商用车辆运营系统(PPT 52页).ppt

1 智能交通系统 ITS 2 第四讲智能交通系统的主要内容 3 第四节商用车辆运营系统CVO 4 概述 大多数商品和原材料在从产地到市场的运输途中 都或多或少地经过公路运输 运输者总会希望通过新技术的应用来降低成本 改善服务 商用车辆运营 CVO CommercialVehicleOperation 系统就是通过纸上作业自动化 增强运输企业的生产能力 提高装备与设施的使用效率等措施来减少管理者与承运人的开销 通过新技术的应用 更好地执行载重规定等运输规章 减少基础设施的维护保养和更新费用 并通过商用车辆的智能化 改进其运输安全性和运营效率 在美国与欧洲 CVO智能化的必要性是众所周知的 尤其在美国 CVO被认为是ITS工程的 早期优胜者 5 概述 商用车辆包括大卡车 地方上的送货卡车和公共汽车 出租车和紧急服务车辆 因此在美国 CVO最初被认为包括公共交通系统 救援车辆 区间托运 快递与出租车系统 以及长途拖挂装运 但是很快就发现这些运输设备的运营包含着绝对不同的特性 不能放在同一范畴考虑 例如 公共汽车服务于某一较小的固定区域 沿着基本固定的路径运行 政府为该类企业提供资金和技术的支持 而货运车队多在一个大区域内运行 运行路径和行程都是不固定的 长途货运企业多是私人所有 6 概述 因此 美国人后来将APTS从CVO中分离出来 现在CVO的主要应用对象只是重载卡车与州际长途客运车 CVO的许多新技术与ITS的其他领域的技术有所不同 如电子数据交换EDI 直接自动对车辆属性进行识别的AVI 车辆动态称重WIM WeightIn Moving 危险货物事故响应和货车自动列队驾驶都是CVO中广泛应用的特殊技术 对于公路交通管理系统而言 CVO系统有相对的独立性 例如 大范围的无线通讯网络 卫星定位跟踪和用于车辆保养或货物盘存的车载计算机都可独立实施 7 概述 在美国国家ITS的30个用户服务中 有6个属于CVO的范畴 1 商用车辆电子通关 在称重站 边境点以及其他的检查站点 这一服务使装有异频雷达收发机的 安全且合法的车辆不停车 不重复地通过复杂的检查 这些检查包括车辆注册情况 安全状况 载重量 国际关卡通关手续等证件和状况检查 符合通关条件的车辆可保持正常运行速度快速通过各种关卡 一旦在一个站点通过检查则无须在下游站点做重复检查 2 自动路旁安全检查 这一系统把电子通关系统提供的安全数据与其他技术结合起来 检查车辆安全性以及司机的反应能力与适应能力 8 概述 3 车载安全监控 这一系统在车辆高速行驶中无干扰地监测司机 车辆与货物的任何不安全的状况 例如司机疲劳 车辆故障 货物滑动或不稳等等 并将结果报告给司机 运输公司管理人员及有关的执法人员 4 商用车辆管理 这一服务使运输公司管理人员可用电子方式办理注册手续 得到通关证件 并获得购买燃料数与行驶里程数及相关税费等信息 5 危险货物事故响应 这一服务向紧急救援人员提供由危险货物运输者提供的有关危险物品事故数据 包括危险品装载数据及事故发生时间 地点和严重性 并推荐最佳救援方案 提供响应指令与紧急救援响应电话号码等 9 概述 6 商用车队管理 这一服务提供司机 调度与多式联运者的通讯链路 为运输者编制可行的计划和车辆行程时刻表提供实时信息 包括货物配送 回程装载 路径诱导等信息 最终实现商用车辆自动列队驾驶 10 概述 欧洲的CVO用户服务的内容与美国的基本相同 然而 欧洲的突出成就在于实施了欧洲多式联运和站点管理的用户服务 提供公路 铁路及水运基础设施的多式联运运输者之间的通信 在DEIVEII项目中有一系列的CVO项目 如ARTIS CITRA COMBICOM FRAME IFMS METAFORA 