城市道路交通智能化技術(shù)研究

一、問題
交通問題(阻塞、事故、環(huán)境污染)是最難鏟除的現(xiàn)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(guān)心。在歐美，加強改善交通的研究。增加改善交通投資被認(rèn)為是在給國家增強國際經(jīng)濟競爭實力提供基礎(chǔ)。
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(chǔ)設(shè)施十分薄弱，以至大部分大城市交通堵塞已達半癱瘓的嚴(yán)重狀態(tài)。隨著經(jīng)濟高速持續(xù)增長，我國城市化、汽車化進程還正在加速發(fā)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(xù)迅猛增長，交通阻塞、交通事故、環(huán)境污染將更日趨嚴(yán)重。
如此突出的城市交通問題，同我國的社會特點有關(guān)。
1．人口特點
我國大城市、特大城市人口密度已很高，在當(dāng)前我國經(jīng)濟高速持續(xù)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(xù)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(shè)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(yīng)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(qū)一時難于增建能與之相適應(yīng)的道路，致使市中心區(qū)交通嚴(yán)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(yīng)人口的增長原來就不敷,應(yīng)用的道路用地，其增長也難于適應(yīng)交通需求的猛烈增長。
3．城市建設(shè)歷史過程的特點
解放前，我國歷經(jīng)各類戰(zhàn)爭創(chuàng)傷，大部分城市基本上保留了原來農(nóng)業(yè)社會時代或殖民地城市的面貌。解放后．隨著社會主義建設(shè)，新建了不少新型工業(yè)城市，改建了不少老城市，但由于城市建設(shè)中骨頭與肉的關(guān)系沒被擺正，城市交通設(shè)施建設(shè)處于不被重視的地位，以至遠不能適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟持續(xù)高速增長情況下的交通需求。
二、發(fā)展方向
為支持我國經(jīng)濟的持續(xù)高速增長，城市建設(shè)必須現(xiàn)代化，交通建設(shè)必須現(xiàn)代化。交通現(xiàn)代化必須有暢通方便、安全無害的交通系統(tǒng)與面貌，要有必要數(shù)量的道路交通基礎(chǔ)設(shè)施。但城市用地日益緊張，特別是城市建成區(qū)難于通過修建大量道路來改善交通，這就迫使人們?nèi)ニ伎佳芯砍雎罚\用高新科技的“智能道路交通系統(tǒng)”成為當(dāng)今發(fā)達國家科學(xué)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(xiàn)代化交通系統(tǒng)與面貌，除要盡可能增加道路交通設(shè)施外，必須在科學(xué)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(fā)展趨勢
自1960年以來，隨著科技的新發(fā)展，美、日、德、英、澳等國即開始研究先進科技在交通上的應(yīng)用，希望運用計算機、通訊及控制技術(shù)(所謂3C技術(shù))來改善交通阻塞、事故頻繁、能源浪費及交通排污嚴(yán)重等問題，開發(fā)了不少先進的交通信號控制系統(tǒng)與路線引導(dǎo)系統(tǒng)以及與之配套的智能化交通電子設(shè)備，形成了一個新型的交通管理器材產(chǎn)業(yè)。到80年代已有大量城市使用這些信號控制系統(tǒng)，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(tǒng)、澳大利亞的SCAT系統(tǒng)、美國的UTCS系統(tǒng)、日本的CACS系統(tǒng)等。在交通信號控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又進一步研究交通路線引導(dǎo)系統(tǒng)(稱之為主動的交通管理系統(tǒng))，已在研制的路線引導(dǎo)系統(tǒng)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(chǔ)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(lián)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(chǎn)業(yè)界甚至咨詢公司投入這項研究。這項研究的最終目標(biāo)是建成全自動駕駛的自動道路系統(tǒng)(AHS)。
日本，從1984年開始，先由日本建設(shè)省與公路工業(yè)發(fā)展組織發(fā)起研究RACS(Road—AutomobileCommunicationSystem)；1987年日本交通科技協(xié)會、警察署、郵電省聯(lián)合59家企業(yè)合作研究AMTICS(Advanced Mobile Traffic lnformationand CommunicationSystem)；1990年日本郵電省、建設(shè)省和警察署，在以前研究成果基礎(chǔ)上組織研究對話式路線引導(dǎo)系統(tǒng)(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(tǒng)：德國的LISB(Lei—tand lnformation SystemBerlin)，英國的AUTOGUIDE，瑞典的ARISE，法國的MARATHONATLAS等。經(jīng)濟合作與發(fā)展組織OECD對此作了調(diào)查，并對各國的研究成果作了評價，結(jié)論是：應(yīng)用現(xiàn)代信息和通訊技術(shù)等高科技的路線引導(dǎo)系統(tǒng)，將會使道路交通發(fā)生顯著的變化。基于這樣的認(rèn)識，OECD將努力促進這一領(lǐng)域的研究開發(fā)。但是現(xiàn)在各國都在各自研究自己的引導(dǎo)系統(tǒng)，采取了不同的技術(shù)方案，結(jié)果將形成各自互不相容的獨立系統(tǒng)，在聯(lián)合使用時不能都是最優(yōu)的系統(tǒng)，將對跨境車輛和道路交通管理機構(gòu)造成極大的不便，且由于技術(shù)的不相容，還造成設(shè)備上的互不通用，而使設(shè)備費用昂貴并造成設(shè)備市場的混亂。所以O(shè)ECD決定協(xié)調(diào)已在研究各類引導(dǎo)系統(tǒng)的國家的高科技技術(shù)力量進行有效的全歐國際協(xié)作，研究建立全歐統(tǒng)一的路線引導(dǎo)系統(tǒng)。
