智能运输系统在道路交通中的应用

智能运输系统在道路交通中的应用

西方经济发达国家的现代道路始于第二次世界大战后，象征着道路的建设。高速公路由于技术等级高,管理设施先进,因此通行能力大,快速安全,舒适经济。随着高速公路的延伸,轿车快速进入家庭,人们的出行和工作大大便利,生活范围不断扩大。与此同时,现代公路货运系统不断完善,物流技术得以发展,商品流通速度加快,企业节省了仓储和流通的开支,生产运营的成本大大降低。高等级公路网的不断扩张和车辆技术的飞速发展持续有力地推动了这些国家经济的发展。为此有人总结说:十九世纪是铁路时代,二十世纪是高速公路时代,高速公路成为衡量一个国家经济发展水平的尺度之一。进入80年代后期,公路交通进入了新的发展阶段。一方面,交通科技快速发展,车辆装备、运输组织和道路管理的技术水平大大提高,如通过电子技术改善道路管理,可以大大提高道路的通行能力和安全,收到事半功倍的效果;通过采用新材料建设和养护道路,可以大大节省开支,这为满足公众运输需求和降低国民经济成本提供了新的机遇。另一方面,经过四五十年的建设,经济发达国家高等级公路交通网络基本完成,但是依然难以满足社会需求,特别在临近城市区域道路堵塞情况十分普遍,严重影响出行效率,拥堵的车辆也污染着环境,于是,以智能运输系统(ITS)的研究开发为标志,现代公路交通开始步入智能化时代。1经济发展的新形势对交通技术的发展提出了公路交通发展的根本目的是以最小的资源消耗,为社会提供最全面的运输服务,最大限度地满足社会经济发展和人类生活所产生的运输需求。社会运输需求是公路交通发展的根本动力,由于社会运输需求处于不断变化之中,公路交通的发展也呈现不同的变化。当今社会正逐步进入知识经济时代,就像资本和劳动力一样,知识成为生产力发展的基本要求,创新和科技成果的产业化成为推动经济发展的巨大动力。各国经济结构也都开始进入新的调整期,传统产业在国民经济中的地位逐步下降,新兴产业特别是信息产业(IT)快速发展,信息的传递和交流更加活跃,微电子技术广泛应用,全球开始了信息化浪潮。在这样的发展背景下,交通需求有以下新的特点。1.1出行服务的智能化信息化时代通过信息网络的传递和处理,一方面有效地降低了工作的出行,另一方面使人们从繁忙的劳作中解脱出来,有更多的闲暇游玩休息。为了便于人的出行和节省出行的时间,通过网络和各种信息手段提供实时的出行信息和导航服务;为了保证顾客的安全,提供智能化的车辆和先进的交通监管救助服务等。这些高科技的广泛应用使人们出行更加安全、便捷、舒适。1.2资源优化的手段现代经济是由资金、货物和信息等生产要素的流动来推动的,可把这三种生产要素的流动称之为资金流、物流和信息流。人们通过资本的流动调整资源的配置,借助信息的流动优化资源的配置,最后由物流实现资源的配置。货运作为商品生产和流通的重要一环,其运营效率和可靠程度直接关系企业的作业方式和效益,所谓“零库存”的作业管理模式是以运输的高效可靠为前提的。1.3高新技术在公路运输领域的应用建设公路等运输基础设施要占用大量宝贵的土地资源,建设和使用过程中的养护要消耗大量的建筑材料,运输的车辆要产生噪声和废气,这是运输所必须付出的代价,是国民经济健康运行所必须支付的成本,如何在满足运输需求的同时使这些消耗最低,成为各国运输发展的战略性问题。上述这些运输需求正是公路交通发展的内在动力,只有利用高新技术实现交通运输的智能化,才能满足运输需求,达到交通运输的根本目标。智能运输系统(ITS)是公路交通进入智能化时代的标志。除此之外,还有大量的高新技术应用于公路交通运输之中,如新材料、新工艺等。这些高新技术的引入大大提高了公路交通的服务水平,使它更能满足信息化社会的需要。2环保和安全技术研究当前公路科技的发展动向是:为了提高道路通行能力和保护环境,研究开发智能运输系统和环保专项技术;以人为本,重点开展交通安全技术的研究;以经济合理为目标促进新材料的开发和应用。2.1第二,推动环境问题经济发达国家高等级公路交通网络基本完成,但是依然难以满足社会需求,特别在临近城市区域道路堵塞情况十分普遍,造成出行延误,拥堵车辆燃油消耗的增加污染着环境。据美国的一项研究估算,美国2005年前因为交通延误导致的经济损失每年将达500亿美元。因此借助高新技术发展智能运输系统,提高现有路面的通行能力成为研究开发智能运输系统的最初动因。