移动源对PM2.5浓度的贡献范围为13.5%至52.1%。2017年，全国机动车四项污染物排放总量初步核算为4359.7万吨，其中，一氧化碳(C0)3327.3万吨，碳氢化合物(HC)407.1万吨，氮氧化物(NOx)574.3万吨，颗粒物(PM)50.9万吨。汽车是机动车大气污染排放的主要贡献者，其排放的C0和HC超过80%，NOx和PM超过90%。交通拥堵时，车辆在道路上的平均时速在15km/h以下，车在拥堵或怠速时造成燃料不完全燃烧，会产生更多的污染物排放，是正常行驶状态下污染物排放的10余倍。整体上看，当前我国城市交通拥堵问题的主要成因，可以归集为以下方面：交通供需矛盾突出、城区建设规划不合理、城市交通管理效率不高、公交分担率和服务水平有待提升、智能交通系统成效有限等。1.1交通供需矛盾突出交通需求增长速度大于交通供给增长速度而产生的交通供需不平衡，是导致我国大中城市交通拥堵的重要原因。城市交通需求增长主要表现在人们的出行频率增高、距离延伸、范围扩大、机动车保有量快速增长等方面，交通供给增长表现在新增轨道交通、新（扩）建城市道路桥梁、地面公交扩容等。由于道路增长速度远低于人们的交通需求，且城市道路的可建设面积一般约为城区总面积的20%一25%左右，任何一个城市可供修建的道路面积都是有极限的，因此在这种供需不平衡日益加剧的背景下，交通拥堵问题会越来越严重。我国大城市的人均道路面积尚不及发达国家的1/3。从2005年至2017年，我国民用汽车总量由3160万辆增加至21743万辆，年均涨幅达到17.4%，私人汽车拥有量由1848万辆增加至18129万辆，年均涨幅达到21%。城市道路网密度总体较低，普遍低于国标要求的路网密度：5.4一7.2公里/平方公里。截止2017年底，全国主要城市（直辖市、计划单列市、省会城市）道路网总体平均密度为5.89公里/平方公里，距离《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管6理工作的若干意见》提出的“到2020年，城市建成区平均道路网密度提高到8公里/平方公里”仍有较大差距。尤其是在北京、上海等一线特大城市，汽车保有量增长速度与道路增长速度的差异会更加明显。目前全国32个百万人口以上的大城市中，有27个城市的人均道路面积低于全国平均水平。上海市人均道路面积只有3.5平方米，致使中心区约有50%的车道上高峰小时饱和度达到95%，全天饱和度超过70%。停车供需矛盾突出，也是交通拥堵的一大原因，由于动态交通和静态交通是相互作用、相互影响、相辅相成的，解决好停车问题，行车就会相对顺畅，反之则会拥堵。目前我国停车位缺口率已经达到50%，北京市汽车保有量564万，停车位总数206万，上海汽车保有量469万，停车位总数64.7万，深圳机动车保有量322万，停车位总数191.6万。同时，车场的平均空置率也高达51.3%，全国有超过90%的城市车位使用率在50%以下，北上广深等主要城市的车位使用率都在40%-50%之间。存在严重的停车资源浪费现象。1.2城区建设规划不合理交通拥堵实际上是交通需求与土地利用不匹配，一方面土地利用是交通产生的根源，土地利用的类型和强度决定了交通量和交通方式，另一方面交通可达性将影响土地利用的价值，从而对土地利用规划产生决定性影响。交通与土地利用、交通需求、交通设施、交通可达性、土地价值之间形成环状互动关系。我国大城市城区开发强度过高、规划不当，导致与路网容量不匹配的交通需求。一定区域内的交通需求量是由单位面积土地开发强度（容积率）决定的，土地开发强度越大，单位面积产生的交通需求也就越大，交通需求过大最终会导致周边路网无法承载而产生交通拥堵。一方面城市中心区功能布局过度集中、以及城市组团过于强调主体功能，公共资源高度集中，就业岗位密度大，另一方面由于城市混合土地使用原则落实不够，周边新城及大型居住区缺乏就业岗位、缺乏生活配套设施和公共设施，导致人口与就业分布失衡，使得出行距离越来越大、新城与中心城间潮汐现象日趋严重。