支撐21世紀公路交通的智慧運輸系統ITS

  發表日期：2003年3月19日  出處：中國交通網  作者：魯忠武

     隨著電腦、通訊及電子技術等的日益成熟並走向產業化，可以預見，在21世紀的國民生活中，多媒體將被利用於社會的各個方面，資訊化將成為影響未來社會經濟發展的重要因素。在這樣一個大背景下，美、日、歐等發達國家為了解決共同面臨的道路交通日益擁擠，路網通行能力不能滿足交通量增長需要的問題，相繼推出了適應未來運輸需求的智慧運輸系統ITS發展規劃。目前，各發達國家都以國際市場為重點，以解決交通安全性、運輸效率、能源和環境問題以及舒適性等為關鍵環節，以現代電子技術為依託，傾全力進行相關技術的研究和開發，並已陸續取得了一些階段性成果。

  　智慧運輸系統是將先進的資訊技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技術、電子控制技術以及電腦處理技術等有效地集成運用於整個地面運輸管理體系，而建立起的一種在大範圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統。具體在公路運輸領域，該系統將汽車、駕駛員、道路及其相關的服務部門相互聯結起來，並使汽車在道路上的運行功能智慧化。從而，使公眾能夠高效地使用公路交通設施和能源。具體地說，該系統將採集到的各種道路交通及服務資訊經交通管理中心集中處理後，傳輸到公路運輸系統的各個用戶（駕駛員、居民、警察局、停車場、運輸公司、醫院、救護排障等部門），出行者可實時選擇交通方式和交通路線；交通管理部門可自動進行合理的交通疏導、控制和事故處理；運輸部門可隨時掌握車輛的運行情況，進行合理調度。從而，使路網上的交通流運行處於最佳狀態，改善交通擁擠和阻塞，最大限度地提高路網的通行能力，提高整個公路運輸系統的機動性、安全性和生產效率。

    對於公路交通而言，ITS將產生的效果主要包括以下幾個方面：

——提高公路交通的安全性。

    據專家估計，採用ITS，在今後20年內可降低8%的交通災難，每年交通事故的死亡人數可減少30~70%。減少交通擁擠和阻塞，從而提高公路交通的機動性。據預測，到2012年，ITS技術可使交通堵塞減少20%。

    ——降低能源消耗，減少汽車運輸對環境的影響。

    ——提高公路網路的通行能力。

     據估計，ITS可使現有高速公路的通行能力至少增長一倍。

    ——提高汽車運輸生產率和經濟效益，並對社會經濟發展的各方面都將產生積極的影響。

    ——通過系統的研究、開發和普及，創造出新的市場。

   下面就美國、日本、歐洲智慧運輸系統的構成及研究開發領域加以介紹：

    一、美國

    作為經濟最發達、技術最先進的超級大國的美國，雖在智慧運輸系統的研究開發上曾一度落後，但憑藉其先進的技術優勢，已後來居上，目前在試驗研究和實踐應用上都處於領先地位。在智慧運輸系統發展規劃中，它非常重視ITS將形成的巨大市場，對ITS的服務領域進行了廣泛而又深遠的研究。根據1991年綜合地面運輸效率法案（ISTEA），1995年3月，美國運輸部正式出版公佈了“國家智慧運輸系統項目規劃”，明確規定了智慧運輸系統的7大領域（即基本系統）和29個用戶服務功能（即子系統）。其構成如下：

   1、出行與運輸管理系統

   該系統包括了城市道路信號控制、高速公路交通監控、交通事故處理等公路交通管理的各種功能，以及用來研究和評價交通控制系統運行功能與效果的三維交通模擬系統。系統能夠對路網中交通流的實時變化作出及時、準確的反應，幫助交通管理部門對車輛進行有效的實時疏導、控制和事故處理，減少交通阻塞和延誤，從而最大限度地發揮路網的通行能力，減少環境污染，節約旅行時間和運輸費用，提高運輸系統的效率和效益。該系統有6個子系統：

