搜索
第九章智能交通系统前言智能交通系统（IntelligentTransportationSystems，ITS）的实质是利用高新技术，特别是信息技术对传统的交通运输系统进行改造，从而形成一种以信息化为基础，以现代通信和计算机为手段，以安全、高效、便捷为目标的新型现代交通运输系统。由于这些高新技术也处于快速发展的时期，这就导致ITS的内涵与外延仍处于不断发展和变化中。本章将从ITS产生的背景、概念着手，分别介绍美国、日本、欧盟及我国ITS的发展历程以及体系框架；然后以ITS基础理论和信息链各环节为线索，介绍了ITS中的关键基础理论和技术；之后重点以智能交通系统的七大应用系统为主线，分别介绍了各系统的结构特征和功能，基本上涵盖了ITS技术领域的最新研究成果。第一节智能交通系统的发展历程一、智能交通产生的背景20世纪末期，随着社会经济发展，城市化和机动化速度的加快，导致交通拥堵、交通事故、环境污染、能源短缺及交通拥堵造成的能源浪费等问题成为世界各国面临的共同问题。从动态交通的角度来看，解决交通供给与交通需求之间的矛盾传统上有两种办法：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，单纯地通过大规模的交通基础设施建设来提高交通供给也不大可行。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。在这种背景下，借助高新技术来改造现有的道路交通系统及其管理体系，优化道路交通设施，提高车辆性能，均衡交通需求的时空分布，从而大幅度地提高现有交通设施的服务质量和使用效率，有效地缓解交通供需矛盾。这种办法具有投资少、见效快的优点，成为改善当前交通问题的一个重要手段。同时，20世纪的计算机技术、控制技术、电子技术、通信技术等高新技术的飞速发展为智能交通系统的产生与应用提供了强大的技术支持，使得人们通过智能交通系统的建设来缓解人、车、路之间矛盾，获得相对方便安全、经济高效、和谐统一的交通系统成为现实和可能。二、智能交通系统的概念智能交通系统的准确定义是一个引起广泛争论的话题，目前尚无公认的说法，美国、欧洲、日本及我国的理解都不相同。出现这种情况一方面是由于各国国情的差异，导致面临的交通问题不尽相同，因此在研究ITS时的出发点不同；另一方面是由于智交通系统本身是一系列新兴的技术在交通领域的集成和应用，而这些新兴的技术也处于快速发展的时期，这就导致ITS的内涵与外延都处于不断发展和变化中。美国交通部对ITS的定义：ITS由一系列以有线和无线为基础的信息、控制和电子技术构成。当将这些技术集成到交通系统基础设施和车内时，这些技术帮助监视和管理交通流、减少拥挤，为出行者提供可选路线、提高生产性、保障安全、节约时间和费用。欧盟对ITS的定义：ITS是信息和通信技术与交通基础设施、车辆和用户的集成。通过共享交通信息，ITS使人们在交通出行中获得更高的安全性和产生更小的环境影响。同时，出行者、车辆和基础设施之间自由地信息交换，可以最大限度地利用交通网络的通行能力。日本对ITS的定义：ITS提供了诸如交通事故、交通拥挤以及环境污染等一系列交通问题的基本解决方案。在解决上述问题时，ITS应用了最先进的通信和控制技术，在人、路、车之间传递信息。在创造一个良好的交通环境的同时，ITS可以减少交通事故和拥堵，节省能源和保护环境。从应用范围来看，ITS不仅仅需要公路智能化，同时也需要铁路、航空、水运等其他交通方式的智能化。中国ITS体系框架研究报告中对ITS的定义：在较完善的基础设施（包括道路、港口、机场和通信等）之上，将先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感技术和系统综合技术有效地集成，并应用于地面运输系统，从而建立起大范围内发挥作用的、实时、准确、高效的运输系统。从以上的表述中，可以看出ITS不像一般的单项技术或者单一学科有明确的定义，各国的定义并不完全相同。但不论从何种角度出发，有一点是共同的，即ITS均是利用各种高新技术，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。三、智能交通系统的特征和主要功能ITS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。与传统的交通系统相比较，最显著的区别是ITS将服务对象的重点由以往的管理者转向道路使用者，即用先进的科技手段向道路用户提供必要的信息和便捷的服务，以减少交通堵塞，从而达到提高道路通过能力的目的。传统的交通控制和管理系统运用传统的技术和经典数学，以假设条件和约束条件下的数学模型和公式为基础，从管理者的角度出发，按照集中管理的方式对道路使用者进行控制和规范，这里管理者是主动的，道路使用者是被动的。而ITS更加重视人的能动性，不是力图将带有较多社会和人类行为特征的交通系统描述为某种数学模型，而是向道路使用者提供各种信息，让道路使用者从不同的方案中选择自己认可的一种，以诱导为主，而不是强迫为主，在人的理性与价值取向基础上，使人们出行得到满足。另外，从系统论的角度来看ITS将道路管理者、用户、交通工具及设施有机地结合起来并纳于系统之中，不仅使交通基础设施发挥出最大的效能，提供高质量的服务；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：调控交通需求，增加交通的机动性，提高运营效率，提高道路网的通行能力。（2）安全功能：提高交通安全水平，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。四、智能交通系统的发展历程二次世界大战后，全球社会经济的发展对交通运输提出了更高的要求和更大的需求，这大大促进了交通运输业的迅速发展，特别是道路交通运输的发展。