道路网级配结构普遍不合理，缺乏支小路：城区路网断头路、瓶颈路多，通行效率低。衡量城市路网效率的指标是到达性。路网稀疏、密度低使道路长度不足，道路两边能够安置的功能点较少，交通者到达功能点的机会减少。拓宽道路增加的是个别路段截面上的“通过量”但不能增加人们到达目的地的机会。而且稀疏路网使城市任意两地之间的交通穿越途径较少，往往得绕行很远，降低了交通效率。1.3城市交通管理效率不高城市交通建设与交通管理是一个系统工程，规划、建设、管理任一环节处理不当都容易造成交通拥堵。城市交通的各个要素，归属多个部门包括交通、城建、市政、城管、公安等管理，存在管理部门众多，协调配合难度较大，应变能力低：职能、职责交叉明显，易产生内耗，行政效率低下：以管理为目的，服务功能相对弱化等问题。由此造成城市道路反复开挖，城市路口间距设置不科学，路旁停车场，禁左禁右、红绿灯设计不科学，交通设施的配置不足等现象。交通参与者的城市交通维护意识比较差，违法停车、电动自行车危害严重的驾驶行为、共享单车的随意乱停乱放、违法行车走路现象普遍，导致秩序混乱、通行能力下降、安全隐患严重，是解决交通拥堵和提高安全水平的当务之急。1.4公交分担率和服务水平待提升公交具有乘客运载量大、排放相对少及交通道路运用率高等优点，按照乘客运载数量来计算，公交车的尾气排放量仅是小型汽车的1/10，大城市公交分担率低、服务水平不高，从全国范围看，除少数城市公交出行分担率达到30%以上之外，其它大城市的公交出行比例一般在20%左右，大多数二线城市甚至不到10%，同时，公交系统缺乏精细化的规划设计，存在着线网布局、站点设置不合理等问题，线网布局不合理、密度低，各种交通方式之间换乘衔接不畅：公交站点覆盖率普遍不足、公交站点位置距离交叉口过近、与轨道交通衔接不好等问题比较普遍，公交调度运行效率低，发车间隔与运行班次不能实时动态调整。此外也存在由于违法停车、管理不到位、车站位置不合理等因素导致的公交车无法进站停靠造成道路通行能力下降等问题，乘坐公交车耗时太长、舒适性差、安全事故多，全出行链交通信息服务水平低，影响了整体公交的服务水平，同时也降低了道路交通的运行效率。公交运营成本高，每年政府在公交领域投入巨额财政补贴，其8中人工成本占总成本的50%以上，然而公交服务水平并不理想。1.5智能交通系统成效有限传统的智能交通系统建设普遍存在“重硬件、轻软件，重建设、轻使用”现象。很多城市智能交通管理系统的设计深度、实用性、先进性存在严重不足，导致数据难以共享、系统整合不够、功能目标无法实现、应用系统与管理工作深度结合不够、高端功能欠缺。没有实现智能交通“1+1>2”的效应。同时，系统设备运维成本高且难以得到及时维护，难以保障长期高效运营，以电子警察系统为例，目前一、二线城市基本都实现了电警设备在重点路口、路段的全覆盖，建设规模均有上千台摄像机及相应的控制设备，由于各厂商产质量良莠不齐，前端设备实际完好率不高。设备故障未暴露，或暴露但没有得到及时维护的现象非常严重，给业主造成了大量的投资浪费。高质量数据源缺少保证，难以支撑交通实时管理需求，现代化的交通诱导和交通信号控制需要实时准确的交通流量数据以供交通状态判断以及短时交通预测使用。而由于目前系统健壮性不足，难以自行判断数据质量，从而使得交通诱导和信号控制系统不能发挥预期效用，从而影响了整体智能交通系统的投资价值。交通数据开发利用不足，缺少对数据的深层次挖掘及融合分析，缺乏对城市海量的交通数据进行有效的处理和分析，难以实现对城市交通运行状态的全面感知，进而做出正确的管理决策。个性化出行服务体系不完善，交通运行效率距离全局最优仍有距离。未来城市发展将会面临交通供需矛盾更加突出、问题复杂程度加大等不利因素，预计2030年城市人口将会增加3亿，缓解城市拥堵、解决海量出行需求已经成为城市最重要的民生问题。