1987年歐共體運輸部長聯(lián)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(jīng)費641萬歐洲貨幣單位(ECU)。其目標(biāo)是：充分提高道路的交通效率與安全性，改善道路的交通環(huán)境。
研究內(nèi)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(shù)據(jù)分析與記錄、交通弱者的安全技術(shù)、駕駛行為評價、人機界面避撞技術(shù)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(tǒng)及控制策略與控制系統(tǒng)的集成三課題，共22個項目。
4)通信與信息服務(wù)，包括公共交通、貨運管理、數(shù)字地圖及數(shù)據(jù)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(tài)路線引導(dǎo)系統(tǒng)、交通事故自動檢測系統(tǒng)、數(shù)字地圖、交通控制與交通管理知識庫系統(tǒng)、交通控制新策略新算法、交通控制與路線引導(dǎo)綜合系統(tǒng)、全歐出行規(guī)劃系統(tǒng)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(yù)期三年完成，參加研究單位達500多個，投資4億ECU。基本目標(biāo)是：
1)使DRIVE—I研究成果付之實用。
2)建立通用系統(tǒng)規(guī)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(tǒng)城際交通管理系統(tǒng)，輔助駕駛系統(tǒng),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(yīng)用技術(shù)為主，其目標(biāo)主要是：提高道路容量與交通安全與改善環(huán)保效果。1989年正式開始研究，預(yù)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(fā)達的這些國家都不約而同地投人大量經(jīng)費，開展如此龐大的研究計劃，由此看來，交通工程領(lǐng)域的研究方向轉(zhuǎn)向運用高科技成果來改善交通困境，已是當(dāng)前國際性的發(fā)展趨勢。國外交通工程界認(rèn)為：可以預(yù)料，未來30年內(nèi)，道路交通的建設(shè)與發(fā)展，將走上高科技之路，不論規(guī)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(yīng)用IVHS技術(shù)的潛在效益作過分析：
1)可使都市地區(qū)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(chǎn)力的效益。
4)各相關(guān)產(chǎn)品的國際國內(nèi)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(fā)成本約14億美元。
2)測試經(jīng)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(nèi)有關(guān)設(shè)備。
若單計降低交通擁擠損失及產(chǎn)品市場效益兩項，以上成本一年即可全部回收。
四、根據(jù)中國實際情況的考慮
我國的交通政策、交通結(jié)構(gòu)、交通環(huán)境、交通運行特性等各方面都有自己的特點，特別是現(xiàn)有交通系統(tǒng)及其設(shè)施的組成以及交通領(lǐng)域研究開發(fā)的基礎(chǔ)，同發(fā)達國家有較大的差別。所以必須根據(jù)我國的實際情況謹(jǐn)慎考慮智能道路交通技術(shù)研究的目標(biāo)。
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(tǒng)尚未形成，全國公路系統(tǒng)尚待建成，高速公路建設(shè)還剛開始，當(dāng)前我國道路交通上的主要問題是做好交通規(guī)劃，建成各城市的道路交通系統(tǒng)與全國公路系統(tǒng)，研究智能道路交通技術(shù)為時尚早”。這種見解有一定道理，但不全面。
從交通需求發(fā)展看，我國城市化、汽車化水平還很低，隨著經(jīng)濟的持續(xù)高速增長，必然引起交通需求的超常發(fā)展。
從交通供應(yīng)能力看，城市中原有道路交通設(shè)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(fā)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(qū)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(fā)展很可能超過發(fā)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(fā)達國家的現(xiàn)狀水平，這是我國城市在宏觀供求關(guān)系上不同于發(fā)達國家的基本矛盾。