——在途駕駛員資訊系統；

      ——線路引導系統；

      ——出行人員服務系統；

      ——交通控制系統；

      ——突發事件管理系統；

      ——排放測試與污染防護系統。

    2、出行需求管理系統

    該系統向用戶提供有關出行資訊，改善交通需求管理。若將該系統和出行與運輸管理系統結合起來，駕駛員就可以通過車載或處所電腦和無線通訊獲得各種交通資訊（道路條件、交通狀況、服務設施位置以及導遊資訊等），合理選擇出行方式、時間和路線。駕駛員還可利用車載定位導航儀，在車載電腦上給出出發地點和目的地，電腦便可根據實時交通資訊自動選擇出最佳行駛路線，避開交通擁擠和阻塞，並促進高乘載率車輛的使用，從而提高運輸效率。這個系統包括3個子系統：

      ——出發前的出行資訊系統；

      ——合乘配載和預約系統；

      ——需求管理與運營系統。

     3、公共交通運營系統

   該系統用以提高公共交通的可靠性、安全性及其生產效率，使公共交通對潛在的用戶更具有吸引力。系統包括有交通標誌佔先權（高乘載率車輛專用車道的設置）、車輛定位和跟蹤系統、語音和數據傳輸系統。該系統將公共交通管理部門同駕駛員直接聯結起來，進行實時調度和行駛路線的調整，幫助運輸部門增加客運率，降低運營成本，提高運輸效益。該系統有4個子系統：

      ——公共運輸管理系統；

      ——途中換乘資訊系統；

      ——滿足個人需求的非定線公共交通系統；

      ——出行安全系統。

     4、商用車輛運營系統

     該系統能在州際運輸管理中自動詢問和接受各種交通資訊，進行合理調度，包括為駕駛員提供一些特殊的公路資訊，如橋梁凈高、急彎陡坡路段的限速等，對運送危險品等特種車輛的跟蹤以及車輛和駕駛員的狀況進行安全監視與自動報警。在特種車輛自動報警系統中，還裝有探測靠近障礙物的電子裝置，可保證在道路可見度很低情況下的行車安全。通過這一系統，可使營運車輛的運行管理更加合理化，車輛的安全性和生產效率得到提高，使公路系統的所有用戶都能獲益於一個更為安全可靠的公路環境。該系統有六個子系統：

      ——商用車輛電子通關系統；

      ——自動化路側安全檢測系統；

      ——商用車輛管理程式系統；

      ——車載安全監控系統；

      ——商用車輛交通資訊系統；

      ——危險品應急反應系統。

     5、電子收費系統

     該系統通過電子卡或電子標簽由電腦實現自動收費，可使所有地面交通收費包括道路通行費、運輸費和停車費等實現自動化，實現收費車道上無人管理、不停車、不用票據的自動收費，以減少用現金收費所產生的延誤，提高道路的通行能力和運行效率，並可為系統管理提供準確的交通數據。該系統只有電子收費1個子系統。

    6、應急管理系統

    該系統用以提高對突發交通事件的報警和反應能力，改善應急反應的資源配置。該系統有兩個子系統：

      ——緊急告警與人員安全系統；

      ——應急車輛管理系統。

     7、先進的車輛控制和安全系統

     該系統應用先進的傳感、通訊和自動控制技術，給駕駛員提供各種形式的避撞和安全保障措施。系統具有對障礙物的自動識別和報警，自動轉向、制動、保持安全間距等避撞功能。系統的這些功能在很大程度上改善和代替了駕駛員對行車環境的感應和控制能力，從而可以提高行車安全性，減少交通阻塞，進一步提高了道路的通行能力和運輸效益。該系統包括7個子系統：

        ——縱向避撞系統；

        ——側向避撞系統；

        ——交叉口避撞系統；

         ——視覺強化避撞系統；

         ——事故前乘員安全保護系統；

         ——危險預警系統；

         ——自動公路系統。

     除此以外，美國的智慧運輸系統正在開發一個新的領域，即先進的鄉村運輸系統。該系統是把為城市地區開發的交通管理技術和系統功能推廣應用到鄉村道路網路中去，主要是應用先進的電子通訊技術，提高行車的安全性，方便外國遊客出行，促進鄉村地區的經濟發展。系統包括為駕駛員和事故受害者提供援助的無線緊急呼救系統，惡劣道路和交通環境的實時警告系統，以及有關服務設施和旅遊路線、景點等資訊系統。

