什么是智能交通系統(tǒng)（ITS）？最佳定義來自歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)：“智能交通系統(tǒng) （ITS） 包括遠(yuǎn)程信息處理和車輛中、車輛之間（例如，汽車到汽車）以及車輛與固定位置之間（例如，汽車）的所有類型的通信。到基礎(chǔ)設(shè)施）。然而，ITS 不僅限于公路運(yùn)輸——它們還包括將信息和通信技術(shù) （ICT） 用于鐵路、水路和航空運(yùn)輸，包括導(dǎo)航系統(tǒng)。” 我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn) ITS 的這種復(fù)雜愿景？必須解決一些問題，包括實(shí)現(xiàn)上述指定的通信和擁有適應(yīng)多式聯(lián)運(yùn)的有效手段。該系統(tǒng)需要能夠消耗幾乎無法理解的數(shù)據(jù)量并產(chǎn)生對(duì)旅行者有用的信息。這些信息需要以最有效的方式引導(dǎo)旅行者到達(dá)目的地，并與基礎(chǔ)設(shè)施交互以促進(jìn)緩解交通擁堵。它需要實(shí)時(shí)完成所有這些事情。

數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，無處不在，/因此世界確實(shí)縮小了［1］

我們經(jīng)常聽到世界在縮小。我們的意思是，由于高速交通方式的可及性和信息共享能力的顯著提高，世界人民比以往任何時(shí)候都更加緊密地聯(lián)系在一起。可以說，構(gòu)建智能交通系統(tǒng)（ITS）是縮小我們世界的關(guān)鍵。

我們共享的信息是數(shù)據(jù)的融合。該數(shù)據(jù)來自多個(gè)來源。我們每個(gè)人每天都會(huì)消耗大量數(shù)據(jù)，但它只是每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的一小部分。事實(shí)上，有些人估計(jì)每天創(chuàng)建的數(shù)據(jù)量約為 5 艾字節(jié)。從這個(gè)數(shù)字來看，國會(huì)圖書館中估計(jì)有 5 到 20 PB 的各種格式的數(shù)據(jù)。我們每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是該數(shù)據(jù)量的 250 到 1，000 倍，而且還會(huì)繼續(xù)增長。

根據(jù)麥肯錫全球研究所 2011 年的一項(xiàng)研究［2］，到 2015 年，汽車行業(yè)將成為第二大數(shù)據(jù)生產(chǎn)者；如果我們將汽車與旅行和物流結(jié)合起來，數(shù)據(jù)量將額外增長 30%。這些數(shù)據(jù)大部分來自車輛內(nèi)部的傳感器。隨著車輛包含更多的安全性和便利性功能，這一數(shù)字將顯著增長。當(dāng)然，并非所有這些數(shù)據(jù)都在 ITS 中起作用，當(dāng)然也不是原始傳感器數(shù)據(jù)。

汽車傳感器融合

單個(gè)傳感器提供一段數(shù)據(jù)，其本身可能服務(wù)于一些有限的目的，但是當(dāng)我們在其他傳感器數(shù)據(jù)的背景下考慮它時(shí)，我們能夠獲得對(duì)性能或行為的一些見解，并且通過適當(dāng)?shù)目刂瓶梢蕴岣呦到y(tǒng)性能。這稱為傳感器融合。

在當(dāng)今的車輛中，傳感器融合的一個(gè)例子是牽引力控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)檢測車輛上的車輪何時(shí)打滑并調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)功率，并在必要時(shí)應(yīng)用制動(dòng)器。但是牽引力控制系統(tǒng)如何知道車輪何時(shí)打滑呢？如果依靠單個(gè)車輪的輪速傳感器進(jìn)行檢測，這可能會(huì)比較困難。然而，不是一個(gè)傳感器，而是多個(gè)傳感器，在大多數(shù)乘用車的情況下，每個(gè)車輪上都有一個(gè)。通過查看這些傳感器報(bào)告的測量值的差異，牽引力控制系統(tǒng)能夠確定何時(shí)需要減少對(duì)車輪的發(fā)動(dòng)機(jī)功率以及減少多少，以及是否需要制動(dòng)。

傳感器融合為我們提供了一些重要的車內(nèi)分析功能。然而，如果我們止步于此，我們就會(huì)失去一些其他的潛力，尤其是當(dāng)我們開始使用非車載系統(tǒng)時(shí)。

為傳感器系統(tǒng)增加智能

這就是信息融合發(fā)揮作用的地方。信息融合可以看作是一種減少不確定性的組合方法。在共享環(huán)境中收集和分析來自各種來源的信息，以獲得進(jìn)一步的洞察力并減少有關(guān)情況的不確定性。

