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随着汽车工业的发展，世界汽车产量逐年上升，已成为支撑世界各国重要的经济支柱之一。在1950年，全世界汽车产量就已达到1 000万辆，到2000年，这一数据突破5 800万辆，2018年全球汽车产量为9 563万辆，2019到2020年虽然有略微下降趋势，但全球汽车产量仍然高达7 800万辆，如图1.1所示 [1,2] 。据公安部统计，截至2021年9月，我国机动车保有量达3.90亿辆，其中汽车2.97亿辆；全国机动车驾驶人4.76亿人，其中汽车驾驶人4.39亿人 [3] ，交通需求增长趋势明显。
图1.1 世界汽车年产量
随着汽车产量的不断增长，人类在越来越多的方面享受到了汽车带来的益处。近十年，我国公路总里程和公路密度呈稳定上升趋势，2020年末全国公路总里程519.81万km，比上年末增加18.56万km。2020年我国的公路营业性客运量在全国营业性客运量中占比71.3%，公路营业性货运量在全国营业性货运量中占比73.8% [4] 。在欧盟，道路运输是整个内陆运输业的主要途径，2018年占比为75.3%，且该数据仍在持续增长 [5] 。
然而，在汽车给社会带来经济效益的同时，也产生了交通拥堵问题，它一直被视为是造成严重的社会、经济和环境问题的原因。欧盟联合研究中心的报告指出，许多国家的主要城市（法国巴黎、德国柏林、葡萄牙里斯本）交通拥堵时间均呈逐年上升趋势，交通拥堵进一步增加了公路运输成本，因道路拥堵导致的损失大约超过1 100亿欧元/年 [5] 。根据高德地图发布的《2020年度中国主要城市交通分析报告》 [6] ，2020年我国361个城市中，有40.16%的城市在通勤高峰时处于拥堵或缓行状态。因此，我们不得不面对如交通拥堵、安全、污染、能源损耗等一系列日益严重的问题。
2018年，欧盟国家的内陆运输业燃油消耗量达到287百万吨油当量，占总能源消费量的30.5%。公路运输量占内陆运输量的76.7%，公路运输的燃油消耗量占运输业消耗量的32.8%。同年，欧盟国家的道路运输的CO 2 排放量达11亿t，占整个交通排放量的87%以上 [5] 。在中国，汽车能耗在总体燃料消耗中的比例逐年不断增加，2018年我国全年燃料油产量为2 024.1万t，2019年燃料油产量为2 469.7万t，比2018年同期增长了445.6万t，累计增长了22%。由于堵车，汽车行驶时间增加，必然造成燃料的额外消耗，汽车缓慢运行的同时，驾驶员还需频繁启停车辆，更加剧了燃料的消耗。
交通安全是影响人们日常生活的最严重的问题之一，由于驾驶员难以长时间保持注意力集中，以及驾驶员素质有待提高等不确定因素导致的交通事故率居高不下，如道路交通事故、环境污染等。交通事故和疟疾、艾滋病、战争等问题成为导致死亡和残疾的主要原因。据统计，欧盟2019年的交通事故数量达到93.52万起，事故导致死亡人数超过2.2万 [7] 。近年来，我国道路交通体系在运输能力供给、设施总量规模以及服务质量等方面获得了显著成就，道路交通事故的总量较大，但机动车交通事故在逐年减少。2018年涉及人员伤亡的道路交通事故数为24.49万起，2019年道路交通事故数为24.76万起，其中，汽车交通事故发生数为15.9万起，同比下降4.5% [8] 。
有学者建议通过修建更多的公路和街道来解决交通问题。然而，无论从经济还是环境角度来看，修建道路的难度在逐渐增加。数据显示，每年通过建设道路增加的车辆容纳能力远远滞后于社会的需求，所以才导致交通拥堵问题的日益严重。因此，解决交通拥堵问题，必须寻求更为有效的解决办法。其中一种方法是通过对公路和燃料资源的优化利用，提供安全、舒适的交通，同时将对环境的影响降到最小。然而，开发出能够满足这些种类繁多又相互制约的多样性需求的车辆，无疑是一个巨大的挑战。对于迎接这一挑战，智能交通系统（In telligent Transportation System，ITS）已显示出其在提高交通安全、减少交通拥堵、改善驾驶条件等方面的巨大潜力。早期研究表明，借助于ITS，可以将意外事故降低18%，污染气体排放减少15%，耗油量降低12% [9] 。