智能交通系统以及国内外研究现状

随着计算机技术的更新以及交通发展的要求，近几年来交通发展的重点已经从以前比较落后的交通设施的建设向现代交通系统智能化方向的发展，所以近年来对ITS智能交通系统的研究和应用的步伐明显加快。从理论上来说，ITS智能交通系统它显示了现代交通系统的一种比较高层次的智能化的管理技术，它的本质是以最低的成本和最少的时间来提高现有交通设施的利用率，以这种管理技术来降低交通拥堵，以及减轻交通对空气的污染和更加节约能源。下面我们就对智能交通系统以及国内外的发展现状做一介绍。 2.1 智能交通系统

现代城市智能交通是在城市交通运输系统中有效地运用通信技术、信息技术、系统集成技术和电子控制技术等，以建立起覆盖范围广、高准确度、高效率、实时的交通运输管理系统。使道路、驾驶员和车辆三者之间能够进行智能联系，

借助该智能系统，车辆可以在道路上安全、自由地行驶，靠智能化手段将车辆运行状态调整到最佳，实现人、车、路的和谐统一。根据相关研究，城市采用了现代智能交通系统(Intelligent Transportation System)可以使得城市道路交通的通行能力提高2~3倍，可以使得交通拥挤率降低至原来的20%—80%，油料消耗较以前减少30%，停车次数可以降低30%，废气的排放可以减少26%，交通行车时间减少13%-45%，发生交通事故的可能性大大降低，这样可以有效的提高交通运输效率，进而给城市建设带来了巨大的经济效益和社会效益[4]。

自20 世纪80 年代起，智能交通系统慢慢逐渐发展成为一个为人熟知的概念，也逐渐的深入了研发人员的心目之中，早在19世纪最具有代表性的就是美国智能车辆道路系统智能交通系统，其次是欧洲高效安全欧洲交通计划(1986 年)、日本的道路交通信息通信系统(1995 年)、欧洲车辆安全道路结构计划(19 年)。它们都有共同的特点：将一些高科技技术运用于整个交通服务、管理与控制，主要运用的技

术包括先进的通信技术、计算机技术以及电子信息技术等，从而建立起一个覆盖范围大、实时、高准确度的交通管理系统，为广大乘客提供多样性的服务。

2.2 国外ITS的研究状态 2.2.1 美国ITS的现状

一、美国ITS的历史

美国是当今世界运用智能交通系统较为成功的国家之一。1994年ITS在美国正式命名，以前是智能车辆公路系统（IVHS）。在以后的十年时间里，美国对ITS进行了大规模的研究和应用，并且在1995年3月，美国交通部发行了《国家智能交通系统项目规划》，在《国家智能交通系统项目规划》里面明确了ITS的七大领域和二十九个用户服务功能（见下表），并且计划到2005年开发计划[5]。

ITS基本系统： ITS子系统： 出行和交通管理 交通需求管理 出行中交通信息 公共交通运行 电子付款服务 商用车辆运行 出行前交通信息 交通需求管理 汽车共乘和预约服务 需求管理和运行 公共交通管理 出行中公共交通管理 公共交通运行 随需求而定的公共交通管理 公共交通安全 电子付款服务 商用车辆电子通行 电子付款服务 自动路边安全检查 车上安全监视 商用车辆行政过程 商用车辆运行 危险物品事故处理 商用车辆管理 紧急通知和个人安全 紧急处理 紧急车辆管理 ITS基本系统： ITS子系统： 纵向碰撞避免 横向碰撞避免 道路交叉口碰撞避免 紧急车辆管理 碰撞避免中的视力提高 安全准备 碰撞前的紧急安排 自动公路系统 表2-1 ITS主要用户服务功能 二、应用状况

而今，美国的智能交通系统的普及率已经达到85%以上，甚至有些地区已经达到了90%以上，比如洛杉矶、纽约等，

并且相关技术也较为先进[6]。在美国交通系统，其中能占到ITS智能交通40%的应用主要在车辆的安全方面，再次ETC以及电子收费等相关的设施也站到了占到了差不多20%，最后公路车辆的管理技术和交通车辆、船舶、航空的定位导航系统也占到了15%，最后的10%应用在了商业车辆管理系统