和FORTICO等 在T TAP中又有OLTITRACK SURFF和TRA CAR等CVO项目 关于欧洲CVO的进展主要将在后面结合多式联运详细介绍 11 概述 虽然货运和车队运输管理在日本是天衣无缝的 但使用ITS来减少费用和改善服务和安全性的潜力对货运和车队运营者仍有着巨大的吸引力 另外 公路管理部门也关注利用WIM系统防止公路由于超重车而毁坏以及利用追踪系统通过监测危险物品的移动来保证安全 与美国的6个CVO用户服务相比 在日本ITS的综合计划中确定了3个CVO用户服务 CVO管理协作 特殊商用车辆管理和商用车辆自动列队驾驶 日本CVO虽然启动较晚 但由于其先进的应用技术基础 它的发展是很快的 12 概述 CVO的效益是显著的 如据1992年美国格林海湾和威斯康辛洲的Schneider的报告 由于城市间商用车辆不合理路线的改正 载重英里数提高了20 而因司机免除了与运输公司频繁的联系电话每天大约节省了两小时 这就使一个司机的工资每星期提高了50美元 同时更重要的是导致了顾客服务质量的提高 科罗拉多Lerner的西部运输有限公司贷款建设了他们的车队管理系统 以改善与司机的联系 这样就使司机一天可以多跑51 100英里 司机的担忧程度也由100 降到了30 另外 明尼泊利斯的BestLine估计 同以前由于300名司机等着与调度员谈话而每天损失约15min相比 现在每月可节省10000美元 此外 车上的安全系统 以及电子通行证和自动的路边安全检查 可以使车祸发生率从32 降到14 13 重车自动识别 在ATMS中 我们看到AVI是电子收费系统ETC的核心技术 但是 大多数ETC系统中的AVI主要是利用车辆探测器读车载电子标签或识别车辆牌照等方法 通过预先装载的车载信息识别车辆的身份和特性的技术 而对于大型商用车辆来说 这样的识别是不够的 它必须直接对车辆属性 如车高 车宽 车长和车重 包括轴重和总重 进行现场测量 以判明车辆是否符合通行规定 为了保证运输安全和防止超重车辆毁坏公路 各国都以法规的形式对重车的规模和载重量进行了限制 例如 日本对特殊车辆的尺寸和重量的规定如下表 为了执法 在高等级公路 高速公路上需要设置一定数量的称重站 14 重车自动识别 15 重车自动识别 以往 重车到达称重站或检查站时 要停车接受检查 由人工测定尺寸或由磅秤测定重量 这是静态称重 和停车收费一样 停车接受检查和静态称重会降低运输效率 引起交通堵塞 增加旅行时间 加剧废气污染 因此不停车通过检查站和称重站 实现WIM是意义重大的 但是 WIM对称重技术提出了新的挑战 显然 重车自动识别是ITS的CVO与传统的商用车辆运营管理的主要区别之一 CVO系统中的特殊车辆自动计测系统一般分为主线子系统和基地子系统 下图是它的结构示意图 16 重车自动识别 17 重车自动识别 首先在主线子系统 自动计测行驶车辆的车高 车宽 车长和车重 超过限制值的车辆 在光电表示板上得到告示 并被引导到路边的基地子系统 然后在基地子系统停车 进行更精确的测量 无论在主线子系统还是基地子系统 车高可用超声波检测器测量 车宽 车长的测量可采用4台CCD摄像机 在前端和后端同时摄影 由立体的车辆轮廓通过三角计算得出车长和车宽 由于车辆以40km h以上速度从主线子系统通过 精确地测量是困难的 特别是当车后部有突出部分时 长度计算就困难了 18 重车自动识别 因此 还需要开发这种突出部分的识别系统 另外关于车重 是由路面埋设的车辆感知器和重量检出器测量 车辆一通过车辆感知器 系统就开始测量 如用2组4个重量检出器分别测量左右的车轮 确定和记录车重 重量检出器前后错开设置 可以同时判断速度 车轴间距和车种 这些检测器 光电板及控制装置由光缆与主计算机连接在一起 