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智能运输系统 发布于:

智能运输系统(Intelligent Transportation System,ITS),日本、美国和西欧等发达国家为了解决共同所面临的交通问题,竞相投入大量资金和人力,开始大规模地进行道路交通运输智能化的研究试验。起初进行道路功能和车辆智能化的研究。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“智能运输系统 (Intelligent Transportation System)”。智能运输系统的服务领域为:先进的交通管理系统、出行信息服务系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、公共交通运营系统、应急管理系统、先进的车辆控制系统。“智能运输系统”实质上就是将先进的信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制技术、运筹学、人工智能等学科成果综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造,加强了车辆、道路和使用者之间的联系,从而形成一种定时、准确、高效的新型综合运输系统。

关于智能运输系统(Intelligent Transportation System,ITS)的准确定义,这是一个引起广泛争论的话题。美国、欧盟、日本及我国的理解都不相同,每个国家内部各方专家的理解也不相同,目前出现的定义和观点五花八门。

目前国内外对智能运输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。因此,智能运输系统是在较完善的交通基础设施之上,将先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感器技术和系统综合技术有效地集成,并应用于地面交通系统,从而建立起来的大范围内发挥作用的,实时、准确、高效的交通运输系统。

智能运输系统广义上说也是一种人工智能系统,是用交通类的传感器、带有交通知识的CPU和能执行交通功能的执行机构模拟人的五官、大脑和四肢,达到交通智能化的目的。

体系框架是一种规格说明,它决定系统如何构成.确定功能模块以及模块间进行通信和协同的协议和接口。智能运输系统体系框架开发主要包括三部分:用户服务、逻辑框架、物理框架。

从本质上来讲,这三部分内容是从不同角度对智能运输系统进行的解释,用户服务是从用户的角度对ITS能提供的服务内容进行描述;逻辑框架则是从系统如何实现ITS服务的角度进行分析,给出ITS应具有的功能及功能间数据流的关系;物理框架则是把ITS逻辑功能落实到现实实体,如车载设备、道路设施、管理中心等设备或组织。

ITS体系框架主要由用户服务、逻辑框架、物理框架等组成,同时相关内容有用户主体、服务主体、ITS标准、ITS评价等。由于体系框架各组成都是围绕着用户服务展开的,所以从用户服务和其他各组成关系的角度来解释各组成的含义,其关系描述如下表所示。

表1 ITS体系框架主要组成与用户服务的关系描述

组成部分名称

描述

用户主体

被服务的对象,明确了服务中的一方

服务主体

提供服务方,明确服务中的另一方

用户服务

明确用户需要系统提供什么样的服务

逻辑框架

对服务进行功能分解并对逻辑功能进行组织

物理框架

提出物理实体落实逻辑功能,以具体提供服务

智能运输系统主要目标即是为用户提供良好高效的服务,所以体系结构中一个重要的组成部分就是服务领域,确定能为用户提供哪几大类服务。在体系结构中,通过分析用户需求来确定服务领域,因为主要有公众和系统管理者两类用户,分别对应着系统层次的需求和普通用户需求。

我国的ITS体系结构中,共分为八大服务领域,其中包含34项服务功能,又被细划为137个子服务功能。其中,八个服务领域包括:①交通管理与规划;②电子收费;③出行者信息;④车辆安全与辅助驾驶;⑤紧急事件和安全;⑥运营管理;⑦综合运输;⑧自动公路。

美国ITS的九个服务领域包括:①智能化的交通信号控制系统;②高速公路管理系统;③公共交通管理系统;④事件和事故管理系统;⑤收费系统;⑥电子支付系统;⑦铁路平交路口系统;⑧商用车辆管理系统;⑨出行信息服务系统。

日本智能运输系统的服务领域包括:①先进的导航系统;②电子收费系统;③安全驾驶辅助;④道路交通的优化管理;⑤提高道路管理的效率;⑥公共交通支持;⑦提高商用车辆运营效益;⑧行人援助;⑨紧急车辆运营。

欧洲智能运输系统的主要研究领域包括:①需求管理;②交通和旅行信息系统;③城市综合交通管理;④城市间综合交通管理;⑤辅助驾驶;⑥货运和车队管理。

逻辑框架用来描述用户服务,系统功能和信息流程,用结构化数据流图表和过程规范组织这些功能间的逻辑关系。逻辑框架中包含的相关文件有功能层次表(功能域、功能、过程划分),功能规范文件(功能域、功能、过程描述),数据流图文件(描述各功能域、功能、过程间的逻辑关系)。

物理框架是将逻辑框架中的功能实体化,模型化,把功能结构相近的实体(物理模型)确定为可以设计的物理系统和物理子系统。基本过程即是将功能分配到物理子系统中,然后确定实现功能的物理实体或结构。最后确定子系统的输入、输出终端。

物理框架中包含的相关文件有物理系统层次表,系统、子系统、系统模块描述文件,物理框架流图文件。

目前,关于智能运输系统的专用标准正在研究过程中。由于ITS设计的技术和专业领域繁多,相关的专业技术应遵循相应的技术标准。国际标准化组织(IS())成立了一个专门技术委员会TC—204,以促进交通系统标准化进程。该技术委员会有16个工作组,很早就开始致力于交通信息和控制系统标准化的工作。

我国也正在开展智能运输系统有关标准的研究工作。我国的ITS体系结构中主要考虑了四部分内容:ITS综合性标准,包括ITS术语、结构、数据单元词典;标准明细表,包括标准名称、标准简要描述、宜定级别、采用标准程度或相应的国际发展情况等;标准要求包括:给出每个接口间传输的信息流、完成某项功能所必须交换的数据以及该接口适用的通信技术类别;关键标准明细表。

