王笑京
(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院,北京 100088)
智能交通系統(tǒng)(即ITS)正式作為一個(gè)專用名詞出現(xiàn)是在1994年,它是通信、信息和控制技術(shù)在交通系統(tǒng)中集成應(yīng)用的產(chǎn)物。但是應(yīng)用這些技術(shù)改進(jìn)交通運(yùn)輸效率、改善安全、減少環(huán)境污染的工作則從20世紀(jì)70年代就逐漸開(kāi)展了,只是沒(méi)有統(tǒng)一叫法,各發(fā)達(dá)國(guó)家最開(kāi)始都是以不同項(xiàng)目名稱作為交流的名詞,如歐洲的PROMETHEUS、DRIVE和TELEMATICS,日本的PACS、VICS、ASV和UTMS等,美國(guó)的ERGS、MOBILITY2000和IVHS等[1]。進(jìn)入21世紀(jì),ITS逐漸在發(fā)達(dá)國(guó)家投入規(guī)模應(yīng)用,也產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,但是各國(guó)對(duì)ITS的開(kāi)發(fā)并未停止,各國(guó)政府和企業(yè)緊緊抓住通信和信息技術(shù)的進(jìn)步,根據(jù)ITS應(yīng)用的實(shí)際效果,不斷調(diào)整開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的目標(biāo)、調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、調(diào)整應(yīng)用重點(diǎn),并取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。例如,用于交通安全的車車通信接近實(shí)用,而車路通信已開(kāi)始實(shí)用;以寬帶移動(dòng)通信為依托的下一代交通信息服務(wù)系統(tǒng)開(kāi)始暫露頭腳;車路合作系統(tǒng)在改善交通安全和減少排放方面的效果明顯。因此認(rèn)真分析國(guó)內(nèi)外ITS的實(shí)際狀況,確定中國(guó)新一代ITS的發(fā)展方向,以及研究國(guó)內(nèi)ITS和新一代信息技術(shù)的具體發(fā)展方法,對(duì)政府決策部門、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)十分重要。
智能交通系統(tǒng)在近20年的發(fā)展中,已經(jīng)有了不少成功的應(yīng)用,如日本的車載導(dǎo)航和不停車收費(fèi)、美國(guó)的511服務(wù)、歐洲的智能化公共交通服務(wù)和綜合交通信息服務(wù)等,同時(shí)各國(guó)(地區(qū))在已有的應(yīng)用基礎(chǔ)上充分應(yīng)用新技術(shù),在數(shù)據(jù)獲取、車路數(shù)據(jù)交互、依托道路形成無(wú)線接入網(wǎng)等方面將已有應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用再聚焦和提升,逐步演進(jìn)形成了新的應(yīng)用系統(tǒng)。
國(guó)際上車載導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模最大和最好的是日本,1996年在東京地區(qū)開(kāi)始試點(diǎn)服務(wù),現(xiàn)在的用戶已經(jīng)超過(guò)51000萬(wàn)。這其中最大的一個(gè)系統(tǒng)就是有名的VICS,2003年VICS實(shí)現(xiàn)了覆蓋日本全國(guó)的服務(wù),現(xiàn)在它的用戶已經(jīng)超過(guò)3700萬(wàn)①引自日本VICS網(wǎng)站 http://www.vics.or.jp/index1.html。。VICS最大的特點(diǎn)是有動(dòng)態(tài)的交通信息服務(wù),而且在災(zāi)害發(fā)生時(shí),可自動(dòng)接受緊急信息。
國(guó)際上最大規(guī)模的、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)也是在日本,日本在研制ETC和制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就考慮了未來(lái)5.8GHz無(wú)線接入系統(tǒng)的應(yīng)用,從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始研制,2000年開(kāi)始在高速公路上部署,2001年起開(kāi)始應(yīng)用。截至2013年6月,日本ETC用戶已超過(guò)5500萬(wàn),全國(guó)平均利用率達(dá)到89%②引自日本國(guó)土交通省網(wǎng)站http://www.mlit.go.jp/road/yuryo/riyou.pdf。。