测得的数据由控制装置的计算机处理 向管理所的主计算机传送 进行统计 这种系统处理一台车仅需零点几秒钟 19 重车自动识别 20 重车自动识别 特殊车辆自动计测系统的主要问题是提高运动中的测量精度 特别是WIM的精度 如日本大阪府枚方市1号国道的车辆自动计测系统 由于行驶中悬挂的轮胎上下运动 导致测出的重量有较大的误差 目前 96 的车辆的误差为 20 读取车辆上下振动的波长 改进称重精度的系统正在研究中 系统的改进目标是 时速80km h以下精度为 0 3吨 21 商用车辆运营系统案例 1 美国的HELP 重车电子许可牌照 新月工程与HELP公司重车电子许可牌照 HELP HeavyVehicleElectronicLicensePlate 项目应用新的电子技术对公路上运行中的大型商用卡车自动识别和称重 它的概念始于1983年 电子许可牌照是一种安装在车上的记有识别数据的装置 当车辆经过一个设置了阅读器的车站附近时 这些数据被读取 一种电子许可牌照使用一个低功率的异频雷达收发器在被问询时发射车辆识别数据 22 商用车辆运营系统案例 动态称重WIM意味着在车辆运动中测量卡车的每一轴重 就象在超市里包装的商品一样 一辆辆标有条形码的卡车在公路称重站的 效验台 被扫描 一旦识别数据和轴重以数字形式记录下来 就可以通过访问中心数据库信息 在几秒钟内完成一系列的检查和确认 每个称重站的阅读器也成为一辆卡车通过公路系统的历史记录的录入器 23 商用车辆运营系统案例 重车电子许可牌照的概念发展成一些州的联合项目HELP 它的第一阶段包括AVI WIM和自动车辆分类AVC技术的实现 AVI定义一个自动感知和证实车辆标识的系统 车辆带有一个在运动中可读的标签 在公路和卡车条件下 采用编码的无线频率 RF 异频雷达收发器作为标签较合适 当卡车从埋设在公路路面的传感器上通过时 WIM确定车辆的轴重和毛重 AVC是通过处理WIM获得的传感数据而计算出轴间距 确定车辆种类 24 商用车辆运营系统案例 新月 Crescent 工程是HELP项目在1989年到1993年的可用性试验阶段 其名字来自于参加这个项目的州及其公路的地理位置 从北面的加拿大哥伦比亚向南 通过华盛顿州 俄勒冈州与加利福尼亚州 折而向东 经过亚利桑拿州与新墨西哥州直至德克萨斯州 像一轮新月 对已开发的AVI WIM与自动车辆分类AVC进行场地实验 这一项目的目标是 在自加利福尼亚的哥伦比亚I 5号路以及向东折转至德克萨斯的I 5号路上配备40个站点 使一辆汽车从一个站点获准进入系统后 就可以通行于整个试验道路网络 而不必在任何其他称重站或任何一个入口再停车接受核查它遵守州和联邦规章的情况 25 商用车辆运营系统案例 1989年 当工程从HELP技术研究阶段转入Crescent试验阶段时 亚利桑那州运输部继续负责项目管理 预算与约定的事务 加利福尼亚州运输部负责指导场地试验 俄勒冈州运输部保持着政策的配合 1991年 这一活动称为FIELP Crescent可用性试验 接受联邦公路管理局FHWA专款 这一可用性试验的专款总数大约有2200万美元 其中大约600万由联邦公路管理局提供 余下部分主要由参与试验的各个州以基金或类似于捐赠的形式提供 26 商用车辆运营系统案例 在1993年9月初的测试期间 大约2000辆汽车装备了异频雷达收发机 AVI WIM与AVC观测站收集的数据由一个中心计算机处理 州政府可利用处理后的数据作为资格检查 载重规定执行情况与制订计划所依据的信息 车辆运营者可利用这些数据来管理车队 27 商用车辆运营系统案例 测试的同时 对于系统的综合完成情况 系统对州政府以及车辆运营者带来的效益进行了评估 一个评估研究发现 HELP新月工程的组织问题是所有的HELP 