這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但考慮到這可以實(shí)現(xiàn)的重要性，值得付出努力。在他們的論文“情境評(píng)估中的問題和挑戰(zhàn)”［3］中，作者指出信息融合提供了情境評(píng)估，并且情境評(píng)估涉及派生實(shí)體之間的關(guān)系，例如對(duì)象狀態(tài)的聚合（即分類和位置）。

現(xiàn)在考慮一個(gè)情況評(píng)估的例子。鑒于牽引力控制系統(tǒng)的行為，如果該信息以某種方式與有關(guān)環(huán)境空氣溫度或雨水傳感系統(tǒng)的信息相結(jié)合，則可以對(duì)發(fā)生車輪打滑的情況進(jìn)行某種評(píng)估。

如果環(huán)境空氣溫度傳感器報(bào)告溫度低于冰點(diǎn)并且 ABS 輪速傳感器報(bào)告打滑，則情況評(píng)估可能是該區(qū)域有冰。如果進(jìn)行情境評(píng)估的人不是駕駛員，而是基于云的分析系統(tǒng)，從車輛接收實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)，那么評(píng)估能力就會(huì)有所提高。

現(xiàn)在，在地理圍欄區(qū)域內(nèi)可能會(huì)有多輛汽車報(bào)告車輪打滑，而不是只有一輛汽車報(bào)告車輪打滑。鑒于報(bào)告的事件數(shù)量在統(tǒng)計(jì)上顯著，分析引擎可以高度自信地得出該地區(qū)有冰的結(jié)論。這個(gè)基于云的系統(tǒng)現(xiàn)在可以將這些信息以警報(bào)的形式推送給訂閱者，警告司機(jī)進(jìn)入冰存在的區(qū)域。

擴(kuò)大范圍，基于云的系統(tǒng)現(xiàn)在也可以將此信息報(bào)告給運(yùn)營中心。運(yùn)營中心可以將這些信息廣播到周邊地區(qū)道路上的數(shù)字標(biāo)牌上，警告地理圍欄區(qū)域外的司機(jī)已經(jīng)檢測到冰，讓他們有機(jī)會(huì)在可能的情況下重新安排路線。

這只是聯(lián)網(wǎng)車輛如何集成并支持 ITS 的一個(gè)示例。

連接車輛

支持和擴(kuò)展 ITS 功能所需的下一個(gè)關(guān)鍵部分是連接性。如今，許多車輛都具有連接性，但這通常用于導(dǎo)航和禮賓服務(wù)。車輛數(shù)據(jù)需要在車外提供給基礎(chǔ)設(shè)施。一旦完成，可以實(shí)現(xiàn)許多事情。

如果檢測到碰撞（智能交通系統(tǒng)接收到安全氣囊展開信號(hào)以及其他相關(guān)遙測數(shù)據(jù)），ITS 將能夠調(diào)度第一響應(yīng)者并開始自動(dòng)重新路由交通。如果發(fā)生意外的交通擁堵，ITS 可以自動(dòng)調(diào)整紅綠燈間隔，以調(diào)整通過擁堵區(qū)域的車輛流量，并將替代路線信息直接發(fā)送到連接的車輛。

這些只是車輛互聯(lián)程度更高且車輛數(shù)據(jù)可用時(shí)可以實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)示例。

安全設(shè)計(jì)

然而，這種連接存在挑戰(zhàn)。其中最嚴(yán)重的是安全性。關(guān)于車輛被黑的宣傳很多。最初，所有入侵都需要對(duì)車輛進(jìn)行物理訪問。現(xiàn)在車輛中有許多無線接入點(diǎn)，增加了黑客的攻擊媒介。但是為了什么目的？

黑客遠(yuǎn)程控制車輛幾乎沒有價(jià)值。真正的價(jià)值在于使用不安全的連接點(diǎn)，如聯(lián)網(wǎng)車輛，作為進(jìn)入基礎(chǔ)設(shè)施和后端系統(tǒng)的入口點(diǎn)。訪問單個(gè)車輛對(duì)黑客來說幾乎沒有什么好處，但是能夠影響成百上千的車輛，或者獲得對(duì) ITS 的控制權(quán)，可能會(huì)帶來顯著的收益或顯著的痛苦。這些深遠(yuǎn)的影響意味著必須從一開始就考慮安全性，而不是修補(bǔ)或考慮作為事后的想法。管理安全性會(huì)影響系統(tǒng)的許多方面，包括架構(gòu)和接口。在安全分析中采用最佳實(shí)踐并在整個(gè)工程生命周期中應(yīng)用它們對(duì)于保持車輛和非車載系統(tǒng)的完整性至關(guān)重要。