日本政府和產(chǎn)業(yè)界并未止步,他們?cè)谝陨蟽蓚€(gè)系統(tǒng)應(yīng)用初步形成規(guī)模時(shí)就開(kāi)始考慮以進(jìn)一步改善交通運(yùn)行和交通安全的應(yīng)用,其著力點(diǎn)是交通信息的全面采集以及超高速無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用。日本國(guó)土交通省2004年提出開(kāi)發(fā)名為Smartway的系統(tǒng),該系統(tǒng)以ETC系統(tǒng)的5.8GHz通信平臺(tái)為基礎(chǔ),將VICS和ETC以及已基本開(kāi)發(fā)成型的先進(jìn)安全車輛系統(tǒng)(ASV)集成。以Smartway的開(kāi)發(fā)為代表,日本正式宣稱開(kāi)展下一代智能交通系統(tǒng)的研發(fā),當(dāng)時(shí)計(jì)劃依托Smartway建設(shè)智能交通通用信息平臺(tái),提供道路信息、電子收費(fèi)、安全駕駛、公眾出行支持等9方面智能交通服務(wù)。為此2005年初組織了政府、企業(yè)共同參加的聯(lián)合體,參加的企業(yè)包括豐田、日產(chǎn)、NEC、三菱、日立、富士通、JRC、松下等大企業(yè)。
在Smartway開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)取得突破性進(jìn)展的基礎(chǔ)上,豐田汽車公司前會(huì)長(zhǎng)豐田章一郎于2009年初代表日本產(chǎn)業(yè)界向政府提出建議:為應(yīng)對(duì)金融危機(jī)和帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,在ETC和VICS普及應(yīng)用的基礎(chǔ)上政府應(yīng)該投資建設(shè)延高速公路的ITS信息交互設(shè)施,產(chǎn)業(yè)界則按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)集成化的車載設(shè)備,開(kāi)辟下一代ITS的新應(yīng)用。日本國(guó)會(huì)于2009年6月通過(guò)了相關(guān)議案,決定政府投資250億日元建設(shè)延高速公路的ITS信息交互設(shè)施。到2011年3月日本在其全國(guó)高速公路網(wǎng)上建設(shè)完成了覆蓋全部路網(wǎng)的ITS信息交互設(shè)施(ITS Spots),產(chǎn)業(yè)界推出了新車載機(jī),可提供ETC、導(dǎo)航和道路安全信息3項(xiàng)服務(wù),預(yù)計(jì)5年內(nèi)將發(fā)展1000萬(wàn)用戶,日本的ITS將邁上新臺(tái)階③中日政府ITS討論會(huì)交流資料,2011年10月。。
美國(guó)20世紀(jì)中期進(jìn)行開(kāi)發(fā)的智能車路系統(tǒng)(IVHS)是美國(guó)ITS的重要起步項(xiàng)目,美國(guó)國(guó)會(huì)1992年的“綜合地面運(yùn)輸效率法案”(即ISTEA)要求政府應(yīng)在2007年前實(shí)現(xiàn)一個(gè)以車路交互和車車通信為基礎(chǔ)的智能公路試驗(yàn)段,相應(yīng)的要開(kāi)發(fā)具有自動(dòng)駕駛、車道保持和車間距離保持的智能型車輛,在這樣的試驗(yàn)段上全面檢驗(yàn)智能化道路和智能化車輛的性能和可用性[1]。美國(guó)政府組織企業(yè)(包括歐洲和日本企業(yè))、大學(xué)和政府的研究機(jī)構(gòu)共同參加,于2007年在美國(guó)加州圣迭哥的高速公路上建成了一個(gè)10km的試驗(yàn)路,并成功組織了驗(yàn)證試驗(yàn),這其中就包括單個(gè)車和車隊(duì)的自動(dòng)行駛、智能車道變換、障礙物智能避讓以及復(fù)雜狀況的自動(dòng)駕駛等。在這些驗(yàn)證試驗(yàn)中就大量使用了車車通信和車路信息交互。類似,日本建設(shè)省(即現(xiàn)在的國(guó)土交通?。?000年在筑波試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了名為DEMO2000的演示試驗(yàn),包括自動(dòng)駕駛、車路合作以及基于車車通信的交叉口的安全系統(tǒng)等。