新月参与者提到的最多的问题 具体的问题依次是组织约束 通信方式和目标的明确性 另外一个问题是某些州没有很好地承担义务 例如某些州缺乏企业代表 没有专门人员与领导参与 一些州派出不得力的雇员来管理项目 缺乏有力的领导阻碍了项目的进程 一些人把HELP的目标看作为州政府开发 实验新技术 而不是建立州际通道系统 因而不把标准缺乏看作一个大问题 不同的州使用不同的技术 有不同的规章制度 不重视标准是不行的 当然大多数参与者在标准问题上投入了极大的热情 这个例子从另一个侧面给我们提供了大范围ITS实施的经验 28 商用车辆运营系统案例 HELP公司是一个于1993年10月成立的非赢利性组织 HELP公司计划将HELP作为一个叫 Pre Pass 的规范性服务继续下去 在1995年3月 HELP公司与加利福尼亚州之间达成协议 自此Pre Pass服务由政府运营 1996年7月 这一服务在加利福尼亚 新墨西哥 亚利桑拿州的8个站点投入使用 尔后又增设了25个站点 车辆每次通过站点时 大约只需交纳1美元 29 商用车辆运营系统案例 2 美国的AdvantageI 75经过5年的公营 私营的协作 策划 投资和开发 AdvantageI 75在1995年12月7日开始正式运营 AdvantageI 75是世界上最浩大的ITS工程之一 它在州际75号公路上实施 这条公路途径六个州 佛罗里达 乔治亚 田纳西 肯塔基 俄勒冈与密执安 在安大略省北接加拿大401公路 处于迈阿密的公路南端是衔接美国和南美之间的航空 水运的主要运输枢纽 因此 它是美国卡车运输最繁忙的干道之一 AdvantageI 75和HELP Crescent不同 它不是一个实验性项目 而是要实施一个投入实际运营的系统 30 商用车辆运营系统案例 项目的第一阶段目标是配置AVI技术 1991年进行了系统概念设计 这个设计概念以应用AVI技术的主线自动放行系统MACS为中心 MACS包括下列关键元素 安装在每辆参与的卡车上的异频雷达收发机 配置在每一个称重站的一组路侧阅读器 一个旅行数据包 一个驾驶员通信子系统 一个称重站计算机系统 一个通道计算机 一个连接称重站点和通道计算机的通信网络 大约30个称重站上安装了主线自动通关系统的组件 参与的装有AVI异频雷达收发机的卡车在到达其旅程的第一个称重站时停车 其重量 类型 司机证件 通过时间等会被检查并存入卡车的旅行数据包中 31 商用车辆运营系统案例 一个旅行数据包是一个小型的格式化的数据库 它被顺序向前传输到下一个称重站进行预先旅行登记 这样 当卡车接近每一个称重站时 旅行数据包会将其数据传送给路侧阅读器 接着 一个计算机立即分析数据 判断卡车是否在一个合理的时间到达站点 做出是否免检放行的决定 然后给司机通过或停车进站的信号 所有这些是在卡车以常速行驶时完成的 一旦被要求停车 意味着原先的放行信息失效 需要重新检查 大约4500辆卡车的司机参加了为期两年的运行试验 32 商用车辆运营系统案例 MACS的早期设计突出了驾驶员通信设备的功能 通信设备自带电池供电 装于每辆参与车辆的驾驶室中 可以向驾驶员显示预先放行信号 当卡车通过上游的路侧阅读器时该设备就会给驾驶员一个确切的视觉信号 表明他是否被允许通过该测重站 AdvantageI 75的关键是所有参与的州机构对出行数据包中的信息内容达成共识 这些信息应足够使每个机构确定车辆是否有权通行 车辆的通行认可是基于在每一个测重站处的初始重量 检验结果和凭证证明信息 卡车可能在道路的任一交叉口进入道路 不同参与机构的不同管理需求会导致车辆在除第一个测重站外的其他测重站停车 因此 出行数据包中的数据标准影响到各参与州的标准制订 33 商用车辆运营系统案例 