商用车辆运营系统

智能交通系统(ITS)1商用车辆运营系统第1页第四讲智能交通系统主要内容2商用车辆运营系统第2页第四节商用车辆运行系统

CVO3商用车辆运营系统第3页概述大多数商品和原材料在从产地到市场运输途中，都或多或少地经过公路运输。运输者总会希望经过新技术应用来降低成本、改进服务。商用车辆运行(CVO,CommercialVehicleOperation)系统就是经过纸上作业自动化，增强运输企业生产能力、提升装备与设施使用效率等办法来降低管理者与承运人开销;经过新技术应用，更加好地执行载重要求等运输规章，降低基础设施维护保养和更新费用;并经过商用车辆智能化，改进其运输安全性和运行效率。在美国与欧洲，CVO智能化必要性是众所周知，尤其在美国，CVO被认为是ITS工程“早期优胜者”。4商用车辆运营系统第4页概述商用车辆包含大卡车、地方上送货卡车和公共汽车、出租车和紧急服务车辆。所以在美国，CVO最初被认为包含公共交通系统、救援车辆、区间托运、快递与出租车系统，以及长途拖挂装运。不过很快就发觉这些运输设备运行包含着绝对不一样特征，不能放在同一范围考虑。比如，公共汽车服务于某一较小固定区域，沿着基本固定路径运行，政府为该类企业提供资金和技术支持，而货运车队多在一个大区域内运行，运行路径和行程都是不固定，长途货运企业多是私人全部。5商用车辆运营系统第5页概述所以，美国人以后将APTS从CVO中分离出来。现在CVO主要应用对象只是重载卡车与州际长途客运车。CVO许多新技术与ITS其它领域技术有所不一样，如电子数据交换EDI、直接自动对车辆属性进行识别AVI、车辆动态称重WIM(WeightIn-Moving)、危险货物事故响应和货车自动列队驾驶都是CVO中广泛应用特殊技术。对于公路交通管理系统而言，CVO系统有相正确独立性。比如，大范围无线通讯网络、卫星定位跟踪和用于车辆保养或货物盘存车载计算机都可独立实施。6商用车辆运营系统第6页概述在美国国家ITS30个用户服务中，有6个属于CVO范围:

(1)商用车辆电子通关。在称重站、边境点以及其它检验站点，这一服务使装有异频雷达收发机、安全且正当车辆不停车、不重复地经过复杂检验。这些检验包含车辆注册情况、安全情况、载重量、国际关卡通关手续等证件和情况检验。符合通关条件车辆可保持正常运行速度快速经过各种关卡，一旦在一个站点经过检验则无须在下游站点做重复检验。

(2)自动路旁安全检验。这一系统把电子通关系统提供安全数据与其它技术结合起来，检验车辆安全性以及司机反应能力与适应能力。7商用车辆运营系统第7页概述(3)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、车辆与货物任何不安全情况，比如司机疲劳、车辆故障、货物滑动或不稳等等。并将结果汇报给司机、运输企业管理人员及相关执法人员。

(4)商用车辆管理。这一服务使运输企业管理人员可用电子方式办理注册手续，得到通关证件，并取得购置燃料数与行驶里程数及相关税费等信息。

(5)危险货物事故响应。这一服务向紧抢救援人员提供由危险货物运输者提供相关危险物品事故数据，包含危险品装载数据及事故发生时间、地点和严重性，并推荐最正确救援方案，提供响应指令与紧抢救援响应电话号码等。8商用车辆运营系统第8页概述(6)商用车队管理。这一服务提供司机、调度与多式联运者通讯链路，为运输者编制可行计划和车辆行程时刻表提供实时信息，包含货物配送、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。

9商用车辆运营系统第9页概述欧洲CVO用户服务内容与美国基本相同。然而，欧洲突出成就在于实施了欧洲多式联运和站点管理用户服务，提供公路、铁路及水运基础设施多式联运运输者之间通信。在DEIVEII项目中有一系列CVO项目，如ARTIS,CITRA,COMBICOM,FRAME,IFMS,METAFORA、和FORTICO等。在T-TAP中又有OLTITRACK,SURFF和TRA-CAR等CVO项目。关于欧洲CVO进展主要将在后面结合多式联运详细介绍。

