智慧运输系统与健全之都市交通

–38–土木水利第二十九卷第一期智慧運輸系統與健全之都市交通管理系統之發展ITSANDTHEAPPROPRIATEDEPLOYMENTFORTAIWANURBANTRAFFICMANAGEMENT張堂賢1摘要本文旨在敘述智慧型運輸系統的要義，其基本精神在於交通網內資訊的可交換性與各子系統物件間的平台整合和設施實體的可續接性。文中涵蓋ITS之整體架構之介紹、相關標準與通訊協定之說明。基於地方交通管理行政體系之考量，本文特別詮釋本土都市健全之ITS系統發展的方式，規劃出我國合適的地方政府推動ITS架構。關鍵詞：智慧運輸系統、先進交通管理系統、都市交通管理、通訊協定、TTCIP。ABSTRACTThispaperaimsatdescribingthekerneldefinitionofITS,whichemphasizesthetargetsofsystematicinteroperability,datainterchangeabilityandequipmentinterconnectivity.Firstly,thefundamentalsystemarchitectureispresented.ThemostimportantissueforimplementingITSistheplanningofthecommunicationprotocol.ThispaperintroducesNTCIPandTTCIP.IntheconsiderationofthegovernmentalframeofTaiwan,thispapersketchesoutawelldeploymentsystemforaregionalorlocalgovernment.Keywords:ITS,ATMS,urbantrafficmanagement,communicationprotocol,TTCIP.1國立台灣大學土木工程學系暨研究所教授土木水利第二十九卷第一期民國九十一年五月，第38–54頁CivilandHydraulicEngineeringVol.29,No.1,May2002,pp.38–54運輸工程專輯土木水利第二十九卷第一期–39–一、緒論1960年起，先進國家即開始研究應用資訊、通信及控制等技術來改善交通問題。80年代中期以後，在此領域之研究便發展飛速。運用先進的電子、通信、資訊、車輛及控制等技術，並以知識法則為後盾，進行評估、預測以整合人／貨、路、車的管理策略，提供道路使用者即時資訊，從而建立全方位功能的交通管理系統，此即所謂的智慧型運輸系統(IntelligentTransportSystems,ITS)。ITS的目標在於促進交通安全、減少擁擠、提高機動性、增進經濟生產力、減少環境衝擊、提昇能源使用效率及帶動相關產業發展。而其基本精神在於交通網內資訊的交換性(Interchangeability)與各子系統物件間的平台整合(Interoperability)和設施實體的可續接性(Connectivity)。本文主要敘述項目包含以下幾項：(1)國外主要ITS之發展回顧。(2)發展ITS整體架構之基本規劃。(3)相關標準與通訊協定說明。(4)NTCIP與TTCIP。(5)健全之ITS系統發展規劃。二、國外著名ITS發展回顧2.1亞特蘭大ITSMARTA’96專案[3]1996年夏季奧林匹克運動會於亞特蘭大舉行，該市與喬治亞州為了改善當地的交通，以因應奧會期間所產生的交通問題，便由FHWA、GDOT、MARTA以及相關單位共同組成的工作團隊，推動辦理一項稱為「ITSMARTA’96」的專案，其內容包括先進交通管理系統(ATMS)、旅行者資訊展示系統(TIS)、先進旅行者資訊站(ATIK)以及亞特蘭大駕駛者導引系統(ADAS)等四項ITS的計畫，總經費約為1.4億美元。