智能交通系统is的发展与展望

智能交通系统is的发展与展望

20世纪90年代，智能网络系统（iii，专用车辆系统）迅速崛起。ITS作为根本解决交通运输问题的先进技术,它是怎样产生和发展起来的?其发展的现状和前景如何?国内外发展ITS有哪些值得武汉市借鉴的经验?这些是本文拟回答的问题。1现实的运用:国际苏商业政策的当代发展ITS作为一个概念性名词出现于20世纪90年代初,但其技术雏形可以追朔到20世纪60年代出现在美国的静态路径诱导、计算机交通控制等技术,不过当时其重要性并不明显。然而进入20世纪90年代以来,ITS突然以惊人的速度发展,许多发达国家竞相投以巨资进行ITS的研究与开发,目前世界上每年对于ITS的总投入超过200亿美元,国际ITS领域已形成美国、欧洲和日本三强鼎立的局面。发达国家为何不惜投入巨资竞相发展ITS?主要有以下几个方面的背景:1.1年以来的社会转型与交通问题的解决20世纪60～70年代是西方各国经济发展的黄金时期,但伴随经济高速发展的负产物之一即是交通状况的不断恶化,交通拥挤、事故、环境污染已成为最难消除的现代社会公害之一。据统计和预测,在美国,1988年25个主要城市由于交通阻塞造成的经济损失达420亿美元,到2020年,全国因交通问题而造成的损失每年将超过1500亿美元;在日本,许多大城市和高速公路汽车速度不到15km/h,全国每年因交通阻塞而造成的时间损失达50亿人/时;1995年,美国、日本、德国、英国和法国因交通事故而死亡的人数已分别达到41798、12670、9454、3621、9169人。面临日益严重的交通问题,单靠增建、拓建道路交通设施的传统办法不可能从根本上解决交通问题,况且发达国家的公路网早已建成,特别是在城市建成区靠大量拆迁来增建、拓建道路交通设施是得不偿失的。同时,人们越来越多地从保护环境、节约能源、谋求社会可持续发展的角度来考虑问题。近20年来系统科学和信息科学技术的迅猛发展为各国从根本上解决交通问题提供了有效途径,科学家们用系统的观点进行思考,将人、车、路综合起来,并把先进的计算机、通信、控制技术运用于交通系统,于是,ITS便应运而生了。1.2日本or美国整理剂公司的市场规模ITS不仅可以提高运营率,减少事故率,并带来减少能源消耗、降低大气污染的社会效益,而且可促进智能化交通电子设备的开发,形成一个新型的交电产业,带来巨大的经济利益。美国运输部1991年在向国会的报告中指出,在未来20年里,美国ITS开发的总投资将超过3000亿美元,将极大地刺激工商业的发展。至于开发的成果将在国际国内市场带来的经济利益,据一个称为Mobility2000的组织估计,仅美国ITS相关产品的国际国内市场效益,到2000年就可达每年280亿美元。日本ITS的车辆信息情报子系统在2000年的市场规模是15兆日元,预计2010年可达45兆日元。由此可见,ITS技术竞争的实质是为了争夺未来市场的经济竞争,这正是发达国家竞相不惜投入巨资发展ITS的根本原因所在。1.3高新技术民用化发展的趋势冷战时期,发达国家的军事装备与国防领域,最为集中地应用了当代高新技术,如卫星导航技术、信息采集与提供技术、计算机控制与管理系统、电子技术等。进入20世纪,随着世界范围冷战的结束,促使发达国家国防工业企业考虑向非军事领域投入其技术的合理性,高新技术民用化便成了发展趋势。而与此同时发达国家的交通问题日趋恶化,也正需要新的解决手段和技术,国防高新技术的民用化正好为其创造了条件,它为ITS的发展起了催化剂的作用。