智能交通系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

蘇莞茹

摘要： 智能交通系統(tǒng)是解決交通擁堵、環(huán)境污染這一問題的有效方法之一。給出智能交通系統(tǒng)的定義，分析國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)的起源和發(fā)展現(xiàn)狀。智能交通系統(tǒng)體系框架包括用戶服務(wù)、邏輯框架、物理框架，其明確了智能交通系統(tǒng)發(fā)展的目標(biāo)和研究范圍。目前智能交通系統(tǒng)應(yīng)用在交通管理與規(guī)劃、電子收費(fèi)、出行者信息服務(wù)等八個(gè)方面，這也是未來發(fā)展和探索的方向。

Abstract： Intelligent transportation system is one of the effective methods to solve the problem of traffic congestion and environmental pollution. The definition of intelligent transportation system is given， and the origin and development status of intelligent transportation systems at home and abroad are analyzed. The ITS system framework includes user services， logical frameworks， and physical frameworks that clearly define the goals and scope of research for the development of ITS. At present， the intelligent transportation system is applied in eight aspects such as traffic management and planning， electronic charging， and traveler information service， which is also the direction for future development and exploration.

關(guān)鍵詞： 智能交通系統(tǒng)；體系框架；信息服務(wù)

Key words： intelligent transportation system；system framework；information service

中圖分類號：U491.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0225-02

0 引言

中國的城市化日益加大，2016 年底中國的城市化率水平為 57.4%，預(yù)計(jì) 2020 年達(dá)到 60%，城市化發(fā)展的同時(shí)，必然伴隨著交通擁堵加劇，甚至引發(fā)災(zāi)難性的擁堵，因交通擁堵和管理問題，中國15座城市每天損失近10億元財(cái)富。由此可見，智能交通系統(tǒng)的研究與發(fā)展勢在必行。智能交通系統(tǒng)（或稱智能運(yùn)輸系統(tǒng)，Intelligent transportation system，ITS），即在較完善的基礎(chǔ)設(shè)施之上，將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)和系統(tǒng)綜合技術(shù)有效集成，并應(yīng)用與地面運(yùn)輸系統(tǒng)，從而建立大范圍內(nèi)發(fā)揮作用的、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)輸系統(tǒng)。從20世紀(jì)80年代智能交通系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)開始發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)已經(jīng)逐漸形成規(guī)模，包含多個(gè)方面，主要研究范圍如下：先進(jìn)的出行信息服務(wù)系統(tǒng)；先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)；先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)；先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng)；商用車運(yùn)營系統(tǒng)；電子收費(fèi)系統(tǒng)；緊急事件管理與救援系統(tǒng)[1]。

1 智能交通系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

在國外， 20世紀(jì)60年代，電子路徑導(dǎo)向系統(tǒng)是美國對智能交通系統(tǒng)最初的嘗試。20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)智能化車輛-道路系統(tǒng)是一次顯著的進(jìn)步[1]。1991年，美國成立了非盈利性質(zhì)的社團(tuán)組織——智能交通系統(tǒng)協(xié)會，其主旨在于推動(dòng)政府和民間在智能交通系統(tǒng)的研究與發(fā)展。1994年美國首次將智能交通系統(tǒng)從車和道路延展到一切與交通工具和交通相關(guān)的組成。1995年美國正式確定ITS的七大領(lǐng)域，包括出行和交通管理、出行需求管理、公共交通運(yùn)營管理、商用車輛運(yùn)營、先進(jìn)的車輛控制和安全系統(tǒng)、應(yīng)急管理、電子收費(fèi)[2]。1998年，日本建立了車輛信息通信系統(tǒng)，包含收集分析交通信息，并及時(shí)把路況和交通誘導(dǎo)發(fā)送出去的管理中心以及搭載可接收和實(shí)時(shí)顯示交通信息顯示器的車輛[3]。ERTICO是歐盟與道路交通通信技術(shù)企業(yè)界之間用于推動(dòng)ITS在歐洲發(fā)展的一個(gè)聯(lián)盟組織[4]。ERTICO建議在法國巴黎第一次召開ITS世界大會，并在其后的每年輪流在歐洲、美國、亞洲舉行。在第十屆ITS世界大會上，ERTICO最先提出eSafety的相關(guān)概念[5]。

