IT和通信技术的快速发展使得信息的发布不再是瓶颈,路边发布、手机发布、便携式终端发布、互联网发布、车载终端发布,等等,都具有巨大的应用市场。可见,要实现交通信息应用的爆发增长,如何获取原始交通数据并处理成精准的交通信息是其关键。
线圈和摄像机(视频监控)是定点检测的典型手段。线圈是磁性检测器的一种变形,它依靠埋在路面下的一个或一组感应线圈产生的电磁感应变化,来检测通过的车辆的状况。该技术非常成熟,且精度较高,适用于交通量较大的道路。然而,其缺点也非常明显,即采集范围有限、损坏率高、施工成本昂贵、施工周期长。这类数据的典型代表有“某城市环路微波检测历史记录数据”、“某城市道路交叉口检测历史记录数据”。
视频监控则是利用摄像机作为记录设备,通过对一定时间段内的图像进行分析得出交通流的详细资料。对于交叉口交通状况的调查,常采用这种方法。这种方法的优点是比较直观,可以得到最完全的交通资料信息;缺点是成本高、数据整理工作量大(需要大量的图像处理工作)、有时可靠度较低(如大型车辆可能遮挡随行的小型车辆等)。这类数据典型如数据堂采集的“交通视频数据库”、“车牌图片数据库”等。
作为动态交通流信息采集的主要手段,GPS技术在国外得到了广泛的应用,国内也有优途、美慧等公司已经开发出可商用的产品。GPS是一种全球性、全天候的卫星无线电定位系统,可实时提供三维坐标、速度等空间信息,其特点是精度高,速度快,但实际应用中也有很多问题,主要表现在存在采集盲区(如高架下的道路采集不到GPS信号)、样本容量小、建设和运营成本高等。这类数据的典型如“某北方城市出租车GPS位置数据”、“某南方城市出租车GPS位置数据”等。
基于移动通信的交通信息采集技术利用手机网络中的信令信息来分析推算动态交通状况,其特点可以概括为道路覆盖范围广、数据采集成本相对较低、部署方便、数据精度较高等。作为一种新兴的动态交通探测手段,该技术充分利用了现有的手机网络资源,其实用性正在美国、欧洲等国家得到论证和推广。
背景动因
汽车社会化
工业化国家在市场经济的指导下,大都经历了经济的发展促进汽车的发展,而汽车产业的发展又刺激经济发展的过程,从而这些国家超前实现了汽车化的时代。汽车化社会带来的诸如交通阻塞、交通事故、能源消费和环境污染等社会问题日趋恶化,交通阻塞造成的经济损失巨大,使道路设施十分发达的美国、日本等也不得不从以往只靠供给来满足需求的思维模式转向采取供、需两方面共同管理的技术和方法来改善日益尖锐的交通问题,这些建立在汽车轮子上的工业国家在探索既维护汽车化社会,又要缓解交通拥挤问题的办法中,旨在借助现代化科技改善交通状况达到"保障安全,提高效率、改善环境、节约能源"的目的的ITS概念便逐步形成。
环境可续化
工业化国家在工业化、城市化发展的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,20世纪50年代以来,生存与发展问题成为人类社会面临的最紧迫的任务,1972年联合国人类环境会议上通过了《人类环境宣言》。城市化生产力发展的一个必然结果,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、日本、英国等发达国家,在1990年城市化水平达到了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。这些国家都经历了为满足车辆发展的需求,而大力开发建设交通基础设施(如美国1944年规划的7万km高速公路规划,经过50年基本完成,但仍产生拥挤和阻塞),在大量土地、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由于道路拥挤排放量剧增,不仅经济造成巨大损失,而且给环境带来恶劣影响。
60、70年代以来,由于石油危机及环境恶化,工业化国家开始采取以提高效益和节约能源为目的的交通系统管理(TSM)和交通需求管理(TDM)同时大力发展大运量轨道及实施工交优先政策,在社会可持续化发展的目标下调整运输结构,建立对能源均衡利用和环境保护最优化的交通运输体系。ITS作为综合解决交通问题,保护社会经济可持续发展和与环境相协调的新一代交通运输系统,随着信息技术的迅速发展在发达国家孕育发展,90年代以后,成为世界范围内的重要发展趋势。
信息技术智能化
交通管理的科学化、现代化,一直是人们综合治理、解决交通问题而追寻的目标,早期的交通信号控制系统装置采用了电子、传感、传输等技术实现科学管理,随着科学技术的发展,尤其是计算机技术科学以及GPS、信息通讯的普及和应用,交通监视控制系统、交通诱导系统、信息采集系统等在交通管理中发挥了很大作用,但这些技术单纯是对车辆或道路实施科学化管理,范围单一,局限性、系统性不强。
80年代后期以来 ,世界范围内的冷战结束,工业化国家用于军事和国防领域的卫星导航系统,信息采集与提
智能交通管理系统