美、欧、日等发达国家和地区从上世纪50~60年代起大力发展汽车工业和建设道路基础设施，形成了以道路交通方式为主的交通运输结构，而道路交通拥挤和阻塞已经成为许多国家的一个重要问题，交通过分拥挤造成的汽车延时，汽油的浪费，汽车尾气的排放量都成倍增加。同时，因土地资源使得基础设施的提供受到极大限制，所以自80年代以来，以美国、日本和欧洲为代表的发达国家已从依靠扩大路网规模来解决日益增长的交通需求，转移到用高新技术来改造现有道路运输体系及其管理方式，从而达到提高路网通行能力和服务质量，改善环保质量，提高能源利用率的目的。ITS正是在这种条件下产生和发展起来的，ITS的早期构想是由美国在六十年代提出的。目前，世界上已形成了美国、日本、欧盟三大ITS研究开发基地。（一）美国的ITS发展美国的ITS雏形是始于上世纪60年代末期的“电子路径导向系统”(ElectronicRoadGuidanceSystem，ERGS)，这是世界上最早的ITS开发研究。此后美国在ITS方面的研究暂停了十多年，直至二十世纪90年代初期，美国集中了国内各种力量，并在政府和国会的参与下开展了一系列这方面的研究，1990年美国运输部成立“美国智能车辆道路协会”（IntelligentVehicleHighwaySocietyofAmerica，IVHSAmerica，后更名为ITSAmerica）组织，成为美国运输部的咨询机构，成为ITS的建设的领导和协调机构，协助推动全国道路交通智能化工作。1991年国会通过了“综合地面运输效率法案”(IntermodalSurfaceTransportationEfficiencyAct，ISTEA)，即所谓的“冰茶法案”。1994年IVHS更名为ITS，这标志着ITS研究不再仅仅限于车辆和道路，而是以推进整个交通系统智能化为目标。1995年3月美国交通部首次正式出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了ITS的7大领域和29个用户服务功能，即先进的交通管理系统、先进的公共运输系统、先进的旅行者信息系统、先进的乡村运输系统、商用车辆运营系统、先进的车辆控制和安全系统、自动公路系统，并于1997年8月在圣地亚哥到洛杉矶之间建成了第一条长8英里的自动公路示范线路。自动公路示范线路建设成功之后，美国运输部认为日益严重的交通事故是最迫切需要解决的问题，于是调整了研发重点，1998年美国国会通过了《面向21世纪的运输平衡法案》（theTransportationEquityActforthe21stCentury，TEA—21），并颁布了四大项目领域（城市ITS基础设施、乡村ITS基础设施、商用车辆ITS基础设施、智能车辆行动），1998年开始组织实施智能车辆行动(IntelligentVehicleInitiative，IVI)，IVI的宗旨在于通过加速开发、引进、商业化驾驶员驾驶辅助产品来减少道路交通事故和事故引起的伤亡。继TEA—21颁布后发布的“美国五年（1999—2003）ITS项目计划”（NationalITSProgramPlan；Five—YearHorizon）到期，美国组织制定“美国十年ITS项目计划”（NationalITSProgramPlan:ATen—YearVision），于2002年1月公布。该计划展望了ITS的发展蓝图、制定了美国ITS的确切目标；在ITS的主题领域（技术领域—综合交通信息网络、车辆防撞技术、自动车辆碰撞和事故识别、通讯和反应、先进的交通管理；环境领域—交通系统管理与运营环境、政府部门的角色定位、相互关系和投资，广泛实施私有企业产品的联邦政策和行动计划，人为因素）内，分别分析ITS的状况、发展机遇、效益和挑战，提出应开展的行动；对主要的ITS参与者（政府部门、私有企业、大学）发出了行动号召。由于美国“9.11”恐怖事件的发生，该计划还着重强调了ITS在防御恐怖主义事件的作用，加强基础设施和出行者安全并可用于评价灾难程度与加快交通恢复，实现快速疏散和隔离。因此，美国ITS今后建设趋势之一就是研究ITS在美国安全体系中维护地面交通安全作用，重点集中在安全防御、用户服务、系统性能和交通安全管理方面。（二）日本ITS的发展日本的ITS起步虽较美国要晚，但由于政府的重视，其发展和推进速度却相当快。ITS在日本的发展始于70年代，从1973年到1978年日本成功地组织了一个叫动态路径诱导系统的实验。从80年代中期至90年代中期的10年时间，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，形成了官民学的协调体制，这对日本ITS的发展起到了很大的推动作用。至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、区域旅行信息系统、智能车辆系统、安全车辆系统以及新交谈管理系统等方面的研究。在此基础上，1994年1月，由日本警察厅、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、车辆智能化促进协调会(Vehicle，RoadandTrafficIntelligenceSociety，VERTIS)以推动ITS在日本的发展。1995年7月成立道路交通信息通信系统中心（VehicleInformationandCommunicationSystem，VICS），1996年4月正式启动VICS，日本的VICS是ITS实用化的第一步，居于世界领先水平，该系统通过GPS导航设备，无线数据传输，FM广播系统，将实时路况信息和交通诱导信息即时传达给交通出行者，从而使得交通更为高效便捷。该系统已覆盖日本全国80%的地区，所有高速公路及主干道均能收到VICS信息报道。1996年7月，由五个政府部门共同发布了《面向高度信息通信社会推进的基本方