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(qiáng)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(qiáng)國際經(jīng)濟(jì)競爭實(shí)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(dá)半癱瘓的嚴(yán)重狀態(tài)。隨著經(jīng)濟(jì)高速持續(xù)增長，我國城市化、汽車化進(jìn)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(kuò)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(diǎn)有關(guān)。
1．人口特點(diǎn)
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(jì)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(diǎn)，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(diǎn)
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?cái)U(kuò)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(diǎn)
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(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)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(jì)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\(yùn)用高新科技的“智能道路交通系統(tǒng)”成為當(dāng)今發(fā)達(dá)國家科學(xué)研究的熱點(diǎn)。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(yùn)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(jìn)科技在交通上的應(yīng)用，希望運(yùn)用計(jì)算機(jī)、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(fèi)及交通排污嚴(yán)重等問題，開發(fā)了不少先進(jìn)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(jìn)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(yùn)用高新科技成果改善交通的研究計(jì)劃，并已取得了不少成果。
美國，于1989年由聯(lián)邦運(yùn)輸部正式向國會提出IVHS(IntelligentVehicleHigh—waySystem)的長達(dá)30年的研究計(jì)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(xiàng)研究。這項(xiàng)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(jì)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(jià)，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(jìn)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(dú)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(jī)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(fèi)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(jìn)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(yùn)輸部長聯(lián)席會議開始籌劃“DRIVE研究計(jì)劃。1988年6月正式宣布實(shí)施第一階段DRIVE計(jì)劃，研究期限三年，有12個國家、700多個單位參加，經(jīng)費(fèi)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(jià)及實(shí)施三類課題，共15個項(xiàng)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(jià)、人機(jī)界面避撞技術(shù)等課題，共14個項(xiàng)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(xiàng)目。
4)通信與信息服務(wù)，包括公共交通、貨運(yùn)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(xiàng)目。
第一階段DRIVE—I計(jì)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(shí)施第二階段DRIVE—Ⅱ計(jì)劃，命名為OPERATION1992，預(yù)期三年完成，參加研究單位達(dá)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(shí)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(yùn)車隊(duì)管理，公共交通管理等七課題，個研究項(xiàng)目。1986年，歐洲19國14個汽車廠集資推動EUREKA計(jì)劃中的PROMETHEUS計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)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(jì)六年完成。希望到2000年運(yùn)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(dá)的這些國家都不約而同地投人大量經(jīng)費(fèi)，開展如此龐大的研究計(jì)劃，由此看來，交通工程領(lǐng)域的研究方向轉(zhuǎn)向運(yùn)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(yùn)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(jì)，IVHS至少可減少損失250億美元／年。這項(xiàng)效益還將因交通量逐年增長而增加。
2)到2010年，估計(jì)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(yùn)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(jì)到2000年可達(dá)每年280億美元。
Mobility—2000對IVHS計(jì)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(jì))：
1)研究開發(fā)成本約14億美元。
2)測試經(jīng)費(fèi)約30億美元。
3)實(shí)施安裝成本約300億美元
4)此外汽車主需花費(fèi)800—1000美元購置車內(nèi)有關(guān)設(shè)備。
若單計(jì)降低交通擁擠損失及產(chǎn)品市場效益兩項(xiàng)，以上成本一年即可全部回收。
四、根據(jù)中國實(shí)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(yùn)行特性等各方面都有自己的特點(diǎn)，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(dá)國家有較大的差別。所以必須根據(jù)我國的實(shí)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(jì)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(kuò)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(dá)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(dá)到發(fā)達(dá)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(dá)國家的基本矛盾。
從這基本矛盾著眼，發(fā)達(dá)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(yuǎn)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(kuò)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(yùn)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(yuǎn)比發(fā)達(dá)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(yùn)行效率，應(yīng)該比發(fā)達(dá)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(yùn)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(yùn)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?yàn)樗鼘碛惺澜鐝V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(diǎn)。
我國交通運(yùn)輸行業(yè)的規(guī)模居于世界前列，也將是交通運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jì)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(xiàng)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(yùn)用。交通模型及控
2)上海科委“八五”重點(diǎn)項(xiàng)目“上海交通路線引導(dǎo)系統(tǒng)”，已同上海交警總隊(duì)合作完成預(yù)定研究項(xiàng)目。
3)國家教委重點(diǎn)項(xiàng)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(diǎn)項(xiàng)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(xiàng)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(shí)時控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，計(jì)算機(jī)實(shí)時控制系統(tǒng)，智能傳感器等項(xiàng)目。
東南大學(xué)運(yùn)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(xiàng)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(duì)已完成澳大利亞SCAT系統(tǒng)的引進(jìn)安裝／運(yùn)行管理以及國產(chǎn)化的研究，車輛檢測器、智能信號控制機(jī)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(jì)算機(jī)研究所已完成多功能信號控制機(jī)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(jī)，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(jìn)、安裝、運(yùn)行管理及其消化吸收的研究。其他城市深圳、廣州等也引進(jìn)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(fèi)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(xiàng)：
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(shí)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(jià)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

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