10商用车辆运营系统第10页概述即使货运和车队运输管理在日本是天衣无缝，但使用ITS来降低费用和改进服务和安全性潜力对货运和车队运行者仍有着巨大吸引力。另外，公路管理部门也关注利用WIM系统预防公路因为超重车而毁坏以及利用追踪系统经过监测危险物品移动来确保安全。与美国6个CVO用户服务相比，在日本ITS综累计划中确定了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即使开启较晚，但因为其先进应用技术基础，它发展是很快。11商用车辆运营系统第11页概述CVO效益是显著。如据1992年美国格林海湾和威斯康辛洲Schneider汇报，因为城市间商用车辆不合理路线更正，载重英里数提升了20%，而因司机免去了与运输企业频繁联络电话天天大约节约了两小时，这就使一个司机工资每星期提升了50美元，同时更主要是造成了用户服务质量提升。科罗拉多Lerner西部运输有限企业贷款建设了他们车队管理系统，以改进与司机联络。这么就使司机一天能够多跑51－100英里，司机担忧程度也由100%降到了30%。另外，明尼泊利斯BestLine预计，同以前因为300名司机等着与调度员谈话而天天损失约15min相比，现在每个月可节约10000美元。另外，车上安全系统，以及电子通行证和自动路边安全检验，能够使车祸发生率从32%降到14%。12商用车辆运营系统第12页重车自动识别在ATMS中，我们看到AVI是电子收费系统ETC关键技术。不过，大多数ETC系统中AVI主要是利用车辆探测器读车载电子标签或识别车辆牌照等方法，经过预先装载车载信息识别车辆身份和特征技术。而对于大型商用车辆来说，这么识别是不够，它必须直接对车辆属性，如车高、车宽、车长和车重(包含轴重和总重)进行现场测量，以判明车辆是否符合通行要求。为了确保运输安全和预防超重车辆毁坏公路，各国都以法规形式对重车规模和载重量进行了限制。比如，日本对特殊车辆尺寸和重量要求以下表。为了执法，在高等级公路、高速公路上需要设置一定数量称重站。13商用车辆运营系统第13页重车自动识别14商用车辆运营系统第14页重车自动识别以往，重车抵达称重站或检验站时，要停车接收检验，由人工测定尺寸或由磅秤测定重量，这是静态称重。和停车收费一样，停车接收检验和静态称重会降低运输效率、引发交通堵塞、增加旅行时间、加剧废气污染，所以不停车经过检验站和称重站，实现WIM是意义重大。不过，WIM对称重技术提出了新挑战。显然，重车自动识别是ITSCVO与传统商用车辆运行管理主要区分之一。CVO系统中特殊车辆自动计测系统普通分为根本子系

