44智能运输系统讲义(商用车辆运营CVO)

1．了解CVO系统的主要服务功能2．了解特殊车辆自动计测系统的基本结构3．了解CVO系统主要支撑技术1．商用车辆电子通关的概念2．动态称重的概念3．特殊车辆的自动识别技术CVO的常用技术，如传感技术、自动车辆识别、EDI、远程通信等可参阅第二部分。4.4商用车辆运营（CVO）系统4.4.1商用车辆运营系统概述商用车辆运营（CVO，CommercialVehicleOperation）系统就是通过纸上作业自动化，增强运输企业的生产能力、提高装备与设施的使用效率等措施来减少管理者与承运人的开销；通过新技术的应用，更好地执行载重规定等运输规章，减少基础设施的维护保养和更新费用；并通过商用车辆的智能化，改进其运输安全性和运营效率。商用车辆包括大卡车、地方上的送货卡车和蓬车、公共汽车、出租车和紧急服务车辆。在美国，CVO最初被认为包括公共交通系统、救援车辆、区间托运、快递与出租车系统，以及长途拖挂装运。但是很快就发现这些运输设备的运营包含着绝对不同的特性，不能放在同一范畴考虑。因此，美国人后来将先进的公共运输系统APTS从CVO中分离出来。现在CVO的主要应用对象只是重载卡车与州际长途客运车。（视频：CVO参考美国“IVHS”）CVO的许多新技术与ITS的其它领域的技术有所不同，如电子数据交换EDI、直接自动对车辆属性进行识别的AVI、车辆动态称重WIM、危险货物事故响应和货车连续自动驾驶都是CVO中广泛应用的特殊技术。对于公路交通管理系统而言，CVO系统有相对的独立性。例如，大范围的无线通讯网络、卫星定位跟踪和用于车辆保养或货物盘存的车载计算机都可独立实施。在美国国家ITS的30个用户服务中，有6个属于CVO的范畴：·商用车辆电子通关在称重站、边境点以及其它的检查站点，这一服务使装有异频雷达收发机的、安全且合法的车辆不停车、不重复地通过复杂的检查。这些检查包括车辆注册情况、安全状况、载重量、国际关卡通关手续等证件和状况检查。符合通关条件的车辆可保持正常运行速度快速通过各种关卡，一旦在一个站点通过检查则无须在下游站点做重复检查。·自动路旁安全检查这一系统把电子通关系统提供的安全数据与其它技术结合起来，检查车辆安全性以及司机的反应能力与适应能力。·车载安全监控这一系统在车辆高速行驶中无干扰地监测司机、车辆与货物的任何不安全的状况，例如司机疲劳、车辆故障、货物滑动或不稳等等。并将结果报告给司机、运输公司管理人员及有关的执法人员。商用车辆管理这一服务使运输公司管理人员可用电子方式办理注册手续，得到通关证件，并获得购买燃料数与行驶里程数及相关税费等信息。·危险货物事故响应这一服务向紧急救援人员提供由危险货物运输者提供的有关危险物品事故数据，包括危险品装载数据及事故发生时间、地点和严重性，并推荐最佳救援方案，提供响应指令与紧急救援响应电话号码等。·商用车队管理这一服务提供司机、调度与多式联运者的通讯链路，为运输者编制可行的计划和车辆行程时刻表提供实时信息，包括货物配送、回程装载、路径诱导等信息。最终实现商用车辆自动列队驾驶。右图是美国PATH项目的自动商用重型车实验。欧洲的CVO用户服务的内容与美国的基本相同。然而，欧洲的突出成就在于实施了欧洲多式联运和站点管理的用户服务，提供公路、铁路及水路基础设施的多式联运运输者之间的通信。在日本ITS的综合计划中确定了3个CVO用户服务——CVO管理协作、特殊商用车辆管理和商用车辆自动列队驾驶。日本CVO虽然启动较晚，但由于其先进的应用技术基础，它的发展是很快的。4.4.2重车自动识别为了保证运输安全和防止超重车辆毁坏公路，各国都以法规的形式对重车的规模和载重量进行了限制。为了执法，在高等级公路、高速公路上需要设置一定数量的称重站。以往，重车到达称重站或检查站时，要停车接受检查，由人工测定尺寸或由磅称测定重量，这是静态称重。