我國交通量也呈持續(xù)快速增長階段。我國的智能交通系統(tǒng)相較其他國家稍晚，20世紀(jì)70年代，城市交通信號控制試驗(yàn)研究是最早開始做的相關(guān)研究，20世紀(jì)90年代開始大力發(fā)展并取得快速進(jìn)步，1995年，交通部ITS工程研究中心進(jìn)行了“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)與導(dǎo)駕系統(tǒng)”和“基于 GPS的路政車輛管理系統(tǒng)”等項(xiàng)目的研究。2001年，在“十一五”期間，制定了重大國家科技計(jì)劃，依托這些計(jì)劃項(xiàng)目，智能交通系統(tǒng)取得了極大的進(jìn)步，比如以“一卡通”為依憑的不停車收費(fèi)系統(tǒng)；集道路網(wǎng)與公交網(wǎng)信息的實(shí)時(shí)掌握，動(dòng)態(tài)分析，趨勢預(yù)測，主要通過路網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、公交IC數(shù)據(jù)分析、出租車運(yùn)營數(shù)據(jù)分析、交通擁堵評價(jià)等來進(jìn)行；交通信息服務(wù)平臺，通過電子監(jiān)控檢測、交叉路口和橋梁埋設(shè)感應(yīng)線圈、公交車和出租車安裝GPS采集相關(guān)信息，分析數(shù)據(jù)，再給出交通信息誘導(dǎo)等交通信息服務(wù)。

2 智能交通系統(tǒng)體系框架

智能交通系統(tǒng)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，沒有成形的發(fā)展模式，各國在發(fā)展過程中都只能一邊摸索一邊總結(jié)。智能交通系統(tǒng)體系框架的開發(fā)，明確研究開發(fā)的目標(biāo)和范圍，避免了無計(jì)劃的開發(fā)研究和重復(fù)的研究，更有利于其發(fā)展。

系統(tǒng)體系框架是系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，它規(guī)定了一個(gè)系統(tǒng)的各部分組成及組成之間的關(guān)系和環(huán)境，同時(shí)還規(guī)定了設(shè)計(jì)和完善系統(tǒng)的一系列原則。對于智能交通系統(tǒng)體系框架，它主要依據(jù)某個(gè)地理區(qū)域的用戶需要，建立其具備一定功能、各功能域間進(jìn)行信息交換和功能處理流程的體系，信息的交換、共享和協(xié)同處理遵循同樣的規(guī)范，以此保證智能交通系統(tǒng)功能模塊及允許模塊間進(jìn)行通信和協(xié)同。

完整的智能交通系統(tǒng)體系框架主要包括用戶服務(wù)、邏輯框架、物理框架。

2.1 用戶服務(wù)

用戶服務(wù)是指在智能交通系統(tǒng)體系框架中，能夠最終提供給用戶的服務(wù)和提供服務(wù)的能力。服務(wù)主體是指服務(wù)的提供者如服務(wù)提供商，它與用戶是服務(wù)與被服務(wù)的關(guān)系。

2.2 邏輯框架

邏輯框架是組織和描述復(fù)雜實(shí)體和相互關(guān)系的輔助工具，其重點(diǎn)是系統(tǒng)的功能性處理和信息流情況。邏輯框架通常以分層的數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)詞典（或稱數(shù)據(jù)流描述表）和處理說明等來描述。數(shù)據(jù)流圖是其中表達(dá)明確使用最多的一種，數(shù)據(jù)流圖有四種基本組成：數(shù)據(jù)流（以箭頭表示）、處理（以圓圈表示）、數(shù)據(jù)存儲（以平行線段表示）、終端（以方框表示）。用戶是主體，用戶需求的情況，將直接決定邏輯框架中的具體內(nèi)容和重點(diǎn)。根據(jù)用戶服務(wù)需求，確定的功能域包括交通管理和規(guī)劃功能域、車輛安全輔助駕駛和自動(dòng)公路功能域、運(yùn)營管理功能域、電子收費(fèi)功能域、綜合運(yùn)輸功能域等。邏輯框架的確定情況，將直接決定物理框架中各子系統(tǒng)的信息交換細(xì)節(jié)。

2.3 物理框架

物理框架從功能上定義了系統(tǒng)的物理組成。根據(jù)物理實(shí)體所要實(shí)現(xiàn)的功能，將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為框架流。物理框架與交通和運(yùn)輸管理的體制有關(guān)，開發(fā)智能交通系統(tǒng)的物理框架將確定不同的交通運(yùn)輸管理組織之間期望的通信聯(lián)系和相互作用。目前又兩種頂層物理框架形式，形式一根據(jù)我國交通系統(tǒng)的部門劃分和終端制定，其包括主持交通控制、交通執(zhí)法與監(jiān)督、等相關(guān)事宜的交通管理部門；主持路橋隧道電子收費(fèi)、停車場管理、緊急事件管理等的交通部門；主持出行者信息、交通控制、交通規(guī)劃等相關(guān)事宜的其他部門；以及終端，其包括氣象部門、媒體、車輛、駕駛員、出行者等。形式一的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)清晰，各部門分工明確?？紤]到我國的交通行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，很多部門已經(jīng)建立了自己的管理和信息服務(wù)系統(tǒng)，相應(yīng)提出了頂層物理框架形式二。形式二是交通管理和運(yùn)輸管理的相關(guān)信息發(fā)送地理信息通信的平臺，平臺再將信息發(fā)送給各個(gè)部門及道路使用者、車輛、公共交通運(yùn)營商、道路與交通設(shè)施等，它們利用所獲信息后，再綜合自身的信息后，又將綜合信息反饋至地理信息通信平臺，平臺又將信息反饋給交通管理和運(yùn)輸管理，如此循環(huán)。