[7]

。 三、投资

美国在1991年到1999年用在智能交通管理方面的

投资非常大，每一年的资金预算差不多大约为350亿美元，这就可以看出美国对现代智能交通系统的重视程度。美国要求将智能交通系统的发展和建设纳入各级的基本投资计划之中，大部分资金由联邦、州和各级地方提供，也注重调动私营企业的投资积极性。 2.2.2 日本ITS的发展现状

在日本，对ITS的研究和应用也相对较早，早在1973年，由通产省开发的“汽车综合控制系统”被称为是日本最早的

处理世界领先地位的智能交通系统。后面的十年里日本的智能交通系统有了很大的发展，就在1999年，“车辆信息与通信系统”这一ITS的雏形在日本东京地区正式运行。目前，日本的智能交通系统研究和应用主要在一下三个方面进行：车辆信息及交通通信系统（VICS）、不停车收费系统（ETC）、先进道路支援系统（AHS）[8]。下面分别予以说明。

一、车辆信息及交通通信系统

目前，日本的车辆信息及交通通信系统在东京、长野等城市已经建立了它的智能交通系统，其中车辆已经超过了600万辆，而且飞速发展。

二、不停车收费系统

不停车收费系统是智能交通系统中很重要的组成部分，不停车收费系统的研究和开发占整个ITS系统的30%以上在日本，在1995年6月日本就开始组建不停车收费系统并于1996年3月完成。不停车收费系统的研究和应用减少了收费站的交接手续，而且大大的方便了民众，收费站的通行能力也大大提高。

三、先进道路支援系统

从1994年，日本就开始以丰田公司为首的20多家家公司进行了自动高速公路AHS（无人驾驶系统）的研究与开发。通过车辆以及道路上的各种传感器掌握道路和周围车辆以及道路桥梁信息，利用车载装置和信息发布设施等将信息实时发送给驾驶员，并且进行危险的警告[9]。主要功能包括以下几部分：驾驶信息和道路信息提供，危险警告，辅助驾驶以及自动驾驶。 2.2.3 欧洲ITS的发展

1969年，欧共同体提出在成员国之间开展与交通控制有关的电子技术研究以及开发工作。1986年，欧洲19个国家的和企业世界开始了名为“EUREKA”的联合研究，主要是建立跨欧洲智能化的道路网络，包括了道路基础设施以及车辆的开发研究，近年来，欧洲智能交通系统的研究工作主要包括两个计划：QAP和TEN。TAP的主要目的就是运用先进的计算机技术来提高现有交通设施的利用率。TEN计

划是欧洲要实现多方式信息服务为目的的交通信息服务站

[10]

。下表2-2为欧洲ITS的发展历程表：

年代 70年代ALI（德国） 中期 1985年 1986年 Ali Scout （德国） Autoguide（英国） ITS项目或其相关项目 PROMETHEUS（由民间14家汽车公司1986年 组织） DRIVE I（由EC联合组织开发，19911988年 年结束） ERTICO成立，统一协调全欧ITS的1991年 研究 DRIVE II（由EC联合组织开发，19941992年 年结束） T-TAP（相当于DRIVE III，1998年1994年 结束） 1998年 启动KAREN项目 数字地图是智能交通领域许多技术2000年 和应用的基础平台 德国科隆市的城市交通管理与信息2002年 服务系统 表2-2 欧洲ITS的发展历程表

2.2.4 发达国家ITS的特点总结

由以上美国、日本以及欧洲等智能交通系统的发展，本人通过分析得到美、日、欧等国家和地区的ITS 进程的一些特点：

（一）、前期规划重中之重

在美国，和国会共同合作共同参与，汇聚了整个美国的不同力量，在1991年制订了《综合陆上运输效率化法》,

并且成立了智能交通系统的领导以及协调机构，同时制定了美国20年智能交通系统的发展计划[11]；美国在1995年3月，运输部门出版了《国家智能交通系统项目规划》，在这本书中很确切的提出了发展ITS智能交通系统的七个重要的领域还有二十九个系统服务功能，与此同时明确的提出了截止2005年的全年开发计划。