统和基地子系统。下列图是它结构示意图。15商用车辆运营系统第15页重车自动识别16商用车辆运营系统第16页重车自动识别首先在根本子系统，自动计测行驶车辆车高、车宽、车长和车重，超出限制值车辆，在光电表示板上得到通告，并被引导到路边基地子系统，然后在基地子系统停车，进行更准确测量。不论在根本子系统还是基地子系统，车高可用超声波检测器测量;车宽、车长测量可采取4台CCD摄像机，在前端和后端同时摄影，由立体车辆轮廓经过三角计算得出车长和车宽。因为车辆以40km/h以上速度从根本子系统经过，准确地测量是困难。尤其是当车后部有突出部分时，长度计算就困难了。17商用车辆运营系统第17页重车自动识别所以，还需要开发这种突出部分识别系统。另外关于车重，是由路面埋设车辆感知器和重量检出器测量。车辆一经过车辆感知器，系统就开始测量。如用2组4个重量检出器分别测量左右车轮、确定和统计车重。重量检出器前后错开设置，能够同时判断速度、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，测得数据由控制装置计算机处理、向管理所主计算机传送、进行统计。这种系统处理一台车仅需零点几秒钟。18商用车辆运营系统第18页重车自动识别19商用车辆运营系统第19页重车自动识别特殊车辆自动计测系统主要问题是提升运动中测量精度，尤其是WIM精度。如日本大阪府枚方市1号国道车辆自动计测系统，因为行驶中悬挂轮胎上下运动，造成测出重量有较大误差，当前，96%车辆误差为±20%。读取车辆上下振动波长，改进称重精度系统正在研究中，系统改进目标是:时速80km/h以下精度为±0.3吨。20商用车辆运营系统第20页商用车辆运行系统案例1.美国HELP(重车电子许可牌照)/新月工程与HELP企业重车电子许可牌照(HELP,HeavyVehicleElectronicLicensePlate)项目应用新电子技术对公路上运行中大型商用卡车自动识别和称重，它概念始于1983年。电子许可牌照是一个安装在车上记有识别数据装置，当车辆经过一个设置了阅读器车站附近时，这些数据被读取。一个电子许可牌照使用一个低功率异频雷达收发器在被问询时发射车辆识别数据。21商用车辆运营系统第21页商用车辆运行系统案例动态称重WIM意味着在车辆运动中测量卡车每一轴重。就象在超市里包装商品一样，一辆辆标有条形码卡车在公路称重站“效验台”被扫描。一旦识别数据和轴重以数字形式统计下来，就能够经过访问中心数据库信息，在几秒钟内完成一系列检验和确认。每个称重站阅读器也成为一辆卡车经过公路系统历史统计录入器。22商用车辆运营系统第22页商用车辆运行系统案例重车电子许可牌照概念发展成一些州联合项目HELP，它第一阶段包含AVI，WIM和自动车辆分类AVC技术实现。AVI定义一个自动感知和证实车辆标识系统。车辆带有一个在运动中可读标签，在公路和卡车条件下，采取编码无线频率(RF)异频雷达收发器作为标签较适当。当卡车从埋设在公路路面传感器上经过时，WIM确定车辆轴重和毛重。AVC是经过处理WIM取得传感数据而计算出轴间距，确定车辆种类。23商用车辆运营系统第23页商用车辆运行系统案例“新月”(Crescent)工程是HELP项目在1989年到1993年可用性试验阶段。其名字来自于参加这个项目标州及其公路地理位置。从北面加拿大哥伦比亚向南，经过华盛顿州，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AVI,WIM与自动车辆分类AVC进行场地试验。这一项目标目标是:在自加利福尼亚哥伦比亚I-5号路以及向东折转至德克萨斯I-5号路上配置40个站点，使一辆汽车从一个站点获准进入系统后，就能够通行于整个试验道路网络，而无须在任何其它称重站或任何一个入口再停车接收核查它恪守州和联邦规章情况。24商用车辆运营系统第24页商用车辆运行系统案例1989年，当工程从HELP技术研究阶段转入Crescent试验阶段时，亚利桑那州运输部继续负责项目管理、预算与约定事务;加利福尼亚州运输部负责指导场地试验;俄勒冈州运输部保持着政策配合。1991年，这一活动称为FIELP/Crescent可用性试验，接收联邦公路管理局FHWA专款。这一可用性试验专款总数大约有2200万美元，其中大约600万由联邦公路管理局提供，余下部分主要由参加试验各个州以基金或类似于捐赠形式提供。25商用车辆运营系统第25页商用车辆运行系统案例在1993年9月初测试期间，大约2000辆汽车装备了异频雷达收发机，AVI、WIM与

