城市道路交通智能化技術研究

一、問題
交通問題(阻塞、事故、環境污染)是最難鏟除的現代化社會公害之一，改善交通的研究越來越受到各國政府的重視與民眾的關心。在歐美，加強改善交通的研究。增加改善交通投資被認為是在給國家增強國際經濟競爭實力提供基礎。
目前我國城市化、汽車化水平尚很低，但由于城市人口密度高，交通需求總量大，加上道路交通基礎設施十分薄弱，以至大部分大城市交通堵塞已達半癱瘓的嚴重狀態。隨著經濟高速持續增長，我國城市化、汽車化進程還正在加速發展中，城市人口還將增加；隨著城市人口增長，城市用地還將擴大，交通需求將繼續迅猛增長，交通阻塞、交通事故、環境污染將更日趨嚴重。
如此突出的城市交通問題，同我國的社會特點有關。
1．人口特點
我國大城市、特大城市人口密度已很高，在當前我國經濟高速持續增長的情況下，城市化水平還將迅猛增長。而且這種增長趨勢又具有同歐美城市化水平延續loo多年的漸變過程的不同特點，即短期沖擊型。這將給城市建設造成極大的沖擊，特別是城市交通。
2．土地特點
我國是土地資源貧乏國，城市用地本來就不多，隨著城市化水平提高、城市人口迅猛增長、城市用地還將相應增長，這將造成兩方面的問題：
一方面隨著城市人口、用地增長，使交通需求猛烈上升，城市建成區一時難于增建能與之相適應的道路，致使市中心區交通嚴重堵塞。
另一方面由于土地資源貧乏，城市用地擴張難于適應人口的增長原來就不敷,應用的道路用地，其增長也難于適應交通需求的猛烈增長。
3．城市建設歷史過程的特點
解放前，我國歷經各類戰爭創傷，大部分城市基本上保留了原來農業社會時代或殖民地城市的面貌。解放后．隨著社會主義建設，新建了不少新型工業城市，改建了不少老城市，但由于城市建設中骨頭與肉的關系沒被擺正，城市交通設施建設處于不被重視的地位，以至遠不能適應當前經濟持續高速增長情況下的交通需求。
二、發展方向
為支持我國經濟的持續高速增長，城市建設必須現代化，交通建設必須現代化。交通現代化必須有暢通方便、安全無害的交通系統與面貌，要有必要數量的道路交通基礎設施。但城市用地日益緊張，特別是城市建成區難于通過修建大量道路來改善交通，這就迫使人們去思考研究出路，運用高新科技的“智能道路交通系統”成為當今發達國家科學研究的熱點。要使我國城市在不久的將來具有能同國際接軌的現代化交通系統與面貌，除要盡可能增加道路交通設施外，必須在科學研究上要立足于運用高新科技來改善城市交通的研究。
三、國際上的發展趨勢
自1960年以來，隨著科技的新發展，美、日、德、英、澳等國即開始研究先進科技在交通上的應用，希望運用計算機、通訊及控制技術(所謂3C技術)來改善交通阻塞、事故頻繁、能源浪費及交通排污嚴重等問題，開發了不少先進的交通信號控制系統與路線引導系統以及與之配套的智能化交通電子設備，形成了一個新型的交通管理器材產業。到80年代已有大量城市使用這些信號控制系統，對改善城市交通取得了良好的效果，一般可提高車速20％、降低停車與延誤20％左右，如英國的SCOOT系統、澳大利亞的SCAT系統、美國的UTCS系統、日本的CACS系統等。在交通信號控制系統的基礎上，又進一步研究交通路線引導系統(稱之為主動的交通管理系統)，已在研制的路線引導系統有美國的DAIR(Driver Aid Informationand Routing System)、英國的IVRG(1n—Vehielar Route Guidanee System)、 日本的RACS(Road—AutomobileCommunicationSystem)、德國的ALl(Autofahrer Leitand lnformatlon System)等。
從80年代開始，在已有成果基礎上，各國又提出了龐大的綜合運用高新科技成果改善交通的研究計劃，并已取得了不少成果。
美國，于1989年由聯邦運輸部正式向國會提出IVHS(IntelligentVehicleHigh—waySystem)的長達30年的研究計劃。前20年將投資300多億美元組織全國政府部門、高等院校、產業界甚至咨詢公司投入這項研究。這項研究的最終目標是建成全自動駕駛的自動道路系統(AHS)。
日本，從1984年開始，先由日本建設省與公路工業發展組織發起研究RACS(Road—AutomobileCommunicationSystem)；1987年日本交通科技協會、警察署、郵電省聯合59家企業合作研究AMTICS(Advanced Mobile Traffic lnformationand CommunicationSystem)；1990年日本郵電省、建設省和警察署，在以前研究成果基礎上組織研究對話式路線引導系統(Interactlve Route Guidance System)。