供系统,计算机控制与管理系统,电子与电子通讯技术等高新技术转向民用化,军事上的投入也大部分转移到民用技术的开发和应用上,与此同时,包括我国在内的广大发展中国家借助和平、稳定的国际环境加快本国的经济发展,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的变化,工业化国家的传统工业领域由于劳动力密集型的产业向发展中国家集中而失去明显竞争优势,开始酝酿开辟高新技术含量的产业市场,在这种国际环境背景下,代表一场信息革命到来的信号,引起全球的极大关注,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"建立,加快了全球经济一体化的进程,1994年开始,世界经济逐步进入信息革命阶段。
信息产业应运而生,ITS以信息技术为先导,融其它相关技术应用到交通运输智能管理上有其广大市场,工业化国家和民营企业纷纷投入到这一新兴的产业。美国政府于1991年开始投资对ITS的开发研究,仅美国高速公路安全局1993年的投资预算就达2010万美元;欧洲19个国家投资50亿美元到EUREKA项目。
10发展战略
2012年7月31日,中国第三届智能运输大会在北京开幕,交通运输部科技司相关负责人第一次对外解析了完成的2012至2020交通运输业智能交通发展战略。[4]
智能交通作为当今世界交通运输发展的热点,在支撑交通运输管理的同时,更加注重满足民众出行和公众交通出行的需求,构建了一个绿色安全的体系。智能交通是未来交通系统的发展方向。经过十几年的研发和应用,中国智能交通技术在众多大型事件中发挥了积极作用。
11新趋势
智能交通未来发展将更加关注公众出行、交通安全等民生需求,更加适合我国国情、地域和行业特点,更需要企业和社会力量的参与,并将自主创新与集成创新结合起来。”交通运输部科技司副司长洪晓枫说。[5]
智能交通是当今世界交通运输发展的热点和前沿,它依托既有交通基础设施和运载工具,通过对现代信息、通信、控制等技术的集成应用,以构建安全、便捷、高效、绿色的交通运输体系为目标,充分满足公众出行和货物运输多样化需求,是现代交通运输业的重要标志。
在国外,日本的智慧道路系统、欧洲绿色智能交通、美国智能驾驶战略都是智能交通发展的有效实践。电子站牌、动态导航仪、电子不停车收费系统等智能交通应用也逐渐走进中国人的生活。
《战略》预测,从战略性新兴产业发展形势来看,截至今年上半年,我国手机用户超过10亿,其中智能手机用户2.5亿,手机首次超过计算机成为第一大上网终端。移动互联的迅速发展也为智能交通提供了新的手段和发展机遇。而城市智能交通快速发展的同时,随着我国交通基础设施的持续建设和不断完善,2014-2018年中国智能交通行业市场前瞻与投资规划分析报告也将带动其他交通领域的智能化建设不断发展。
《战略》总结了这些新形势并提出了中国智能交通发展的发展方向:在支撑交通运输管理的同时,更加注重为公众出行和现代物流服务;在为小汽车出行服务的同时,更加注重为公共交通和慢行交通出行服务;在关注提高效率的同时,更加注重安全发展和绿色发展;在借鉴国外、技术跟踪的基础上,更多面向国内需求等。
12技术背景
ETC(Electronic Toll Collection) 全自动电子收费又称为不停车收费。
ETC系统是采用专用短程无线通信(Dedicated Short-Range Communication)(简称DSRC)技术来完成整个收费过程,允许车辆在整个收费过程中保持行驶状态而不用停车。为此它需要在收费点安装路边设备(RSU),在行驶车辆上安装车载设备(OBU),采用DSRC技术完成RSU与OBU之间的通信。
车载单元(OBU,On Board Unit,也称为车载电子标签)
路侧控制单元(RSU,Road Side Unit)
数据处理单元(PDU,Processing Data Unit)
车载单元存有车辆的标识码和其他有关车辆属性的数据,当车辆进入RSU的识别区时,能将这些数据传送给RSU,起到车辆身份证的作用,同时,也可接受、记录由RSU发送的有关数据。
路侧控制单元设备分别安装在路侧和路面上方,用于读取OBU内的车辆标识码等数据,并对数据进行预处理,然后将数据发送给PDU,也可将有关的各种数据发送给OBU,它是OBU与PDU之间的通信桥梁。
数据处理单元PDU接收RSU送出的有关数据,对车辆身份进行验证并实施有关计算和控制的操作,或通过RSU给OBU发送有关数据。[6]
OBU,就是放在车上,用来和路边架设的RSU通讯的微波设备,车辆高速通过RSU的时候,OBU和RSU之间用微波通讯,就像我们的非接触卡一样,只不过距离更远--十几米 VS 十厘米,频率更高--5.8GHz VS 13.56Mhz,通过的时候,识别真假,获得车型,计算费率,扣除通行费。经过不断的发展,OBU已经脱离了存储账号付费的限制,新型的OBU,增加一个智能卡读写器的功能,可以插一张带有电子钱包或者储值帐户的智能卡,从卡上把钱扣掉。被称为双片式,前面的只有账号的OBU就被称为单片式。
13中国特色