该系统要求在测重站有一台可同时处理多任务的计算机 对区域AVI阅读器 测重器和通信所产生的事件即时做出响应 同时 需要计算机软件的开发和集成以处理操作者所指定的需求和任务 并完成一系列的支持性功能 AdvantageI 75通道计算机安置于远离测重站的地方 该计算机能够被每一个测重站访问 其作用是输入机动车数据 编辑测重站记录 准备报告和其他辅助支持功能 通信网络的功能是连接测重站计算机和通道计算机 除数据采集和管理功能外 它还提供了出行数据包向下游传输的通道 34 商用车辆运营系统案例 车辆 路侧通信系统采用了被称之为 时分多路复用 技术 时分多路复用 TDM 就是使用一些使用者中的每一位在很短的时间间隔内独自占用某一共享信道的技术方法 路侧阅读器发出一个信号 激发可达范围内所有车辆中的异频雷达收发机 要求传发它们的识别信号 每辆车中的异频雷达收发机 随机地选择16个可用时间段之一向阅读器发出它们的识别信号 阅读器可选择四个车载异频雷达收发机 接收或查询四条信息 这些信息在四个数据时间段中从阅读器发出或接收 任一在此初始循环中未被选择的车载异频雷达收发机可以在收到下一个激活信号时选择一新的时间段传输信息 35 商用车辆运营系统案例 在AdvantageI 75的实施中 每一测重站至少需要安置三个路侧AVI阅读器 如果测重站使用一条单独的动态称重车道的话 则需要安置第四个AVI阅读器 每一个AVI阅读器旁边的异频雷达收发机通过一个具有915MHz中心频率的天线工作 天线安装在公路上空 以提供对多车道的信号覆盖能力 36 商用车辆运营系统案例 Delco异频雷达收发机包括一个电子可读写存贮单元 其中存有基本的车辆识别信息和所需凭证信息 还有空余的存贮空间以保存每次出行的专门信息 在AdvantageI 75的AVI子系统中通行数据包在第一个测重站准备完毕 然后写入Delco异频雷达收发机存贮单元中 在通过随后的每个测重站时 车辆出行数据包中的数据被更新 时间也被记录下来 出行数据包置于卡车上 并随车传送 但这并不取代出行数据包通过陆地通信线路从一个测重站向另一个测重站传递 37 商用车辆运营系统案例 把信息写入车载设备的能力具有不同于电子登记牌通信的特点 在AVI术语中 电子登记牌是一个只读的电子存贮设备 最新的AVI技术提供了车载电子存贮器 增加了向电子存贮部分写入新信息的能力 这叫可读写AVI标志 另外 这些AVI标志也可以通过一个接口来显示它们接收到的信息 因此 车载AVI异频雷达收发机可在每一测重站处提供电子化信息交换的方法 类似于ETC系统中的电子标签 38 商用车辆运营系统案例 在现实世界中 到达某一测重站的交通流由多种车辆组成 包括小汽车和卡车 安装了异频雷达收发机的重型卡车和未安装异频雷达收发机的重型卡车 一般的州际运营要求所有重型卡车离开公路进入测重站 在测重站区域内 主线的每车道上都安置了卡车探测器 卡车探测器是简单的称重设备 埋设于公路内 可以区分重车和小汽车及空卡车 任何通过测重站的重车都会触发卡车探测器 发出信号执行预定的操作 在测重站处的AVI设备必须做好设置 使预先放行的参与车辆可以通过主线而不收到停车信号 39 商用车辆运营系统案例 根据标准的州际公路管理程序 所有的卡车在到达测重站前被引向右侧车道 一个前置的 上游 AVI阅读器 看到 在进入测重站前的右侧车道上的卡车流 MACS对那些预先鉴定和称重过的卡车不发任何信号 阅读器给测重站操作人员列出需要停车的卡车识别信息 没有收到停车信号的卡车继续沿主线前行 40 商用车辆运营系统案例 前置的路侧阅读器放置于测重站入口车道前向上游约半英里处 这个阅读器激发参与车辆的AVI异频雷达收发机 卡车异频雷达收发机发出其识别信息 