智能化道路交通系统

1、智能化道路交通系统 9.1 ITS概述 9.2 ITS构成的主要系统 复习思考题 9.1 ITS概述 9.1.1 ITS的概念和作用 1.ITS的概念 ITS(Intelligent Transport System，智能化道路交通系统)是利用先进的信息通信技术，通过与人、道路和车辆整体的有机结合所建立的系统，可以解决交通堵塞、交通事故、环境恶化等道路交通问题，是在新世纪以创造出更多价值的安全性、运输效率最优化为目标的交通系统的总称。 2.ITS的作用 ITS的作用可以归纳为提高交通的安全性、提高运输效率、提高交通的舒适性和改善环境等几个方面。 (1)提高交通的安全性。 (2)提高运输效率 (

2、3)提高交通的舒适性 (4)改善环境 (5)创造新的市场机会 9.1.2 ITS在发达国家的发展 1.ITS在美国的发展 美国发达的经济、先进的技术，虽在智能化道路交通系统的研究开发上曾一度落后，但凭借其先进的技术优势，目前在试验研究和实践应用上处于领先地位。 根据1991年综合地面运输效率法案（ISTEA），1995年3月美国运输部正式出版公布了“国家智能化道路交通系统项目规划”，明确规定了智能化道路交通系统的七大领域（即基本系统）和29个用户服务功能（即子系统）。(1)出行与运输管理系统 该系统包括了城市道路信号控制、高速道路交通监控、交通事故处理等道路交通管理的各种功能，以及用来研究和评

3、价交通控制系统运行功能与效果的三维交通模拟系统。 该系统有6个子系统。 在途驾驶员信息系统； 线路引导系统； 出行人员服务系统； 交通控制系统； 突发事件管理系统； 排放测试与污染防护系统。 (2)出行需求管理系统 该系统向用户提供有关出行信息，改善交通需求管理。若将该系统和出行与运输管理系统结合起来，驾驶员可以通过车载或地面计算机和无线通信获得各种交通信息（道路条件、交通状况、服务设施位置以及导游信息等），以便合理选择出行方式、时间和路线。 这个系统包括3个子系统。 出发前的出行信息系统； 合乘配载和预约系统； 需求管理与运营系统。(3)公共交通运营系统 该系统用以提高公共交通的可靠性、安全

4、性及其生产效率，使公共交通对潜在的用户更具有吸引力。系统包括交通标志占先权（高乘载率车辆专用车道的设置）、车辆定位和跟踪系统、语音和数据传输系统。 该系统有4个子系统。 公共运输管理系统； 途中换乘信息系统； 满足个人需求的非定线公共交通系统； 出行安全系统。(4)商用车辆运营系统 该系统能在地区间运输管理中自动询问和接受各种交通信息，进行合理调度，包括为驾驶员提供一些特殊的道路信息，对运送危险品等特种车辆的跟踪以及车辆和驾驶员的状况进行安全监视与自动报警。 该系统有6个子系统。 商用车辆电子通关系统； 自动化路侧安全检测系统； 商用车辆管理程序系统； 车载安全监控系统； 商用车辆交通信息系统

5、； 危险品应急反应系统。(5)电子收费系统 该系统通过电子卡或电子标签由计算机实现自动收费，可使所有地面交通收费，包括道路通行费、运输费和停车费等实现自动化，实现收费车道上无人管理、不停车、不用票据的自动收费，以减少用现金收费所产生的延误，提高道路的通行能力和运行效率，并可为系统管理提供准确的交通数据。该系统只有电子收费1个子系统。(6)应急管理系统 该系统用以提高对突发交通事件的报警和反应能力，改善应急反应的资源配置。该系统有2个子系统。 紧急告警与人员安全系统； 应急车辆管理系统。(7)先进的车辆控制和安全系统 该系统应用先进的传感、通讯和自动控制技术，给驾驶员提供各种形式的避撞和安全保障

