2.1 智慧交通系统需求和目的分析
2.1.1 智慧交通系统用户主体分析
在对智慧交通系统的需求进行分析之前，需要首先明确智慧交通系统的用户主体。用户主体是智慧交通系统面向的主要用户，是在相关服务领域内指定需求的主体。对智慧交通系统用户主体的定义，是进行需求分析的前提与基础[6]。
在用户主体分析上，可以从三个角度确定交通系统用户（图2-1），一是系统外部用户，即智慧交通系统使用者，包括乘客、货主、驾驶员、行人等；二是系统内部用户，即智慧交通系统的运营管理者，包括道路运营管理部门、城市公共交通部门、公路客运部门、公路货运部门、铁路运营管理部门（铁路客运管理部门、铁路货运管理部门）、航空运营管理部门（航空客运管理部门、航空货运管理部门）、水运运营管理部门（水运客运管理部门、水运货运管理部门）；三是相关社会公共机构，包括公共安全负责部门（公安部门、消防部门、急救中心、抗震减灾部门）以及其他相关部门（政府部门、学术机构、规划部门、环保机构）。
图2-1 智慧交通系统用户
2.1.2 智慧交通系统需求分析
在明确用户主体的基础上，本节从用户角度出发对系统需求进行分析。需求可以定义为一种总体的意愿或对缺失的物品所表现出的愿望，它通常以一种模糊或宽泛的方式来表达，可以理解为“为什么要做”[5]。需求分析是构建智慧交通系统架构的重要依据，也是保障系统成功的关键要素之一。需求分析的任务是从用户角度阐述用户需要什么样的系统功能和系统特性。需求是系统架构的基础，也是架构前期最重要的工作[6]。
对于交通运输系统来说，系统需求并不是一成不变的。随着交通运输的阶段式发展，新的需求也在不断涌现。这种涌现主要体现在以下三个方面：
1）技术的进步。系统需求跟技术进步是息息相关的，就像在无线电发明之前，人们也很难想到自己需要在空闲时间听一听收音机。在交通运输领域，随着计算机技术的快速发展，交通系统内部管理者和工作人员也开始希望交通运输系统能实现自主化运行。
2）人的需求。人类的全部历史表明，人的需求是随着财富和知识的增长而扩大的，在交通运输领域中同样如此。以铁路运输为例，在20世纪80年代左右，我国铁路运输运力匮乏，当时人们对铁路的需求主要集中于充足的运量，安全快速的运行。随着铁路的快速发展，旅客开始希望在乘车途中能享受到好的睡眠、好的食物和一定的休闲娱乐项目，对于人性化服务的要求也越来越高。人们对铁路需求在快速、安全等需求的基础上增添了舒适温馨等新的需求。
3）环境的变化。系统需求的变化也离不开外界环境的变化。在20世纪，我国的交通运输需求主要体现在三高目标上，即高品质服务、高安全、高效率。后来在能源匮乏、环境污染严重等世界背景下，人们对可持续发展的需求越来越大，在交通运输领域也就产生了对节能环保的需求。主要希望交通系统通过利用新能源、节能减排等形式抵消自身产生的以二氧化碳为代表的温室气体排放量，助力实现“碳中和”，达到相对“零排放”。
可见，智慧交通系统的需求体系是在智能交通系统需求的基础上，通过上述方式涌现出新的需求最终实现重构的。本节通过对我国交通运输系统各阶段需求进行分析，从用户需求角度构建智慧交通系统的需求体系。
根据铁路智能交通系统框架的研究成果，城市轨道运输系统曾提出“高安全、高效率、高品质服务”的三大目标，在一定程度上可以表示早期交通运输系统的系统需求。
其中，高安全主要指提升整个交通运输系统的安全性。从交通参与者的角度，要求系统具有较高的稳定性和可靠性，能够尽量不出现事故。从运营管理者和相关社会公共机构的角度，要求系统具备相应的应急救援与安全系统，能够监测系统的安全运行，在事故将要发生时及时报警以避免事故发生，事故发生后及时处置。
高效率指提升交通运输系统的运行效率。从交通参与者的角度，要求能够快速便捷地实现自身或相关货物的位移；从运营管理者的角度，要求系统具有更高的运量和稳定高效的运行效率。
高品质服务，对交通参与者来说，指在参与交通的各个环节内享受到的服务质量进一步提高；对交通管理者来说，要求系统在服务理念、服务方式上更新换代，利用先进技术提升服务品质。
如今，随着社会的不断进步，通信、传感、控制等技术的快速发展，交通系统进入智慧交通阶段，智慧交通系统在原有系统基础上，也增添了智慧自主、人性服务等新的系统需求，下面将从系统用户的角度对系统需求进行梳理。
从系统外部用户来看，乘客、货主、驾驶员、行人等智慧交通系统使用者对智慧交通系统的需求主要包括安全可靠、方便快捷、人性服务三个方面，见表2-1。
表2-1 智慧交通系统需求分析
从系统内部用户来看，运营管理、养护维修等交通系统工作人员对智慧交通系统的需求主要是安全可靠、经济高效、智慧自主三个方面；从相关社会公共机构角度来看，政府部门、环保部门、公共安全部门等机构对智慧交通系统的需求主要是安全可靠、节能环保两个方面，具体见表2-1。
由此，得到智慧交通系统安全可靠、经济高效、方便快捷、节能环保、智慧自主、人性服务共六大系统需求。
2.1.3 智慧交通系统目的分析
如果说系统需求是智慧交通系统发展的一种较宽泛的意愿，目标则可以定义为系统计划达成的事情，系统目标更多是对系统效果的描述，往往具有可量化的目标值，可以理解为“做成什么样”。爱德华·克劳利曾在《系统架构：复杂系统的产品设计与开发》[5]一书中提出一种系统需求到目的的转化方式，本节将以铁路为例，对这种方法进行介绍，并从安全可靠、经济高效、方便快捷、节能环保、智慧自主、人性服务六大系统需求出发，简单给出智慧铁路子系统的系统目标。
系统目标可以看作系统架构环节需要做出的决策。在设定系统目标时，应该依据下面5项标准来做决策：
1）有代表性的（Representative）：目标要能够代表利益相关方所提出的需求，使得系统能够通过满足这些目标，来进而满足利益相关方的需求。
2）完备的（Complete）：如果能够满足所有的目标，那么就可以满足所有较为优先的利益相关者需求。
3）可以由人类解决的（Humanly Solvable）：目标是可以为人所理解的，而且能够提升解题者找寻解决方案的能力。
4）一致的（Consistent）：目标之间不能相互冲突。
5）可达成的（Attainable）：目标必须能够以可用的资源来实现。
《系统架构：复杂系统的产品设计与开发》一书中曾提出一种“To-By-Using”（为了-通过-使用）框架来对系统目标进行描述。
为了：对与特定解决方案无关的意图所做的陈述。
通过做某事：对与特定解决方案相关的功能所做的陈述。
使用：对形式所做的陈述。
智慧交通系统目的见表2-2。
表2-2 智慧交通系统目的
（续）
To-By-Using框架最为重要的一项目标，就是使人能够在问题陈述中，关注“向主要用户体现价值”这一意图。比如，在分析智慧铁路子系统目标时，是把旅客/货主当成主要用户的；在构造上述描述时，应该把系统对主要用户所体现的价值，率先表达出来。依据上述方式，我们从系统需求出发得到智慧铁路子系统的系统目的。