第26卷第1期 北方交通大学学报 vd 26No.1 文章螭号:1000 1506{2002}01—0029—06 智能交通系统的发展 史新宏,蔡伯根,穆建成 (北方交通大学电子信息32程学院,北京100044) 摘要:智能交通系统是将信息和控制技术应用于交通系统中,以提高其运行效率.在简速智 能交通系统的引入和定义的基础土,介绍了智能变通系统的发展过程,以及发展方向. 关键词:智能交通系统;发展;未来的方向 中图分类号:U121 文献标识码:A Development of Intelligent Transportation System SHIXin-hong,CAIBai—gen,MU ̄an—cheng (College of El ̄tronics and InfmdoI1 Engineering,N。nhem Jiaot ̄g University,Beijir.g 100044,chi ̄) Abstract:Intelligent Transportation System(ITS)are transportation systems that appty irforma- tion and control technologies to help their operatinos.The paper will begin with an explanaticaa of whatisITS.The development progress 0fITS aroundtheworld andthefuture directino ofITS applications around teh world will then be summarized Key words:Intelligent Trnasportation Systme(ITS);development;[uture direction 先进技术的应用,使人们生活的方方面面更为舒适、安全和有效.然而,在交通领域,自从用于交通控 制的基础技术——交通信号灯发明以来,一直没有其他革新直到本世纪六七十年代,随着交通需求的日 益增大,交通与需求、交通与环境、交通与能源之间的矛盾日益加剧.以前那种简单的交通控制技术已经不 能满足需求,交通事故和堵塞绐人们带来了巨大的效率、能源和生命上的损失.本文综述了各国智能交通 系统目前的发展状况,并提出了其发展前景. 1智能交通技术的引进 为了解决日趋紧张的交通问题,减少由于交通堵塞导致的巨大的经济损失.20世纪60年代末,美国 就开始了智能运输系统方面的研究.之后,欧洲、日本等也相继开展了此项技术的研究.所谓智能交通系统 (Intelligent Transoprt System,简称ITS)[ ,是将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、 自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于交通运输管理体系中,建立一种在大范围内、全 方位发挥作用的准时、准确、高效的交通运输管理体系. 智能交通技术不仅仅局限于公路范围内.当IST应用于汽车上时它能够帮助司机进行导航,避免交 通堵塞和交通事故;应用于铁路和公共汽车上时,它帮助驾驶员最优化车队运行状况,并为旅客提供自动 售票服务和实时运行信息.在交通网中,IST系统与交通信号共同协作,检测、管理事故,为司机显示信息、 导航及指示. 智能交通系统主要有以下特点_2一: (1)感知能力与自适应能力.例如在汽车上应用该系统,它可以自动采集外界条件,根据不同情况动态 地调节汽车的速度,自动减速或加速,因而可以避免车祸并提高汽车行驶效率. iI{ 蛩 } 一),女,北京市^,硬±生 I:] .@263. 维普资讯 http://www.cqvip.com
