本节介绍了ITS的一些问题，在其范围不断扩大后，这些问题也许看起来非常有挑战性。由于人类具有创新精神，所以这些问题在未来一定会被解决。而一旦这些问题被成功地解决了，前景将是非常美好的。本节的目的就是要激发和引导我们找到正确的方向。
1）今天我们制造和使用的所有汽油和柴油发动机，无论是在汽车、内燃机车、飞机还是发电机中使用的，均是起源于100多年前就发现的控制突释原理。除使用了合金等新材料、多了几个电子芯片和计算机芯片等几个微小改动以外，今天的技术跟100年前相比几乎没有变化。目前的技术反映的只是一个对原型逐渐改进后的结果。基本上来说，过去100年以内的新发现和发明还没有被人们真正地吸收消化，并融合到新的发动机设计中去。这意味着我们将有数不清的机会，可能设计出前所未有的具有特殊性能的新型发动机，这些发动机将具有全新的属性，并在效率上有飞跃性的提高。
2）人们从远古时代起就开始建设桥梁来横跨溪流、江河甚至是面积较小的海洋。虽然桥的设计原理多年来都没有什么变化，但如今我们的工程技术水平已经逐步提高，可以由计算机进行辅助分析（即有限元分析）。最新的研究成果包括利用桥梁上的应变计和相应的数据采集和传输技术实现动态称重功能（Chelsea White教授，2010）等。然而，到目前为止，所有的桥梁，无论大小、木质还是钢制、是否悬索桥等，都有一个明显的共同点：它们都是固定的和静止的，给人的感觉是被动的和无生命的，它们不能动态地适应环境的变化。虽然这可能听起来有点耸人听闻，但是我们没有理由不把智能化应用到桥梁上，智能化应能使桥梁感知和适应快速变化的情况，并能在一定程度上保护桥梁自身和使用者。正如现在很多计算机处理芯片中，传感器不断地检测中央处理器（CPU）的热度，如果温度超过预定阈值，CPU就会自动关闭一样，各种智能技术的组合运用就能帮助计算机芯片避免遭到毁灭性的损坏。
3）电动汽车，尤其是同时可以有汽油驱动和电力驱动两种功能的混合动力电动汽车，由于具有实用性，正逐渐普及。在拥挤的大城市中使用这种汽车，一个主要优势就是它们基本是无污染的。在城市里，驾驶中的停停开开很常见，而使用电力驱动能消除传统汽油发动机由于长时间怠速而产生的废气。科罗拉多州的某区域评估测试（Jim Himelick，2009）表明，插电式混合动力电动汽车（PHEV）在通宵充电的状态下，还能大大减少温室气体（GHG）的排放[13，14]。当前未解决的问题是用电功耗的变异性，以及直接在燃油和电力消耗之间进行转换的难题。非插电式混合动力电动汽车基本上仍主要使用汽油，而那些完全由电池驱动的电动汽车主要从电网充电，它的主要能量来源可能是矿物燃料。从根本上来说，这种电动汽车可以帮助我们使污染远离城市而分散到乡村地区，因为那里建有发电厂，取电更为方便，但实际上整个环境中的污染总量仍然没有改变。当然，如果全世界能完全实现核能和水能发电，那么就会减少甚至消除二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫以及燃烧矿物燃料所产生的其他有毒气体。因此，设计可以降低总排放量的车辆将是未来交通可持续发展的重点。
4）在心理学领域有确切的证据证明人类缺乏对深度的精确感知能力，而这正是造成许多事故的一个主要因素，特别是涉及汽车和火车的事故。大部分在晚上发生而且涉及老人的车祸，很可能就是因为人们无法精确地判断一个在我们正前方的物体和自己的距离，不能确定它是在远离还是接近我们而造成的。在世界各地人口密度极高的城市，在繁忙的道路上，尤其是在晚上或能见度较低的时候，造成车辆与穿越街道的行人之间的交通事故的主要原因，也许就可以归咎于人类视觉系统的缺陷。随着世界人口的不断老化，这个问题只会变得更糟，这意味着在研究和缓解这一问题上我们将面临巨大的挑战。
