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ITS是現代交通工程的發展趨勢

信息時間:2015-11-17 信息來源:

     智能運輸系統作為未來交通發展趨勢之一,為解決城市交通擁擠和堵塞問題提供了有效途徑。從八十年代以來,美國、日本、歐洲等發達國家和地區競相投入巨額資金和大量人力,開始大規模的進行交通運輸智能化的研究,取得了許多重要成果。隨著研究的不斷深入,系統功能擴展到公路交通運輸的全過程及其有關服務部門,發展成為帶動整個公路交通運輸現代化的“智能運輸系統”。目前,智能運輸系統已經成為世界運輸領域中的高新技術開發和應用的最熱門的方向。 

    一、ITS含義、起源。智能運輸系統(Intelligent Transportation Systems,簡稱ITS),是將先進的信息技術、數據通信技術、自動控制技術、傳感器技術、電子控制技術、運籌學、人工智能及計算機技術等有效地綜合運用于整個交通運輸管理體系。系統工程原理是ITS項目的靈魂,而信息流則是ITS研究的重點。這個系統將人、車、路、環境和相關的服務部門相互結合起來,從而建立起一種在大范圍、全方位發揮作用的實時、準確、高效的綜合運輸系統。該系統將采集到的各種交通及服務信息經過處理后傳到各用戶,以便出行者進行交通方式和路線的選擇;交通管理部門可進行及時的疏導、控制和事故處理;運輸部門可隨時掌握車輛運行情況,進行合理調度使路網的交通流運行于最佳狀態,避免擁擠和阻塞。以最大限度的提高路網通過能力,提高運輸的機動性、安全性和生產效率,同時減少能源消耗和環境污染。ITS代表了一種全新的理論和思維方式,使人們對提高交通運輸效率進行探討的最新成果。 

    國際上,尤其在工業化國家中ITS的發展背景主要有以下時代特點: 

    1.汽車發展的社會化 。工業化國家在市場經濟指導下,大都經歷了經濟發展促使汽車的發展、汽車產業的發展又刺激經濟發展的過程,從而使這些國家進入了汽車化時代。但是汽車化社會帶來的諸如交通阻塞、事故增多、能源浪費和環境污染等社會問題日趨惡化,造成的經濟損失也十分巨大。 

    2.人類環境可持續化。工業國家在工業化、城市化發展進程中面臨著日益嚴重的資源短缺與環境惡化問題,這一問題在發展中國家同樣存在。按世界經濟發展的規律,城市化水平達到30%以上,將出現經濟的飛速發展階段。美國、英國、日本等發達國家,在1990年城市化水平已分別達到了75%,77%,89%,這些國家針對交通發展對資源和環境的影響,逐步調整交通運輸體系與結構,并大力開發建設交通基礎設施。伴隨著大量土地、燃油等資源占用和消耗的同時,不但交通需求沒有完全滿足,而且還造成汽車尾氣排放量劇增,經濟損失和環境污染嚴重等后果。 

    3.信息技術高度智能化。交通管理的科學化、智能化,一直是人們綜合治理、解決交通問題而追尋的目標。隨著科學技術的發展,尤其是工業化國家將軍事和國防領域的衛星導航系統、信息采集與提供系統、計算機控制與管理系統、電子與電子通信技術等高新技術開始廣泛應用于民用工業。與此同時,發展中國家經濟的迅速發展促進了世界范圍內產業結構發生巨大變化,工業化國家將勞動密集型產業向發展中國家集中,并醞釀開辟高新技術含量的產業市場。在這種國際大背景下,代表一場信息革命到來的信號,引起全球極大關注,這就是“信息高速公路”。信息技術得到飛速發展,尤其是國際信息網絡“Internet ”的建立,加快了全球經濟一體化的進程。  