一種這樣的最佳實(shí)踐是威脅建模。威脅建模為網(wǎng)絡(luò)安全威脅的分類提供了一種結(jié)構(gòu)化的方法。威脅模型將：

識(shí)別潛在威脅和先決條件

對(duì)威脅進(jìn)行分類和分組

確定保護(hù)措施對(duì)威脅的影響

確定應(yīng)用緩解措施的領(lǐng)域

有不同類型的威脅模型，但在其關(guān)于汽車安全威脅的報(bào)告中，NHTSA 推薦了一種用于汽車網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的復(fù)合方法。

另一個(gè)考慮因素是隱私。不可能保證車輛的完全安全，因?yàn)樵谲囕v的整個(gè)生命周期中都會(huì)出現(xiàn)新的威脅。因此，有必要采取措施確保即使實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛網(wǎng)絡(luò)的訪問，網(wǎng)絡(luò)上的信息也是安全的。這可以通過一種或多種方式進(jìn)行管理。例如，車輛內(nèi)和基礎(chǔ)設(shè)施外的數(shù)據(jù)加密或節(jié)點(diǎn)身份驗(yàn)證。

鑒于安全需求和集成兩個(gè)高度復(fù)雜的系統(tǒng)（互聯(lián)車輛和 ITS）的挑戰(zhàn)，需要“系統(tǒng)系統(tǒng)”工程。系統(tǒng)工程系統(tǒng)解決不斷發(fā)展的程序的開發(fā)和操作。傳統(tǒng)系統(tǒng)工程旨在優(yōu)化單個(gè)系統(tǒng)，而系統(tǒng)工程系統(tǒng)旨在優(yōu)化各種交互的舊系統(tǒng)和新系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，以滿足多個(gè)目標(biāo)。通過采用系統(tǒng)方法，可以創(chuàng)建一個(gè)集成架構(gòu)，提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口和必要的協(xié)議來解決問題，例如安全性。

需求管理

從事系統(tǒng)思維，在不同領(lǐng)域工作的工程師可以更容易地識(shí)別和理解這個(gè)系統(tǒng)系統(tǒng)中存在的相互依賴和交互。不僅將建模應(yīng)用于安全性，而且將建模應(yīng)用到系統(tǒng)的這些元素的體系結(jié)構(gòu)、行為和通信方面的捕獲和詳細(xì)說明中，有助于與功能和法規(guī)要求的相關(guān)性。此外，生成的模型提供了更高抽象級(jí)別的綜合視圖，從而可以更深入地理解系統(tǒng)。通過模型的仿真，可以將系統(tǒng)行為可視化，以對(duì)系統(tǒng)規(guī)范進(jìn)行初步驗(yàn)證，并在實(shí)施之前避免潛在的沖突和陷阱。

嚴(yán)格的需求管理也是成功的關(guān)鍵。跟蹤持續(xù)的需求變更、維護(hù)工件的歷史以及識(shí)別可疑鏈接將確保需求和設(shè)計(jì)的完整性。使用電子表格幾乎不可能實(shí)現(xiàn)此功能。最好通過實(shí)施適當(dāng)?shù)男枨蠊芾斫鉀Q方案來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

成功的關(guān)鍵是在整個(gè)生命周期中協(xié)同執(zhí)行工作。從需求分析到轉(zhuǎn)化為需求、法規(guī)遵從以及迭代分析和設(shè)計(jì)工作流程，工程師必須具備無縫共享信息的能力。汽車本身越來越復(fù)雜，這意味著原始設(shè)備制造商和供應(yīng)商之間的合作更加緊密。現(xiàn)在，將這種協(xié)作需求擴(kuò)展到汽車生態(tài)系統(tǒng)之外。提供基礎(chǔ)設(shè)施和后端系統(tǒng)的實(shí)體必須參與。

如果采用相同的協(xié)作方法——文件移交和工具進(jìn)出口（通常會(huì)導(dǎo)致信息的保真度下降）——不僅各方將面臨相同的挑戰(zhàn)，而且隨著數(shù)據(jù)的增長，情況將更加惡化。規(guī)模和復(fù)雜性。開發(fā)這些系統(tǒng)所采用的解決方案必須能夠?qū)崿F(xiàn)密切協(xié)作、廣泛的可追溯性，并且必須進(jìn)行擴(kuò)展以滿足開發(fā)復(fù)雜、集成系統(tǒng)的需求。此外，那些在系統(tǒng)上工作的人必須能夠立即、實(shí)時(shí)地訪問成功設(shè)計(jì)它們所必需的信息。

審核編輯：郭婷