第二章-智能交通运输系统框架

智能运输系统1主要内容一、智能运输系统的研究与开发背景二、智能运输系统的定义三、智能运输系统的研究内容四、智能运输系统的关键技术五、国外智能运输系统研究与开发进展六、国内智能运输系统研究与开发进展七、智能运输系统展望2一、智能运输系统的研究与开发背景交通运输的发展程度是国家兴旺发达的重要标志之一，交通运输的高速发展促进了物资交流和人们往来，大大缩短了出行时间，提高了工作效率。但同时也带来了许多弊病，交通事故、交通拥挤、环境污染、能源短缺是世界各国面临的共同问题。无论是发达国家还是发展中国家，都毫无例外地承受着不断恶化的交通环境捆扰。以美国和中国为例，美国随着人口和经济活动的郊外化，人们更加依赖于私人的小汽车。因此，道路交通量不断增加，引起交通拥挤，使得交通事故也在增加。3一、智能运输系统的研究与开发背景美国德州榆树研究所对美国39个主要城市进行了调查，每年因交通阻塞而造成的经济损失约为410亿美元,其中12个大城市每年损失约超过10亿美元。预测到2020年，因交通事故造成的经济损失每年将超过1500亿美元。我国百万人口以上大城市每年因交通拥挤造成的经济损失约1700亿元。近几年来，每年因交通事故死亡的人数在11万人左右、受伤人数为54万人左右，直接经济损失约为40亿元。按每万辆车死亡人数计算，我国死亡人数是美国的25倍。4我国目前交通问题的严重程度2016年我国的交通死亡人数约11万人，直接经济损失达40亿元交通阻塞导致的损失约1700亿元全世界污染最严重的10个城市中，中国城市占5个，而交通造成的噪声污染占噪声污染总强度90%以上为了解决交通运输带来的问题和提高运输效率，交通运输领域的专家、学者们提出了智能运输系统(IntelligentTransportationSystems—ITS)研究与开发。5二、智能运输系统的定义美国运输工程师学会（ITE）:智能运输系统是把先进的检测、通信和计算机技术综合应用于汽车和道路而形成的道路交通运输系统。日本VERTIS（汽车道路交通智能化协会，Vehicle，RoadandTrafficIntelligenceSociety）：智能运输系统是运用最先进的信息、通信和控制技术，即运用“信息化”、“智能化”解决道路交通中的交通事故、交通堵塞和环境破坏等各种问题的系统，是人、车、路之间接收和发送信息的系统。6二、智能运输系统的定义我国交通工程学者：智能运输系统是在关键基础理论模型研究的前提下，把先进的信息技术、通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通运输体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输系统。由于该系统可以使汽车与道路的功能智能化，是目前国际公认的解决交通拥挤、改善行车安全、提高运行效率、减少空气污染等的最佳途径，也是全世界交通运输领域研究的前沿。可以预料“智能运输系统”将成为21世纪现代化地面交通运输体系的模式和发展方向，是交通运输进入信息时代的重要标志。7三、智能运输系统的研究内容研究类别主要的研究内容先进的交通管理系统（ATMS—AdvancedTrafficManagementsystems）（1）城市区域的中央化交通信号控制系统；（2）高速公路管理系统；（3）交通事故管理系统；（4）交通管理系统。先进的出行者信息系统（ATIS—AdvancedTravelerInformationSystems）（1）出行者信息系统；（2）车载路径诱导系统；（3）停车场停车引导系统；（4）数字地图数据库。先进的公共交通系统（APTS—AdvancedPublicTransportationSystems）（1）车队管理系统；（2）乘客出行信息系统；（3）电子支付系统（例如采用智能卡）；（4）运输需求管理系统；（5）公交优先系统。