和停车收费一样，停车接受检查和静态称重会降低运输效率、引起交通堵塞、增加旅行时间、加剧废气污染，因此不停车通过检查站和称重站，实现动态称重WIM（WeightIn-Moving）是意义重大的。但是，动态称重对称重技术提出了新的挑战。显然，重车自动识别是ITS的CVO与传统的商用车辆运营管理的主要区别之一。CVO系统中的特殊车辆自动计测系统一般分为主线子系统和基地子系统。右图为特殊车辆自动计测系统结构示意图。车号检测器重量检测器尺寸检测器首先在主线子系统，自动计测行驶车辆的车高、车宽、车长和车重，超过限制值的车辆，在光电表示板上得到告示，并被引导到路边的基地子系统，然后在基地子系统停车，进行更精确的测量。无论在主线子系统还是基地子系统，车高可用超声波检测器测量；车宽、车长的测量可采用4台CCD摄像机，在前端和后端同时摄影，由立体的车辆轮廓通过三角计算得出车长和车宽。由于车辆以40km/h以上速度从主线子系统通过，精确地测量是困难的。特别是当车后部有突出部分时，长度计算就困难了。因此，还需要开发这种突出部分的识别系统。另外关于车重，是由路面埋设的车辆感知器和重量检出器测量。车辆一通过车辆感知器，系统就开始测量。如用2组4个重量检出器分别测量左右的车轮、确定和记录车重。重量检出器前后错开设置，可以同时判断速度、车轴间距和车种。这些检测器、光电板及控制装置由光缆与主计算机连接在一起，测得的数据由控制装置的计算机处理、向管理所的主计算机传送、进行统计。这种系统处理一台车仅需零点几秒钟。特殊车辆自动计测系统的主要问题是提高运动中的测量精度，特别是动态称重的精度。如日本大阪府枚方市号国道的车辆自动计测系统，由于行驶中悬挂的轮胎上下运动，导致测出的重量有较大的误差，目前，96%的车辆的误差为±20%。读取车辆上下振动的波长，改进称重精度的系统正在研究中，系统的改进目标是：时速80km/h以下精度为±0.3吨。4.4.3商用车辆运营系统案例1.美国的HELP（重车电子许可牌照）/新月工程与HELP重车电子许可牌照（HELP，HeavyVehicleElectronicLicensePlate）应用新的电子技术对公路上运行中的大型商用卡车自动识别和称重。重车电子许可牌照的概念发展成一些州的联合项目HELP，它的第一阶段包括AVI，WIM和自动车辆分类AVC技术的实现。AVI定义一个自动感知和证实车辆标识的系统。车辆带有一个在运动中可读的标签，在公路和卡车条件下，采用编码的无线频率（RF）异频雷达收发器作为标签较合适。当卡车从埋设在公路路面的传感器上通过时，WIM确定车辆的轴重和毛重。AVC是通过处理WIM获得的传感数据而计算出轴间距，确定车辆种类。“新月”（Crescent）工程是HELP项目在1989年到1993年的可用性试验阶段。其名字来自于参加这个项目的州及其公路的地理位置。从北面的加拿大哥伦比亚向南，通过华盛顿州，俄勒冈州与加利福尼亚州，折而向东，经过亚利桑拿州与新墨西哥州直至德克萨斯州，像一轮新月。对已开发的车辆自动识别技术AVI，动态称重WIM与自动车辆分类AVC进行场地实验。这一项目的目标是：在自加利福尼亚的哥伦比亚I-5号路以及向东折转至德克萨斯的I-5号路上配备40个站点，使一辆汽车从一个站点获准进入系统后，就可以通行于整个试验道路网络，而不必在任何其它称重站或任何一个入口再停车接受核查它遵守州和联邦规章的情况。HELP公司是一个于1993年10月成立的非赢利性组织。HELP公司计划将HELP作为一个叫“Pre-Pass”的规范性服务继续下去。在1995年3月，HELP公司与加利福尼亚州之间达成协议，自此Pre-Pass服务由政府运营。1996年7月，这一服务在加利福尼亚、新墨西哥、亚利桑拿州的8个站点投入使用，另外25个站点正在设计中。车辆每次通过站点时，大约只需交纳1美元。2.美国AdvantageI-75（州际I-75号公路）AdvantageI-75于1995年12月7日开始正式运营，它是世界上最浩大的ITS工程之一。