3 智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

目前，我國把智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要定在了：交通管理與規(guī)劃、電子收費(fèi)、出行者信息服務(wù)、車輛安全與輔助駕駛、緊急事件和安全、運(yùn)營管理、綜合運(yùn)輸和自動(dòng)公路八個(gè)領(lǐng)域。①交通管理與規(guī)劃：交通管理與規(guī)劃提供交通管理和控制、緊急事件調(diào)度指揮、基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)管理等服務(wù)。日本的UTMS21是當(dāng)今世界最先進(jìn)的智能交通系統(tǒng)，其核心在于車輛與控制中心之間交互式的雙向通信，避免出現(xiàn)交通阻塞。②電子收費(fèi)：電子收費(fèi)系統(tǒng)，又稱不停車收費(fèi)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)收費(fèi)不同的是，ETC所收是電子貨幣，并且收費(fèi)過程可以不用停車。2007年年底北京所有高速公路實(shí)現(xiàn)電子收費(fèi)，38個(gè)實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)。③出行者信息服務(wù)：建立廣泛的便于使用的公共數(shù)據(jù)庫，如地理信息數(shù)據(jù)庫、交通運(yùn)行數(shù)據(jù)庫、公共交通運(yùn)行數(shù)據(jù)庫等，以這些信息為基礎(chǔ)，通過有線或無線通信系統(tǒng)，為出行者提供各種信息服務(wù)。近年來，便攜式智能移動(dòng)設(shè)備更是大大推動(dòng)了信息服務(wù)的發(fā)展。④車輛安全與輔助駕駛：主要是利用各種先進(jìn)的車載設(shè)備增強(qiáng)車輛行駛的安全性。該應(yīng)用領(lǐng)域包括視野擴(kuò)展、車輛防撞、駕乘人員保護(hù)、車輛自動(dòng)駕駛等。比如寶馬公司出產(chǎn)的Connected Drive除了提供信息服務(wù)，還附加了停車輔助、限速信息、碰撞報(bào)警、尾部攝像機(jī)等，現(xiàn)在大多數(shù)知名品牌汽車也都具有相應(yīng)功能。⑤緊急事件和安全：主要是利用現(xiàn)代科技手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)緊急事件；加強(qiáng)緊急車輛的管理調(diào)度，縮短緊急車輛到達(dá)現(xiàn)場的時(shí)間；強(qiáng)化危險(xiǎn)品運(yùn)輸管理；加強(qiáng)弱勢群體的保護(hù)；開發(fā)智能勤務(wù)模式，提升交通管理和控制能力。⑥運(yùn)營管理：主要是對交通規(guī)劃的支持及對客、貨運(yùn)的監(jiān)控管理。對長途客運(yùn)車輛、特殊物品運(yùn)輸車輛假裝GPS全球定位系統(tǒng)，由車輛公司或交管部門進(jìn)行監(jiān)控。⑦綜合運(yùn)輸：主要指利用相關(guān)技術(shù)手段提供聯(lián)運(yùn)信息和聯(lián)運(yùn)服務(wù)。在建設(shè)完善公路主干線、鐵路主骨架、水運(yùn)主通道等的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各種交通方式的互通，對現(xiàn)有的信息平臺，加入其他的交通方式信息，并加以改造和完善。⑧自動(dòng)公路：利用通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、光纖系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施，對車輛實(shí)行自動(dòng)檢測，發(fā)布相關(guān)信息以及實(shí)施實(shí)時(shí)自動(dòng)操作平臺。AHS的本質(zhì)就是使公路系統(tǒng)具有一定的智能，并依靠車輛的智能控制汽車的自動(dòng)駕駛，將交通流調(diào)整至最佳狀態(tài)，從而減少人為駕駛引起的交通事故。目前自動(dòng)公路處于研發(fā)階段，這將是未來前進(jìn)的方向。

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