目前国际上的ITS研究形成了美国、日本和欧洲三大阵营,在ITS这个名称出现之前,美国的IVHS(Intelligent Vehicle-Highway Systems)、欧洲的RTI(Road Transport Informatics),DRIVE二期工程都是和ITS意义等同的称谓。美国的ITS研究开发体系最为完善,已受到国际ITS研究领域的广泛认可。
通信网络通信系统负责道路交通信息的数据传输以及车辆和信息控制中心的数据交换。
车载设备系统车载设备系统主要由车载导航计算机、车辆通信设备、定位系统设备和显示装置构成。
正如图2所示,出行者信息系统除了外部的硬件设备以外,主要的工作原理图如下图所示,由信息采集、信息传输、信息处理、信息发布和车载信息显示等几部分组成。其中,信息传输过程贯穿于整个信息流动和出行者出行过程。
路网分布、收费价格、里程、养护、交通管制、设计车速、通行能力、事故多发时段和路段等
根据上述信息分类,可以将信息来源分为道路基本信息、交通流信息、交通管控信息、气象信息、紧急信息和服务信息六大类。
下图是具体到交通信息的整个流动过程的示意图,同时,也展示了出行者信息系统的相关原理。
在信息中心与固定信息源之间,通过光纤数字网络进行数据传输。道路交通信息、社会服务公共信息通过光纤网络传送到信息中心作进一步处理,并传送到信息发送装置。
双向动态无线数据传输系统负责完成信息中心与车辆之间的数据交换。一方面,车辆利用接收器可以获得从TIC发射来的实时交通信息,如当前路段通行时间估计、堵塞或事故发生地点等;另一方面,车辆又是流动的交通信息探测器,通过车载发射装置把当前的交通信息(实际路段通行时间)反馈给信息中心。常用的无线通信方式有:集群通信、蜂窝移动通信、无线数据广播等。
江苏省出行者信息系统是基于“江苏省ITS体系框架和规划研究项目”、“江苏省公路智能交通发展规划研究项目”等的研究成果基础上,为了更具体地在公路上实施ITS而进行研究的。根据公路发展的特点和发达国家在ITS应用方面的实践,ITS在公路上的实施选择信息化作为起点。通过信息化的实施,让出行者及时掌握交通动态,调整、优化出行计划,减少不必要的交通延误和拥堵,同时提高交通安全性,使整个路网运行效率和安全性达到提高。
车载计算机的功能是储存和处理交通信息,为驾驶员提供良好的人机界面,方便驾驶员输入信息和获得信息。
第一代系统称为出行者信息系统(Traveler Information System,TIS),是在20世纪60年代末70年代初出现的计算机技术和交通监控系统的基础上发展起来的。最初的将通信技术进行信息发布。用于提高路网局部的通行能力,如严重拥挤的干道与干道的交叉口,或者由特别事件和交通事故引起阻塞的部分路口与路段等。可通过可变信息标志(VMS)和公路顾问广播(Highway Advisory Radio,HAR)等手段发布信息。
先进的出行者信息系统由交通信息(信息控制)中心、通信网络系统和车载设备系统组成,如图2所示。
交通信息中心(TIC)交通信息中心是先进的出行者信息系统的主控中心,它集交通信息采集、处理和发送于一体,主要功能有:数据库的建立和更新、与其他信息源的通信、与车载设备的通信、交通信息数据分析和处理等。其硬件系统由计算机和各种通信设备组成。
气象信息的采集主要采取两种方式:定期采集和随机采集。定期采集主要从气象部门、媒体气象预报、公路气象信息小组、沿路气象监测装置、历史资料分析等几方面。随机采集主要从路政、交警巡逻车、养护作业车、过往司乘人员、闭路电视等几方面。
紧急信息主要通过车辆检测器检测的数据,自动对于异常数据分析处理进行判断得出,有时使用视频证实,还辅助以人工措施,主要有:无线电话、紧急电话系统、交警巡逻和路政巡逻等措施。
(3)进行连续的数据重组工作,该工作比较并组合当前的道路交通信息和历史的路段通行时间数据,给车辆提供最佳的路段通行时间估计,它是综合各方面信息以建立最佳的交通状况预测模型。
(4)利用实时交通模型,TIC根据当前交通状况计算出预估的通行时间和一条从出发点到达目的地的最优路线,驾驶员利用这些信息选择通往目的地的最优路线。国内外已研究了多种最优路线搜索算法,比较典型的有Dijkstra算法、启发式搜索算法等。在车辆行驶过程中,路线搜索算法应能在较短的、可接受的时间内,根据当前的道路交通状况,不断对已选择的最优路线及路段通行时间估计进行修正。
