ITS是现代交通工程的发展趋势

信息时间：2015-11-17 信息来源：

 智能运输系统作为未来交通发展趋势之一，为解决城市交通拥挤和堵塞问题提供了有效途径。从八十年代以来，美国、日本、欧洲等发达国家和地区竞相投入巨额资金和大量人力，开始大规模的进行交通运输智能化的研究，取得了许多重要成果。随着研究的不断深入，系统功能扩展到公路交通运输的全过程及其有关服务部门，发展成为带动整个公路交通运输现代化的“智能运输系统”。目前，智能运输系统已经成为世界运输领域中的高新技术开发和应用的最热门的方向。 

一、ITS含义、起源。智能运输系统（Intelligent Transportation Systems，简称ITS），是将先进的信息技术、数据通信技术、自动控制技术、传感器技术、电子控制技术、运筹学、人工智能及计算机技术等有效地综合运用于整个交通运输管理体系。系统工程原理是ITS项目的灵魂，而信息流则是ITS研究的重点。这个系统将人、车、路、环境和相关的服务部门相互结合起来，从而建立起一种在大范围、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合运输系统。该系统将采集到的各种交通及服务信息经过处理后传到各用户，以便出行者进行交通方式和路线的选择；交通管理部门可进行及时的疏导、控制和事故处理；运输部门可随时掌握车辆运行情况，进行合理调度使路网的交通流运行于最佳状态，避免拥挤和阻塞。以最大限度的提高路网通过能力，提高运输的机动性、安全性和生产效率，同时减少能源消耗和环境污染。ITS代表了一种全新的理论和思维方式，使人们对提高交通运输效率进行探讨的最新成果。 

国际上，尤其在工业化国家中ITS的发展背景主要有以下时代特点： 

1.汽车发展的社会化 。工业化国家在市场经济指导下，大都经历了经济发展促使汽车的发展、汽车产业的发展又刺激经济发展的过程，从而使这些国家进入了汽车化时代。但是汽车化社会带来的诸如交通阻塞、事故增多、能源浪费和环境污染等社会问题日趋恶化，造成的经济损失也十分巨大。 

2.人类环境可持续化。工业国家在工业化、城市化发展进程中面临着日益严重的资源短缺与环境恶化问题，这一问题在发展中国家同样存在。按世界经济发展的规律，城市化水平达到30%以上，将出现经济的飞速发展阶段。美国、英国、日本等发达国家，在1990年城市化水平已分别达到了75%，77%，89%，这些国家针对交通发展对资源和环境的影响，逐步调整交通运输体系与结构，并大力开发建设交通基础设施。伴随着大量土地、燃油等资源占用和消耗的同时，不但交通需求没有完全满足，而且还造成汽车尾气排放量剧增，经济损失和环境污染严重等后果。 

3.信息技术高度智能化。交通管理的科学化、智能化，一直是人们综合治理、解决交通问题而追寻的目标。随着科学技术的发展，尤其是工业化国家将军事和国防领域的卫星导航系统、信息采集与提供系统、计算机控制与管理系统、电子与电子通信技术等高新技术开始广泛应用于民用工业。与此同时，发展中国家经济的迅速发展促进了世界范围内产业结构发生巨大变化，工业化国家将劳动密集型产业向发展中国家集中，并酝酿开辟高新技术含量的产业市场。在这种国际大背景下，代表一场信息革命到来的信号，引起全球极大关注，这就是“信息高速公路”。信息技术得到飞速发展，尤其是国际信息网络“Internet ”的建立，加快了全球经济一体化的进程。  

