国际ITS的发展及对中国发展ITS的思考

国际ITS的发展及对中国发展ITS的思考今天，道路运输已经成为超越铁路的最重要的地面运输方式，在国民经济和社会发展中起着举足轻重的作用。但是随着汽车的普及、交通需求的急剧增长，进入80年代以来，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。解决车和路的矛盾，常用的有两个办法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有其局限性。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增加不是解决问题的好办法。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的办法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通、有限的资源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其它方法来满足日益增长的交通需求。智能交通系统（IntelligentTransportationSystem,简称ITS）正是解决这一矛盾的途径之一。一、ITS的基本概念从国际上智能交通系统的发展历史来看，各国普遍认为起步于60-70年代的交通管理计算机化就是智能交通系统的萌芽。随着社会的发展和技术的进步，交通管理和交通工程逐步发展成智能交通系统，但是智能交通系统与原来意义上的交通管理和交通工程有着本质的区别，智能交通系统强调的是系统性、信息交流的交互性以及服务的广泛性，其核心技术是电子技术、信息技术、通信技术、交通工程和系统工程。1.ITS（IntelligentTransportationSystems）的定义智能交通系统是在较完善的道路设施基础上，将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种实时、准确、高效、大范围、全方位发挥作用的交通运输管理系统。它是充分发挥现有交通基础设施的潜力，提高运输效率，保障交通安全，缓解交通拥挤的有力措施。目前国内外对智能交通系统的理解不尽相同，但不论从何角度出发，有一点是共同的：ITS是用各种高新技术，特别是电子信息技术来提高交通效率，增加交通安全性和改善环境保护的技术经济系统。2.ITS的主要功能“智能交通系统”实质上就是利用高新技术对传统的运输系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统。它能使交通基础设施发挥出最大的效能，提高服务质量；同时使社会能够高效地使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道路收费系统等方面都会产生巨大的影响。ITS的功能主要表现在：（1）顺畅功能：增加交通的机动性，提高运营效率；提高道路网的通行能力，提高设施效率；调控交通需求。（2）安全功能：提高交通的安全水平，降低事故的可能性/避免事故；减轻事故的损害程度；防止事故后灾难的扩大。（3）环境功能：减轻堵塞；低公害化，降低汽车运输对环境的影响。2.1顺畅功能ITS可以提高车辆和行人的通行效率；提高道路、设施的使用效率；提高汽车运输生产率和经济效益。据统计，仅美国每年因交通拥挤而造成的燃油和时间浪费就超过720亿美元。而智能交通系统（ITS）将大幅度提高运输效率，从而大大减少浪费，减少损失。日本每年因交通堵塞造成的经济损失达12兆日元，时间损失达56亿人o小时，给社会和经济带来沉重的负担。如此的交通堵塞还直接导致沿路生态环境恶化、增加大气污染、增大能源消耗等深刻的问题。日本预测实行ITS后30年内可在减少交通拥堵方面实现如下目标：虽然个人因ITS技术而节省的汽油钱并不多，但缩短每天的行车时间、降低人们的紧张程度却在改善人们的生活质量方面有着重要的社会意义。另外，ITS技术的应用将提高道路上的文明礼貌程度。就ITS使往返交通更容易的程度而言，该技术可能加快近郊化和远郊化的趋势，人们将住得离城市和工作地点越来越远。2.2安全功能美国每年因交通事故致死的人数超过四万人，因交通事故造成的损失超过1500亿美元。日本交通事故死亡人数从1988年以后连续8年达到1万人以上，其中高龄者因交通事故死亡人数大幅增加，预计到21世纪每4人中就有1人为高龄者。ITS能够减少最可能出交通事故的年龄群体－少年儿童、老年人和壮年男子－的交通伤亡，据日本ITSJapan预计，实行ITS30年后可将现在的交通死亡事故件数减少一半。因此，可见ITS能切实地减少交通事故，其社会效益将是显而易见的。自动化汽车和自动化公路的普及将有益于因不能再开车而活动范围受到限制的老年人，以前赋闲在家的年长者可以重返工作岗位或更积极地参加社区生活。2.3环境功能智能交通不仅高效、便利，还是“绿色交通”。有资料表明，由于平均车速的提高带来了燃料消耗量的减少和排出废气量的减少，采用智能交通系统有望减少60%的城市交通拥塞，使短途运输效率提高近70%，汽车油耗也可由此降低15%。交通的顺畅将大幅度减少车辆在路上的迟滞时间，使得汽车尾气的排放也大大减少，从而改善空气质量。例如，在美国广泛使用的交互式导航系统能使车辆废气排放量减少５%～１６%，而燃料电池动力车辆排放的废物只有水。据日本的资料，实行ITS后，可望在30年内将CO2产生量减少15%，NOX排出量减少20%，燃料消费量降低25%。有专家认为，只要每辆汽车每天少排尾气10分钟，北京的空气质量就可以明显改善。在已经初步应用“智能车辆引导系统”的日本，车辆“一路绿灯”的机会大大增加，据粗略测算，车辆在路上的迟滞时间减少了远不止10分钟。3.ITS的主要领域目前国际上公认的智能交通系统的服务领域为六个方面：先进的交通信息服务系统、先进的交通管理系统、先进的公共交通系统、先进的车辆控制系统、货运管理系统、电子收费系统、紧急救援系统。