出行者信息发布方式是ATIS系统通过信息平台/信息管理部门为出行者提供的出行者息,为最终用户的使用和服务商提供基本的交通信息(包括静态、动态信息及相关信息等)。系统可以通过WEB网站、电视、交通广播、可变信息板(VMS)、车载导航系统显示设备、DSRC、BP机、PDA(Personal Digital Assistant,个人数字助理)等技术来发布这些信息。
(5)进行事故调查工作,以确定不正常的路段通行时间的起因,不正常即指某天某时,某路段上的通行时间均超过了历史通行时间,事故调查过程是用来查明路段通行时间突然增加的缘由,并利用这些信息通知出行者可能发生了事故。
智能运输系统(ITS,Intelligent Transportation Systems)是将先进的信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效地综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造,加强了车辆、道路、使用者之间的联系,从而形成一种定时、准确·、高效的综合运输系统。
目前,各国的出行者信息系统应该满足本国的发展目标,一般情况下,其目标体现在以下六个方面:
ATIS具有如下特点:通信电子地图、计算机和多媒体技术的高度发展,使得先进的出行者信息系统为出行者提供个性化的出行帮助成为可能;ATIS着眼于提供出行者想要的信息,因而可以大大减少出行者对信息进行筛选的工作量。
从现实中讲,我国ITS的发展依然处于起步阶段。在ATIS方面,国家自然科学基金重点项目“城市交通流诱导系统理论模型和方法的研究”是我国最早进行的ATIS科研项目之一。同济大学杨晓光教授在探讨我国实现交通信息化的充分必要性的基础上,研究提出了适应于中国实际的交通信息系统基本框架、交通信息化所关联的基本技术,以及推进我国城市交通信息化的对策和措施。北京理工大学王武宏等在国防科技预研基金项目里对驾驶员信息系统进行了适宜性分析。由同济大学和东南大学所承担的科技部“十五”科技攻关项目之一——“ITS效益评价方法研究”在ATIS方面展开了效益分析方法的研究。东南大学曾在ITS方面开展了一些研究课题,有些涉及到ATIS的基本概念和设计理念。
其中,本文重点讲述出行者信息系统ATIS,主要从ATIS的工作原理、研究进展和应用情况、发展趋势等几个方面进行阐述。
先进的出行者信息系统ATIS是以个体驾驶员为服务对象,驾驶员可以通过车载路径诱导系统,在与信息系统的双向信息传递中,使自己始终行驶在最优路线上。在信息类型以及信息接收方面,ATIS与ATMS有明显的优势,虽然ATMS中同样具有许多向驾驶员提供信息的设备,如可变信号板、公路咨询广播等,但它们传递的信息量是有限的,而且是为整个交通流总体服务的,其信息只具有普遍性。而ATIS则可以压缩旅行时间,降低燃油消耗和减少废气排放,使交通拥挤状况得到缓解。
交通流信息的检测及获取方式基本都是通过在道路上安装车辆检测器,通过车辆检测器来反映交通量、占用率、速度等等。
气象信息对交通的影响是显而易见的,尤其是对公路行车安全有很大影响,风速、风向对于汽车的行驶阻力、能量消耗、抗侧向倾翻及抗滑移性能都有很大影响,能见度对行车速度有较大的影响,温度和湿度对道路表面状况起着决定性作用,雨雪冰冻则大大影响道路表面状况。
信息传输系统主要是通过光纤、电缆、微波等传输媒介,在终端与交通信息中心/交通信息平台之间的传输语言、文字、图像、视频等。信息传输系统是控制中心与信息采集、发布系统终端之间进行联系的主要渠道,是整个信息系统的重要组成部分。为了确保系统内部数据、语音、图像信息准确、及时地传输,以满足运营管理的通信需求,通常需要建立内部通信专用网。主要的信息传输过程如下。
第一代系统具有如下特点:VMS和HAR是单向的通讯系统,用来向车辆传递通用出行信息,由出行者个人对信息进行筛选,选择出对其有用的信息(如果有的话)。目前VMS仍是发布交通信息的重要手段。
第二代系统称为先进的出行者信息系统(Advanced Traveler Information System,ATIS),它采用信息采集、传输、处理和发布方面的最新技术成果,可以为更广泛的出行者提供多种方式的实时交通信息和动态路线诱导功能。与第一代系统相比,ATIS则是通过车载终端、蜂窝电话、有线电话、有线电视、大屏幕显示和互联网等手段发布信息。
ATIS信息处理系统是对上述收集来的各种交通信息进行相关的处理,以便于通过ATIS的信息传输通道传输到车载终端或者用户终端等等。
(2)生成并定期更新预估的历史路段通行时间数据库,如在一天中的各个时间段,一个星期中的各天和一年中的各个季节。对驾驶员来说,在缺少当前交通报告情况下,这是对路段通行时间做出的最好估计。