二、ITS历史发展进程。美国于1994年正式命名ITS，之前称其为“智能车―路系统（Intelligent Vehicle―Highway Systems，简称IVHS）”。智能运输系统这个名称是1990年日本最先提出的，很快便得到各国的赞同并被迅速推广采用。20世纪60～70年代，世界经济发展进入了高速增长时期。为了解决交通堵塞问题，人们除了投入大量资金修建庞大的道路网，还积极尝试解决问题新方法。例如，采用道路的可变信号，在交通高峰期通过道路改线增加进出车道，在大城市还成立了交通控制中心来监控和显示公路网的全部交通情况。然而这些努力所取得的效果并不明显，这些方法无法对交通阻塞作出动态反应，它只是针对预先建立的交通模式而设立，不能根据具体情况迅速改变交通处理准则。到了80年代，随着计算机技术、信息技术、通信技术、电子控制技术等的飞速发展，人们意识到利用这些新技术把车辆、道路、使用者紧密结合起来，不仅能够有效地解决交通阻塞问题，而且对交通事故的应急处理、环境  保护、能源的节约等都有显著的效果。智能运输系统的研究因此应运而生。 

初期的研究开发是在激烈竞争中开始的，逐渐形成了美国、日本、欧洲的世界ITS三大研究基地。日本由政府部门组织上百家企业，会同大学和研究机构进行了大规模的联合开发。其主要项目有“先进的动态交通信息系统”（1987―1989年），“超智能汽车系统”（1991年开始）以及“路车通信系统”等。与此同时，欧洲一些国家的政府和企业界于1986年开始实行“尤里卡”（EUREKA）联合研究计划，目的在于建立跨欧的智能化道路网，投资额达50亿美元。进入九十年代后，美国于1991年初成立了专门的全国性组织，从1992年起大幅增加投入，到1997年政府拨款已达13亿美元，近年的研究成果居世界领先水平。目前的开发范围亦扩展到整个陆上交通系统，包括铁路与公路混合运输。在未来的20年内美国ITS开发投资将超过2000亿美元。 

三、ITS系统构成。智能运输系统主要由五个子系统构成，即先进的交通信息系统；先进的交通管理系统；先进的车辆系统；先进的公共运输系统；商用车辆运营系统。 

    1.先进的交通信息系统。其核心是信息中心，该中心为出行者提供强大的信息支持。譬如：为出行者提供所需的有关公交线路图及发车时刻表、某一时刻某一路段的车速状况、道路施工情况、绕行路线和气候条件等实时信息；提供与目的地相关的信息如：沿途加油站、汽车修理厂、餐馆、医院等设施的地理位置分布、地址、电话、营业时间等等；提供沿途交通及道路状况信息如：道路线形、路宽、交叉口、坡度、交通堵塞情况等信息；提供最佳行驶路线及实时导航信息等等。使司机和乘客能够更好的享受旅行的乐趣。 

2.先进的交通优化管理系统。该系统由一系列的监视公路状况、支持交通管理与出行建议系统所组成。交通管理控制中心通过交通探测车、车辆探测器、雷达探测器、气象检测器、能见度检测器、视频监测系统、不停车电子收费系统和紧急电话等手段采集有关信息并加工这些信息，然后通过电子地图、大屏幕显示器、可变标志、可变情报板、电话、电视、路侧通信广播、交通广播、微机信息灯系统、匝道仪控制系统、视频监测系统和不停车电子收费系统等手段将有关信息传递给司机和相关人员，并不断优化交通信号灯的绿信比，随时采取相关措施保障良好的交通秩序，此外还对一些突发事件（如交通事故、道路维修、特殊的政治活动等）迅速确定解决方案，并做出准确的反应。 

3.先进的车辆系统。该系统是指借助车载设备及路侧、路表的电子设备来检测周围行驶环境的变化情况，进行部分或完全的自动驾驶控制以达到行车安全和增加道路通行能力的目的。其本质就是在车辆与道路系统中将现代通信技术、控制技术和交通流理论加以集成，提供一个良好的辅助驾驶环境，在特定条件下，车辆将在自动控制下安全行驶。 

4.先进的公共运输系统。作为智能运输系统的子系统其部分原因是保证对各种可选交通方式有足够的考虑。该系统采用先进的公共汽车、车辆全球定位系统和先进的电子技术等来达到不需要新建另外的公路却运送更多的出行者的目的。该系统利用计算机技术对公交车辆及公共设施的技术状况和服务水平进行实时分析，实现公交系统计划、运营和管理功能的自动化；为乘客提供实时的换乘信息；具有完备的安全监测、预警和防范设施，极大的方便了乘客。 