这一工程在州际75号路上实施。这条公路途径六个州（佛罗里达，乔治亚，田纳西，肯塔基，俄勒冈与密执安），在安大略省北接加拿大401公路，处于迈阿密的公路南端是衔接美国和南美之间的航空、水运的主要运输中心，因此，它是美国卡车运输最繁忙的干道之一。AdvantageI-75和HELP/Crescent不同，它不是一个实验性项目，而是要实施一个投入实际运营的系统。项目的第一阶段目标是配置车辆自动识别技术。1991年进行了系统概念设计，这个设计概念以应用AVI技术的主线自动放行系统MACS为中心。MACS包括下列关键元素：安装在每辆参与的卡车上的异频雷达收发机；配置在每一个称重站的一组路边阅读器；一个旅行数据包；一个驾驶员通信子系统，一个称重站计算机系统，一个通道计算机，一个连接称重站点和通道计算机的通信网络。大约30个称重站上安装了主线自动许可系统的组件。参与的装有AVI异频雷达收发机的卡车在其路程的第一个称重站时停车，其重量、类型、司机证件、通过时间等会被检查并存入卡车的旅行数据包中。一个旅行数据包是一个小型的格式化的数据库，它被顺序向前传输到下一个称重站进行预先旅行登记。这样，当卡车接近每一个称重站时，旅行数据包会将其数据传送给路旁阅读器。然后，一个计算机立即分析数据，判断卡车是否在一个合理的时间到达站点，做出通过与否的决定，然后给司机通过或停车进站的信号——所有这些是在卡车以常速行驶时完成的。一旦被要求停车，意味着原先的放行信息失效，需要重新检查。大约4,500辆卡车的司机参加了两年期的运行试验。虽然AdvantageI-75的运作与HELP公司及其以前的HELP/新月系统的运作看上去非常相似,但其相似性是表面的。一个最大的不同之处在于：HELP将所有的信息集中于一个中心数据库，然后提供给各参与州。而在AdvantageI-75中，每个参与州都有自己的数据库，即是一个分布式系统。3.美国的CVISN（商用车辆信息系统与网络）美国州际商用车运输业包括约300,000个从业者（使用大约160,000辆卡车牵引车与360,000辆拖车）。4,000个供租用的旅客运输业，以及660,000名商用车辆司机。这一行业的业务很复杂，包括从一辆车的运营到几千辆车的客货运输。1995年卡车与长途客车运营超过100亿英里。为了确保这些车辆能在北美大地上安全畅通运行，必须建立一个系统，使得在全国范围的数据/信息系统帮助下能够电子化地显示运输情况。这一系统被称为商业车辆信息系统与网络（CVISN）。这一系统支持商业车辆在称重站与边界上的电子通关、自动路旁安全检查、电子化一次停车取得资格、里程与燃料报告、车载安全监控系统、国际电子边境通行许可、危险货物事故响应与集装箱运输费用交纳。虽然CVO标准化，目前主要是DSRC与电子数据交换，的进程缓慢，还存在很多制度上的问题，但很明显，将来ITS/CVO设备的成功安装的最具有挑战性的障碍将来自于不同的州、联邦机构以及运输公司的领导阶层以及这些部门之间的协作关系，因为所有这些部门有着不同的利益与目标。CVISN是约翰斯·霍普金斯大学的应用物理研究所（APL）从1994年起开发的。其目的是把不同的数据源与数据库连接起来，实现CVO规章与管理数据交换。信息系统中的数据来自州或联邦政府、运输经营人以及其他的有关部门。这些数据包括对单个车辆货物装载、路况、司机以及安全与交费记录等的描述。有了CVISN后，司机通过一张电子卡将自己的数据传递给路边检查站或车队检查站，就可以不必中断旅程而提供所需要的数据。除了便利路边操作以外，系统允许被授权的用户在网络上进行车辆注册、燃料税、安全信息咨询等。但CVISN不包括ITS/CVO的传感与控制元素。CVISN的开发需要CVO的电子数据交换（EDI）功能支持。而这一点需要广泛的协调与同步的建设。因而，FHWA与ITSAmerica正致力于同有关方面如州政府、学术部门、私人企业等广泛地合作，以期在CVISN的使用上达成通用数据交换的定义