北方交通大学学报 第26卷 (2)记忆与逻辑思维能力.智能交通系统可以根据控制中心发来的道路、车辆信息以及司机输人的目 的地等信息,分析、推理出汽车行走的最佳路线,并能够实时收集信息修改行车路线. (3)表达能力和判决能力.对于司机的错误操作,如酒后开车、疲劳驾驶和由于视觉误差导致的超速、 误入其他车道等,智能交通系统会迅速做出判决并向司机发出警报,紧急时系统会自动采取行动. 因此,将智能交通技术应用于交通系统中将有助于保护生命、节约能源、时间和金钱. 2智能交通系统的发展过程 智能交通系统的发展经历了3个阶段:准备时期(1930—1986),可行性研究时期(1986—1997)和产品 发展时期. 2.1准备时期 在这个阶段,通用汽车公司(GeneralMotorsCorp.,GM)和RCA在20世纪50年代进行了自动驾驶系 统试验.这个系统使用雷达自动跟踪前方车辆.1a本丰田汽车公司提出MAC系统和机械试验所进行的自 动驾驶实验等.因为当时技术不够成熟,修建新的道路网比开展ITS研究更具吸引力,因此直到80年代中 期人们才开始关注ITS. 2.2可行性研究时期 1986年,当欧洲19国的、公司和大学建立了PROMETHEUS[ (使欧洲交通最高效并最安全的 工程)工程后,人们才开始关注ITS的研究.PROM r}砸US这项为期8年的计划是致力于改进欧洲的交 通系统和交通问题.该计划包括对公路系统的改进和把公路交通与其他形式的交通合成一体,其中各个项 目的重点还是放在对车辆的改进上.而DRIVE计划是面向于道路与交通控制技术.在1991年欧洲工业 部、交通部和欧洲委员会共同成立了ERTICO组织.ERTIC ̄3最初的目的是道路交通,但是它的研究方向 也逐渐涉及的多种交通服务:铁路、水运和航空运输.在1998年上半年,ERTICO开始进行新的研究方向, 它们包括:数字声音广播(DAB),系统结构(KAREN),视频援助(vERA),安装于卡车上的车载计算机 (OOMETA),欧洲和中国的第二阶段的合作及HMI(CONVERGE). 在美国,把先进的计算机和通信建设应用到道路交通中,在80年代后期发展很快.汽车制造商、道路 提供者、货车制造商一直在资助这些研究.1987年,许多对此感兴趣的人员成立了一个非正式团体,叫做 Mobility2000,目的是促进在后来称之为IVHS的主要国家计划的建立.1990年“IVHS(ImUigent de- Highway Systems)美国”项目成立.从而实现了为车辆道路系统的开发与实施融合各个分散组织与所需技 术.1994年“IVHS美国”更名为“ITS美国”.美国的智能交通系统研究从过去的以州或地方为主 的方式进人到以联邦宏观指导、共同投资的方式. 在1997年,由美国交通部、通用汽车公司、加州大学、卡耐基梅隆大学和其他学院共同成立了国家自 动高速公路系统协作组织.该组织在加州高速公路演示了不同的、完全自动化的溯试车辆.在这期闯,美国 的其他一些机构也积极从事IS的研究,T他们包括俄亥俄州立大学、马里兰大学、密西根大学和麻省理工 学院. 在1973年,日本的国际贸易与企业省开始了有关CACS(Compmhensive Automobile Control S ̄tem. 整体汽车交通控制系统)项目的研究.CACS的主要精力是放在开发和溯试一种车载动态路线指示系统 上.在1987年,日本交通管理技术协会在NPA的指导下联合一些企业,开始研究更先进的移动交通通信 系统.1991年,日本国家机构,建筑部和通信部共同创建了VICS(车辆信息与通信系统).在1993年, 国家机构和一些公司成立了联合交通管理协会,共同研究智能交通控制系统,智能整体Tv摄像机网 和其他相关系统.1996年7月,5个机构联合制定、发表了“关于推进智能交通系统(IS)的整体构 T想 ,它成了今后日本1TS工作的主要计划,并指定了加个服务内容和9个开发领域. 2.3产品开发 由于可行性研究阶段主要集中在开发技术基础,其目标是实现高水平功能,如自动驾驶等.这一阶段 的成功发展为产品开发莫定了良好的基础.这一新阶段的大量研究是开发可行性产品.1997年,美国交通 部转变了研究方向,从以前的完全自动驾驶到司机辅助系统,并支持自动车辆刨新.欧洲、日本也制定了智 能交通的相关研究领域.各国IS发展过程的时间流图,T见图1(横轴的单位为年). 维普资讯 http://www.cqvip.com