5.商用车辆运营系统。商用车辆包括货运汽车、公共汽车、出租车和紧急车辆。该系统可为商用车辆运营业户提供电子通关（车辆因装有脉冲应答器，可在不减速停车的情况下，迅速通过有关例如安全、载重、注册情况等关卡）；对高速行驶中的车辆、货物状态和司机的安全情况进行监测、危险时预警并在必要时进行自动控制；对运送危险品的车辆，在发生事故时，能立刻确定事故的严重程度、事故地点、危险品种类并推荐最佳应急方案；还可帮助司机确定车辆位置，避开交通阻塞路段，大大提高运输效率。   

四、应用ITS体系的意义如下： 

1.减少了车辆对道路的占用。一般来讲，在同一路段上，车速越快，车流量就越大，道路使用效率也就越高。但是车速越高，要求车距保持得越大，只有这样才能保证安全，那么每辆车占用的道路会更长，车流量反而会下降。因此必须采用智能运输系统，才能在保证行车安全的前提下，缩短车距，从而提高道路的使用效率。 

2.减少了车辆在道路上的停留时间。车辆在道路上过长的停留往往是造成交通阻塞的原因，比如车辆在收费站或称重站等处的停留。解决的方法是采用电子自动收费和移动称重等方法使车辆无需停留。 

3.减少了交通事故。交通事故不仅会造成交通阻塞，而且会带来巨大的人、财、物的损失，采用先进的科技成果，可以保证驾驶员更安全的行车，减少交通事故，一旦发生交通事故，能够迅速的处理，保证道路畅通。 

4.提供信息服务。驾驶员通过ITS车载计算以及其他通信设施，可以随时随地的获得天气、道路状态以及交通状况等信息，选择适宜的出行时间和出行路线，从而在客观上提高道路使用效率。 

对欧洲、日本、美国ITS研究效益预测指标进行汇总，见表1。 

欧洲、美国、日本ITS研究效益预测指标                        表1 

效益的表现 欧洲（预测年2017年） 美国（预测年2015年） 日本（预测年2020年） 

减少阻塞 出行时间减少25%每车每年减少交费时间40个小时，公共交通延误减少50% 出行时间减少41% 拥挤时间减少10% 

能耗与环保 空气污染减少25% 能源节约6%废气减少6% 耗油减少15% 

CO2排放减少15% 

氮化物排放减少30% 

降低运输成本 营运成本减少25% 营运成本减少5%  

新增市场商机 约4300亿美元 约50万亿日元（3700亿美元） 

五、ITS和交通工程的相互关系。ITS是现代交通工程的发展方向。物质、能量和信息，是自然界和人类社会赖以生存和发展的三大战略资源。当今的时代，正向着信息时代生产力发展，从物质型经济向信息型经济过渡的关键时刻。交通运输，这个在物质型经济社会中的对经济发展和人类文明有着重要作用的部门，在信息型经济社会中有着崭新的内涵。 

以“人和物的载运和输送”为旧有定义的运输，只有和“信息的载运和输送”融为一体，充分利用信息技术的最新成果，挖掘信息资源的最大潜力，才能大幅度提高运输能力的服务质量，满足日益增高的社会需求。因此ITS就是未来的信息化社会中道路运输的理想模型，而在社会由工业化到信息化的转化过程中，交通工程的内涵也在发生改变，现在人们逐渐认识到：ITS虽以交通工程为基础，但在整体结构、设计思想、技术手段和运营管理上都处于更高级的阶段。在整体结构上，ITS旨在建设社会活动的大范围内，包括多种运输方式的实时、准确、高效的道路运输综合管理系统，这个系统在交通工程中无法实现；在设计思想上ITS更加适应二十一世纪的公众对交通安全、快速、舒适的需求，向道路运输使用者提供各种信息以便选择交通运输方式，以诱导为主，这在传统的交通工程中无法做到；在技术手段上ITS使用现代科技的最新成就――包括众多的尖端科技成果进行系统集成。“信息工程”的特色大大区别于传统交通工程中以“道路工程”为主的特色；在运营管理上，ITS带有鲜明的“信息/服务”特征，属于第三产业中的新兴产业，而传统的交通工程只是第二产业（指道路工程的配套部分，应列入建筑安装业）和第三产业（交通运输管理部门）的混合体。综上所述，ITS可以当之无愧的被认为是交通工程的发展方向。近年来我国交通工程界对此的认识也在逐渐深化。我国《公路、水运交通科技发展“九•五“计划和到2010年长期规划》提出，到2000年，科技进步对交通增长的贡献率在现有的基础上提高到50%左右，劳动生产率有较大幅度提高；到2010年，科技进步贡献率力争再提高10―15个百分点。实现这样的指标显然是仅靠扩大规模无法做到的。唯一途径是深入领会“科技是第一生产力”的思想，主要依靠科技进步。在交通工程领域特别要加强道路运输智能化设施建设和管理体系的信息化进程。因此把ITS作为现代交通工程的发展方向具有战略意义。 