共享单车、无人驾驶等新的交通业态带来便利的同时也带来了新的管理矛盾和问题，大数据、互联网+、智能化水平迅速提高等新的发展机遇，智能交通将会是未来发展的趋势，利用人工智能、车路协同、自动驾驶等新一代智能交通技术可大大提高交通便捷水平和安全性，已成为全球大城市都在关注的治堵策略。未来城市交通发展需要以系统化的思维、综合化应对、智能化提升、生态化发展的思路，以便捷、安全、高效、舒适、环保、节能、以人为本为目标，从交通治理综合化、交通工程精细化、交通管理智能化、交通方式绿色化等角度，基于互联网+、云计算等新技术，结合实际需求，建立研判更9智能、决策更科学、管理更精细、效果更显著的AI+智能交通体系，提高精细化交通管理和服务水平。运动运营动运动运营动脉运营动运营动运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动动运营动脉运动运营动运营动运营动运营动10二、A+智能交通概述2.1“A+"智能交通系统定义纵观历史，历次工业革命都伴随着交通出行方式的变革，进而带来人们生活方式的变革。今天，在互联网时代下，大数据、人工智能等技术的不断发展并且与交通的不断融合，必然也会带来交通方式的变革，尤其是智能交通的革新，从而为更好地应对城市日益增加的交通压力，解决传统智能交通系统存在的问题提供了可能性。人工智能在交通领域的表达绝不仅限于利用机器代替人类行为，更重要的在于让所有的设备能像人一样做出进一步的决策、行为。交通系统是一个极为复杂的体系，其参数条件在不断变化。从近期来看，“AI+”智能交通系统的核心在于利用人工智能，实现前端数据的结构化采集，将整个交通系统数据化、信息化，实现对道路、基础设施、车辆的全方位感知。通过设备或系统的自主分析、思考，对交通运行态势进行研判，并预测未来交通状况，形成相应的优化决策或处置方案，实现交通系统的自主优化、自动处置。未来，随着人工智能的进一步发展，自动驾驶汽车将逐步代替人的驾驶行为。自动驾驶与车路协同技术将使得车辆能够全方位的获取完整的路网信息，对出行路线进行合理规划及实时调整，其驾驶行为也将更加理性。交通管理平台将有可能实现对车辆个体的精准管理，从而大大提高道路通行效率及安全。人工智能融入智能交通，对于构架更安全、更便捷、更高效的智能交通系统有着十分重要的作用，通过人工智能把所有交通参与元素，包括人、车、路、设施、天气等融合在一个智慧系统中，更为优化，更便捷化。2.2“Al+"智能交通体系能力框架“AI+”智能交通体系将实现交通系统的“可测、可视、可控、可响应”。●可测：通过多元化的数据采集手段，能够实时获取反映交通系统运行状态的各项指标，并据此建立交通系统的数字化模型，以及完整的评价指11标体系。·可视：对交通运行状态进行可视化演示，从而向交通管理者提供更加直观的信息呈现方式。同时对于任意位置的交通状态，也能够进行远程视频查看。·可控：“可控”一方面是针对各类交通基础设施，如可变信息板、信号灯等等，允许交通管理人员根据实时交通状况进行控制：另一方面，随着自动驾驶的推广，未来交通载运工具也将实现自主可控。●可响应：交通系统对于实时调控能够及时反应，从而缓解城市交通拥堵问题，提高应急处置效率。“AI+”智能交通的实现以技术发展为基础，需要从感知、平台、应用等多个层面，建立一系列与之相适应的能力，实现从前端数据采集到终端交通应用的全方位智能化，打造人工智能与传统智能交通新融合的新的智能交通体系。交通管理出行服务自动驾驶基础设施缓解拥堵信号控制信息发布应用体系路线导航车辆安全停车诱导共享出行人车交互智能停车辅助决策移动支付自动泊车智能地图智能决策平台车联网平台交通仿真平台智能交通支撑平台智能交通RFID视频监测地感线圈微波检测感知体系超声波检测红外传感地磁感应ETC路侧单元图2.1“AI+”智能交通能力框架122.2.1感知层(1)结构化数据采集能力传统交通视频数据数量庞大、响应龟速，处理需要耗费大量人力成本且大多没有应用价值。