（二）、制定相关规范和标准

在发达国家的智能交通系统的发展过程中，制定相关的ITS规范与标准都落实的非常细致。在1993年，国际标准化组织成立了TC-204技术委员会，TC-204技术委员会的主要责任是制定一些标准。

而在美国，九十年代初就已经建立了ITS的通信协议NTCIP，欧盟则在1990年标准化组织就已经着手布置CEN／TC278工作。

（三）、增大智能交通系统的研发和工程的投资 在发达国家的智能交通系统的发展过程中，美国在1991—1997年每年的智能交通系统的资金投入在7年内的总

和将近13亿美元。总计20年中美国用于智能交通系统规划总资金差不多超过了400多亿美元[12]；日本智能交通系统的主要经费来源是汽车服务行业的税收以及汽车相关的税收，日本部门在1995—1999年总共在发展智能交通系统发面投入大约3683.66亿日元用于研发和工程，其中大约90%的费用都用于智能交通系统的实施，只有占10%的费用用于智能交通系统的研发[13]。

（四）、企业积极参与智能交通系统的投资建设 在现在智能交通系统的发展过程中，发达国家已经几乎将现代智能交通系统的投资和建设列入了各级部门的基本发展以及开发计划至中，与此同时发达国家非常注重创建新的智能交通系统的建设的项目，同时更为方便支持、部署以及开发建设智能交通系统。在发展智能交通系统的投资当中很大一部分的是通过传统的方式，比如像公路信用基金等，由部门、州和各级地方提供，也注重调动私营企业发挥应有作用。

（五）、根据自身情况选择不同发展策略

在欧洲的智能交通系统的建设中把构建ITS基础平台放在了首位， 欧洲智能交通系统的发展规模和进程介于日本和美国之间。现在欧洲的智能交通系统的大部分应用方面是开发远程信息处理技术(Telematic)，远程信息处理技术的主要目的是在全欧洲计划建立专用交通(以道路交通为主)无线数据通信网[15]。这样就将ITS的功能和日常交通系统的管理、以及道路导航和ETC电子收费等都通过Telematic联系起来，从而在全欧洲通过无线数据通信网共享资源。目前的主要开发先进的旅行信息系统(ATIS)、车辆控制系统(AVCS)、商业车辆运行系统(ACVO)、以及电子收费系统等方面。

2.3 我国智能交通系统的发展现状

智能交通系统（ITS）是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、

准确、高效的综合交通运输管理系统。交通拥堵问题一如当年人口增长过快问题、水资源短缺问题一样成为我们这颗星球上各国众多城市面临的棘手问题。 2.3.1 我国城市的ITS发展现状

在我国的智能交通系统领域，首都北京和广州的发展较早，并且走在了全国前列。下面对北京和广州的目前ITS系统现状做一简单介绍。

一、北京市智能交通系统的发展现状

据相关报道，目前在北京市已经初步建成了4大类的智能交通系统，这四大类的系统主要包含了道路交通控制系统、公共交通指挥与调度系统、高速公路管理系统以及紧急事件管理，四大类系统总共包含约30个子系统，这30个子系统后分散在各交通管理和运营部门，对北京市的交通起到了很重要的作用。在最近几年来的发展，北京市的交通系统有了很大的进步，主要有以下几点：

1、实时监测智能交通系统

在北京市的各个主要路段安装了无数了高清的摄像头，这些摄像头可以自动对过往车辆进行拍照统计，实时统计路段的车流量，同时在相关路段上发生交通事故或者出现道路拥堵以及各种意外交通事件时，实时监测系统会自动对发生的事件进行全程的录像和报警，第一时间确保为事件处理提供良好条件。

2、道路信号协制系统

在北京市的主城区的各个十字路口以及人流、车流密集地带，流量监测系统实时采集即时的车流系统，同时发送给相关信号接收设备上面，当指挥中心接到相关的车流信息后，指挥中心的计算机会自动计算将智能数据反馈给路口的信号灯，这样可以有效的提高道路的通行效率。

3、智能奥运交通系统

在为2008年成功举办奥运会准备之前，北京市将智能交通系统列在新奥运的重要工作之中，为了防止奥运期间交通流畅，北京市在智能交通系统发面采取了很多措施，采用了自动报警、自动识别、公交优先的交通信号控制等系统。