    二、ITS歷史發展進程。美國于1994年正式命名ITS,之前稱其為“智能車―路系統(Intelligent Vehicle―Highway Systems,簡稱IVHS)”。智能運輸系統這個名稱是1990年日本最先提出的,很快便得到各國的贊同并被迅速推廣采用。20世紀60~70年代,世界經濟發展進入了高速增長時期。為了解決交通堵塞問題,人們除了投入大量資金修建龐大的道路網,還積極嘗試解決問題新方法。例如,采用道路的可變信號,在交通高峰期通過道路改線增加進出車道,在大城市還成立了交通控制中心來監控和顯示公路網的全部交通情況。然而這些努力所取得的效果并不明顯,這些方法無法對交通阻塞作出動態反應,它只是針對預先建立的交通模式而設立,不能根據具體情況迅速改變交通處理準則。到了80年代,隨著計算機技術、信息技術、通信技術、電子控制技術等的飛速發展,人們意識到利用這些新技術把車輛、道路、使用者緊密結合起來,不僅能夠有效地解決交通阻塞問題,而且對交通事故的應急處理、環境  保護、能源的節約等都有顯著的效果。智能運輸系統的研究因此應運而生。 

    初期的研究開發是在激烈競爭中開始的,逐漸形成了美國、日本、歐洲的世界ITS三大研究基地。日本由政府部門組織上百家企業,會同大學和研究機構進行了大規模的聯合開發。其主要項目有“先進的動態交通信息系統”(1987―1989年),“超智能汽車系統”(1991年開始)以及“路車通信系統”等。與此同時,歐洲一些國家的政府和企業界于1986年開始實行“尤里卡”(EUREKA)聯合研究計劃,目的在于建立跨歐的智能化道路網,投資額達50億美元。進入九十年代后,美國于1991年初成立了專門的全國性組織,從1992年起大幅增加投入,到1997年政府撥款已達13億美元,近年的研究成果居世界領先水平。目前的開發范圍亦擴展到整個陸上交通系統,包括鐵路與公路混合運輸。在未來的20年內美國ITS開發投資將超過2000億美元。 

    三、ITS系統構成。智能運輸系統主要由五個子系統構成,即先進的交通信息系統;先進的交通管理系統;先進的車輛系統;先進的公共運輸系統;商用車輛運營系統。 

        1.先進的交通信息系統。其核心是信息中心,該中心為出行者提供強大的信息支持。譬如:為出行者提供所需的有關公交線路圖及發車時刻表、某一時刻某一路段的車速狀況、道路施工情況、繞行路線和氣候條件等實時信息;提供與目的地相關的信息如:沿途加油站、汽車修理廠、餐館、醫院等設施的地理位置分布、地址、電話、營業時間等等;提供沿途交通及道路狀況信息如:道路線形、路寬、交叉口、坡度、交通堵塞情況等信息;提供最佳行駛路線及實時導航信息等等。使司機和乘客能夠更好的享受旅行的樂趣。 

    2.先進的交通優化管理系統。該系統由一系列的監視公路狀況、支持交通管理與出行建議系統所組成。交通管理控制中心通過交通探測車、車輛探測器、雷達探測器、氣象檢測器、能見度檢測器、視頻監測系統、不停車電子收費系統和緊急電話等手段采集有關信息并加工這些信息,然后通過電子地圖、大屏幕顯示器、可變標志、可變情報板、電話、電視、路側通信廣播、交通廣播、微機信息燈系統、匝道儀控制系統、視頻監測系統和不停車電子收費系統等手段將有關信息傳遞給司機和相關人員,并不斷優化交通信號燈的綠信比,隨時采取相關措施保障良好的交通秩序,此外還對一些突發事件(如交通事故、道路維修、特殊的政治活動等)迅速確定解決方案,并做出準確的反應。 

    3.先進的車輛系統。該系統是指借助車載設備及路側、路表的電子設備來檢測周圍行駛環境的變化情況,進行部分或完全的自動駕駛控制以達到行車安全和增加道路通行能力的目的。其本質就是在車輛與道路系統中將現代通信技術、控制技術和交通流理論加以集成,提供一個良好的輔助駕駛環境,在特定條件下,車輛將在自動控制下安全行駛。 

    4.先進的公共運輸系統。作為智能運輸系統的子系統其部分原因是保證對各種可選交通方式有足夠的考慮。該系統采用先進的公共汽車、車輛全球定位系統和先進的電子技術等來達到不需要新建另外的公路卻運送更多的出行者的目的。該系統利用計算機技術對公交車輛及公共設施的技術狀況和服務水平進行實時分析,實現公交系統計劃、運營和管理功能的自動化;為乘客提供實時的換乘信息;具有完備的安全監測、預警和防范設施,極大的方便了乘客。 