  二、日本

      日本ITS研究的一個顯著特點就是政府有關各部門共同參與，密切合作，以保證在技術發展過程中沒有遺漏。1993年7月，日本“車輛、道路與交通智慧協會”成立，從而在與智慧運輸系統有關的5個省：建設省、通產省、郵政省、運輸省和警事廳之間建立了加強合作的機制。1995年8月，在詳細分析ITS用戶服務範圍的基礎上，上述5個有關部門提出了日本《公路·交通·車輛領域的資訊化實施方針》，其目的在於在ITS的統一規劃下推進其工作。根據此方針，ITS由導航系統、自動收費系統、安全駕駛援助系統等9個開發領域和20個用戶服務功能構成：

   　1、導航系統。主要包括衛星導航系統和公路交通資訊通信系統。衛星導航系統是指以全球定位系統GPS的方式接收衛星電波，進行位置計算，並在地圖上顯示出目前汽車所在位置，標示出抵達目的地的距離和方位，以幫助駕駛者抵達目的地的系統。公路交通資訊通信系統是指為方便駕駛人員，減少和緩和堵塞等，通過公路上設置的信標和FM多路播放，嚮導航系統等車載裝置實時提供堵塞情況、所需時間、施工/交通限制等有關公路交通資訊的系統。主要服務對象為駕駛人員，包括兩個服務功能：

       ——路途引導交通資訊提供系統；

       ——與目的地相關的資訊提供系統。

     2、電子收費系統。是指為了解除收費公路收費站上的堵塞，實現無現金化，提高便利性，利用收費站處設置的天線和通行車輛車載裝置之間的無線通信自動付費，使收費公路收費站非停車通行成為可能。主要服務對象為駕駛人員、運輸企業、管理部門，它只有電子收費一個功能。

     3、安全駕駛輔助系統。是指為防止事故，確保安全駕駛，通過公路上設置的感測器等收集路面情況等資訊，並使其在公路與車輛之間傳播，向駕駛人員發出“前方發生危險”等警告。另外，配合高度的車輛控制技術，以實現“自動回避衝撞”，進而實現“自動駕駛”的系統。主要服務對象為駕駛者，包括4個服務功能：

         ——駕駛和道路資訊提供系統；

         ——危險警告系統；

         ——駕駛輔助系統；

         ——自動駕駛公路系統。

  　4、交通管理的最佳化。即通過路途誘導、信號控制等實現交通管理的最佳化。其主要服務對象為管理部門、駕駛者，包括兩個服務功能：

         ——先進的交通流控制系統；

          ——交通事故通報系統。

    5、公路管理的效率化。即通過提供特殊車輛管理、通行限制狀況等來提高公路管理的效率。其主要服務對象為管理部門、運輸企業、駕駛者，包括三個服務功能：

          ——管理事務的高效化；

          ——特殊車輛管理系統；

          ——道路危險資訊通報系統。

     6、公共交通援助系統。即通過提供公共交通運行狀況等措施來提高公共交通的運營效率。其主要服務對象為公共交通使用者、運輸企業，包括兩個服務功能：

           ——公共交通資訊提供系統；

           ——公共交通運行援助系統。

     7、業務用車的效率化。即業務用車的運行管理援助系統，該系統是指為了提高業務用車的運輸效率，減少業務交通量，提高運輸安全，實時收集卡車、旅遊車等的運行情況等，作為基礎數據向運輸事業公司等提供，從而援助運行管理的系統。主要服務對象為運輸企業，包括兩個服務功能：

          ——商用車運行管理支援系統；

          ——商用車連續自動運行系統。

     8、步行者援助系統。是指為了形成使步行者，特別是高齡者、殘疾人等行走不便的人們能夠安心利用的、安全、舒適的道路環境，利用攜帶的終端機等裝置就現在所處位置、設施和路線等，為步行者提供援助的系統。其主要服務對象為步行者，包括兩個服務功能：