AVC观察站搜集数据由一个中心计算机处理。州政府可利用处理后数据作为资格检验、载重要求执行情况与制订计划所依据信息;车辆运行者可利用这些数据来管理车队。26商用车辆运营系统第26页商用车辆运行系统案例测试同时，对于系统综合完成情况、系统对州政府以及车辆运行者带来效益进行了评定。一个评定研究发觉，HELP新月工程组织问题是全部HELP/新月参加者提到最多问题。详细问题依次是组织约束、通信方式和目标明确性。另外一个问题是一些州没有很好地负担义务。比如一些州缺乏企业代表，没有专门人员与领导参加;一些州派出不得力雇员来管理项目。缺乏有力领导妨碍了项目标进程。一些人把HELP目标看作为州政府开发、试验新技术，而不是建立州际通道系统，因而不把标准缺乏看作一个大问题。不一样州使用不一样技术，有不一样规章制度，不重视标准是不行。当然大多数参加者在标准问题上投入了极大热情。这个例子从另一个侧面给我们提供了大范围ITS实施经验。27商用车辆运营系统第27页商用车辆运行系统案例HELP企业是一个于1993年10月成立非赢利性组织。HELP企业计划将HELP作为一个叫“Pre-Pass”规范性服务继续下去。在1995年3月，HELP企业与加利福尼亚州之间达成协议，自此Pre-Pass服务由政府运行。1996年7月，这一服务在加利福尼亚、新墨西哥、亚利桑拿州8个站点投入使用，尔后又增设了25个站点。车辆每次经过站点时，大约只需交纳1美元。28商用车辆运营系统第28页商用车辆运行系统案例2.美国AdvantageI-75

经过5年公营/私营协作、策划、投资和开发，AdvantageI-75在1995年12月7日开始正式运行。AdvantageI-75是世界上最浩大ITS工程之一，它在州际75号公路上实施。这条公路路径六个州(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，处于迈阿密公路南端是衔接美国和南美之间航空、水运主要运输枢纽，所以，它是美国卡车运输最繁忙干道之一。AdvantageI-75和HELP/Crescent不一样，它不是一个试验性项目，而是要实施一个投入实际运行系统。29商用车辆运营系统第29页商用车辆运行系统案例项目标第一阶段目标是配置AVI技术。1991年进行了系统概念设计，这个设计概念以应用AVI技术根本自动放行系统MACS为中心。MACS包含以下关键元素:安装在每辆参加卡车上异频雷达收发机，配置在每一个称重站一组路侧阅读器，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通信网络。大约30个称重站上安装了根本自动通关系统组件。参加装有AVI异频雷达收发机卡车在抵达其旅程第一个称重站时停车，其重量、类型、司机证件、经过时间等会被检验并存入卡车旅行数据包中。30商用车辆运营系统第30页商用车辆运行系统案例一个旅行数据包是一个小型格式化数据库，它被次序向前传输到下一个称重站进行预先旅行登记。这么，当卡车靠近每一个称重站时，旅行数据包会将其数据传送给路侧阅读器。接着，一个计算机马上分析数据，判断卡车是否在一个合理时间抵达站点，做出是否免检放行决定，然后给司机经过或停车进站信号—全部这些是在卡车以常速行驶时完成。一旦被要求停车，意味着原先放行信息失效，需要重新检验。大约4500辆卡车司机参加了为期两年运行试验。31商用车辆运营系统第31页商用车辆运行系统案例MACS早期设计突出了驾驶员通信设备功效。通信设备自带电池供电，装于每辆参加车辆驾驶室中，能够向驾驶员显示预先放行信号。当卡车经过上游路侧阅读器时该设备就会给驾驶员一个确切视觉信号，表明他是否被允许经过该测重站。AdvantageI-75关键是全部参加州机构对出行数据包中信息内容达成共识，这些信息应足够使每个机构确定车辆是否有权通行。车辆通行认可是基于在每一个测重站处初始重量、检验结果和凭证证实信息。卡车可能在道路任一交叉口进入道路，不一样参加机构不一样管理需求会造成车辆在除第一个测重站外其它测重站停车。所以，出行数据包中数据标准影响到各参加州标准制订。32商用车辆运营系统第32页商用车辆运行系统案例该系统要求在测重站有一台可同时处理多任务计算机，对区域AVI阅读器、测重器和通信所产生事件即时做出响应。同时，需要计算机软件开发和集成以处理操作者所指定需求和任务，并完成一系列支持性功效。AdvantageI-75通道计算机安置于远离测重站地方。该计算机能够被每一个测重站访问，其作用是输入机动车数据、编辑测重站统计、准备汇报和其它辅助支持功效。通信网络功效是连接测重站计算机和通道计算机，除数据采集和管理功效外，它还提供了出行数据包向下游传输通道。33商用车辆运营系统第33页商用车辆运行系统案例车辆-路侧通信系统采取了被称之为“时分多路复用”技术。时分多路复用(TDM)就是使用一些使用者中每一位在很短时间间隔内独自占用某一共享信道技术方法。路侧阅读器发出一个信号，激发可达范围内全部车辆中异频雷达收发机，要求传发它们识别信号。每辆车中异频雷达收发机，随机地选择16个可用时间段之一向阅读器发出它们识别信号。阅读器可选择四个车载异频雷达收发机，接收或查询四条信息。这些信息在四个数据时间段中从阅读器发出或接收。任一在此初始循环中未被选择车载异频雷达收发机能够在收到下一个激活信号时选择一新时间段传输信息。