2推行“四水”工程,建立智能化的交通运输综合管理系统,对于全体人民智能交通系统是人们将先进的的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个交通运输体系,从而建立起一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的交通运输综合管理系统。其目的是使人、车、路密切配合、和谐统一,极大地提高交通运输效率、保障交通安全、改善环境质量和提高能源利用率。根据发达国家ITS研究与开发的状况,目前ITS包括范围大致如下:2.1dms应急反应系统主要指先进的监测、控制和信息处理系统。该类系统向交通管理部门和驾驶员提供对道路交通进行实时疏导、控制和对突发事件应急反应的功能。它包括城市集成交通控制系统、高速公路管理系统、应急管理系统、公共交通优先系统、不停车自动收费系统、交通公害减轻系统和需求管理系统等。ATMS在道路、车辆和监控中心之间建立起通讯联系。监控中心接受到各种交通信息并经过迅速处理后,通过调整交通信号,向驾驶员和管理人员提供实时信息和最优路径诱导,从而使交通流始终处于最佳状态。2.2交通信息咨询主要是对交通出行者提供及时的信息服务。在出行前通过办公室或家庭的计算机终端、咨询电话、咨询广播系统等,向出行者提供交通信息,以帮助出行者选择出行的方式、时间和路线。在出行途中,通过车载信息单元或路边动态信息板,向出行者提供交通信息,通过路径诱导系统对车辆定位和导航,使出行者以最佳的出行方式和路线到达目的地。2.3公共交通监控和调度采用各种智能技术促进公共交通的发展,它包括公共车辆定位系统、客运量自动检测系统、行驶信息服务系统、自动调度系统和电子车票系统等。例如,利用全球卫星定位系统和移动通讯网络对公共交通进行监控和调度;采用IC卡进行客运量检测和公交出行收费;在公交车辆上和公交车站通过电子站牌乘车者提供车辆的实时运行信息,提高公共交通的吸引力。2.4安全危险防护主要指智能汽车的研制。该系统包括事故规避系统和监测调控系统等。智能汽车具有道路障碍自动识别、自动报警、自动转向、自动制动、自动保持安全车距、车速和巡航控制功能。安装在车身各部位的传感器、盲点监测器、微波雷达、激光雷达、摄像机等设施由计算机控制,在易发生危险的情况下,随时以声、光形式向司机提供车体周围的必要信息,并可自动采取措施,从而有效地防止事故的发生。车内计算机中存储大量有关驾驶员个人和车辆各部分的信息参数,当监测到这些参数发生变化、超过某种安全极限时就会向司机发出警报,并采取相应措施,以预防事故发生。2.5提高商业车辆运营效率这是专为运输企业提高赢利而开发的智能型运营管理技术,目的在于提高商业车辆的运营效率和安全性。通过卫星、路边信号标杆等装置,以及车辆自动定位、车辆自动识别、车辆自动分类和动态称重等设备,实现电子通关、辅助企业的车辆调度中心对运营车辆进行调度管理。3其他国家智能交通系统发展概况在国外,智能交通系统的发展以美日欧为代表,其他如加拿大、澳大利亚、韩国、新加坡等国也有很好的发展势头,限于掌握资料和文章篇幅,这里主要介绍智能交通系统在美日欧的发展概况:3.1美国iso试验结果美国ITS始于1967年的电子路径诱导系统研究,由于从政府方面得不到继续开发的政策和资金支持,1971年该项目中止。正是这一系统导致了稍后日本、德国关于路径诱导系统的研究,导致了日、欧ITS的迅速发展。20世纪80年代末,面对欧、日的领先和城市交通的恶化,美国Mobility2000建议联邦运输部重视智能车辆——道路系统(IVHS)研究,得到政府的积极回应。正是在该组织的推动下,于1990年8月成立了官民合作的全国性组织IVHSAmerica,从此在全美开始了协调、统一的IVHS的研究、开发和部署。