    5.商用車輛運營系統。商用車輛包括貨運汽車、公共汽車、出租車和緊急車輛。該系統可為商用車輛運營業戶提供電子通關(車輛因裝有脈沖應答器,可在不減速停車的情況下,迅速通過有關例如安全、載重、注冊情況等關卡);對高速行駛中的車輛、貨物狀態和司機的安全情況進行監測、危險時預警并在必要時進行自動控制;對運送危險品的車輛,在發生事故時,能立刻確定事故的嚴重程度、事故地點、危險品種類并推薦最佳應急方案;還可幫助司機確定車輛位置,避開交通阻塞路段,大大提高運輸效率。   

    四、應用ITS體系的意義如下: 

    1.減少了車輛對道路的占用。一般來講,在同一路段上,車速越快,車流量就越大,道路使用效率也就越高。但是車速越高,要求車距保持得越大,只有這樣才能保證安全,那么每輛車占用的道路會更長,車流量反而會下降。因此必須采用智能運輸系統,才能在保證行車安全的前提下,縮短車距,從而提高道路的使用效率。 

    2.減少了車輛在道路上的停留時間。車輛在道路上過長的停留往往是造成交通阻塞的原因,比如車輛在收費站或稱重站等處的停留。解決的方法是采用電子自動收費和移動稱重等方法使車輛無需停留。 

    3.減少了交通事故。交通事故不僅會造成交通阻塞,而且會帶來巨大的人、財、物的損失,采用先進的科技成果,可以保證駕駛員更安全的行車,減少交通事故,一旦發生交通事故,能夠迅速的處理,保證道路暢通。 

    4.提供信息服務。駕駛員通過ITS車載計算以及其他通信設施,可以隨時隨地的獲得天氣、道路狀態以及交通狀況等信息,選擇適宜的出行時間和出行路線,從而在客觀上提高道路使用效率。 

    對歐洲、日本、美國ITS研究效益預測指標進行匯總,見表1。 

    歐洲、美國、日本ITS研究效益預測指標                        表1 

    效益的表現 歐洲(預測年2017年) 美國(預測年2015年) 日本(預測年2020年) 

    減少阻塞 出行時間減少25%每車每年減少交費時間40個小時,公共交通延誤減少50% 出行時間減少41% 擁擠時間減少10% 

    能耗與環保 空氣污染減少25% 能源節約6%廢氣減少6% 耗油減少15% 

    CO2排放減少15% 

    氮化物排放減少30% 

    降低運輸成本 營運成本減少25% 營運成本減少5%  

    新增市場商機 約4300億美元 約50萬億日元(3700億美元) 

    五、ITS和交通工程的相互關系。ITS是現代交通工程的發展方向。物質、能量和信息,是自然界和人類社會賴以生存和發展的三大戰略資源。當今的時代,正向著信息時代生產力發展,從物質型經濟向信息型經濟過渡的關鍵時刻。交通運輸,這個在物質型經濟社會中的對經濟發展和人類文明有著重要作用的部門,在信息型經濟社會中有著嶄新的內涵。 

    以“人和物的載運和輸送”為舊有定義的運輸,只有和“信息的載運和輸送”融為一體,充分利用信息技術的最新成果,挖掘信息資源的最大潛力,才能大幅度提高運輸能力的服務質量,滿足日益增高的社會需求。因此ITS就是未來的信息化社會中道路運輸的理想模型,而在社會由工業化到信息化的轉化過程中,交通工程的內涵也在發生改變,現在人們逐漸認識到:ITS雖以交通工程為基礎,但在整體結構、設計思想、技術手段和運營管理上都處于更高級的階段。在整體結構上,ITS旨在建設社會活動的大范圍內,包括多種運輸方式的實時、準確、高效的道路運輸綜合管理系統,這個系統在交通工程中無法實現;在設計思想上ITS更加適應二十一世紀的公眾對交通安全、快速、舒適的需求,向道路運輸使用者提供各種信息以便選擇交通運輸方式,以誘導為主,這在傳統的交通工程中無法做到;在技術手段上ITS使用現代科技的最新成就――包括眾多的尖端科技成果進行系統集成。“信息工程”的特色大大區別于傳統交通工程中以“道路工程”為主的特色;在運營管理上,ITS帶有鮮明的“信息/服務”特征,屬于第三產業中的新興產業,而傳統的交通工程只是第二產業(指道路工程的配套部分,應列入建筑安裝業)和第三產業(交通運輸管理部門)的混合體。綜上所述,ITS可以當之無愧的被認為是交通工程的發展方向。近年來我國交通工程界對此的認識也在逐漸深化。我國《公路、水運交通科技發展“九•五“計劃和到2010年長期規劃》提出,到2000年,科技進步對交通增長的貢獻率在現有的基礎上提高到50%左右,勞動生產率有較大幅度提高;到2010年,科技進步貢獻率力爭再提高10―15個百分點。實現這樣的指標顯然是僅靠擴大規模無法做到的。唯一途徑是深入領會“科技是第一生產力”的思想,主要依靠科技進步。在交通工程領域特別要加強道路運輸智能化設施建設和管理體系的信息化進程。因此把ITS作為現代交通工程的發展方向具有戰略意義。 