采用时空分割、特征提取、对象识别、深度学习等人工智能处理手段，对视频内容中的重要信息进行结构化提取，组织成可供计算机和人理解的文本信息或可视化图像信息，将视频护具变为更易查找、占存更小且可被深度挖掘的高密度数据。(2)实时动态数据采集能力随着城市面对的交通情况越来越复杂，交通状态的变化越来越迅速，高效的交通管理及信息服务要求管理者对于当前交通运行状态有着精确的了解。而实现这一要求依托于对交通数据的实时精准采集。传统智能交通系统主要依靠线圈及视频数据，精度不高，且设备容易损坏。基于人工智能及通讯技术的发展，实现数据采集粒度及精准度的提升，为交通状态实时感知提供支撑。(3)数据来源全域覆盖能力RFID、红外传感等新技术的使用，突破了传统智能交通系统的数据源，车载终端及手持终端机的普及使得对个体化的数据采集成为现实，使得数据采集能够从单一的道路信息采集向道路、车辆、个人、基础设施等全域数据采集转变，进而建立整个交通系统的信息化模型。多元化的数据来源保证了数据之间能够进行相互验证及修补，保证数据在时间及空间维度的有效精准覆盖。2.2.2平台层随着技术的不断升级，数据采集手段不断丰富，交通数据的采集不再成为关键难题。如何高效的管理以及有效的利用海量交通数据，使之能够有效的运用于交通实践中，才是提高出行效率的核心。因此，“AI+”智能交通系统需要在平台层建立一系列核心能力。(1)人工智能地图区别于传统地图和互联网地图，新一代人工智能地图依托强大的A虹大脑，表现出更准确、更丰富、更易用的特点。基于深度学习的OC平台应用可极大提13升了街景路牌、店铺招牌等基础数据的采集效率和质量，AI语音助手让地图“全语音操控”成为现实并解放用户的双手，AR实景步行导航给用户带来更加沉浸式的趣味导航新体验，个性化推荐则像助力一样通过自主学习用户出行习惯、出行方式偏好、路况等推荐最佳交通方案，在ETA计算方面更是大量使用深度学习算法以提升准确性和可靠度。因此，地图是让大众能直观感受到AI技术的集大成者，也是重要的AI基础能力之一，AI技术让地图更智能、更懂用户需求。(2)交通云平台随着交通数据量的不断增加，如何对城市媒体产生的海量交通数据进行处理、分析和存储，将是未来交通出行系统的关键问题。以南京市为例，每年仅车辆通过卡口所产生的数据记录条数就达到200亿条，而0rac1e数据库的上限值为10亿条。对于如此海量信息的汇聚和处理，交通云平台是不二的选择。交通云平台能够实时汇总感知层各类数据采集设备的信息，利用云计算平台的大数据存储和处理能力，借助并行计算、语义理解等先进技术，建立城市交通综合数学模型。交通云平台是一个整合的、先进的、安全的、自动化的、易扩展的、服务于交通行业的开放性平台。具体体现在：>整合现有资源，并能够针对未来的交通行业发展扩展整合将来所需的各种硬件、软件、数据：>管理海量数据，能够满足智能交通系统海量数据的标准化处理及数据管理，并且能够及时响应：>动态满足智能交通系统中各应用系统，针对交通行业的需求，能够全面提供开发系统资源平台需求，能够快速满足突发系统需求：>提供极具弹性的扩展能力需求，以满足将来不断增大的交通应用需求。(3)交通仿真平台传统的道路交通仿真其主要缺点是：仿真所采用的数据通常为历史平均数据，只能代表历史交通状态，对于实时交通管理并不具备太大参考性。并且仿真模型的标定校核难度大、成本高，模型维护更新难度大。在“AI+”智能交通体系中，通过真实系统与人工系统相互连接以及对两者行为活动的对比分析，将实时交通数据作为数据源输入仿真模型，使仿真模型在时间维度上与真实交通保持一致。经过仿真推演之后形成的决策可以直接作用与真实交通网络，或者提供给决策部