智能交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與發(fā)展前景簡述

王子濤 / 中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司

智能交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與發(fā)展前景簡述

王子濤 / 中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司

本文結(jié)合工作實際，主要就智能交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與發(fā)展前景進行了認(rèn)真探究，提出了一些新的思考。

智能交通系統(tǒng)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；發(fā)展前景

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通負(fù)荷壓力與日俱增。現(xiàn)實情況中，各種將會遇到的交通問題和與日俱增的需求是很難通過單一的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)而得到徹底解決的。直到20世紀(jì)60年代，自從交通信號燈發(fā)明后，在交通控制系統(tǒng)領(lǐng)域很少見到有革命性的創(chuàng)新。在這個時期，美國提出了智能交通系統(tǒng)(ITS)這個概念。該系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是要向人們提供一種高效的，準(zhǔn)確的交通控制系統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)是一種全新的控制技術(shù)，它是為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)服務(wù)的。同時，也對人員和車輛提供超前的規(guī)劃，運營以及控制措施。近年來，在世界范圍內(nèi)智能交通系統(tǒng)得到了廣泛運用，特別是北美，歐洲以及日本等國家。在我國該系統(tǒng)也陸續(xù)得到了普遍推廣與應(yīng)用。實踐證明：智能交通系統(tǒng)是解決交通問題的最有效途徑。因此，研究探討智能交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與發(fā)展前景具有十分重要的意義。

一、研究背景

首先，在當(dāng)今的現(xiàn)實環(huán)境下，傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)顯然是比較落后和低效的，且伴隨著大量的環(huán)境污染。據(jù)世界經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OEDC）資料統(tǒng)計，在倫敦43%的硫與61%的顆粒物是由交通運輸?shù)呐欧潘鸬?。而關(guān)于氮排放，數(shù)據(jù)顯示倫敦，布拉格以及東京交通運輸造成的氮排放占所比例分別為：28%，50%和77%。此外，由于交通運輸行業(yè)中，95%的能源來自于石化燃料。除了空氣污染，交通運輸?shù)脑鲩L對于氣候變暖也具有嚴(yán)重的影響。

其次，經(jīng)濟模式的變化要求運輸行業(yè)也要與時俱進。經(jīng)濟的全球化和自由化以及越來越多的自貿(mào)區(qū)的創(chuàng)設(shè)需要高效率的交通運輸。同時，電子商務(wù)的飛速發(fā)展更離不開交通運輸行業(yè)的發(fā)展。傳統(tǒng)的運輸系統(tǒng)與當(dāng)今我國快速發(fā)展的社會經(jīng)濟形勢很不相適應(yīng)。因此，必須對現(xiàn)在的交通系統(tǒng)進行大膽改革，只有這樣，才能切實提高智能交通的管理、控制和運行效率，才能有效解決各種車輛的尾氣對環(huán)境的污染問題。

二、智能交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能交通系統(tǒng)由五大基本組件構(gòu)成。主要包括：高級運輸管理系統(tǒng)、高級運輸信息系統(tǒng)、電子收費系統(tǒng)、高級公共交通系統(tǒng)和貨運管理系統(tǒng)等組件。亦可分為：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)等。下面按照此分類分別作以簡單介紹：

硬件系統(tǒng)主要包括：操作界面、網(wǎng)絡(luò)模塊、通信以及本地模塊、短信服務(wù)模塊、GIS模塊和優(yōu)化模型等。首先，系統(tǒng)的使用者通過操作界面管理車流以及運輸公司的其它資源。通過這個模塊，使用者可以修改基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以完成各種需求。同時，客戶通過手機或者互聯(lián)網(wǎng)可以獲取某一車輛的具體位置。網(wǎng)絡(luò)模塊可以幫助自動生成行車路線，給用戶提供最優(yōu)的線路。因而，在實際中被廣泛應(yīng)用，例如運輸危險品的過程中，會自動尋找優(yōu)先線路跟蹤位置，確保運輸安全。

通訊和定位模塊中，可以實現(xiàn)基站和移動設(shè)備的通信。通常它是基于GSM的移動技術(shù)和SMS的信息技術(shù)。通信和定位模塊通過SMS信息服務(wù)傳輸位置信息，安全信息和智能控制信息。近年來的模型日趨復(fù)雜，旨在提供更安全更高效的服務(wù)。根據(jù)Adrian E. Coronado Mondragon 所述，通過對于IEEE 802.11無線區(qū)域設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的修訂，在服務(wù)的邏輯性和運輸上可以提供更多的創(chuàng)新和服務(wù)。可以提供更專業(yè)的近場交流服務(wù)。它主要服務(wù)于基建設(shè)施到車輛和車輛之間的通信。這項技術(shù)需要占用超高頻基帶，可以有效的區(qū)分無線波段。根據(jù)實驗顯示DSRC技術(shù)可以覆蓋從1000m到33dBm，可以在絕大多數(shù)的情況下工作。在極少數(shù)情況下，其工作情況可能會受影響。例如，在碼頭港口的環(huán)境下，由于倉庫和集裝箱的影響，信號的接收將會受到嚴(yán)重影響?？傊?，ITS無線系統(tǒng)，旨在更加安全，有效和便攜。這也是ITS系統(tǒng)的基礎(chǔ)。ITS的發(fā)展將會給未來帶來更多的革命性服務(wù)。