歐洲，80年代初期德、英、法等國先后各自研究自己的系統：德國的LISB(Lei—tand lnformation SystemBerlin)，英國的AUTOGUIDE，瑞典的ARISE，法國的MARATHONATLAS等。經濟合作與發展組織OECD對此作了調查，并對各國的研究成果作了評價，結論是：應用現代信息和通訊技術等高科技的路線引導系統，將會使道路交通發生顯著的變化。基于這樣的認識，OECD將努力促進這一領域的研究開發。但是現在各國都在各自研究自己的引導系統，采取了不同的技術方案，結果將形成各自互不相容的獨立系統，在聯合使用時不能都是最優的系統，將對跨境車輛和道路交通管理機構造成極大的不便，且由于技術的不相容，還造成設備上的互不通用，而使設備費用昂貴并造成設備市場的混亂。所以OECD決定協調已在研究各類引導系統的國家的高科技技術力量進行有效的全歐國際協作，研究建立全歐統一的路線引導系統。
1987年歐共體運輸部長聯席會議開始籌劃“DRIVE研究計劃。1988年6月正式宣布實施第一階段DRIVE計劃，研究期限三年，有12個國家、700多個單位參加，經費641萬歐洲貨幣單位(ECU)。其目標是：充分提高道路的交通效率與安全性，改善道路的交通環境。
研究內容包括：
1)一般模式及方法：其中分模型、評價及實施三類課題，共15個項目。
2)駕駛行為與交通安全，包括交通事故數據分析與記錄、交通弱者的安全技術、駕駛行為評價、人機界面避撞技術等課題，共14個項目。
3)交通控制包括交通需求控制與管理、交通控制系統及控制策略與控制系統的集成三課題，共22個項目。
4)通信與信息服務，包括公共交通、貨運管理、數字地圖及數據庫、信息與廣播、通信等五類課題，共20個項目。
第一階段DRIVE—I計劃已于1991年告一段落，取得：移動無線通信的動態路線引導系統、交通事故自動檢測系統、數字地圖、交通控制與交通管理知識庫系統、交通控制新策略新算法、交通控制與路線引導綜合系統、全歐出行規劃系統等主要成果。
繼DRIVE—I，1992年開始實施第二階段DRIVE—Ⅱ計劃，命名為OPERATION1992，預期三年完成，參加研究單位達500多個，投資4億ECU。基本目標是：
1)使DRIVE—I研究成果付之實用。
2)建立通用系統規范。
研究課題包括：交通需求管理,交通信息管理，綜合城市交通管理系統城際交通管理系統，輔助駕駛系統,貨運車隊管理，公共交通管理等七課題，個研究項目。1986年，歐洲19國14個汽車廠集資推動EUREKA計劃中的PROMETHEUS計劃。這項計劃以研究高科技的車輛應用技術為主，其目標主要是：提高道路容量與交通安全與改善環保效果。1989年正式開始研究，預計六年完成。希望到2000年運用研究成果使歐洲交通事故死亡減少50％。
世界上道路交通最發達的這些國家都不約而同地投人大量經費，開展如此龐大的研究計劃，由此看來，交通工程領域的研究方向轉向運用高科技成果來改善交通困境，已是當前國際性的發展趨勢。國外交通工程界認為：可以預料，未來30年內，道路交通的建設與發展，將走上高科技之路，不論規劃、工程、運行和管理，莫不如此。
美國有一個Mobility—2000組織，曾對美國應用IVHS技術的潛在效益作過分析：
1)可使都市地區的交通阻塞損失降低25％～40％。以1990年美國因交通阻塞損失1000億美元計，IVHS至少可減少損失250億美元／年。這項效益還將因交通量逐年增長而增加。
2)到2010年，估計每年可以減少交通事故死亡11500人及220億次交通事故；到2020年，可減少交通死亡33500人，交通事故650億次。
3)此外尚可帶來減少能源消耗、降低大氣污染、提高城市運輸生產力的效益。
4)各相關產品的國際國內市場效益，估計到2000年可達每年280億美元。
Mobility—2000對IVHS計劃成本概估(以美國250個大都市、18000哩高速公路上全部使用IVHS計)：
1)研究開發成本約14億美元。
2)測試經費約30億美元。
3)實施安裝成本約300億美元
4)此外汽車主需花費800—1000美元購置車內有關設備。
若單計降低交通擁擠損失及產品市場效益兩項，以上成本一年即可全部回收。
四、根據中國實際情況的考慮
我國的交通政策、交通結構、交通環境、交通運行特性等各方面都有自己的特點，特別是現有交通系統及其設施的組成以及交通領域研究開發的基礎，同發達國家有較大的差別。所以必須根據我國的實際情況謹慎考慮智能道路交通技術研究的目標。
交通工程界同行有這樣一種見解： “我國目前絕大部分城市中交通系統尚未形成，全國公路系統尚待建成，高速公路建設還剛開始，當前我國道路交通上的主要問題是做好交通規劃，建成各城市的道路交通系統與全國公路系統，研究智能道路交通技術為時尚早”。這種見解有一定道理，但不全面。