6、措施。系统具有对障碍物的自动识别和报警，自动转向、制动、保持安全间距等避撞功能。 该系统包括7个子系统。纵向避撞系统； 侧向避撞系统；交叉口避撞系统； 视觉强化避撞系统；事故前乘员安全保护系统；危险预警系统； 自动道路系统。2.ITS在日本的发展 1993年7月，日本“车辆、道路与交通智能协会”成立，从而与智能化道路交通系统有关的建设省、通产省、邮政省、运输省和警事厅5个省厅之间建立了加强合作的机制。1995年8月，在详细分析ITS用户服务范围的基础上，上述5个部门提出了日本道路、交通、车辆领域的信息化实施方针，其目的是在统一规划下促进ITS的工作。此方针确定了ITS由导航系统、自动收费系统、

7、安全驾驶援助系统等9个开发领域和20个用户服务功能。(1)自动导航系统 自动导航系统主要包括卫星导航系统和道路交通信息通信系统。卫星导航系统指以全球定位系统GPS的方式接收卫星电波，进行位置计算，并在地图上显示出目前汽车所在位置，标示出抵达目的地的距离和方位，以帮助驾驶者抵达目的地。 主要服务对象为驾驶人员，包括2个服务功能。 路途引导交通信息提供系统； 与目的地相关的信息提供系统。(2)自动电子收费系统 自动电子收费系统指为了解除收费道路收费站上的堵塞，实现无现金化，提高便利性，利用收费站处设置的天线和通行车辆车载装置之间的无线通信自动付费，使收费道路收费站非停车通行成为可能。主要服务对象为

8、驾驶人员、运输企业、管理部门，它只有电子收费一个功能。(3)安全驾驶辅助系统 安全驾驶辅助系统指为防止事故，确保安全驾驶，通过道路上设置的传感器等收集路面情况等信息，并使其在道路与车辆之间传播，向驾驶人员发出“前方发生危险”等警告。另外，配合高度的车辆控制技术，以实现“自动回避冲撞”，进而实现“自动驾驶”。 主要服务对象为驾驶者，包括4个服务功能。 驾驶和道路信息提供系统； 危险警告系统； 驾驶辅助系统； 自动驾驶道路系统。(4)交通管理的最佳化 即通过路途诱导、信号控制等实现交通管理的最佳化。其主要服务对象为管理部门、驾驶者，包括2个服务功能。 先进的交通流控制系统； 交通事故通报系统。(5

9、)道路管理的效率化 即通过提供特殊车辆管理、通行限制状况等提高道路管理的效率。其主要服务对象为管理部门、运输企业、驾驶者，包括3个服务功能。 管理事务的高效化； 特殊车辆管理系统； 道路危险信息通报系统。(6)公共交通援助系统 即通过提供公共交通运行状况等措施提高公共交通的运营效率。其主要服务对象为公共交通使用者、运输企业，包括2个服务功能。 公共交通信息提供系统； 公共交通运行援助系统。(7)业务用车的效率化 即业务用车的运行管理援助系统。该系统是指为了提高业务用车的运输效率，减少业务交通量，提高运输安全，实时收集卡车、旅游车等的运行情况等，向运输事业公司等提供基础数据，从而援助运行管理。主

10、要服务对象为运输企业，包括2个服务功能。 商用车运行管理支援系统； 商用车连续自动运行系统。(8)行人援助系统 是指为了形成使行人，特别是高龄者、残疾人等行走不便的人们能够安心利用安全、舒适的道路环境，利用携带的终端机等装置就现在所处位置、设施和路线等，为行人提供援助。其主要服务对象为行人，包括2个服务功能。 步行路线指引系统； 车辆和行人事故躲避系统。(9)紧急车辆运行援助系统 即灾害、事故发生以及发生情况的自动通报和救援系统。主要服务对象为驾驶者，包括2个服务功能。 紧急情况自动通报系统； 紧急车辆线路诱导、救援活动支援系统。3.ITS在欧洲的发展 欧洲的智能化道路交通系统研究开发是由官方