六、促进TIS研究开发，推动我国交通工程的更大发展。我国是当今世界上公路建设最快的国家，根据我国“九五”规划和2010年发展纲要，交通部计划用30年左右的时间完成公路主骨架、水运主通道、港站主枢纽与支撑保障系统的规划建设。预计到2010年，我国高速公路主干网将初步形成。而这一期间也正是智能运输系统在世界范围内进入全面实施的阶段。为了适应现代社会经济发展的客观需要，根据我国的实际情况，我国交通部已经将智能运输系统研究纳入了“公路、水运科技发展‘九五’计划或2010年发展纲要”。我国从20世纪80年代初就开始从治理城市交通管理入手，运用高科技来发展交通运输系统。 

从70年代中期以来，我国ITS的研究与开发大体上可以分为以下3个阶段，如表2所示 。 

中国智能运输系统研究                         表 2 

年    代 理论研究 应用技术研究 

70年代中期至80年代初期 交通流理论 北京前三门交通控制试验系统 

交通工程学 天津线控、面控试验系统 

城市路口自动控制 信号机、检测器的开发 

高速公路监控系统数学模型 天津疏港公路交通工程技术研究 

交通阻塞判断模型 可变情报板、可变限速标志通讯适配器 

标志和标线视认性 通讯控制器、大型地图板、紧急电话研究 

驾驶心理 城市交通管理系统（南京） 

80年代中期至90年代初期 

广佛高速公路监控系统 

交通安全设施标准 

交通和气象数据采集设备的研制 

道路和桥梁管理系统 

电子收费系统和不停车收费系统 

交通工程CAD 

90年代中期至上世纪末 道路通行能力的研究 ITS发展战略研究 

公路使用者效益分析 北京二、三环路监控系统 

GIS在公路信息系统中的应用研究与开发 

公路货运场及运输网络系统关键技术研究 

目前，我国的智能运输系统还处于发展的初级阶段，需要借鉴国外的先进经验，同时更要从我国的国情、路情出发，尽早解决交通拥挤堵塞问题。 

七、结束语。ITS在全世界交通中的广泛应用是一个不可逆转的趋势，在中国也不会例外。中国的特大城市将率先应用最新交通科技对城市交通进行有效的管理。我们有理由相信，智能运输系统将在21世纪形成一个新的产业，具有广阔的应用前景。我国的路网正处于建设期，如果我们能够及早地开展ITS的研究，吸收国外的经验和教训，结合中国国情将ITS的发展同我国公路网的规划、设计、建设和技术改造结合起来，将使我们少走弯路，提高我国交通运输的整体水平，实现从粗放型到集约型的转变，进而促进全社会经济的发展。ITS的研究和开发必将大大推动我国交通运输建设和管理的现代化。 

 

参考文献 

[1] 杨冰，等  智能运输系统 北京 ：中国铁道出版社 

[2]胡大伟   智能运输系统（ITS）的发展与对策  长安大学学报  2001，（1） 66-69 

[3]史其信  中国ITS发展战略构想  华夏交通在线  2001.1 

附 作者简介： 

张腾，1976年生，男，工程师，大学本科，在职攻读载运工具运用工程专业硕士学位，现在路桥集团第二公路工程局技术发展处工作。 

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