进入世纪之交,人类逐渐认识到长期以来对环境破坏所带来的灾难,提出了可持续发展的策略,人与环境之间也由“人定胜天”开始走向“天人合一”,这是人类对自身与环境关系认识的升华,是人类的理智选择。公路交通对环境的破坏主要有占用土地造成的水土流失、自然景观的破坏,由于行车造成的噪声污染和电磁污染以及大气污染。土地是不可再生的宝贵资源,建设公路需要占用大量的土地资源,因此如何充分发挥已有公路的通行潜力意义重大。通过应用高新技术,实现公路交通智能化,可以大大提高现有公路的通行能力,在节省土地资源的同时提供良好的运输服务,减少车辆拥堵,改善环境。这有力地推动了ITS的研究和开发。公路环保专项技术也受到了高度重视。如英国和奥地利采用新的路面施工工艺降低水泥混凝土路面的噪声,还有采用废弃轮胎制造吸声降噪的材料。又如采用路面再生技术翻新路面,节省沥青等路面材料等。这些研究不但解决了公路交通自身环境问题,同时还利用了大量的废弃材料,一举数得。2.2公路安全对策公路交通事故造成的死亡人数和财产损失巨大,如美国1996年公路交通事故死亡人数为41907人,德国为8727人。尽管发达国家一贯重视公路交通安全,但由于公众出行数量不断增加,美国的公路客运周转量由1990年的52989亿人公里上升到1996年的66240亿人公里,德国的公路客运周转量由1990年的6515亿人公里上升到1996年的8181亿人公里,因此从各国公路事故死亡率的统计数据看,近十年来公路交通事故呈缓慢下降态势。又如美国公路交通事故死亡率从1990年的1.3人/亿车公里下降到1996年的1.1人/亿车公里,德国从1990年的1.7人/亿车公里下降到1996年的1.6人/亿车公里。这也说明公路安全研究尚需要重大突破。在道路方面,从设计、施工到养护等全环节采取措施进行安全防范。通过计算机模拟系统来检验和评估设计方案的安全性,并能提供交互式设计,及时便捷地更改设计方案。同时在路面结构设计中采用开级配排水设计,增大路面在雨雪天的摩阻系数。在道路养护特别是冬季养护时,通过路面养护管理系统为养护人员和管理中心提供最易成冰的路面,消除潜在威胁。在交通管理方面采用先进的监控管理技术,通过道路监控中心和路边的可变标志板、自动测速和称重装置等传感系统一方面为驾驶者提供实时的路况信息,另一方面为道路管理者提供和监控违规车辆的运行状况,及时发现问题,消除车辆违章。在车辆方面从被动安全技术发展到主动安全技术的研究,从安全带的推广普及到车辆的纵向和侧向防碰撞系统的开发应用,使车辆逐步实现高度智能化和安全化。传统的公路交通安全解决方案往往是对人、车、路分别进行研究,这种研究方法的缺点是显而易见的。当前的研究已经逐步采用人、车、路综合考虑,运输系统与紧急救助系统融合起来,通过先进的信息技术提供系统的解决方案。2.3路桥梁建筑物的稳定性问题美国的一项研究成果显示,在美国大约23万座桥即约40%的公路桥梁的结构难以满足公路运输的需要。美国各州道路运输工作者协会(AASHTO)的调查结果认为40%的联邦公路的路面状态低于最低的工程技术标准。这说明道路桥梁的维修养护费用巨大,其他各国也面临繁重的公路养护维修问题。采用传统的维修方法成本太高,使用寿命也不甚理想,为此各国十分重视道路新材料的开发。新材料开发的主要方向是改善公路桥梁建筑物的稳定性和耐久性,增大它们的使用寿命,大大降低使用周期内的养护成本。如高性能混凝土不仅强度大大提高,而且具有轻质、耐腐蚀、稳定性好等特点。又如美国推出的高性能沥青路面设计体系,改变了传统的沥青路面设计方法,以沥青的使用性能为依据,保证新设计的路面在高温和低寒下均能保持良好的稳定性和耐久性。还如法国的超薄路面应用与道路面层的养护,经济效益显著。此外在建筑物中注意传感器的应用,为建筑提供神经系统,通过传感器搜集应力和形变数据,检测和及时发现建筑物的异常反应,为养护和加固提供科学可信的数据。在这里需要提到的是:为了加快新材料的开发,美国钢铁和混凝土等11家建筑材料协会成立了建材联盟,通过各材料协会的通力合作,促进新型建筑材料的应用和开发,如在桥梁结构中使用铝材和轻质混凝土。还需要提到的是美国的战略公路科研项目(简称“夏普计划”),它始于1986年,到1991年结束,历时6年,共研制了100多项技术成果,这些成果代表了美国当代公路科技的发展水平。为了推广和应用这些成果,美国还专门制定了教育推广计划。这些成果正在发挥着巨大的经济效益。公路科技的发展方向有所变化,产生了许多科研热点。