5）自从有了人类文明就开始有道路。罗马帝国的道路长达数百英里，德国的高速公路也有数千英里，而美国的州际公路已达数十万英里。修建道路的材料和方式已经有过千年的发展历史。铺面道路的定义就是在全部长度范围内进行了路面铺装的道路。世界范围内数百万英里的铁轨也都是按相同的规则铺设的。当然，公路的基础设施建设是按每单位长度计算成本的，可如今的公路建设成本相差极大。在美国，修建一条设计年限同样为20年的4车道州际公路，成本预算最低可以是100万美元/mile，最高却可达1亿美元/mile。更重要的是，道路的维修费用不断攀升，甚至到了连美国政府都难以承受的程度。其结果是，在公路建设项目启动50年后，现在美国的州际公路系统已经开始崩溃了[4]。现实情况是，随着使用年限的增加，混凝土路面出现了微小裂缝，而融化的积雪和雨水渗入裂缝，导致裂缝不断扩大。随着时间的推移，裂缝越来越大，越来越宽，最后将路面分解成一小块一小块有害的碎片和碎石。由于对成千上万英里的路面进行彻底检查需要巨大的资金，交通官员不得不“一边打补丁一边祈祷”，选择性对部分路面进行浅表层的修补。这种情况非常糟糕，因为它有可能会逐渐影响到这个国家在世界上的竞争力。我们面临的挑战是，能否从基础物理和数学研究出发，利用所有可能的先进科学手段，将道路基础设施建设和维护成本降低一个数量级，或者大大延长道路的使用寿命。目前印度和中国正在走美国的老路，投入巨资，努力进行道路基础设施的建设。那么他们在未来50年内就很可能面临同样的问题。如果在道路建设的早期阶段，他们能意识到这一点，并以一种全新的方式去思考这个问题，未来他们将会从中大大受益。
6）一般情况下，汽车设计的经济时速为100～120mile/h，但由于各种因素的影响，目前美国高速公路上的汽车速度普遍低于60mile/h。美国交通部使用一种经验概测法测定车速，即流量为10000辆/h的4车道公路上，假定前后两车车头间距为3个车身长，意味着此时的平均时速是30mile/h。一方面，更高的速度意味着更短的旅行时间，这也意味着在商业上具有竞争优势，也能较大地改善生活质量；另一方面，美国高速公路沿线张贴的“超速危险”标志，提醒我们记住一个简单的物理定律，即速度越快，重伤甚至死亡的概率越高。在美国，超速经常被起诉和罚款，有时开太快甚至会被逮捕。在德国，高速公路没有车速限制，但政府总在要求不断改善路面条件，严格培训驾驶员以及优化汽车的安全设计参数。很明显速度和安全问题是相互对立的。我们面临的挑战是要尽力找到新的设计思想，提出非比寻常的设计原理，使汽车在不亚于当今安全水平的前提下能以250mile/h甚至更快的速度行驶。如果1000mile/h或者更远的远距离旅程能在4h内完成，那就意味着陆地上每个最偏僻的角落都会有不错的可达性，汽车出行，将能在除了需要跨越大洋的航线以外的地方，真正代替航空旅行。(www.xing528.com)
7）改善制动性能，尤其是改善在光滑路面或结冰路面上的制动性能，可以显著减少小汽车、卡车、火车、甚至飞机的事故发生率，这已是一个共识。在正常的干燥路面条件下，一些高性能赛车强大的制动系统可以使速度为120km/h的车辆在大约60m或10s内完全停下来。这里面临的一个严峻的挑战就在于如何基于对减速原理更深入地理解，发掘出一个颠覆性的制动原理，它能在确保驾驶员同样安全的情况下，将制动距离减少到5m或把制动停车时间缩短到1s。这一发明将给交通工具带来本质上的改进，甚至可能避免很多交通事故。
8）全球范围内车辆交通事故导致的结果，包括了从轻微交通事故到轻伤、重伤，有时甚至会导致死亡。事故不但影响个人和家庭生活，还成为阻碍现代化进步的一大祸根。更重要的是，即使最先进的医疗诊断器械也不能百分百检测出那些看不见的和隐蔽的伤口。即使引入了安全笼、可拆卸的发动机组件、安全带、安全气囊和其他先进器件，极大地提高了乘坐者的安全度，但据美国一名高级官员说，美国交通事故的死亡人数一直保持在每年4万人左右。其中一个主要的事故形式就是街道交叉口处的碰撞。另外，在行人安全方面，相应的改善工作一直进展缓慢。我们面临的挑战是需要更深层次地去理解造成事故的原因和事故的性质，并不断改进技术，以减轻或控制事故的发生。作为这一新思想的开创者，我们可以从这样的一个想法开始，即交通事故的发生是因为违背了基本的物理定律：两个事件不可能在同一时间占据同一个空间位置。但同时我们还需要仔细思考一个事实，即这个定律只适用于物质，而不适用于能量。