交通系统,是指将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、计算机处理技术等应用于交通运输行业从而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统,它使交通基础设施能发挥最大效能。该技术于上世纪80年代起源于美国,随后各国都积极寻求在这一领域中的发展。
“智能交通是一个国情相关性很强的领域。”北京交通大学教授贾利民告诉《科学时报》记者,自上世纪80年代智能交通技术起步以来,各国政府和专家都根据本国国情在美国研究内容的基础上进行着本土化探索。
“对交通的要求不仅因国家、地区、文化的不同而千差万别,甚至同样的交通状况因出行者的角色——步行或者驾车的不同,而会产生不同的感受与评价。”贾利民说,“进一
智能交通[7]
步说,同样的角色,因个体性情的不同,也会有不一样的感受。因此,交通是与文化和参与者的行为密切相关的一个领域。”
交通最大的问题是人口多。此外,交通流的构成也很复杂,除了庞大的机动车流、行人流、自行车流外,还有越来越多的助力自行车、三轮车等交通方式。
交通信息服务中心主任王刚对《科学时报》记者表示:“从城市的结构看,我国城市化进程也与国外很不一样,主要体现在城市结构和道路网络的不同。”与纽约、伦敦、东京这些有代表性的国际都市相比,国外都市的城市功能区相对分散在市中心的周边地区,很少有像北京一样,城市中心区的功能高度集中,近千万人集中在面积狭小的市中心生活、工作,城市的交通压力在这一区域内高度集中。这是我国交通与国外相比一个突出的特点。
北京市道路网络经过几十年的建设和完善,基本形成了环形加放射式的道路网络。由于城市人口密度长期维持在每平方公里2.7万人左右,市区人口集聚进一步加剧,人口流动量大,智能交通体系建设已成为北京交通可持续发展的必由之路。[8]
2008年北京奥运会期间,奥运路线、奥运场馆周边将有120处系统控制交通信号。此外,还建设了交通综合监控系统,该系统包括视频监控、交通流检测和交通违法检测三个子系统。同时,在奥运会场馆周边和相关道路上还建设了80处电视监控点、15套交通事件自动检测系统、80套数字化视频系统。
2008年伊始,北京市民关注的焦点之一--有关北京交通,各媒体报道了一则消息,北京高速公路路网电子收费系统即将开通,北京的驾驶员们,可以使用支持新系统的国标卡不停车刷卡通过北京的高速公路(ETC),也可在新系统中使用北京市政公交一卡通卡停车刷卡付费(MTC)。
14项目投资
受益于公安部《道路交通安全“十二五”规划》、《道路交通科技发展十二五规划》等多项政策扶持,预计未来10年国内智能交通投入将在1820亿元之巨。[4]
截至2012年8月10日,全国共有19个省市公布了智能交通投资计划,涉及投资金额高达78.05亿元。其中,投资额度最大的是河北省,计划投入24亿元建设“道路动态科技防空工程、交通运输综合协调指挥与服务工程”。投资额度最少的厦门市,也计划1400万建设“仙岳高架桥智能交通管理系统”。
受到市场关注的智能交通项目还有:北京市投入10亿-15亿元建设“1700处综合信号控制系统建设项目”、呼和浩特市投入2.6亿元建设“智能交通管理与视频监控系统”、嘉兴市计划6.15亿元进行“智能交通总体建设”、石狮市计划投入11亿元“提升城市交通质量”等。[9]
15交通建设
道路交通管理
建成了比较完善的智能化道路交通指挥管理系统,包括城市道路交通信号控制系统,交通检测、电视监控系统,交通违法检测系统,以及全市“122”交通事故接处警系统;
公共交通管理
建成了动物园公交枢纽运营管理和乘客信息服务系统,公交区域运营组织与调度系统,公交抢修救援调度系统,BRT智能管理系统;
高速公路管理
建成了全市统一的高速公路信息中心,实现了五环路和六条高速公路的联网监控,并与交管部门共享;
出行信息服务
自主研发了浮动车动态交通信息采集处理和发布系统,有效扩展了动态交通信息采集的范围,有力的促进了北京市交通信息服务发展水平。
电子收费
在全市公共电汽车、轨道交通和3万多辆出租车开通了市政交通一卡通系统;建设完成了八达岭、京津塘高速公路包括13个收费站、33条专用车道、3个标签发行点与一卡通卡兼容的不停车收费(ETC)试验系统;
客货运输
建成了包含全市10家省际长途客运站的联网售票系统, 5家出租汽车安防监
ETC不停车收费系统
控中心(其中2家开展了调度服务),8家化学危险品运输企业建立了化学危险品运输车辆GPS监控系统。
北京市交通委员会会同相关部门共同研究制订了智能交通系统推进方案:以“服务奥运、方便出行、缓解拥堵”为总体建设目标,以“资源整合、信息共享、提高效率”为把握重点,以“一个共享平台,七个应用领域”为智能交通系统建设的总体架构。
16信息系统
智能交通行业,有其管理的特殊性,既有施工分包,又属于系统集成,既是智能项目的总包商,也是公路交通大项目中的专项分包商,而且设备的采购在整体管理中所占的比重也很高。项目信息管理系统包括:合同清单 预算清单 采购计划 采购申请 采购订单 采购入库 到货验收 安装调试 报验收款等在内的一系列全程管理。