第1期 史新宏等:智能交通系统的发展 l PATH I MOBIL1TY IVtlS 美国 l ERGS l 姗 I PATHFINDER I 1l国家自动高 i1 l协作组织 速蛰路系境 COST30 l I EUCO-COST3 ̄ois I DRlVE I ERTICO I ALl l l AI_1.SCOLf/LISB l l AUTOOUIDE I l PROMETHEUS I lsv l l ( :^cs l I …… … VICS I VERTIS I RACS I I…’l 日本 lT1CS l AMTIC¥ l UTMS L V[CS I ASV l 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 圈i公共参与的ITS相关项目框圈 3智能交通系统的系统结构 3 1欧洲智能交通系统结构【‘・ 】 (1)功能结构的领域提供电子付费设备;提供安全和紧急事件设备;管理交通;管理公共交通运行; 提供先进的驾驶设备;提供旅行者旅程信息服务;提供法律实施支持;管理货物运输和车流运行. (2)物理结构的领域电子付费设备;安全和紧急事件设备;整体交通管理;公共交通运行;先进的驾 驶设备;旅行者旅程信息服务;法律实施;货物运输和车流运行. (3)通信结构描述了支持一个系统不同部分间信息交换的机械装置提供在物理结构系统主接121通 信链路的界定和描述的详细分析;描述所需协议. 根据物理结构中描述的系统确立的主要的通信对象有[ ①中心:收集并校对整理交通数据、通行付费和货物运输单,并且管理存储数据,设计交通法规和车流 管理指示(例如:交通控制中心、交通信息中心和车流管理中心); ②信息亭:位于公共场所的设备,用于向旅行者提供便利(例如:旅行者信息); ③路边:检测交通、车辆和行人,收取通行费和域制定交通管理措施,或向司机珩人提供信息; ④车辆; ⑤旅行者. 在以上5个通信对象问,需要建立点对点问的通信. 3.2美国智能交通系统结构 美国智能交通系统结构包含了19个子系统.这些子系统可以划分成4个组[7~9]:中心系统(C∞tml System);外场设备系统(R0adside System);车载系统(vehide System);远程访问系统(R%】0te Access Sys tern).如图2所示. 3 3日本智能交通系统结构 日本智能交通系统结构可以由9个子系统来实现,而且这9个子系统之间以及子系统和使用者、环境 之间存在着相互作用 系统框图如图3所示I'10] 维普资讯 http://www.cqvip.com
32 北方交通大学学报 第26卷 一一 。 …]r一一 磊………………一一 围2美国智能交通系统结构框图 提供路线导航交通信息 提供相关目的地信息 电子收费服务 提供驾驶和道路状况信息 危险警报 驾驶辅助服务 自动高速公路系统 最优化交通流 故障时提供交通信息 智能交通系统 改进维修运行 管理具有特许权的商务车辆 提供快车道危险信息 提供公共交通信息 辅助公共交通运行和运行管理 辅助商务车辆运行管理 商务车辆自动分组 行人路线导航 避免车辆一行人事故 紧急事故自动通知 紧急事故车辆路线导航、缓解行为的支持 利用先进信息和远程通信社区的信息服务 围3 日本智能交通系统结构框图 4智能交通系统发展现状 4 1智能交通系统的研究方向 (1)先进的交通管理系统(A,r^ :Advanced Traffic MaI1ag目n∞t t目 ) 先进的交通管理系统是在以信号控制为中心的管制中心基础上增加管制中心与道路上运行车辆双 ,维普资讯 http://www.cqvip.com
第1期 史新宏等:智能交通系统的发展 向通信机能,能收集旅行时间等交通信息并向交通参与者实时提供信息,使管理中心可以对运行车辆进行 微观控制.行车自控和自动加强系统是智能化交通系统中最重要的部分,它可以避免驾驶员因判断和操作 失误引起交通事故. (2)先进的旅行者信息系统(ATIS:Advanced Travelers Infom'mtion System) 交通旅行信息系统利用通信机能向交通参与者全面提供交通堵塞、道路施工、交通事故和突发事件等 信息.巴黎从1991年开始研究借助卫星对公交车辆进行全方位的监控管理,该项技术实施起来行使,不用 大规模进行基础设施建设就能做到准确、随时地监控管理所有运营中的公交车辆.该系统的调度人员可随 时与驾驶员通话.下达调度指令,营运中发生事故,驾驶员可开启一台隐蔽的摄像机,使中心安全控制台直接 观察到车内的情况.