2007年的試驗(yàn)成功后,美國(guó)和國(guó)際智能交通界認(rèn)為自動(dòng)駕駛在未來(lái)應(yīng)用中存在一系列法律和產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題,因此決定將研發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向以提高交通安全為主,兼顧交通信息服務(wù)的智能車輛系統(tǒng),典型項(xiàng)目如美國(guó)政府1998年開(kāi)始組織實(shí)施的智能車輛行動(dòng)計(jì)劃(Intelligent Vehicle Initiative即IVI)。其主要的內(nèi)容是以預(yù)防交通事故(特別是碰撞事故)及其引起的人員傷亡為目標(biāo),開(kāi)發(fā)車載智能化裝置,防止駕駛員分神;研發(fā)和應(yīng)用碰撞防止系統(tǒng),提高安全性。日本和歐洲也有類似的項(xiàng)目在進(jìn)行。
通過(guò)一段時(shí)間的研究和開(kāi)發(fā),美國(guó)認(rèn)識(shí)到僅有車輛的智能化是不夠的,道路交通是一個(gè)人—車—路相互作用的系統(tǒng),因此在2003年美國(guó)運(yùn)輸部(DOT)提出了車路集成系統(tǒng)的概念(Vehicle Infra structure Integration,即VII)概念,2004年開(kāi)始由美國(guó)聯(lián)邦公路局、AASHTO、各州運(yùn)輸部、汽車工業(yè)聯(lián)盟、ITS America等聯(lián)合研制,該項(xiàng)目計(jì)劃以道路設(shè)施為基礎(chǔ),通過(guò)信息與通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車與道路設(shè)施的集成,提高道路交通安全和效率。該項(xiàng)目的重要成果選擇在2008年舉辦的智能交通系統(tǒng)世界大會(huì)上進(jìn)行集中展示,展示地點(diǎn)在紐約市的第11大街上,美國(guó)運(yùn)輸部、紐約市交通局、來(lái)自主要發(fā)達(dá)國(guó)家的 汽車廠商共同參加了展示,筆者有幸參觀了這次展示。展示結(jié)果表明,依靠通信和傳感器技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)以提高安全為主要目的的車路集成系統(tǒng),車載的通信和控制系統(tǒng)已經(jīng)接近實(shí)用,但是還需要進(jìn)一步評(píng)估和完善。
在VII研究試驗(yàn)接近結(jié)束時(shí),美國(guó)政府和產(chǎn)業(yè)界對(duì)其進(jìn)行了評(píng)估,并于2009年提出了名為IntelliD-rive的“美國(guó)ITS戰(zhàn)略計(jì)劃2010-2014”。該計(jì)劃的主要內(nèi)容是在VII的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開(kāi)發(fā)實(shí)用的、以安全為主要目的的車車通信(V2V)、車路通信(V2I),以及研究實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取和管理、動(dòng)態(tài)的機(jī)動(dòng)性和道路氣象管理等。美國(guó)政府還在2011年以招標(biāo)的方式選擇在密執(zhí)安州的Ann Arbor進(jìn)行2800多輛規(guī)模的車路和車車合作系統(tǒng)示范項(xiàng)目,檢驗(yàn)對(duì)交通安全和機(jī)動(dòng)性的改善,其結(jié)果將直接用于2013年美國(guó)聯(lián)邦公路交通安全局相關(guān)決策和法規(guī)的制定①AASHTO Workshop 交流資料, 2012年10月。。
類似的開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)在日本和歐洲同樣在進(jìn)行,除了前面已經(jīng)介紹的日本Smartway項(xiàng)目外,歐洲在多年研究的基礎(chǔ)上,從2008年開(kāi)始就組織合作系統(tǒng)(Cooperative System)的路上測(cè)試,2008年以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、框架和方法為主,2009年以車載通信信息系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試為主,2010年~2011年以合作系統(tǒng)中的通信信息技術(shù)測(cè)試為主,后兩期的測(cè)試安排了國(guó)際主要汽車廠商1000輛各種各樣的車輛。