    六、促進TIS研究開發,推動我國交通工程的更大發展。我國是當今世界上公路建設最快的國家,根據我國“九五”規劃和2010年發展綱要,交通部計劃用30年左右的時間完成公路主骨架、水運主通道、港站主樞紐與支撐保障系統的規劃建設。預計到2010年,我國高速公路主干網將初步形成。而這一期間也正是智能運輸系統在世界范圍內進入全面實施的階段。為了適應現代社會經濟發展的客觀需要,根據我國的實際情況,我國交通部已經將智能運輸系統研究納入了“公路、水運科技發展‘九五’計劃或2010年發展綱要”。我國從20世紀80年代初就開始從治理城市交通管理入手,運用高科技來發展交通運輸系統。 

    從70年代中期以來,我國ITS的研究與開發大體上可以分為以下3個階段,如表2所示 。 

    中國智能運輸系統研究                         表 2 

    年    代 理論研究 應用技術研究 

    70年代中期至80年代初期 交通流理論 北京前三門交通控制試驗系統 

    交通工程學 天津線控、面控試驗系統 

    城市路口自動控制 信號機、檢測器的開發 

    高速公路監控系統數學模型 天津疏港公路交通工程技術研究 

    交通阻塞判斷模型 可變情報板、可變限速標志通訊適配器 

    標志和標線視認性 通訊控制器、大型地圖板、緊急電話研究 

    駕駛心理 城市交通管理系統(南京) 

    80年代中期至90年代初期 

    廣佛高速公路監控系統 

    交通安全設施標準 

    交通和氣象數據采集設備的研制 

    道路和橋梁管理系統 

    電子收費系統和不停車收費系統 

    交通工程CAD 

    90年代中期至上世紀末 道路通行能力的研究 ITS發展戰略研究 

    公路使用者效益分析 北京二、三環路監控系統 

    GIS在公路信息系統中的應用研究與開發 

    公路貨運場及運輸網絡系統關鍵技術研究 

    目前,我國的智能運輸系統還處于發展的初級階段,需要借鑒國外的先進經驗,同時更要從我國的國情、路情出發,盡早解決交通擁擠堵塞問題。 

    七、結束語。ITS在全世界交通中的廣泛應用是一個不可逆轉的趨勢,在中國也不會例外。中國的特大城市將率先應用最新交通科技對城市交通進行有效的管理。我們有理由相信,智能運輸系統將在21世紀形成一個新的產業,具有廣闊的應用前景。我國的路網正處于建設期,如果我們能夠及早地開展ITS的研究,吸收國外的經驗和教訓,結合中國國情將ITS的發展同我國公路網的規劃、設計、建設和技術改造結合起來,將使我們少走彎路,提高我國交通運輸的整體水平,實現從粗放型到集約型的轉變,進而促進全社會經濟的發展。ITS的研究和開發必將大大推動我國交通運輸建設和管理的現代化。 

     

    參考文獻 

    [1] 楊冰,等  智能運輸系統 北京 :中國鐵道出版社 

    [2]胡大偉   智能運輸系統(ITS)的發展與對策  長安大學學報  2001,(1) 66-69 

    [3]史其信  中國ITS發展戰略構想  華夏交通在線  2001.1 

    附 作者簡介: 

    張騰,1976年生,男,工程師,大學本科,在職攻讀載運工具運用工程專業碩士學位,現在路橋集團第二公路工程局技術發展處工作。 

    單位地址:陜西省西安市含光路南段68號 

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