如有需要,中心安全控制台还可以调度装备有同样定位系统的车辆赶往现场进行处理. (3)自动收费系统(E'TC:ElectronicToll Collcteion Systm)e 在亚洲,新加坡1997年推行电子公路收费系统,用电子计费卡控制车流.采用该系统的车辆的挡风玻 璃上贴有一张类似信用卡的“储值卡”,同时在车内安装一个“阅卡器” 当车辆经过预先感应器时,控制器 就会通过每道闸门上的天线发出微波3信息,由阅卡器自动在储值卡上扣除道路使用费.若车辆没有装备 阅卡器或储值卡或款额不足时,第二道闸门上的摄像机就会自动拍下车牌号码,并由控镧器传到计算 机处理 在高峰时段和拥挤路段,它可以自动提高通行费 (4)公共交通系统(AP1 :Advanced Pubhc Transport System) 在欧洲,为保证公共汽车、公共电车优先通车路口,一些国家的某些大城市在主要交叉路口设置电视 监视器和自动信号控制器,并在公交车上安装发射信号装置 当公交车辆驶进路口时间或将红灯变换成绿 灯,以尽量减少公共汽车、公共电车在路口的延迟时间,或在公共汽车、公共电车通过的路段埋充与路口信 号灯相接的微波探测器.当公交车辆通过探测器时,探测器马上将信息传给信号灯控制装置,该系统调整 以给公交车辆运营提供一路绿灯. (5)运行管理和紧急事故管理系统(Security and Emergency Management System) 日本日产柴油机工业公司最近开发出一种可用于大型卡车和客车的防后部碰撞报警系统.它由激光 雷达装置、控制装置、警告灯和显示警告字母的专用灯等组成.当后方车辆进入临界距离时,即触发警告 灯,如果靠近的车辆不减速或不改变行驶路线,警告灯开始闪烁,同时还接通带有警告字母的专用灯. (6)货物和流量管理系统(Freight and Fleet Management Systn,a) 在法国的Rouen开发了一种用于流量管理的智能公共汽车( ARTBUs)的系统,通过借助法国30 多辆公共汽车和电车网络以及德国 西班牙、意太利、瑞士和墨西哥的公交网,欧洲许多国家建立了该系 统.应用智能公共汽车,能够提高流量效率和安全性,提高与他们顾客之间的信息交流.该系统能够及时准 确的向顾客、车辆、汽车站、火车站及家中传递信息,由SMARTBUS设备记录下束的信息可以作为评估和 战略管理的重要数据. 4.2我国ITS发展现状 随着我国经济的飞速发展,交通堵塞问题也日益突出,尤其是在大城市地区,上下班高峰期的交通堵 塞为人们的出行带来极大的不便.传统的经验已不能解决我国现代化建设所要求的高效交通系统.在9o 年代初,我国学者已经开始关注国际上ITS的发展,并参加了IS世界会议的指导委员会和国际标准化 T组织的部分工作尤其在1995年之后,关于ITS的已研究、试验、国际交流日益频繁.交通部也将ITS列 入了“九五”科技发展计划和201(1年长期规划中【11 J.同时,交通部公路科学研究所成立了ITS工程研究中 心,许多高校也成立了ITS研究中心,进行我国的ITS研究 目前我国ITS的研究包括基础研究和应用研究.我国的道路交通的一大特点是混合交通.道路上各 种类型车辆的性能、尺寸、车速的差异,对于通行能力、交通安全、交通管理与控制等均产生较大的影响.因 此我国的IS的基础研究有别与国外的研究,T应该根据我国特性开发出自己的可行性方案.对于应用研 究,目前主要针对单个应用项目,只是通过引进国外设备来解决局部问题.它只是对我国交通状况局部有 所改善,没有在全局上发挥智能交通的作用.丽ITS是一个大型系统 要求各方面协调合作才能发挥其功 效.我国正在制定ITS系统体系结构,协调各个部门,进行ITS的开发. 维普资讯 http://www.cqvip.com
北方交通大学学报 第26卷 4.3智能交通系统的发展 虽然ITS已经经历了半个世纪的发展,但它在各个领域中的发展前景仍十分广阔.利用高科技传感 器及通信获取车辆外部的信息是ITS的关键所在.智能交通系统是新一代的交通运输系统.研究的主要 方向是:①交通运行辅助系统.继续改进现有的车一路系统,从导航系统、自适应巡航控制到偏离车道报警 系统和司机疲劳驾驶报警系统等.②在有限的设备和逐渐新增各种设备基础上引人完全自动控制系统. 在过去的开发研究中,不同的国家根据不同时期的不同特征,在以上两个方向都进行了开发研究.根 据现在市场的情况,各国的研究方向都逐渐转向交通运行辅助系统.