先进的乡村运输系统（ARTS—AdvancedRuralTransportationSystems）ARTS是ITS技术在幅原广阔的乡村区域的选择性应用，研究内容：（1）出行者的安全与保护；（2）紧急情况管理系统；（3）旅游和出行者信息服务系统；（4）基础设施的运营和保养；（5）车队运营与管理系统；（6）商业车辆运营；（7）公共性的出行者服务系统。8三、智能运输系统的研究内容商业车辆运营系统（CVO—CommercialVehicleOperation）（1）商业车辆的电子通关系统；（2）车载安全监控系统；（3）路边安全检查的自动化系统；（4）商业车队管理系统；（5）商业车辆的行政管理程序；（6）危险品的应急响应系统。先进的车辆控制和安全系统（AVCSS—AdvancedVehicleControl&SafetySystems)（1）防碰撞系统；（2）智能化行车控制系统；（3）协作驾驶*；（4）驾驶员视野加强系统；（5）车辆防抱死系统ABS（Anti-lockBrakingSystem）（6）驾驶员安全监控系统；（7）车辆安全监控系统；自动公路系统（AHS—AutomatedHighwaySystem）AHS有三种研究方向：（a）基于车辆智能化的无人自动驾驶；（b）基于公路基础设施智能化的公路控制自动驾驶；（c）前两者的综合。日本在这方面的研究最为先进，研究内容有：（1）公路与车辆、车辆与车辆之间的通信系统；（2）事故监测与警告；（3）用视频、雷达监测器的车辆间距控制；（4）最大速度控制；（5）自动停车控制；9三、智能运输系统的研究内容电子收费系统（ETC—ElectronicTollCollectionSystems）（1）自动收费（2）半自动收费紧急车辆的运行支援系统（SupportforemergencyVehicleoperations)（1）自动紧急通报（2）救援车辆路线引导、支援救援工作。10四、智能运输系统的关键技术ITS是一个汇集许多高科技的大系统，包括传感器技术、电子视野技术、测量技术、判断处理技术、数据库技术、控制以及伺服机构技术、计算机技术、通信网络以及移动通信技术、人－机联系技术、人体机能学、交通规划新理论以及交通工程学。（1）传感器技术传感器包括车辆传感器、外界传感器和驾驶员异常状态传感器。①车辆传感器包括：车辆运动传感器、驾驶员操作状态传感器、车辆控制传感器以及运动环境传感器。②外界传感器利用超声波、电波、光波和激光来检测车辆周围的其它车辆、行人、障碍物、路面状况、气象、外来光等。其中激光传感器极其重要，是图像处理技术的基础。11四、智能运输系统的关键技术③驾驶员异常状态传感器一方面通过直接检测驾驶员的脑电波、眼球运动、皮肤电位、心跳来确定驾驶员是否瞌睡、疲劳；另一方面利用数据处理技术、AI技术并结合驾驶员操纵动作来间接测量。（2）电子视野图像识别技术图像识别是自动驾驶的基础。目前完成图象数据处理的成本很高，而且技术上也难以实现实用化。所以目前开发的重点仍然是实用对象的图象处理和识别。图像识别技术包括自动驾驶车辆识别技术、对其他车辆的识别、交通状况的监控、对人的识别以及对周围情景的识别。12四、智能运输系统的关键技术（3）位置测量技术利用车载传感器、数字化地图、GPS、无线电信标、激光、超声波以及红外线对车辆的绝对位置和相对位置进行测量。（4）判断技术利用人工智能技术、神经网络技术、模糊技术以及现代控制技术等对车辆最佳行驶路线进行判断。（5）数值化和数据库包括车载的CD-ROM道路电子地图数据库和控制中心提供的气象、道路交通信息动态数据库以及车辆工作状况数据库。（6）车辆控制技术分为动力传动系统控制、底盘控制、驾驶环境控制以及辅助驾驶系统、自动驾驶系统和自动跟踪行驶系统。13四、智能运输系统的关键技术（7)电子技术大致分为半导体超大规模集成线路技术、存储器技术、显像技术、IC卡、天线和传输电缆技术。(8)计算机系统发展趋势为综合化、智能化、高速化、小型化和高可靠性。