9）由于地球表面超过2/3的面积是被水覆盖的，所以永远都会有船舶等水上载运工具的存在。古时候，它们的行驶速度一般介于10～15kn之间，现代远洋货轮和核动力战舰以及潜艇的行驶速度一般是20～40kn，特制的小型高速船只行驶速度可以达到70～80kn以上。这里提出一个似乎是不可能的挑战：设想出一种全新的设计思想，使远洋货船时速达到400kn甚至更高。如果我们真的能实现这一设想，我们的思维方式就可能发生根本性的转变。在合理的时间内到达地球上每一个角落将成为一天内就能实现的现实。由于地球的大部分地区是被海洋覆盖的，大部分的人口聚集中心也在沿海区域，而且世界上大多数水域是相互连通的，原有的运输路线，甚至是我们的生活环境都很可能发生质的变化。
10）虽然个性化快速公交（PRT）的基本理念在20世纪70～90年代期间就被提出[17，18，19]，瑞典和美国也对其进行了探索研究[20]，但它尚未得到世界各地的政策制定者和运输官员的认可。在PRT中，旅行者一旦到达一个城市，就会在机场的指定车站乘上2座或3座的私人自动汽车，然后从城市中一系列地点中选择他（她）期望到达的目的地，包括酒店、会议中心、购物商场、餐馆、博物馆、政府部门和市中心主要办公楼等，这辆车沿着地面轨道滑行，并且会自动且安全地在环形导轨中进行切换，最终抵达目标车站。旅客下车后，这辆车可以马上被另一位已经等候在车站的旅客使用，也可以由算法引导空车回到最近的停车场。PRT可以大大减少人口高度密集的城市中心区的交通拥挤。而我们面临的挑战是缺乏实用的PRT架构，更重要的是缺乏科学的方法以协助决策者系统地分析对PRT网络的需求，决定是否在某一特定环境中建立PRT网络。但可以肯定的是，一定要制订详细的工程参数来协调和控制综合的异步式分散算法。
11）在商用飞机的发展初期，在确定事件和事故原因过程中，黑匣子的作用就已经是无可取代的了。它对于综合分析飞机的安全性能，重新设计飞行的控制和通信协议起到了很大作用。然而，在最近的空难中，黑匣子似乎越来越没用。原因也许来自两方面：第一个，如果空难发生在世界各大海洋上空，黑匣子往往沉入海底，很难找到。鉴于地球表面的2/3都被海水覆盖着，而许多国际航线都穿越海洋，所以我们需要调整黑匣子的设计思想，重新设计适于越洋航线的黑匣子。第二个，也是更重要的一个原因，是因为今天的许多灾难事故发生得非常突然且迅速，以至于黑匣子的数据要么太少，信息价值不高，要么是驾驶舱声音记录的数据与事故调查完全无关，就仿佛全体驾驶人员都来不及应对这一威胁一样。和以前不同的是，今天的航空控制器由于使用了快速计算机和复杂的软件而变得更加复杂。当出现问题而导致飞机坠毁时，计算机本应能做出快速反应并加以控制，但却没有做到，所以有一点是明确的，就是这个问题是极其复杂的，超出了目前技术认知所能控制的范围。还有一个很大的可能性，就是目前的黑匣子设计无法识别并记录在正确的方案下飞机正确运行时的参数设置情况。对我们来说，开发一种全新的方法来确保飞行安全是一个挑战。这种新方法要更加注重信息的快速检测和威胁的自动消除，这样就不用总是强调事后事故分析过程中掌握飞行数据和驾驶员声音信息的重要性了。
12）在错误的时间、错误的地点，过多的水会对生命和财产造成严重损害。由于上游降水过量，河流水位持续上升，可能会威胁到堤坝。当由于洪水、暴雨、风暴等导致积水或堤坝崩溃时，水灾会摧毁家园、农作物、社区和我们的生活。过去几千年间，每次遇到这些情况时，我们只能依赖万有引力的怜悯和其他自然力量逃过这些劫难。如何构造一种全新的思维方式，并利用各种科学原理整合成一个特别的方法，实现以惊人的速度排水，这对我们来说是一项艰巨的挑战。它的好处当然是不言而喻的，如果能做到，就能避免2005年的卡特里娜飓风造成的那种无法挽回的损失。
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