下面谈一谈当前公路交通的热点技术,这些热点技术不仅科技水平高,而且科研成果对公路交通的发展有重大影响,直接推动公路交通的智能化进程。3国外公共交通技术的热点3.1ps复合测量特点全球定位系统是以人造卫星为基础的无线电导航定位系统,它是利用天空中均匀分布的24颗GPS卫星轨道参数及其载波相位信号,通过地面接收设备接收其发射信息,实时地测定地面接收载体的三维位置。GPS具有全球性、全天候、连续的精密三维导航定位能力,并具有良好的抗干扰性和保密性。相对于传统的测量方式,它具有观测点之间无需通视,定位精度高,观测时间短,提供三维坐标,操作简便,全天候作业等主要特点。由于其高度自动化,将逐步实现公路设计所必须的原始地形数据采集工作的自动化;由于其所达到的高精度,在公路工程测量和控制测量中正在得到广泛应用。GPS能够提供连续精确的三维导航定位能力,这一特性与道路管理监控系统紧密配合,能广泛应用于车辆定位和导航服务中,结合电子地图为车辆驾驶人员提供导航服务,同时也可应用于重要货物跟踪,使货主实时了解货物的准确位置。3.2构建交通管理信息系统的数据库与gis-t地理信息系统GIS是收集、管理、操作、分析和显示空间数据的计算机软硬件系统。GIS的发展始于本世纪60年代,是与计算机技术同步发展的。今天的地理信息系统集成了计算机数据库技术和计算机图形处理技术,它不同于以往只处理统计的数据库系统和处理非地球坐标的计算机图形辅助设计软件。在对象处理上比上述两类软件更加全面,即地理信息系统所处理的事务对象具有空间地理特征,也具有统计信息特征。如一段公路,起迄点是它的地理特征,公路的造价、技术标准以及交通量等又具有统计数据特征。这些统计数据在纸介质地图上是难以描述的,但通过GIS既可以显示这段公路的图形,同时获取这段路的上述数据,并对这些数据进行空间分析。可以说地理信息系统将空间信息数字化,并使这些信息可视化,通过功能强大的软件,使空间分析直观简明,数据管理便捷高效。随着地理信息系统的普及应用,其强大的功能将成为交通信息管理的必备工具。在公路的新建、改建、养护、运营管理等各方面都需要大量及时准确的数据信息,作为科学管理和决策的依据。基于公路数据库基础上的交通地理信息系统GIS-T的研究开发是公路建设管理现代化的基础,它不仅能够适应各种层次管理部门随时了解已有公路现状的需要;同时还能够通过强大的空间分析功能和丰富的图表显示,实现公路养护管理的电子化。3.3计算机应用软件集成的全方位和深度计算机辅助设计技术(CAD)经过多年的发展,软件功能更加强大。首先由二维平面设计发展为三维立体设计,实现了可视化设计,使工程设计和项目比选智能化程度提高;其次采用开放统一的标准保证了计算机应用软件之间的高度集成,这种集成是全方位的,包括垂直方向和水平方向两个层次。垂直方向指从可行性研究、初步设计、施工图设计、现场施工直到交付使用、养护管理的全过程。水平方向指这个全过程中每一阶段各工种的平行作业,数据之间可以实现自由的传递和实时访问。应用领域更加广阔。由于全球定位系统(GPS)等计算机新技术的出现和立体造型技术、数字地模技术的日趋成熟,计算机在施工过程中的应用更加普及,人们可以借助三维CAD技术进行施工组织设计、重物起吊模拟、结合GPS进行施工过程监控等。3.4道路检测技术的应用国外道路养护的信息管理系统起步较早,在许多国家都建立了较为完善的道路养护管理系统,如路面养护管理系统、桥梁养护管理系统等。这些系统的建立有效地保证了科学合理的养护。但这些系统因数据采集手段较为落后,不仅需要大量的人力,耗资巨大,而且也影响数据的时效。为此,各国针对道路检测技术开展了深入研究,并有所突破。道路检测技术的总体趋势是:由人工检测向自动化检测技术发展,由破损类检测向无损检测技术发展。在道路检测过程中,高新技术广泛应用。如高精度传感器用于路面弯沉检测,雷达技术用于路面厚度检测。由于路面检测技术的突破性进展,对道路质量的监测、评估和病害分析更加快捷,使道路养护更加合理和经济。3.5智能化水平不断提高智能运输系统是利用先进的信息通讯技术,形成人、车、路三位一体,从而大大提高道路交通的安全性、运输效率、行车的舒适性、及有利于环境保护的道路交通系统。进入80年代后,公路交通信息化进程加快,从网络的普及到计算机软硬件系统的应用,从各种数据库的建设到管理系统的完善,从先进的道路控制系统的开发到出行信息服务系统