通過(guò)主要發(fā)達(dá)國(guó)家 ITS應(yīng)用狀況和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,智能交通系統(tǒng)正在由單個(gè)方向的智能化應(yīng)用系統(tǒng)(如導(dǎo)航、ETC、安全輔助駕駛、智能信號(hào)控制系統(tǒng))向更高層次的合作系統(tǒng)(Cooperative System)演進(jìn),為此歐洲、美國(guó)和日本逐步將其歷年開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的各種智能交通系統(tǒng)集成在合作系統(tǒng)的下面,并開(kāi)始在產(chǎn)業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)方面進(jìn)行協(xié)調(diào)。從2009年開(kāi)始,歐、美、日政府間分別簽訂了標(biāo)準(zhǔn)合作協(xié)議,開(kāi)始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)的準(zhǔn)備,而且大家都使用智能交通領(lǐng)域的合作 系 統(tǒng)(Cooperative System in the Field of ITS)這個(gè)新說(shuō)法,2012年歐洲和美國(guó)正式在文件中統(tǒng)一使用合作型智能交通(Cooperative ITS)作為下一階段的ITS發(fā)展的代表,隨后日本也表示加入,2013年上半年韓國(guó)也完成了與歐、美、日的政府間合作協(xié)議,正式加入合作型智能交通的開(kāi)發(fā)。
根據(jù)美國(guó)政府和歐盟發(fā)布的報(bào)告看[2],合作型智能交通是在前面各種ITS技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用基礎(chǔ)上,依托下一代通信技術(shù)將車與路、車與車、車與其他機(jī)構(gòu)和人連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)安全、可靠和綠色的交通。當(dāng)前的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是人機(jī)交互、標(biāo)準(zhǔn)、互操作和評(píng)估工具。
在政府間開(kāi)展合作研究的同時(shí),發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)界同樣積極進(jìn)入合作型智能交通的開(kāi)發(fā),而且更把其擴(kuò)大到基于新一代移動(dòng)通信的交通服務(wù),其概念是人通過(guò)移動(dòng)終端成為整個(gè)交通系統(tǒng)可控的一個(gè)組成部分,交通信息成為系統(tǒng)的控制指令,在宏觀上總有相當(dāng)一部分人會(huì)根據(jù)交通信息改變行為,如改變路線、改變所乘交通工具、改變出行時(shí)間等,因此合作型智能交通就可以將自行車和公共交通乘客均納入系統(tǒng),從而成為提升綜合交通系統(tǒng)效率和安全的重要手段。所以合作系統(tǒng)成為國(guó)際ITS發(fā)展的新熱點(diǎn)。
綜上所述,可以看出國(guó)際智能交通界在ITS各個(gè)方向充分應(yīng)用通信和信息技術(shù)的新成果,而且取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,特別是在原有各方向的應(yīng)用基礎(chǔ)之上,依照ITS體系框架的總規(guī)劃,提出了集成度更高、層次更高的系統(tǒng)概念和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。要發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能交通系統(tǒng),不僅僅是技術(shù)上要有突破,以下幾個(gè)因素也必須考慮,而且不可回避:
(1)國(guó)際智能交通界、汽車界和通信界已經(jīng)投入過(guò)大量經(jīng)費(fèi)和人力,已經(jīng)形成了完整的技術(shù)體系,而且已經(jīng)接近產(chǎn)業(yè)化,部分已經(jīng)投入使用,我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ITS技術(shù)如何介入并形成產(chǎn)業(yè)?
(2)新的ITS應(yīng)用與汽車關(guān)系緊密,而汽車產(chǎn)業(yè)的體系化和路徑依賴極強(qiáng),主要發(fā)達(dá)國(guó)家汽車廠商的高檔車電子裝備的成本已經(jīng)占到總成本的40%以上,不在其體系內(nèi)的設(shè)備很難進(jìn)入。
(3)僅考慮汽車還不夠,國(guó)際智能交通界無(wú)一例外的都有政府的交通部門參加,信息技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用如何適應(yīng)以管理交通基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸為主的交通部門?