美国ITS发展历程的特点是国家统一规划、投资充足、发展迅速。1991年美国在新一轮(1992～1997)的道路交通建设法案中把IVHS的研究开发置于中心项目的位置,并制定了巨大投资计划。从美国1992年提出的IVHS开发战略计划研究的内容来看,IVHS不仅涉及开发IVHS所需高新技术的研究,还涉及实施运行IVHS后,IVHS对社会、经济、法律、土地利用及人们出行行为的影响以及所需要采取的运行规章及管理制度的建立等研究。可见,IVHS不仅使交通建设与运行管理走上高科技之路,使交通运输产业划时代的改变,而且对社会、经济、法律、土地利用等都将产生深远的影响。1994年美国根据IVHS的实际研究项目,认为IVHS的名称已不能覆盖其全部内容,因而把IVHS易名为ITS,并于同年9月经国会批准成立了美国智能交通协会(ITSA)。TSA的成员包括联邦政府、州政府、地方政府和外国政府机构,与ITS开发有关的国家和国际公司,大学、独立研究机构、对ITS感兴趣的公共团体及其他从事ITS活动的团体。它的主要活动是:帮助政府制定政策;组织技术论坛;帮助发展标准、处理横向问题;促进国际合作;管理和交换ITS信息;展示ITS新技术;支持地方和州范围的ITS计划;提高公众对ITS的认识。美国实施ITS取得显著经济效益和社会效益。如在密西根州,ATMS使高峰小时车速提高35%;ATMS使行驶时间缩短19%;AVCS使公共汽车交通事故率降低20%;自动车辆定位节约40万美元/年;电子收费和交通管理使收费车道上事故降低为0;运营费用降低16万美元/年。根据ITSA2002年年初公布的预测,到2011年左右,美国ITS将达到如下一些社会效益:降低交通事故,每年减少死亡5000～7000人;缓解交通拥堵,因此每年节省200亿美元支出、10亿加仑的汽油消耗和13%的出行时间;提供充分的实时交通信息,以利于出行者做出恰当的出行选择,等等。3.2欧盟的并不断推进国内道路运输通信发展在欧洲,德、英、法等国于20世纪80年代初期先后各自研究路径诱导系统。欧洲的国家大部分都很小,而各国的诱导系统互不相容,这对过境车辆和道路交通管理带来了不便。经济合作与发展组织(OECD)决定努力促进ITS的发展并协调全欧进行有效的国际合作,并将ITS纳入了始于1986年的“尤里卡”计划,旨在建立跨欧的智能化道路网。欧洲的ITS推进组织是成立于1991年的欧洲道路运输通信技术实用化促进组织ERTICO,它的目的是协调和支持全欧洲的ITS活动。在该组织的积极参与下,欧盟自1988年以来在ITS领域相继实施了五个骨干计划,具体计划中包括许多项目,其中主要的项目分成两条战线。一是由欧盟组织的为完善道路设施、提高运输服务水平的DRIVE计划和T-TAP计划,二是由民间企业为主导的为提高欧洲汽车竞争力的PROME-HEUS计划和改善欧洲运输机动性的PROMOTE计划。这些计划的共同特点是它们都是跨国合作的大项目,其中的子项目有全欧联合的、局部地区联合的和单个国家或城市的,大多数子项目由下自上通过公开征集确定。从欧盟20世纪90年代中期以来先后实施的两个ITS骨干计划来看,均是包括道路交通运输、航空运输、铁路和水路运输及多式联合运输的综合性研究开发计划,表现出比日、美更重视综合运输的ITS项目。由此可见,强调国际(主要是洲际)合作和标准化、强调综合运输系统智能化是欧洲IS发展的主要特点。3.3日本up法的研究与开发日本ITS的发展几乎与欧洲同时起步。1973年,日本进行其第一个ITS项目CACS,这是世界上第一个动态路径诱导系统。