34商用车辆运营系统第34页商用车辆运行系统案例在AdvantageI-75实施中，每一测重站最少需要安置三个路侧AVI阅读器。假如测重站使用一条单独动态称重车道话，则需要安置第四个AVI阅读器。每一个AVI阅读器旁边异频雷达收发机经过一个含有915MHz中心频率天线工作。天线安装在公路上空，以提供对多车道信号覆盖能力。35商用车辆运营系统第35页商用车辆运行系统案例Delco异频雷达收发机包含一个电子可读写存贮单元，其中存有基本车辆识别信息和所需凭证信息，还有空余存贮空间以保留每次出行专门信息。在AdvantageI-75AVI子系统中通行数据包在第一个测重站准备完成，然后写入Delco异频雷达收发机存贮单元中。在经过随即每个测重站时，车辆出行数据包中数据被更新，时间也被统计下来，出行数据包置于卡车上，并随车传送，但这并不取代出行数据包经过陆地通信线路从一个测重站向另一个测重站传递。36商用车辆运营系统第36页商用车辆运行系统案例把信息写入车载设备能力含有不一样于电子登记牌通信特点。在AVI术语中，电子登记牌是一个只读电子存贮设备。最新AVI技术提供了车载电子存贮器，增加了向电子存贮部分写入新信息能力，这叫可读写AVI标志。另外，这些AVI标志也能够经过一个接口来显示它们接收到信息。所以，车载AVI异频雷达收发机可在每一测重站处提供电子化信息交换方法(类似于ETC系统中电子标签)。37商用车辆运营系统第37页商用车辆运行系统案例在现实世界中，抵达某一测重站交通流由各种车辆组成，包含小汽车和卡车，安装了异频雷达收发机重型卡车和未安装异频雷达收发机重型卡车。普通州际运行要求全部重型卡车离开公路进入测重站。在测重站区域内，根本每车道上都安置了卡车探测器。卡车探测器是简单称重设备，埋设于公路内，能够区分重车和小汽车及空卡车。任何经过测重站重车都会触发卡车探测器，发出信号执行预定操作。在测重站处AVI设备必须做好设置，使预先放行参加车辆能够经过根本而不收到停车信号。38商用车辆运营系统第38页商用车辆运行系统案例依据标准州际公路管理程序，全部卡车在抵达测重站前被引向右侧车道。一个前置(上游)AVI阅读器“看到”在进入测重站前右侧车道上卡车流;MACS对那些预先判定和称重过卡车不发任何信号。阅读器给测重站操作人员列出需要停车卡车识别信息。没有收到停车信号卡车继续沿根本前行。39商用车辆运营系统第39页商用车辆运行系统案例前置路侧阅读器放置于测重站入口车道前向上游约半英里处。这个阅读器激发参加车辆AVI异频雷达收发机。卡车异频雷达收发机发出其识别信息。测重站计算机将此车识别信息和已编辑从上游测重站得到取得预先放行认可卡车列表信息相比较。测重站工作人员能够在环境许可情况下在车辆抵达之前观察并选择任意卡车进行深入检验。被选择接收深入检验车辆和有问题卡车从预先放行清单中去除。假如卡车在预先放行清单中，则它会收到通行信号，向前经过测重站而不需停车。通行信号由路侧阅读器传给卡车并显示于卡车中。40商用车辆运营系统第40页商用车辆运行系统案例第二个路侧阅读器设置在测重站，用以读出进入第一个测重站停车参加卡车识别信息。第三个路侧阅读器放置于测重站入口车道附近下游，此路侧阅读器用来验证经过测重站车辆是否已得到了通行认可。路侧阅读器读出车辆识别信息，测重站计算机验证其预先通行认可。在这个位置上，测重站识别信息和日期被写入旅行数据包，然后向前传输。41商用车辆运营系统第41页商用车辆运行系统案例即使AdvantageI-75运作与HELP企业及其以前HELP新月系统运作看上去非常相同，但其相同性是表面。一个最大不一样之处于于:HELP将全部信息集中于一个中心数据库，然后提供给各参加州使用。而在AdvantageI-75中，每个参加州都有自己数据库，即是一个分布式系统。