該先進交通管理系統與旅行者資訊系統主要係利用影像偵測器監控道路的即時交通狀況，提供流量、占有率、車速與車種分類等即時資料，供交通管理者使用，並透過旅行者資訊系統提供資訊給用路人及乘客使用。監測及監視攝影機的視覺影像資料經由無線電收發機傳送到高速公路兩側之光纖骨幹，再經由光纖骨幹將視訊影像傳回交通管理中心(TMC)。MARTA的先進旅行者資訊系統係以資訊可變標誌(CMS)為主要的資訊傳播設施，有超過45個資訊可變標誌佈設在高速公路上，主要傳送旅行時間與事件資訊兩種資訊。旅行時間是利用影像資料所產生的速度資訊推算而得，這些資訊每2到3分鐘更新一次；事件資訊則包括事件發生位置與所影響的車道。至於旅行者資訊展示計畫(TIS)則是透過包括個人的通訊設備、車上的導航系統、有線電視以及網際網路將即時的資訊提供給旅行者。這些即時的運輸資訊都是透過GDOT所建置之ATMS系統處理過的有用資訊，再傳送至展示系統的設備中。而傳送至展示系統的資訊則有交通肇事、重要高速公路的壅塞處、施工活動與道路封閉的更新、公車及鐵路車站的位置、班次與費率、飛機的時刻表與飛行資訊、特殊事件的資訊、旅遊地點以及分類廣告的資訊等。2.2德國司徒加特STORM計畫[3]德國司徒加特(Stuttgart)係是德國的工業重鎮。該區約有2.6百萬的人口，其於1992年起即積極推動STORM計畫，屬於都會區整合性交通資訊與管理系統，除提供靜態交通資訊外，並配合可變標誌系統提供即時交通資訊與相關建議，計畫目標在於：提–40–土木水利第二十九卷第一期高機動性、改善環境衝擊、提昇生活品質、節省能源消耗、提昇交通安全以及提昇經濟力。本計畫由州政府、市政府以及三個私人公司聯合組成指導委員會，負責訂定功能需求、基本原則與公部門間之協調工作，而由私部門組成之專門機構負責計畫之管理、控制以及所屬七個子計畫之技術支援。計畫包含七個子計畫，分別由不同的私人公司負責其系統建置與營運，子計畫項目如下：(1)資訊系統(trafficinformationsystem)：於各市中心區之主要路口、機場、車站等地區裝設了大量的資訊終端設施(DMS、CMS)，提供不同運具旅行時間給用路人，作為用路人選擇運具之參考。另亦設有電子時刻表供旅行者查詢大眾運輸之班次、起迄站、發車時刻等相關資訊。(2)個人化導引系統(individualguidancesystem)：本計畫允許駕駛人透過車載電腦(OBC)提出路徑導引請求，並由交通資訊中心提供相關路徑資訊供駕駛人選擇。中心與車輛間資訊之傳輸主要係透過附掛於燈桿之紅外線信號柱(InfraredBeacons)，而無信號柱之地區則可利用無線數據交通訊息頻道RDS/TMC(RadioDataSystem/TrafficMessageChannel)收取相關交通資料，構成雙頻路徑導引系統(DualModerouteGuidanceSystem,DMRG)。(3)動態停車轉乘資訊系統(dynamicpark-and-rideinformationsystem)：此系統除告知駕駛人停車設施位置外，並結合大眾運輸系統資訊，引導駕駛人駛至停車場停車後進行大眾運輸工具之轉乘。本系統主要設備為動態資訊標誌(DMS)，其設置於進城之各主要道路上，資訊內容包含：道路交通狀況、停車地點、停車場空位數以及電車、火車發車時間等相關資訊。(4)資訊聯結系統(connection-informationsystem)：此一系統主要係將火車、公車兩種運具加以整合，使其中一種運具到站之時間能夠配合另一運具之出發時間，以吸引用路人搭乘大眾運輸工具。本系統主要透過電子式時刻表提供用路人整合後之路線資訊。(5)旅行資訊系統(journey-informationsystem)(6)車隊管理系統(fleet-managementsystem)：此系統提供運輸公司相關之交通資料，並提示最佳運輸路線以提高其營運容量、增加其營運績效。運輸公司透過GPS系統以及電子地圖之協助，隨時掌握車隊之動向，並傳遞相關派遣與調度訊息給駕駛人。