20世纪80年代中期开始,由运输省等政府部门组织上百家企业,会同大学和研究机构进行大规模联合开发,形成了官、民、学协调体制,极大地推动了ITS的发展。20世纪90年代中期,日本相继完成了路车间通信系统、交通信息通信系统、广域旅行信息系统、超智能车辆系统、安全车辆系统以及新交通管理系统等方面的研究。在此基础上,1994年1月,由日本警视厅、通产省、运输省、邮政省和建设省等五个部门联合成立了日本道路、交通、车辆领域智能化促进协会,其使命是推进ITS的研究、开发和利用。在新阶段,四省一厅于1995年8月颂布了《公路、交通、车辆领域的信息化实施方针》,提出了ITS研究开发的九大领域;四省一厅于1996年7月提出“推进ITS总体构想”,开始了面向ITS采取综合的、有体系发展的对策,并投入巨资进行ITS的研究、开发与利用,形成以众多政府部门参与,重视技术、产品开发和场地试验为特点的全面推进日本ITS建设的发展态势。综观国外ITS十几年来的发展,它通过传播实时信息和主动管理使道路交通更加顺畅、舒适;通过智能汽车和自动驾驶技术的开发,使安全性得以飞速提高;通过对商业用车提供信息和引进电子通关功能,使运输效率得以大幅度提高;通过消除道路堵塞,大大减轻了交通对环境的负荷。总之,ITS的运用使道路运输发生了许多根本性的变革。4交通和综合运输目前国外ITS的研究、开发与利用主要集中在城市交通和高速公路两个方面,对于区域交通和综合运输涉及较少,仅欧盟和美国有少量研究。ITS总的发展趋势可以概括为以下几个方面:4.1hs/saps机构设计对于ITS的总体规划和设计来说,最重要的任务就是ITS的体系结构开发,它是历届ITS世界大会的一个主题。美国国家ITS体系结构的研究起于1992年,1994～1995年ITS优先项目中排第一位的便是系统体系结构开发。美国采取自上而下的模式推进ITS体系结构的开发,由政府部门指导,统一规划,政府、企业、科研机构密切协作,迅速地推进了ITS这样一个跨学科的综合性高科技领域的研究开发及应用。美国国家IVHS/ITS体系结构开发从1993年9月～1996年7月历时三年,耗资2500万美元,此后并多次修订,1999年末完成了其第三版,建构了一个由出行及交通管理、出行及交通需求管理、公共交通运营、电子付费服务、商用车辆营运、应急管理、先进的车辆控制与安全系统等七大系统构成的国家ITS体系结构。日本于1998年在四省一厅的支持下开始开发ITS体系结构,并于1999年完成,建构了一个由先进的导航系统、电子收费系统、辅助安全驾驶、优化交通管理、道路管理效率化、协助公交车辆运营、商用车效率化、协助行人、协助紧急车辆运营等九大领域构成的国家ITS体系结构。至于欧盟,由于它是一个相对松散的主权国家联合体,因而ITS的研究一般是由各国独立承担,采取自下而上的推进模式。该模式的优点是便于信息传递,决策及时,灵活性大,有利于适应不断变化的环境。这就克服了美日自上而下模式由于决策者掌握信息的不完全性所造成的指导可能不符合实际需求的缺陷。但是,欧盟模式的缺点也很明显,即子系统间的协调十分困难,然而运输本身是一个连续的过程,因而不利于ITS向更高更完善的层次发展。正由于此,欧盟在经过了DRIVEI之后,不得不以加强各国的协调,制定统一的规范和协议为主导方向,启动了DRIVEⅡ计划,1998年又开始了全欧的ITS体系结构项目KAREN,从而揭开了欧盟ITS研究新的一页,这足以说明系统结构开发在ITS中的重要地位。4.2整体主义下的标准化ITS是先进的信息技术、通信技术、电子技术和交通运输管理系统相结合的大系统,其最基本的特征是“集成”,而标准化是系统集成的重要基础。然而,在ITS的开发热潮中,曾一度忽视标准化的工作。