GIS是ITS發(fā)展最重要的支持。它包括一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編輯器和地圖服務(wù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)編輯器可以幫助修改基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是地圖服務(wù)的基礎(chǔ)。這些數(shù)據(jù)將會用于計算最合適的路徑。GIS地圖服務(wù)會按照需求生成相應(yīng)的地圖信息。

最優(yōu)模塊旨在計算最優(yōu)路徑。單考慮單一車輛，無法實現(xiàn)這個功能。在多數(shù)情況下，這需要使每一輛相互獨立的車在最優(yōu)的位置相互合作。例如，在貨運運輸公司中，貨物需要在中轉(zhuǎn)站中轉(zhuǎn)幾次，這項模塊將會選取最佳的取貨時間，使得指令達(dá)到最高效。

除了硬件部分之外，軟件部分也是ITS的一個重要部分。相比于硬件的發(fā)展，軟件對于智能交通系統(tǒng)是更大的制約。軟件的設(shè)計需要考慮四個主要方面，第一，軟件的易用性。因為系統(tǒng)的使用要面對大量的非專業(yè)人士，這就要求系統(tǒng)軟件要易于使用。第二，系統(tǒng)需要平衡管理者、經(jīng)營者和客戶之間的利益。一般情況下，管理者關(guān)心投資和利潤。運營者關(guān)心易用性。而客戶則關(guān)心舒適性和費用。最后，安全性是最重要的部分。不能對運營者和客戶造成傷害。所有的信息必須確保正確、準(zhǔn)確、無誤、及時、高效。這也是保護客戶安全最基本的需求。此外，系統(tǒng)自身的安全也是非常重要的。這里也包括數(shù)據(jù)的安全和設(shè)備的安全等。

三、智能交通系統(tǒng)的優(yōu)勢

隨著智能交通系統(tǒng)的逐步推廣與應(yīng)用，它的優(yōu)勢日益凸顯。在環(huán)境保護領(lǐng)域，由于很難控制人們汽車的使用量，大量的技術(shù)創(chuàng)新都被投入在可持續(xù)的交通運輸解決方案方面，以期達(dá)到控制汽車碳排放的目的。因此，智能交通系統(tǒng)就扮演著日益重要的角色。智能交通系統(tǒng)除了可以直接影響交通的規(guī)劃外，ITS還可以間接影響司機對于行車線路的選取與決策。由于車輛行駛在理想的路線上，不僅行車的里程，節(jié)省了時間，還有效地減少了有害氣體的排放。

在了解ITS系統(tǒng)優(yōu)勢的同時，也不能忽視其帶來的問題。Grant-Muller 和Usher的研究表明，運輸效率的提升促進了人們使用汽車的頻率。在未來的研究和發(fā)展中，這個問題也是不容忽視的。

四、結(jié)論

近些年中，全球視野主要聚焦于氣候變化，資源枯竭，可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境污染問題。作為燃料主要消耗的交通系統(tǒng)，革命性的變化刻不容緩。智能交通系統(tǒng)在此過程中扮演著越來越重要的角色。此外，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電子商務(wù)和物流業(yè)急需更舒適、更便捷、更高效的運輸方式。從發(fā)達(dá)國家的實際應(yīng)用反映的情況來看，智能交通系統(tǒng)節(jié)約了大量的能源，達(dá)到了有限資源的有效分配。對于發(fā)展中國家來說，大部分的發(fā)展中國家都面臨著嚴(yán)重的環(huán)境問題，在非洲和印度面臨著嚴(yán)重的環(huán)境退化。而在我國，則存在著嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題，例如：我國北方的一些大城市冬季的空氣有時達(dá)到了重度污染的程度，在此情況下，智能交通系統(tǒng)則是解決城市空氣污染的有效途徑之一。

[1]International Panel on Climate Change, Fourth Assessment Report on Climate Change, Geneva, 2007.

[2]Susan Grant-Muller, Mark Usher (2013). Intelligent Transport System: The propensity for environmental and economic benefits, Leeds,2013. Available at: ＜http://www.sciencedirect.com＞

[3]Teodor Gabriel Crainic, Michel Gendreau, Jean-Yves Potvin(2009). Intelligent freight-transportation system: Assessment and the contribution of operation research, Montreal, 2009. Available at: ＜http://www.sciencedirect.com＞

[4]Yaozu Fan, Xiaojin Wang (2004). The Principle and Applicationsof Intelligent Transport System Framework, China Railway Publishing House, Beijing, 2004. PP. 34-47.

[5]Adrian E. Coronado Mondragon, Etienne S. Coronado Mondragon,Christian E. Coronado Mondragon, Franklin Mung’au(2012). Estimating the performance of intelligent transport systems wireless services for multimodal logistics applications, Royal Holloway University of London,London, 2012.

[6]Ye Li, Jinbo Wang (2010). The research on the applications of the thing of Internet in the ITS, Beijing University of Post and Telecommunications, Beijing, 2010.

王子濤（1990.05），男，山西太原人，英國諾丁漢大學(xué)碩士研究生，中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司科員；研究方向：智能交通系統(tǒng)。