在奥运会期间，在各个道路上安装的无数台交通监测器等组成的交通系统实时监测系统，能够在事件发生的第一时间自动报警和全程录像工作。

二、广州市的智能交通系统发展现状

广州市全国首批智能交通示范城市之一的广州，智能交通系统构建包括广州市交通信息共用主平台、物流信息平台、路面交通状况监视与监测、静态交通管 理系统等智能交通系统的主框架。其用信息平台已初具规模，实现了羊城通系统、线网规划系统、出租车综合管理平台、联网售票系统、96900呼叫中心等多个子系统的连接，可以完成数据的采集、分类和有效存储、查询、订阅等相应的数据处理工作，实现了诸多的数据处理功能，提供了初步的交通数据服务功能。

1.交通控制与指挥系统

广州市建立了交通控制系统，大部分路口实现信号控制。还建立了设备先进的交通指挥中心，应用地理信息系统，以城市交通电子地图为基础，实时显示路网通行状况、设备工

作状态、警力布置情况等各类交通管理信息，并通过人工决策、计算机辅助决策与专家系统职能决策相结合，实现区域交通的协调指挥及快速反应。

2.交通管理信息网络

全市交管部门联网，广州市结合内环线和地铁建设，建成了城市主干光纤网。在各交通管理职能部门之间建起了主干4G、各主要节点2G带宽的千兆以太网络平台。在控制中心，采用磁盘阵列建起了高可靠性的数据仓库，采用高性能的小型机处理各类交通管理业务，并应用Cluster技术实现对数据仓库的共享。

3.路面交通状况监视与监测

建立了闭路电视监视系统、电子(交通违章监摄管理系统)和路面车流监测系统。广深高速等也建立了闭路电视监视系统。其中广州的闭路电视监视器为87个，路面传感器为148个，基本覆盖了全市的主要路口。

4.交通诱导与信息发布

广州市建立了羊城交通广播电台，利用闭路电视监视图

像和交通信息员的路面情况报告，每15分钟发布一次道路信息，对城市交通的诱导起到重要作用。交通台不仅具有重大的社会效益，而且还有较大的经济效益。广州市还利用闭路电视监视图像和交通台动态信息数据库成功地实现了基于电子地图和Internet的动态交通信息发布应用示范，开发了从数据采集到数据传输到Internet发布的整套软件系统。

5.城市道路不停车收费

1997年开始在广州市实施全市路桥“一卡通”不停车收费推广工程。系统于1999年1月1日投入运行，到目前已开通不停车收费车道39条，面向社会发行电子标签约14000个，不停车收费车道累计车辆通过为20，000，000次。

6.城市公共交通信息管理及城市间客运汽车跟踪 在广州市公交公司应用了公共交通综合管理系统。该系统由局域网和城市网组成，以中心数据库为核心，集成了公交企业常规管理的13个系统，使用VB开发工具建成一套技术先进、功能完善、实时性强、操作方便的公共交通MIS系统。广深高速客运汽车进行了GPS跟踪应用示范。

7.建立了货运信息管理平台

集装箱货物信息管理应用于黄埔集装箱公司及码头使用。该系统通过电子报文的传输后交换、规划、组织和控制货物集散、配载、中转、储运等各个环节的信息流通，达到加快化货物流转速度，降低运输成本的目的。

8.ITS的发展规划研究

开展了“广州市智能交通建设2010年发展规划研究”，由市交委、市科委、市建委、市等有关部门组成课题组，完成了广州市智能交通系统建设2010年发展规划的研究。目前，科技部正安排国家级ITS专家在此研究的基础上，编制广州市ITS体系机构，指导我市完成ITS2010年发展规划。 2.3.2 我国智能交通系统的发展概况以及存在的问题