          ——步行路線指引系統；

          ——車輛－步行者事故規避系統。

   9、緊急車輛運行援助系統。即災害/事故發生以及發生情況的自動通報和救援系統。主要服務對象為駕駛者，包括兩個服務功能：

          ——緊急情況自動通報系統；

          ——緊急車輛線路誘導/救援活動支援系統。

    三、歐洲

    歐洲的ITS研究開發是由官方（主要是歐盟）與民間並行進行的。同時，由於歐洲的國家大部分很小，因此，ITS的開發與應用是與歐盟的交通運輸一體化建設進程緊密聯繫在一起的。1969年歐共體委員會就提出要在成員國之間開展交通控制電子技術的演示。自1986年以來，西歐國家主要是在“歐洲高效安全交通系統計劃（PROMETHEUS）”和“保障車輛安全的歐洲道路基礎設施計劃（DRIVE）”兩大計劃指導下開展交通運輸資訊化領域的研究、開發與應用。

     1、歐洲高效安全交通系統計劃是歐洲研究協調局領導下，主要由汽車製造企業和供應商聯合組織的研究計劃。它是私營企業間組織的計劃，並且主要是從車輛方面研究智慧運輸系統的建設。該計劃於1987年正式起動，為期7年，研究試驗項目分為以下幾個領域：

        ——視覺增強技術；

        ——摩擦力監視和車輛動力學控制系統；

        ——車道跟蹤保持技術；

        ——視野範圍內的監視技術；

        ——駕駛員狀況監視技術；

          ——避撞系統；

          ——協同駕駛系統；

          ——自動化智慧行駛控制系統；

          ——自動緊急呼救系統；

          ——車隊管理系統；

          ——雙向通信路線誘導系統；

          ——出行與交通資訊系統。

     1994年，歐洲高效安全交通系統計劃進入結束期，各成員單位經協商後同意建立新一輪的研究計劃－－“歐洲運輸機動化計劃（PROMOTE）。該計劃將涉及更廣泛的綜合交通運輸系統問題，而不再只是集中於車輛系統，同時，還向公共部門開放，不再限於企業範圍。

   　2、保障車輛安全的歐洲道路基礎設施計劃是歐盟根據其“研究與發展框架計劃”分階段組織的大型研究開發計劃，旨在通過改善道路交通基礎設施來提高安全性、運輸效率以及減少環境污染等。該計劃於1988年發出第一階段的項目申請，目前已完成三個階段的工作，其主要研究內容有：

         ——交通需求管理；

         ——出行與交通資訊；

         ——綜合城市交通管理；

         ——綜合城間交通管理；

         ——駕駛服務與輔助駕駛；

         ——貨運與車隊管理；

         ——公共運輸管理；

          ——網路管理、運行與控制；

          ——車輛控制；

          ——集成與評價；

          ——支援問題。

   　從研究結果來看，歐洲的研究領域和系統功能與美、日大致相同，但它不是以一整套統一的用戶服務為起點和依據，而是在不同系統結構研究項目成果基礎上進行分類和集成的。這種自下而上的建立結構方式與美國和日本相比有所不同，其效果和品質也將有所不同，在國際標準化的過程中，它們之間將發生競爭並相互影響。

     由美、日、歐的ITS開發領域可以看出，未來的智慧運輸系統將使目前道路交通系統存在的種種問題得以解決或大大緩解。而且，ITS的開發也將以諸多資訊通信、汽車方面的新技術開發為支柱，創造出眾多的新興產業，進而形成巨大的市場。根據日本道路·交通·車輛智慧化推進協議會的試算，僅就導航系統的開發，到目前就已創造出20億美元規模的市場。隨著今後ITS的推進，以車載裝置為主，在資訊收集機器、資訊發送機器等電子、通信、汽車等領域，今後20年預計ITS整體將創造出5000億美元的巨大市場。因此，對於企業來說，這也是很有希望的事業領域。目前，成為推進ITS支柱的主要項目包括自動公路系統AHS、不停車自動收費系統ETC、公路交通資訊通信系統VICS等。