從這基本矛盾著眼，發(fā)達國家交通已發(fā)展到了很高的水平，也已相應(yīng)地建成了規(guī)模遠比我國為大的道路交通系統(tǒng)，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(shè)施來滿足交通需求的增長，而要花大量投資來研究應(yīng)用高新科技成果以提高現(xiàn)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(guān)系的矛盾遠比發(fā)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(shè)施外，應(yīng)用高新科技成果宋提高現(xiàn)有及新建道路交通設(shè)施的運行效率，應(yīng)該比發(fā)達國家更為迫切。
另一方面，必須看到，智能道路交通技術(shù)，將帶出一大批為其配套需要的交通運輸電子新產(chǎn)品，可以形成一個規(guī)模十分巨大(同整個交通運輸行業(yè)相配匹)的新產(chǎn)業(yè)，這是當(dāng)前世界上電子行業(yè)普遍看好的新產(chǎn)業(yè)，因為它將擁有世界廣闊的市場與豐額的利潤，成為當(dāng)前國際上市場競爭和技術(shù)競爭的熱點。
我國交通運輸行業(yè)的規(guī)模居于世界前列，也將是交通運輸電子設(shè)施產(chǎn)品的最大市場。這個市場應(yīng)該由誰來占領(lǐng)?可以說這個新產(chǎn)業(yè)將成為現(xiàn)代化交通運輸產(chǎn)業(yè)的一個“互生產(chǎn)業(yè)”。我們要發(fā)展自己的現(xiàn)代化交通產(chǎn)業(yè)，就必須自己發(fā)展這個現(xiàn)代化的交通運輸電子產(chǎn)品新產(chǎn)業(yè)；不然，在這個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域里，我國又將成為國際的最大市場。
我們要展開這一領(lǐng)域研究的條件如何?這里列出同這一領(lǐng)域研究有關(guān)的部分研究成果：
同濟大學(xué)已完成同本題有關(guān)的前期科研成果，主要有：
1)國家“七五”攻關(guān)項目“城市交通控制技術(shù)”中的關(guān)鍵技術(shù)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(dǎo)系統(tǒng)”，已同上海交警總隊合作完成預(yù)定研究項目。
3)國家教委重點項目“路線交通誘導(dǎo)系統(tǒng)基礎(chǔ)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(tǒng)”，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(shù)據(jù)通信系統(tǒng)”研制。
6)此外，還完成了實時控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，計算機實時控制系統(tǒng)，智能傳感器等項目。
東南大學(xué)運輸工程研究所已完成的科研成果，主要有： 自然科學(xué)基金項目“城市交通規(guī)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(tǒng)的引進安裝／運行管理以及國產(chǎn)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(dǎo)系統(tǒng)”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(chǎn)。
深圳中航電腦公司已研制自適應(yīng)信號控制機，性能穩(wěn)定，已可投入商品生產(chǎn)。
北京已完成英國SCOOT及南斯拉夫TRANSYT一7F交通信號控制系統(tǒng)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(tǒng)。
從以上清單看，我們已具備了著手研究這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)條件。
在以上科研條件的基礎(chǔ)上，我們應(yīng)該盡早著手展開對這個領(lǐng)域的研究，以便盡早能夠趕上國際行列，特別是這一領(lǐng)域內(nèi)的基礎(chǔ)研究。這是一個十分龐大的研究領(lǐng)域，而縱觀各國開展這一領(lǐng)域研究的發(fā)展過程，這一領(lǐng)域的研究大都是從“路線引導(dǎo)系統(tǒng)”研究開始，可以說“路線引導(dǎo)系統(tǒng)”是這一領(lǐng)域的主要基礎(chǔ)之一。
因此，根據(jù)我國當(dāng)前科研經(jīng)費投入的可能條件，我們建議不妨在已有研究成果的基礎(chǔ)上，先組織研究“城市道路交通智能化路線引導(dǎo)系統(tǒng)”這一智能道路交通技術(shù)的基礎(chǔ)性課題。這一課題的主要研究內(nèi)容建議可分為四個分項：
1)路線引導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)研究，主要包括：
①交通參數(shù)檢測與實時分析；
②交通供求狀態(tài)判斷；
⑧交通阻塞判斷；
④交通突發(fā)事件判斷；
⑤路線引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)策略及整體布局
⑥路線引導(dǎo)模型及算法等。
2)路線引導(dǎo)系統(tǒng)配套硬件設(shè)施研究，
①多參數(shù)交通檢測設(shè)施；
②可變信息顯示設(shè)施；
⑧可變路線引導(dǎo)設(shè)施；
④路線引導(dǎo)監(jiān)控中心監(jiān)控及顯示設(shè)施；
⑤車載的基站通信設(shè)備。
3)交通信息傳輸網(wǎng)絡(luò)研究，主要包括
①信息傳輸網(wǎng)絡(luò)布局；
②利用信息高速公路傳輸交通信息
⑧交通數(shù)據(jù)通信協(xié)議及規(guī)程等。
4)交通路線引導(dǎo)系統(tǒng)的測試系統(tǒng)，
①評價指標(biāo)、方法與測試過程；
②現(xiàn)場測試技術(shù)；
⑧交通路線引導(dǎo)系統(tǒng)測試仿真系統(tǒng)
④系統(tǒng)降污效能測試等。
主要有
主要包括

參考文獻：
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