從交通需求發展看，我國城市化、汽車化水平還很低，隨著經濟的持續高速增長，必然引起交通需求的超常發展。
從交通供應能力看，城市中原有道路交通設施已異常短缺，又受到土地資源的制約，城市用地難于按城市化水平的發展而拓寬，同時也難于按汽車化水平的提高而提供必要的道路用地，特別是市中心區更難于劃出土地按交通需求的增長來擴建道路。
我國大城市特別是特大城市交通總需求的發展很可能超過發達國家的大城市(因城市人口密度大)，而城市可以提供給道路交通的用地卻很難達到發達國家的現狀水平，這是我國城市在宏觀供求關系上不同于發達國家的基本矛盾。
從這基本矛盾著眼，發達國家交通已發展到了很高的水平，也已相應地建成了規模遠比我國為大的道路交通系統，尚且考慮到交通需求還要提高，又難于投人大量土地、擴建道路交通設施來滿足交通需求的增長，而要花大量投資來研究應用高新科技成果以提高現有道路的運行效率，緩解他們的交通困境；我們宏觀交通供求關系的矛盾遠比發達國家尖銳，緩解這樣尖銳矛盾的出路何在?除了盡可能的要多建道路交通設施外，應用高新科技成果宋提高現有及新建道路交通設施的運行效率，應該比發達國家更為迫切。
另一方面，必須看到，智能道路交通技術，將帶出一大批為其配套需要的交通運輸電子新產品，可以形成一個規模十分巨大(同整個交通運輸行業相配匹)的新產業，這是當前世界上電子行業普遍看好的新產業，因為它將擁有世界廣闊的市場與豐額的利潤，成為當前國際上市場競爭和技術競爭的熱點。
我國交通運輸行業的規模居于世界前列，也將是交通運輸電子設施產品的最大市場。這個市場應該由誰來占領?可以說這個新產業將成為現代化交通運輸產業的一個“互生產業”。我們要發展自己的現代化交通產業，就必須自己發展這個現代化的交通運輸電子產品新產業；不然，在這個產業領域里，我國又將成為國際的最大市場。
我們要展開這一領域研究的條件如何?這里列出同這一領域研究有關的部分研究成果：
同濟大學已完成同本題有關的前期科研成果，主要有：
1)國家“七五”攻關項目“城市交通控制技術”中的關鍵技術制軟件，研究成果已在南京依托工程中運用。交通模型及控
2)上海科委“八五”重點項目“上海交通路線引導系統”，已同上海交警總隊合作完成預定研究項目。
3)國家教委重點項目“路線交通誘導系統基礎研究”，已于1994年底通過鑒定。
4)上海科委“八五”重點項目“交通圖象處理和語言合成系統”，已在上海市試用。
5)參與德國CADIS公司合作的PROMETHEUS項目中的“64GHZ車輛數據通信系統”研制。
6)此外，還完成了實時控制系統數據傳輸，計算機實時控制系統，智能傳感器等項目。
東南大學運輸工程研究所已完成的科研成果，主要有： 自然科學基金項目“城市交通規劃及宏觀交通管理方法研究”等。
上海交警總隊已完成澳大利亞SCAT系統的引進安裝／運行管理以及國產化的研究，車輛檢測器、智能信號控制機的研制以及“上海城市交通路線誘導系統”的研究。
上海計算機研究所已完成多功能信號控制機的研制并已投入商品生產。
深圳中航電腦公司已研制自適應信號控制機，性能穩定，已可投入商品生產。
北京已完成英國SCOOT及南斯拉夫TRANSYT一7F交通信號控制系統的引進、安裝、運行管理及其消化吸收的研究。其他城市深圳、廣州等也引進安裝了國外的各類交通信號控制系統。
從以上清單看，我們已具備了著手研究這一領域的基礎條件。
在以上科研條件的基礎上，我們應該盡早著手展開對這個領域的研究，以便盡早能夠趕上國際行列，特別是這一領域內的基礎研究。這是一個十分龐大的研究領域，而縱觀各國開展這一領域研究的發展過程，這一領域的研究大都是從“路線引導系統”研究開始，可以說“路線引導系統”是這一領域的主要基礎之一。
因此，根據我國當前科研經費投入的可能條件，我們建議不妨在已有研究成果的基礎上，先組織研究“城市道路交通智能化路線引導系統”這一智能道路交通技術的基礎性課題。這一課題的主要研究內容建議可分為四個分項：
1)路線引導系統技術研究，主要包括：
①交通參數檢測與實時分析；
②交通供求狀態判斷；
⑧交通阻塞判斷；
④交通突發事件判斷；
⑤路線引導系統的引導策略及整體布局
⑥路線引導模型及算法等。
2)路線引導系統配套硬件設施研究，
①多參數交通檢測設施；
②可變信息顯示設施；
⑧可變路線引導設施；
④路線引導監控中心監控及顯示設施；
⑤車載的基站通信設備。
3)交通信息傳輸網絡研究，主要包括
①信息傳輸網絡布局；
②利用信息高速公路傳輸交通信息
⑧交通數據通信協議及規程等。
4)交通路線引導系統的測試系統，
①評價指標、方法與測試過程；
②現場測試技術；
⑧交通路線引導系統測試仿真系統
④系統降污效能測試等。
主要有
主要包括

參考文獻：
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