11、（主要是欧盟）与民间共同进行的。1969年欧共体委员会就提出要在成员国之间开展交通控制电子技术的演示。自1986年以来，西欧国家主要是在“欧洲高效安全交通系统计划（PROMETHEUS）”和保障车辆安全的“欧洲道路基础设施计划（DRIVE）”两大计划指导下，开展交通运输信息化领域的研究、开发与应用。(1) 欧洲高效安全交通系统计划 欧洲高效安全交通系统计划是在欧洲研究协调局领导下，主要由汽车制造企业和供应商联合组织研究。它是私营企业间组织的计划，主要是从车辆方面研究智能化道路交通系统的建设。该计划于1987年正式起动，为期7年，研究试验项目分为以下几个领域： 视觉增强技术；摩擦力监视和车辆动力

12、学控制系统；车道跟踪保持技术；视野范围内的监视技术；驾驶员状况监视技术；避撞系统；协同驾驶系统；自动化智能行驶控制系统；自动紧急呼救系统；车队管理系统；双向通信路线诱导系统；出行与交通信息系统。 (2) 欧洲道路基础设施计划 保障车辆安全的欧洲道路基础设施计划是欧盟根据其“研究与发展框架计划”分阶段组织的大型研究开发计划，旨在通过改善道路交通基础设施来提高安全性、运输效率以及减少环境污染等。该计划于1988年发出第一阶段的项目申请，目前已完成3个阶段的工作，其主要研究内容如下： 交通需求管理；出行与交通信息；综合城市交通管理；综合城间交通管理；驾驶服务与辅助驾驶；货运与车队管理；公共运输管理；

13、网络管理、运行与控制；车辆控制；集成与评价；支持问题。9.2 ITS构成的主要系统9.2.1 道路交通信息通信系统（VICS）1. VICS的概念 VICS(Vehicle Information and Communication System，道路交通信息通信系统)是向驾驶员提供必要的最新道路交通信息的系统。通过设置在道路上的光仪器、电波仪器和FM调频波段多重发送仪器向各车辆的导航设备提供信息，并以文字、地图等形式表示。 此外，VICS的优势有以下3个方面。 缩短所要时间 由于可以实时地得到交通的有关信息，能够躲避交通堵塞的路段缩短驾驶时间。 安定驾驶心理 由于可以明确地掌握交通的状况，例

14、如即使在不能躲避堵塞的路段，也可以得知前方的道路情况，能够安定驾驶心理，并进行安全驾驶。 避免绕路、错路 由于可以掌握停车场有无车位和掌握交通的情况，能够避免绕路和错路的发生。2.VICS的结构与信息表示(1) VICS的组成结构 VICS具有以下4个方面的功能。信息收集功能信息处理功能提供信息功能灵活运用信息功能 VICS的组成结构如图9.1所示。（见配套教材P220页图9.1）(2)VICS信息的表示形式 驾驶员在车辆行驶时，所经过道路的堵塞情况、需要时间信息等在车载显示器上均有表示。表示方法有文字表示型、简易图形表示型和地图表示型等3种形式。车载设备功能以及行驶地点不同，其能够应用的信息

15、也有所不同。其显示的信息也可以通过音声进行提示和传达。文字表示型 在车载设备的显示器上用文字所表示的VICS信息形式，将变化的道路交通信息用文字进行提供，用以帮助驾驶员选择行驶路线。VICS文字表示型的显示形式如图9.2所示。（见配套教材P220页图9.2）简易图形表示型 在车载设备的显示器上用简易图形表示VICS信息形式，道路交通信息通过形式化的简单图形和文字，表示出堵塞的地点以及到达目的地所需要的时间。 VICS简易图形表示型的显示形式如图9.3所示。（见配套教材P220页图9.3 ）地图表示型 在车载设备显示器所显示的地图画面上，通过不同路段颜色表示车辆堵塞等信息的形式。因为行驶地点和堵

16、塞区间等一目了然，可根据不断变化的道路交通状况，能够躲避堵塞并选择最短行驶时间的路线。 VICS地图表示型的显示形式如图9.4所示。（见配套教材P220页图9.4）9.2.2 不停车自动收费系统（ETC）1. ETC的概念 ETC(Electronic Toll Collection，电子收费系统，现一般是指不停车自动收费系统)是将记录有契约信息的IC卡插入车辆上所安装的车载器，通过在收费道路的收费站通道上所设置的无线通信装置与车载器之间的无线通信，将通行费等信息在收费道路的计算机系统和IC卡上同时进行记录，能够在车辆通过收费站不用停车的系统。 ETC应用的系统示意图如图9.5所示。图9.5