ITS评价是智能运输系统框架的关键组成部分之一,其目的是对智能运输系统项目的经济合理性、技术可行性、社会效益、环境影响和风险做出评价,为实际的ITS项目提供一个综合、全面的评价结果,为项目的可行性研究、实施、效果评价及方案比选和优化、决策提供科学依据,对已有的系统运作优化提供依据,还可以帮助投资者对将来的投资做出决定。ITS项目的评价包括五个方面:经济、技术、社会、环境影响和风险。

ITS的研究对象是交通问题,但ITS研究开发所利用的工具不仅仅是传统的交通工程理论,还包括所有相关的高新技术,这些技术成为ITS中应用的关键技术。各相关专业共同构成了ITS的专业技术基础,因此ITS具有多学科交叉的特点,ITS的研究开发需要各个相关专业人士的加盟,涉及的相关专业技术包括信息技术、计算机技术、通信技术、多媒体技术、自形控制技术等。

智能运输系统可以有效运行的关键因素之一即是实现广泛的信息交换与共享,信息需要采集、传输、处理、存储和发布,而计算机在信息存储、信息处理等方面起着重要作用。利用计算机数据库技术可以建立有关领域的数据库、知识库和方法库,利用计算机数据处理软件处理各类信息,进而建立各类信息系统。ITS中大量的信息、交换需要依靠计算机网络加以实施。目前,在智能运输系统广泛应用的管理信息系统(MIS)、决策支持系统(DSS)、地理信息系统(GIS)等无一不是以计算机技术为基础的。

在ITS中,通信技术是极其重要的共用技术,是信息传输的媒介。它能保证在信息采集、信息加工处理、信息反馈、信息发布的一系列环节中准确快速地传递信息。因此,多种通信方式、通信技术都可以应用于智能运输系统。

在ITS中主要应用无线通信和有线通信两种方式,应用的无线通信技术主要有全球移动通信系统(GSM,Global System For Mobile Communication)、码分多址技术(CDMA,Code Division Multiple Access)、蜂窝式数字分组数据(CDPD,Cellular Digital Packet Date)等陆基移动通信技术及卫星通信技术;有线通信技术有Internet、综合业务数字网(ISDN,Integrated Services digital Network)、异步传输模式(ATM,Asynchronous Tim(division multiplexing)、光纤分布式数据接口(FDDI,Fiber Distributed Data Interface)等。

研究信息提取、信息变换、信息存储的理论称为信息论。信息需要通过载体才可以真正实现信息流动,而对各类信息进行加工处理后才能应用于各个领域。ITS的核心是交通的信息化,在智能运输系统中各类信息系统的重要作用不可言喻。例如,利用管理信息系统(MIS)对道路信息、交通状态信息、交通管制信息和交通事故信息加以管理和控制;应用决策支持系统(DSS),利用各种城市路网信息、地名信息、公安业务信息等静态信息和报警信息、交通路况信息、超前控制的决策信息等动态信息,对城市道路交通实施超前计划与控制。

其他应用还有全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)。GPS主要应用于车辆调度、目标跟踪、车辆导航和动态交通流数据的采集(装有GPS的车辆进行跟车法调查,可得到交通流速、流向等时空信息)等领域。GIS可以应用于交通地理信息的可视化管理,交通地理信息的动态显示等,还可以用来开发用于车辆定位与导航系统,交通监控系统,交通控制指挥系统,公交智能化调度系统和综合物流系统等系统的专用电子地图。

多媒体技术是通过计算机、电视、通信等技术结合实现的,它将信息、以文字、声音、图像等多种方式呈现出来。与ITS相关的多媒体技术主要有多媒体图像采集技术、多媒体图像数据压缩技术、多媒体通信技术等,广泛应用于ITS中的现代交通监控系统、智能化的电子收费系统、违章识别管理系统、车型分类、车牌号识别等多个领域中。

交通检测、监视和控制是提高交通运输系统运行效率,提高交通安全水平的有效手段。能有效、准确检测实时交通状态的各类传感器是检测与监控的前提。在ITS中广泛应用高灵敏度、高精度的智能化、集成化的新型传感器,可以改善交通检测与监控的有效程度,提高运行效率。

ITS还将广泛应用变结构控制、模糊控制、神经元网络控制等自动控制新技术进行交通管理与控制,采用动态实时控制,与交通量动态预报相结合,更加有效地提高道路通行能力和服务水平。建立分布式集散控制系统对高速公路实施以匝道控制、主线控制、走廊控制和网络控制的多种方式的集成控制策略,对城市道路实施绿波或区域性优化控制,以改善高速公路和城市道路的交通状况,减少拥堵,降低事故发生率。

美国底特律的智能交通中心在系统中使用了148个电视监控镜头、54幅可变交通信息情报板、2419个检测线圈、2070个不同类型的信号控制机及9座通信塔及64mile(1mile一1609.344m)的高速光纤,可以实时监控高速公路的运行状况。事故管理支持系统可以提醒监控人员潜在的事故并能够提供一系列的处理方案。

英国的SCOOT系统被称为Spilt Cycle Offset Optimization Technique,即绿信比相位差优化技术,意大利的UTOPIA系统,法国的PRUDYN系统及德国的MOTION系统,都表明可使车辆平均速度提高10%~29%,旅行时间减少10%~20%。由于城市交通控制系统(UTC)和车辆管理系统(VMS)使汽车降低了26%~30%有害气体(CO、NOx、HC)的排放,城市的环境得以改善。


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