3.1先进的交通信息服务系统（ATIS）ATIS是建立在完善的信息网络基础上的，交通参与者通过装备在道路上、车上、换乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，可以向交通信息中心提供各地的实时交通信息；该系统得到这些信息并通过处理后，实时向交通参与者提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息；出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选择路线。更进一步，当车上装备了自动定位和导航系统时，该系统可以帮助驾驶员自动选择行驶路线。随着信息网络技术的发展，科学家们已经提出将ATIS建立在因特网上，并采用多媒体技术，这将使ATIS的服务功能大大加强，汽车将成为移动的信息中心和办公室。3.2先进的交通管理系统（ATMS）这个系统有一部分与ATIS共用信息采集、处理和传输系统，但是ATMS主要是给交通管理者使用的，它将对道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况和交通环境进行实时的监视，根据收集到的信息，对交通进行控制，如：信号灯、发布诱导信息、道路管制、事故处理与救援等。3.3先进的公共交通系统（APTS）这个系统的主要目的是改善公共交通的效率（包括：公共汽车、地铁、轻轨交通、城郊铁路和城市间的长途公共汽车），使公交系统实现安全便捷、经济、运量大的目标。3.4先进的车辆控制系统（AVCS）AVCS目前还处于研究试验阶段，从当前的发展看，可以分为两个层次：一是车辆辅助安全驾驶系统，该系统有以下几个部分：车载传感器（微波雷达、激光雷达、摄像机、其他形式的传感器等）、车载计算机和控制执行机构等，行驶中的车辆通过车载的传感器测定出与前车、周围车辆以及与道路设施的距离和其他情况，车载计算机进行处理，对驾驶员提出警告，在紧急情况下，强制车辆制动。二是自动驾驶系统，装备了这种系统的汽车也称为智能汽车，它在行驶中可以做到自动导向，自动检测和回避障碍物，在智能公路上，能够在较高的速度下自动保持与前车的距离。必须指出的是，智能汽车在智能公路上使用才能发挥出全部功能，如果在普通公路上使用，它仅仅是一辆装备了辅助安全驾驶系统的汽车。3.5货运管理系统这里的货运管理系统是指以高速道路网和信息管理系统为基础，利用物流理论进行管理的智能化的物流管理系统。综合利用卫星定位、地理信息系统、物流信息及网络技术有效组织货物运输，提高货运效率。3.6电子收费系统（ETC）道路收取通行费，是道路建设资金回收的重要渠道之一，但是随着交通量的增加，收费站开始成为道路上新的瓶颈。电子收费系统就是为解决这个问题而开发的，使用者在市场购买车载的电子收费装置，经政府指定的部门加装安全模块后即可安装在自己的车上，然后向高速公路公司或银行预交一笔通行费，领到一张内部装有芯片的通行卡（即IC卡），将其安装在自己汽车的指定位置，这样当汽车通过收费站的不停车收费车道时，该车道上安装的读取设备与车上的卡进行相互通信，自动在预交帐户上将本次通行费扣除。不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载器与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的，且所交纳的费用经过后台处理后清分给相关的收益业主。在现有的车道上安装电子不停车收费系统，可以使车道的通行能力提高3-5倍。3.7紧急救援系统（EMS）紧急救援系统是一个特殊的系统，它的基础是ATIS、ATMS和有关的救援机构和设施，通过ATIS和ATMS将交通监控中心与职业的救援机构联成有机的整体，为道路使用者提供车辆故障现场紧急处置、拖车、现场救护、排除事故车辆等服务。二、国际ITS的发展状况1.国际ITS的发展状况智能交通系统在日本、美国和西欧发展得最快。智能交通系统的发展起步于60-70年代，相关的ITS项目当时有美国的ERGS（ElectronicRouteGuidanceSystem，电子路线引导系统）、欧洲的COST30（CooperationinthefieldofScientificandTechnicalresearch，科学技术领域研究协作）、日本的CACS（ComprehensiveAutomobileControlSystem，汽车综合控制系统）等。自本世纪八十年代末以来，日本、美国和西欧等发达国家为了解决共同面临的交通问题，竞相发展智能交通系统，投入了大量的资金和人力进行道路功能和车辆智能化的研究，希望在未来的市场上占据有利的地位。起初称为“智能车辆道路系统（IntelligentVehicle-HighwaySystems－IVHS）”。随着研究的不断深入，系统功能扩展到道路交通运输的全过程及其有关服务部门，发展成为带动整个道路交通运输现代化的“智能交通系统（IntelligentTransportationSystem－ITS）”。1986年，欧洲开始大力实施以欧盟（EU）及各国政府为主导的智能交通系统研究项目DRIVE（DedicatedRoadInfrastructureforVehicleSafetyinEurope，欧洲汽车安全专用道路设施）和以民间为主导的PROMETHEUS（PROgraMmeforaEuropeanTrafficwithHighestEfficiencyandUnprecedentedSafety，欧洲高效安全道路交通计划）。日本在CACS后，于80年代后半期，推动了以建设省为主导的路车间通信系统RACS（Road/AutomobileCommunicationSystem;1984-1989）和以警察厅为主导的新汽车交通信息通信系统AMTICS（AdvancedMobileTrafficInformationandCommunicationSystems:1987-1988）。90年代，日本参与了以美国为主导的ITS国际化工作。到1996年，日本已经有难以计数的大小项目在开展，从理论规划到实际实施，从现场试验到形成产业，其发展规模和速度咄咄逼人。日本目前在ITS项目上已经形成了官方、民间、学术机构的协调体制，这对日本ITS的发展起到了很大的推动作用。美国自60年代