工程预算大约为1200万美元，其中联邦公路管理局FHWA拨款770万。参加货运企业不需缴纳使用费。42商用车辆运营系统第42页商用车辆运行系统案例3.美国CVISN(商用车辆信息系统与网络)

美国州际商用车运输业包含约300000个从业者(使用大约160000辆卡车牵引车与360000辆拖车)，4000个供租用旅客运输业，以及660000名商用车辆司机。这一行业业务很复杂，包含从一辆车运行到几千辆车客货运输。1995年卡车与长途客车运行超出100亿英里。为了确保这些车辆能在北美大地上安全通畅运行，必须建立一个系统，使得在全国范围数据信息系统帮助下能够电子化地显示运输情况。这一系统被称为商用车辆信息系统与网络(CVISN)。这一系统支持商用车辆在称重站与边界上电子通关、自动路旁安全检验、电子化一次停车取得资格、里程与燃料汇报、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。43商用车辆运营系统第43页商用车辆运行系统案例即使CVO已经标准化，当前主要是DSRC与EDI标准化进程迟缓，还存在很多制度上问题，但很显著，未来ITS/CVO设备成功安装最含有挑战性障碍未来自于不一样州、联邦机构以及运输企业领导阶层以及这些部门之间协作关系，因为全部这些部门有着不一样利益与目标。44商用车辆运营系统第44页商用车辆运行系统案例CVISN是约翰斯·霍普金斯大学应用物理研究所(APL)从1994年起开发。其目标是把不一样数据源与数据库连接起来，实现CVO规章与管理数据交换。信息系统中数据来自州或联邦政府、运输经营人以及其它相关部门。这些数据包含对单个车辆货物装载、路况、司机以及安全与交费统计等描述。有了CVISN后，司机经过一张电子卡将自己数据传递给路边检验站或车队检验站，就能够无须中止旅程而提供所需要数据。除了便利路边操作以外，系统还允许被授权用户在网络上进行车辆注册、燃料税和安全信息咨询等。但CVISN不包含ITS/CVO传感与控制元素。45商用车辆运营系统第45页商用车辆运行系统案例CVISN开发需要CVOEDI功效支持。而这一点需要广泛协调与同时建设。因而，联邦公路管理局FHWA正致力于同相关方面如州政府、学术部门、私人企业等广泛地合作，以期在CVISN使用上达成通用数据交换定义。46商用车辆运营系统第46页商用车辆运行系统案例CVISN将增加商用运行安全性与生产能力，并就CVO先进技术及其效益成本进行评定，为主要州、企业决议者以及公众提供培训。CVISN策略有五个阶段，第一阶段完成各阶段计划与技术框架制订。第二阶段完成技术原型化，将在现场环境下演示满