ITS的国际标准化组织ISO/TC204的建立(1993年)就比ITS的发展本身有所滞后。各国在ITS开发与利用的实践中越来越清醒地认识到,没有标准化,就不可能实现有效的智能交通系统。ITS标准化日益受到各国重视,目前已有50多个国家加入了TC204。各国都在积极推进ITS标准化工作,其中美日欧是ITS标准化工作成效显著的地区。美国为了保证标准化的发展能在产业界集思广益,先是通过各民间组织制定标准,然后由ITSA和USDOT共同确定了各标准研究的优先级,并确定以“国际合作、完善标准、培训人员”为资助重点。显然,美国想利用其技术优势、经济优势变美国标准为世界标准,抢占国际ITS市场。欧洲虽然没有统一的ITS体系结构,但高度重视ITS标准的国际化,主张建立一个开放的、柔性的标准化体系结构,保证全欧范围不同系统和应用之间的互操作性。例如,欧盟正在开发公共交通中用于数据模型、信息系统、车辆定位、货运管理、智能卡和集成付费系统的标准。日本尽管国家ITS体系结构动手得晚,但ITS标准工作并不落后,积极地在国内推进标准化,极力使自己的标准发展为国际标准。美日欧竞相向国际标准化组织提出ITS的系统方案,以便使之成为标准,争夺ITS国际市场的目标是显而易见的。4.3国外多式联运智能化发展现状目前世界ITS的发展主流是道路运输的智能化。但是,要根本解决交通运输问题,必定要实现整个综合运输系统的智能化。20世纪90年代中期开始,多式联运智能化在国际范围尤其是欧盟和美国运输界引起高度关注。欧盟率先于1995年制定了多式联运智能化具体计划,其实施结果日益显示出综合智能交通系统较道路智能交通系统能提供更有效、更安全、更少污染、更具有吸引力的服务。多式联运智能化在美国受到广泛关注,目前正在积极探讨推进多式联运智能化的有效途径。日本由于在大城市通勤客运方面早已以公共运输为主,所以至今在综合运输智能化方面尚未取得明显进展。但是无论如何,综合运输智能化的出现预示着未来ITS的发展方向,并将日益显示其是解决交通问题的根本途径。5整体实力促进了我国智能交通的发展我国ITS的发展始于20世纪70年代末进行的城市交通信号控制试验研究,但真正迅速发展起来是在20世纪90年代中期以后,交通部门开始研究ITS发展战略和地理信息系统、全球定位系统、电子数据交换等在交通中的应用,均已取得明显的进展。为了推进我国ITS的加快发展,1998年1月,经交通部批准,以交通部公路科学研究所为依托,成立了国家智能交通系统工程研究中心。国内一些高校也相继建立了ITS研究机构,如清华大学、同济大学、东南大学、北方交通大学和武汉理工大学等。经过几年来的努力,我国ITS研究与开发工作取得了累累硕果:交通部组织、国家智能交通系统工程中心承担的《智能交通发展战略研究》已于1998年完成;科技部牵头、国家智能交通系统工程中心组织,多家院校参与编制的《中国智能运输系统体系框架》和《中国智能运输系统标准体系及关键标准制定》已经通过国家鉴定,正式出台。这些成果为我国建设ITS打下了良好基础。“十五”期间,科技部、交通部组织力量正在对一些城市进行交通智能化改造,并确定北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、济南、青岛、杭州、中山等十个城市作为ITS示范城市。上述城市也都陆续制定并出台了ITS发展规划。因此可以预计,未来我国城市ITS的发展前景是光明的。6国内外城市智能网络系统建设经验对武汉的澄清综观国内外城市ITS的发展概况与趋势,可以从中汲取值得武汉市借鉴的经验,得到以下几点启示:6.1交通基础设施的建设发达国家城市与武汉市开发和应用ITS的条