1、1999年11月，国家科技部批准成立了国家智能交通系统工程技术研究中心。

2、2000年3月，国家科技部组织全国交通运输领域专家组成专家组，起草了中国智能交通系统体系框架。

3、2002年6月，“智能交通体系关键技术开发和示范工程”确定。

目前，我国已经取得了包括智能导航技术、先进的交通管理系统（ATMS）等成果在内的一系列拥有自主知识产权的智能交通技术新成果。我国的ITS应用环境与国外有很大不同，一方面,城市的不断扩张使智能交通设施的安装和使用都受到了一定的影响，比如，不断膨胀的城市规模与不断变化的路网结构使得城市道路基本信息缺乏完整性与准确性。主要存在以下问题：

1、智能交通系统的应用必须适合我国国情

我国的ITS应用环境与国外有很大不同，一方面，城市的不断扩张使智能交通设施的安装和使用都受到了一定的影响，比如，不断膨胀的城市规模与不断变化的路网结构使得城市道路基本信息缺乏完整性与准确性。相比而言,国外城市发展一般比较稳定,路网结构基本已经确定，只需应用新技术便可。而在我国,随着城市化进程的不断推进,大量人口涌入城市，加之私家车数量的不断增长,仅靠智能交通是不能完

全解决交通问题的。另一方面，非机动车辆多，混合交通比较复杂、严重的特点也使得ITS的应用受到一定程度的影响。与国外ITS的应用情形不同,我国ITS专家们在开发ITS技术和研制ITS产品时,不仅要考虑机动车驾驶员的利益,还要兼顾步行者、自行车驾驶者等无车族的利益,使他们也感受到ITS所带来的好处。而且,由于我国混合交通比较复杂、严重的特点,使得很多在国外应用良好的系统,如SCATS、SCOOT系统,引入中国后,不能很好地发挥其功效。因此,我们在引进国外技术时,一定要使其符合中国的具体特点,不能完全照搬照抄。

2、信息化不等与智能化

从信息采集、传输到信息处理、发布，毫无疑问，信息技术在ITS系统中扮演了一个十分重要的角色。因此，很多人认为，信息化就是ITS。其实不然，信息技术只是实现ITS系统功能的一种技术手段，我们应该将重点放在交通系统本身的需求以及由这种需求带来的功能要求上，从实际出发，发现问题，分析问题，从而提出解决问题的方法和手段。智

能交通系统能否发挥其作用，主要取决于其系统规划和设计的内涵。很多城市在实施ITS项目时,盲目购买大量先进设备，但这些设备却没有发挥其应有的作用，有时甚至成为一种摆设。究其原因，就在于在ITS系统规划和设计时没有从系统需求出发,误以为利用信息化技术就可以解决一切问题。

当前，很多城市都在建设ITS共用信息平台这对于改善交通出行状况具有重要作用。但与此同时，也面临着由于信息过剩所带来的一系列问题例如,如果提供给决策者一个反映实质属性的信息，那么可以帮助决策者对下一步的行动做出正确的决策。如果提供给他一个准确的信息，那么他正确决策的概率是100%；如果同时提供两个同类信息给这个决策者，他就要判断哪个信息是有用的信息,哪个是无用的信息，并要从两个信息中选择一个“真信息”，因此他正确决策的概率就减少了一半；如果同时提供给他10个同类信息,则判断正确的概率就降低到1/10。

3、高公民交通素质、加强交通人才培养由于我国公民交通法规意识淡薄，在一定程度上阻碍了ITS的迅速发展。

在我国，行人过街不走人行横道、不看红绿灯等交通违规现象普遍存在，集体交通违规现象更加严重；另外，交通路权不清问题也比较严重。由于这些问题的存在,即使智能交通系统搞得再好，交通参与者不遵守，也起不到应有的作用。 ITS是一门跨学科新兴的专业，综合了通信技术、计算机技术、交通管理等多学科知识。因此,培养高素质交通管理人员也势在必行。

2.3.3 未来我国城市智能交通的发展趋势

根据国家对智能交通系统未来的发展规划，对于城市智能交通系统的建设方面将继续加大资金投入、加速发展。首先将在50个左右的大城市推广交通信息服务平台建设，提供交通信息查询、交通诱导等服务；在200个以上的城市发展城市智能控制信号系统，形成智能化的交通指挥系统[16]；在100以上的大城市推进大城市公共交通区域调度和相应的系统的建设，加大电子化票务的建设与应用。