测重站计算机将此车的识别信息和已编辑的从上游测重站得到的获得预先放行认可的卡车列表信息相比较 测重站工作人员可以在环境许可的情况下在车辆到达之前观察并选择任意卡车进行进一步检查 被选择接受进一步检查的车辆和有问题的卡车从预先放行清单中清除 如果卡车在预先放行清单中 则它会收到通行信号 向前通过测重站而不需停车 通行信号由路侧阅读器传给卡车并显示于卡车中 41 商用车辆运营系统案例 第二个路侧阅读器设置在测重站 用以读出进入第一个测重站停车的参与卡车的识别信息 第三个路侧阅读器放置于测重站入口车道附近的下游 此路侧阅读器用来验证通过测重站的车辆是否已得到了通行认可 路侧阅读器读出车辆的识别信息 测重站计算机验证其预先通行认可 在这个位置上 测重站识别信息和日期被写入旅行数据包 然后向前传输 42 商用车辆运营系统案例 虽然AdvantageI 75的运作与HELP公司及其以前的HELP新月系统的运作看上去非常相似 但其相似性是表面的 一个最大的不同之处在于 HELP将所有的信息集中于一个中心数据库 然后提供给各参与州使用 而在AdvantageI 75中 每个参与州都有自己的数据库 即是一个分布式系统 工程预算大约为1200万美元 其中联邦公路管理局FHWA拨款770万 参与的货运公司不需缴纳使用费 43 商用车辆运营系统案例 3 美国的CVISN 商用车辆信息系统与网络 美国州际商用车运输业包括约300000个从业者 使用大约160000辆卡车牵引车与360000辆拖车 4000个供租用的旅客运输业 以及660000名商用车辆司机 这一行业的业务很复杂 包括从一辆车的运营到几千辆车的客货运输 1995年卡车与长途客车运营超过100亿英里 为了确保这些车辆能在北美大地上安全畅通运行 必须建立一个系统 使得在全国范围的数据信息系统帮助下能够电子化地显示运输情况 这一系统被称为商用车辆信息系统与网络 CVISN 这一系统支持商用车辆在称重站与边界上的电子通关 自动路旁安全检查 电子化一次停车取得资格 里程与燃料报告 车载安全监控系统 国际电子边境通行许可 危险货物事故响应与集装箱运输费用交纳 44 商用车辆运营系统案例 虽然CVO已经标准化 目前主要是DSRC与EDI的标准化的进程缓慢 还存在很多制度上的问题 但很明显 将来ITS CVO设备的成功安装的最具有挑战性的障碍将来自于不同的州 联邦机构以及运输公司的领导阶层以及这些部门之间的协作关系 因为所有这些部门有着不同的利益与目标 45 商用车辆运营系统案例 CVISN是约翰斯 霍普金斯大学的应用物理研究所 APL 从1994年起开发的 其目的是把不同的数据源与数据库连接起来 实现CVO规章与管理数据交换 信息系统中的数据来自州或联邦政府 运输经营人以及其他的有关部门 这些数据包括对单个车辆货物装载 路况 司机以及安全与交费记录等的描述 有了CVISN后 司机通过一张电子卡将自己的数据传递给路边检查站或车队检查站 就可以不必中断旅程而提供所需要的数据 除了便利路边操作以外 系统还允许被授权的用户在网络上进行车辆注册 燃料税和安全信息咨询等 但CVISN不包括ITS CVO的传感与控制元素 46 商用车辆运营系统案例 CVISN的开发需要CVO的EDI功能支持 而这一点需要广泛的协调与同步的建设 因而 联邦公路管理局FHWA正致力于同有关方面如州政府 学术部门 私人企业等广泛地合作 以期在CVISN的使用上达成通用数据交换的定义 47 商用车辆运营系统案例 CVISN将增加商用运营的安全性与生产能力 并就CVO的先进技术及其效益成本进行评估 为主要的州 企业决策者以及公众提供培训 CVISN策略有五个阶段 第一阶段完成各阶段的计划与技术框架的制定 第二阶段完成技术的原型化