(9)移动通信技术是ITS把握汽车以及汽车交通状况所必需的技术，包括车与车之间通信、车与路之间通信、复合通信以及先进的交通通信信息ATT（AdvancedTransportTelematics）。目前，欧洲、日本、美国都十分重视Telematics，它被应用于ITS领域的各个方面以及汽车制造行业。(10)通信网络技术以汽车交通信息为对象的地区通信网络、全国通信网络以及全球通信网络。其特点是使用频率高，要求实时、准确和高可靠性。14四、智能运输系统的关键技术(11)人－机联系技术包括驾驶操作、情报输入装置操作、情报信息指示、声音识别与合成等技术。(12)人体机能学在人—车—环境的汽车社会大系统中，人的因素是极其重要。但是，与汽车本身的性能和特性研究相比，目前对人的研究显得不够。今后不仅应从工程学方面，而且也要从心理学、社会学、经济学、法学等人文科学方面进行研究。(13)交通规划新理论体系在可持续发展理论的指导下，交通规划新理论体系可以满足交通运输领域对交通规划提出的新要求，也可以满足智能运输系统发展对交通基础设施提出的新要求。(14)交通工程学交通工程学包括对交通设施的应用、交通道路系统的规划、设计、交通控制、交通流特性、道路引导系统的研究。15五、国外智能运输系统研究与开发进展20世纪60年代末期，美国就开始了智能运输系统领域的研究。之后，日本、欧洲等国也相继加入这一行列。经过30年的发展，美国、欧洲、日本成为世界ITS研究的三大基地。目前，其他一些国家和地区的ITS研究也有相当规模，如澳大利亚、加拿大、韩国、新加坡、香港等。可以说，全球正在形成一个新的ITS产业。以“保障安全、提高效率、改善环境、节约能源”为目标的ITS研发领域正逐步在全球形成。下面以日本、欧洲、美国为例，介绍智能运输系统研究与开发进展情况。16五、国外智能运输系统研究与开发进展日本ITS研究与开发进展日本智能运输系统的研发内容可分为9个领域，实施较好的有6个领域。这9个领域的相互关系非常复杂，如果简化，可用下面的概念图表示。公共交通辅助交通管理的最佳化救援车辆运行辅助商用车的效率化AHS(自动公路系统)导航系统的智能化安全驾驶装置行人帮助自动收费系统车辆网络日本ITS概念图道路管理效率化17五、国外智能运输系统研究与开发进展日本ITS研究与开发进展1.导航系统的智能化(AdvancesinNavigationsystems)这是装备在丰田佳美上的一款车载信息装置，它具有车辆的GPS定位与路径诱导功能，并能提供相关的交通服务信息。18五、国外智能运输系统研究与开发进展日本ITS研究与开发进展2.自动收费系统（ElectronicTollCollectionSystems）19五、国外智能运输系统研究与开发进展日本ITS研究与开发进展3.先进的巡航辅助系统（AdvancedCruise-AssistHighwaySystem）Experimentingwiththefrontalobstructiondetectingfunction2021五、国外智能运输系统研究与开发进展日本ITS研究与开发进展4.提高道路管理的效率（IncreasingEfficiencyinRoadManagement）车重检测器车高检测器车长、车幅检测器数据传送系统信息显示装置22五、国外智能运输系统研究与开发进展日本ITS研究与开发进展该图片显示的是安装在日本43号国家高速公路上的商用车辆自动测量系统23五、国外智能运输系统研究与开发进展日本ITS研究与开发进展5.公共交通辅助系统（Supportforpublictransport）车内装置和信息终端24五、国外智能运输系统研究与开发进展日本ITS研究与开发进展6.行人ITS(PedestrianITS)第一种：微波检测器用于行人ITS的设施共有7种。第二种：红外线检测器25日本的ITS研究与开发进展下面介绍日本的代表性系统：道路交通信息和通信系统VICS（VehicleInformationandCommunicationSystem)；先进的交通信息服务系统ATIS（AdvancedTrafficInfo