(7)緊急求援系統(emergencycallsystem)：當意外或緊急事件發生時，可以人工的方式觸動緊急按鈕或藉由車上安裝之自動感應裝置，將求援訊號傳遞至緊急救援中心(STORMEmergencyCenter)；救援單位可依據GPS定位功能獲取求援車輛所在位置以及其他相關資料，如裝載物品、載重等，使救援單位得以提供正確的救援方式。2.3VICS系統[3]日本的車輛資訊與通訊系統(VehicleInformationandCommunicationSystem,VICS)是一個全國性的交通資訊系統。由警察廳、郵政省、建設省、運輸省等公部門單位與民間部門合作共同推動，是一套將交通擁塞、道路管制及停車場等相關交通資訊，經過彙整處理後，再利用通信與廣播的方式，將有用的資訊即時提供給車上裝置導航車載機之車輛駕駛人參考的系統。其目的在藉由上述即時交通資訊的提供，提升駕駛者的便利土木水利第二十九卷第一期–41–性以減少旅行成本、增進交通安全，並減少環境污染。VICS主要是透過路側設施及車上單元提供途中資訊為主。資訊項目包括長途旅行資訊，小區域的詳細資訊以及動態路徑導引(DynamicRouteGuidance)。由於VICS單元主要為車上單元及路側設施如CGS或CMS，顯示內容有限，因此依照資訊涵蓋範圍，資訊的表現方式分為地圖顯示、示意圖以及文字，而這些資訊的服務都是免費提供。VICS之運作主要係透過資訊蒐集、資訊處理與編輯、資訊提供及資訊應用等4個子系統，而各系統之功能可分述如下：(1)資訊蒐集：道路交通資訊由日本道路交通資訊中心(JARTIC)彙整警察單位與道路管理者所蒐集之資訊。停車場資訊係透過警察單位提供。(2)資訊處理與編輯：依據上述所蒐集的資訊，VICS的資訊中心將其處理並編輯成交通壅塞、旅行時間、交通障礙、交通管制及停車場等即時道路交通資訊，供用路人使用。(3)資訊提供：VICS資訊中心將資料處理編輯後，利用3種管道提供車輛駕駛者參考使用，只要車輛上裝設有導航車載機，即可免費接收VICS資訊中心所提供之即時道路交通資訊。(a)無線電波信號柱(Radio-wavebeacons)：主要設置於高速公路上，其收訊範圍為直徑70公尺，並每天24小時持續提供資訊。(b)紅外線信號柱(Infraredbeacons)：主要設置於地區道路之主要幹道上，收訊範圍為直徑3.5公尺，資訊亦為每天24小時持續提供。(c)調頻副載波廣播(FMmultiplexbroadcast)：此方式乃向日本NHK租用專用頻道提供資訊，範圍涵蓋半徑50公里，廣播之頻率為每5分鐘播送2次，提供時間則為早上6時至凌晨1時止。(4)資訊應用：VICS中心所提供之即時道路交通資訊，以地圖、簡易圖形、文字表示型等三種等級呈現給車輛駕駛者參考使用。而駕駛者能接收到何種等級之交通資訊，則端視駕駛者所裝設導航車載機之功能等級而定，車載機主要分為FM接收器、紅外線／無線電接收器以及FM／紅外線／無線電通用接收器等3種，同時對於不同等級之道路亦會接收到不同畫面型式之交通資訊。三、發展ITS之系統基本架構[2~4]要達成交通智慧化，除了需先針對交通需求進行分析，並考慮現有條件與環境，以確定本土性的交通需求外，並需再就智慧型運輸系統之架構進行研擬，包含規劃原則與目標之確立，以及ITS各大子系統之邏輯架構、實體架構以及通訊連結，並分析現有交通系統於架構中所扮演之角色。其次則應再擬定智慧化行動原則，從交通設施人性化、資訊交換標準化、控制策略知識化分別探討，具體規劃出交通智慧之軟硬體設施與佈置。以下即分別就系統架構規劃進行說明。首先應了解使用者服務單元，即根據使用者的觀點來看ITS應具備那種功能，一般應具備有五個使用者服務單元組(UserServiceBundle)，分別為：先進交通管理系統(ATMS)、先進旅行者資訊系統(ATIS)、先進公共運輸系統(APTS)、危機處理暨緊急救援系統(EMS)、電子付／收費系統(EPS/ETC)。茲就各使用者服務單元組及其所應具備之服務功能列示如