目前的开发研究主要集中在交通控制 与管理、车辆安全与控制、旅行信息服务、交通中的人的因素、车载和车流问题、交通模型开发、通信广播技 术与系统等方面.但是从车辆方面看,其开发前景首先是开发能够从道路设施接受交通信息的车辆,然后 是利用控制技术开发具有高度安全技术的安全车辆,晟后实现自动驾驶车辆.因此完全自动控制将是各国 最终的发展方向.眼下在车辆驾驶控制领域的主要课题是研究行驶控制领域中的各种障碍物传感器,不断 开发出系统用的晟佳传感器.对于自动驾驶系统,由于各国的道路交通环境各不相同,因此各国系统问有 很大差别.可以说现在的技术在一定环境条件下是可以实现自动驾驶系统的.但是要投人实际使用,无论 是在技术方面还是在制度方面均有很多必须解决的难题.仅凭横向控制和纵向控制,自动驾驶系统尚不能 作为道路交通系统的一部分而充分发挥作用. IST技术的开发和应用,使人、车、路、环境充分协调,使人与车、车与车、车与路等各交通要素相互协 调,从而达到交通系统化以建立起快速、准时、安全、便捷的交通运输体系. 参考文献: [1]IchiioMasaki.ABriefHistoryofITS[R].USA:MassachusettsInstitute ofnd“ o ,1999. [2]刘伟铭.高速公路系统控制方法[M].北京:人民交通出版杜.1998. [3]参考网站;http//www itsa.ofg;http://www.itsc.cornI http://www.iljnet. .jp/, ̄as. [4]EI】r0p∞n Ccaranuniifes Framewc*k Architcetmre for ITS in Eu ̄,e Karen Fotmdatlc ̄f皤Transport Tel ̄natles I)e ̄t in the 21st Centmy[R].EI】r0p∞n Cotmnunities,2000. [5]Brtmds.FirstKARENforum协hilild awa土 l瞄mtheEuIDI瑚nITSFramewcckArchitecotre[R].EⅢ 聊lc m试鹫 , 1999. 【6]& Corrmainicationfmthe& ∞teh Council andthe E【 l Par ̄t∞a Commmalty Stl,ategy and Framewc*kfroTheDeploym ̄at ofRood Trm,aport Tdematicsin Eoxopeand :6日ls妇Initial Aetiom[R].Em-poean Ca3n'aalJ ̄orl,1997 [7]Keith Biesecker Broedb0M Wirde ̄s,Integrated Servlo ̄,and Their Appllcatic ̄to Intelligent Translxa ̄tion Sy ̄[R]. USA,2OOO. 【8]InsittuteofTtampormtic ̄EnglIlee,l ̄l&USDemerit。fTramlxa'mfion IST Joint PI曜衄Office.National ISTArchitec— otre-The Concept[R].USA.1999. 【9]The National Architecture h IST:A Framework h Integrated Tramlxa'mtion into the 21st Century[R].Pub.No.FH. WA-JPO-964)12,HVH-1/4.96(10M)QE. [10]Naticoal Police Ageric]Ministry ofInternaticoalTradeandIndus'tryMinistryofTramlx ̄Ministry。fPosts andTdeeom. rramications Ministry of Cco ̄t2Lmtlon.System Architecture for IST in Japan[R].Japan,1999 [11]交通工学研究会.智能交通系统[M]北京:人民交通出版社,1998.
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