17、ETC应用的系统示意图 发 卡申请支 付申请利用收费道路请求支付申请信息配载信息配载申请利用者车载器ETC卡汽车用品店、汽车设备生产厂家等代理店（点）信息初始化及手续收费道路经营机构信用卡公司或道路经营机构ETC系统监督管理机构购买加入手续 应用ETC系统可以缓和道路收费站的堵塞，提高交费和收费的便利性，如不用停车、不用现金等，还可以改善道路附近的环境，如减少废气排放、降低噪音等。但在ETC应用方面还需要注意和解决一些问题，主要有以下几个方面。 在推广应用方面，需要进一步降低用户车载器等的成本。 涉及ETC的道路设备、车载器以及插入车载器的IC卡等，需要有统一的标准。由于目前日本等发达国家有许

18、多厂家都制造和销售这些设备，所以保持系统的紧密结合性存在一定的困难。由于设备安装的不规范，有些用户只是从价格上考虑，应用的精度有很大的差异，导致发生错误的情况较多。在发生设备故障和付费等错误时，需要有能够追查原因、改善系统等功能。当在收费站发生收费系统错误时，极容易发生追尾事故。处理这样的情况需要时间，会对正常利用的效率产生影响。由于系统涉及许多机构和部门，用户办理手续一定要尽量简化。 2.ETC用户设备及利用(1) ETC用户设备 ETC用户设备利用ETC系统必须在车辆上安装相应的设备，即车载器，还必须持有相应的IC卡。如图9.6所示。图9.6 ETC用户设备车载器ETC卡(2) ETC的利

19、用 当带有ETC设备的车辆通过收费站时，可以使用专用的收费通道，也可以使用能够利用ETC的混用通道。在通过收费道路入口时，收费系统将入口信息发送给车辆的车载器，并在IC卡上自动进行记录。当通过收费道路出口时，车载器自动将IC卡上记录的入口信息发送给收费系统，收费系统将收费信息发送给车载器，并在IC卡上自动记录，这样就完成车辆行驶中的不停车收费过程。 利用 ETC的过程示意，如图9.7所示。（见配套教材P223页图9.7） 9.2.3 自动道路系统(AHS) 1.AHS的概念 AHS(Advanced Cruise-assist Highway System，先进的道路行驶援助系统或自动道路系统

20、)是道路与汽车通过无线通信进行信息传递、对驾驶员实时地提供信息和警报、进行驾驶援助的系统。 AHS的基本功能示意如图9.8所示。 通过道路两侧的摄像机信息收集设施和路线指引设施，以及车辆两侧的摄像机和探测装置等信息收集设备，根据路与车之间通信和车与车之间通信的信息，实时地掌握自己车辆以及周边车辆的位置和情况，进行安全地驾驶。还可以进一步地通过自动速度控制、方向盘控制信息处理装置等，实现自动驾驶。 降低交通事故对社会的损失 实现老年人安全地驾驶 减少交通事故图9.8 AHS的基本功能感觉（发现）判 断操 作驾驶员行动提供信息功能警报功能操作援助功能驾驶援助功能2.AHS的服务与应用(1) AHS的用户服务 自动道路系统从时间和环境上提高安全性、提高效率为目的，防止障碍物冲突、最佳的车道选择为基本用户服务体系。现在，正以提高安全性作为优先目标进行开发和研究。 AHS的用户服务体系如图9.9所示。图9.9 AHS的用户服务体系基本用户服务体系时间轴目 的交通措施基本用户服务事前援助行动之前援助行动当时援助行动之后援助行动事后援助行动其 它纵方向行动援助横方向行动援助交叉行动援助纵方向行动援助横方向行动援助交叉行动援助保持安全车辆防止障碍物冲突保持车道（直线）保持车道（弯线）安全变更车线正