(4)歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家在車與車通信、車與路通信以及合作型智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)結(jié)成聯(lián)盟,給我們留下的空間有限。
智能交通系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展近20年了,社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)生了深刻的變化,通信和信息技術(shù)也發(fā)生了巨大變化,因此我們必須面對(duì)我國(guó)的實(shí)際情況和實(shí)際需求討論未來(lái)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展方向。
(1)必須清醒地看到雖然我國(guó)GDP總量已經(jīng)是世界第二,但人均GDP僅5千美元左右,即使是東部發(fā)達(dá)的大城市,如北京和上海,人均GDP也只有1.2萬(wàn)美元。而發(fā)達(dá)國(guó)家提出智能交通系統(tǒng)時(shí)的人均GDP都在2~3萬(wàn)美元,日本更是達(dá)到人均4萬(wàn)美元。中國(guó)人口和資源條件,不允許發(fā)展以小汽車為主的交通模式。因此中國(guó)智能交通的注意力應(yīng)該從重點(diǎn)關(guān)注小汽車轉(zhuǎn)向關(guān)注城市的公共交通為主、兼顧小汽車,同時(shí)將提高出行可靠性和安全性作為重要方向。
(2)新一代信息技術(shù)是中國(guó)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,中央政府、地方政府、學(xué)術(shù)界和企業(yè)非常關(guān)注,也將交通運(yùn)輸領(lǐng)域作為其應(yīng)用的重要方面,但是在具體應(yīng)用上的落腳點(diǎn)還未完全找到。新技術(shù)的應(yīng)用不能將原來(lái)已經(jīng)應(yīng)用多年的東西進(jìn)行翻版,而是對(duì)原來(lái)系統(tǒng)沒(méi)有的功能或?qū)υ瓉?lái)不完善的功能的提高,否則應(yīng)用行業(yè)不會(huì)感興趣,也不會(huì)投資。至于用口號(hào)來(lái)吸引眼球和投資,如果后面沒(méi)有應(yīng)用,則是不可持續(xù)的。
具體到應(yīng)用領(lǐng)域,目前國(guó)內(nèi)最熱的是RFID的應(yīng)用和車聯(lián)網(wǎng),RFID在交通領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)很多,像港口管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理、公交優(yōu)先系統(tǒng)等,應(yīng)該說(shuō)RFID的應(yīng)用前景廣闊。但需要注意的是市場(chǎng)大量的RFID產(chǎn)品是國(guó)外廉價(jià)和簡(jiǎn)單芯片的封裝制品,技術(shù)性能滿足不了應(yīng)用,集成商根本不把實(shí)情告訴用戶而且違規(guī)使用,典型的是在433MHz和915MHz頻段完全不管國(guó)家無(wú)線電管理規(guī)定,將發(fā)射功率提高到規(guī)定值的3~10倍,甚至更高,以滿足工作距離的要求。而在車聯(lián)網(wǎng)方面,這個(gè)詞確實(shí)是中國(guó)人首創(chuàng)的,但在國(guó)際上找不到對(duì)應(yīng)的詞,于是有人將國(guó)際上能粘上邊的作為對(duì)象對(duì)比,如VICS、Telematics、Cooperative System等,VICS和Cooperative System前面已經(jīng)談過(guò),人家的路已經(jīng)走得很遠(yuǎn)了,而Telematics也不是新東西,因此我們現(xiàn)在的車聯(lián)網(wǎng)需要提出自己的新概念和服務(wù)框架,不能將ITS中已經(jīng)體系化和產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用直接搬過(guò)來(lái),因?yàn)檫@個(gè)方向上國(guó)際上已經(jīng)走得很遠(yuǎn)了。
(3)新一代信息技術(shù)為交通領(lǐng)域提供更加詳細(xì)和完整的數(shù)據(jù)采集,以及大大提高無(wú)線數(shù)據(jù)交換的能力,因此新一代信息技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用需要從整個(gè)交通運(yùn)輸過(guò)程中找新的突破口,這就要求交通運(yùn)輸行業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)要密切合作,交通運(yùn)輸行業(yè)要把新一代信息技術(shù)作為重要的生產(chǎn)力看待,而生產(chǎn)力的進(jìn)步往往帶來(lái)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的革命。
作為現(xiàn)代交通技術(shù)代表之一的智能交通系統(tǒng),是建設(shè)現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)的重要支撐,也是我國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。我們要看到國(guó)際發(fā)展的前沿,也要看到發(fā)達(dá)國(guó)家相關(guān)部署對(duì)我們未來(lái)的影響。在新的歷史起點(diǎn)和新的發(fā)展臺(tái)階上,智能交通系統(tǒng)須主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境變化以及交通運(yùn)輸發(fā)展重點(diǎn)和方式的變化,充分考慮我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、實(shí)際需求、政策和管理環(huán)境、新一代信息技術(shù)給我們提供的裝備與能力,努力實(shí)現(xiàn)中國(guó)智能交通系統(tǒng)的自主發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展和跨越發(fā)展。
[1]王笑京,等.智能交通系統(tǒng)體系框架原理與應(yīng)用[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2004.
[2]Research and Innovative Technology Administration,US DOT.International Deployment of Cooperative Intelli gent Transportation Systems-Bilateral Efforts of the European Commission and United States Department of Transportation[EB/OL].http://www.its.dot.gov/connecte d_vehicle/pdf/Joint_EU-US_Report.pdf.2012-10.