智能交通系統結構與發展前景簡述

王子濤 / 中交鐵道設計研究總院有限公司

智能交通系統結構與發展前景簡述

王子濤 / 中交鐵道設計研究總院有限公司

本文結合工作實際，主要就智能交通系統的結構與發展前景進行了認真探究，提出了一些新的思考。

智能交通系統；系統結構；發展前景

隨著我國社會經濟的快速發展，交通負荷壓力與日俱增。現實情況中，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設施建設而得到徹底解決的。直到20世紀60年代，自從交通信號燈發明后，在交通控制系統領域很少見到有革命性的創新。在這個時期，美國提出了智能交通系統(ITS)這個概念。該系統的設計目標是要向人們提供一種高效的，準確的交通控制系統。智能交通系統是一種全新的控制技術，它是為基礎設施建設服務的。同時，也對人員和車輛提供超前的規劃，運營以及控制措施。近年來，在世界范圍內智能交通系統得到了廣泛運用，特別是北美，歐洲以及日本等國家。在我國該系統也陸續得到了普遍推廣與應用。實踐證明：智能交通系統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的結構與發展前景具有十分重要的意義。

一、研究背景

首先，在當今的現實環境下，傳統的交通系統顯然是比較落后和低效的，且伴隨著大量的環境污染。據世界經濟合作與發展組織（OEDC）資料統計，在倫敦43%的硫與61%的顆粒物是由交通運輸的排放所引起的。而關于氮排放，數據顯示倫敦，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，由于交通運輸行業中，95%的能源來自于石化燃料。除了空氣污染，交通運輸的增長對于氣候變暖也具有嚴重的影響。

其次，經濟模式的變化要求運輸行業也要與時俱進。經濟的全球化和自由化以及越來越多的自貿區的創設需要高效率的交通運輸。同時，電子商務的飛速發展更離不開交通運輸行業的發展。傳統的運輸系統與當今我國快速發展的社會經濟形勢很不相適應。因此，必須對現在的交通系統進行大膽改革，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境的污染問題。

二、智能交通系統的結構

智能交通系統由五大基本組件構成。主要包括：高級運輸管理系統、高級運輸信息系統、電子收費系統、高級公共交通系統和貨運管理系統等組件。亦可分為：基礎結構，硬件結構和軟件結構等。下面按照此分類分別作以簡單介紹：

硬件系統主要包括：操作界面、網絡模塊、通信以及本地模塊、短信服務模塊、GIS模塊和優化模型等。首先，系統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數據以完成各種需求。同時，客戶通過手機或者互聯網可以獲取某一車輛的具體位置。網絡模塊可以幫助自動生成行車路線，給用戶提供最優的線路。因而，在實際中被廣泛應用，例如運輸危險品的過程中，會自動尋找優先線路跟蹤位置，確保運輸安全。

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

GIS是ITS發展最重要的支持。它包括一個基礎數據編輯器和地圖服務。基礎數據編輯器可以幫助修改基礎數據。這些數據是地圖服務的基礎。這些數據將會用于計算最合適的路徑。GIS地圖服務會按照需求生成相應的地圖信息。

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

除了硬件部分之外，軟件部分也是ITS的一個重要部分。相比于硬件的發展，軟件對于智能交通系統是更大的制約。軟件的設計需要考慮四個主要方面，第一，軟件的易用性。因為系統的使用要面對大量的非專業人士，這就要求系統軟件要易于使用。第二，系統需要平衡管理者、經營者和客戶之間的利益。一般情況下，管理者關心投資和利潤。運營者關心易用性。而客戶則關心舒適性和費用。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，系統自身的安全也是非常重要的。這里也包括數據的安全和設備的安全等。

三、智能交通系統的優勢

隨著智能交通系統的逐步推廣與應用，它的優勢日益凸顯。在環境保護領域，由于很難控制人們汽車的使用量，大量的技術創新都被投入在可持續的交通運輸解決方案方面，以期達到控制汽車碳排放的目的。因此，智能交通系統就扮演著日益重要的角色。智能交通系統除了可以直接影響交通的規劃外，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，節省了時間，還有效地減少了有害氣體的排放。

在了解ITS系統優勢的同時，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。在未來的研究和發展中，這個問題也是不容忽視的。

四、結論

近些年中，全球視野主要聚焦于氣候變化，資源枯竭，可持續發展和環境污染問題。作為燃料主要消耗的交通系統，革命性的變化刻不容緩。智能交通系統在此過程中扮演著越來越重要的角色。此外，隨著社會經濟的快速發展，電子商務和物流業急需更舒適、更便捷、更高效的運輸方式。從發達國家的實際應用反映的情況來看，智能交通系統節約了大量的能源，達到了有限資源的有效分配。對于發展中國家來說，大部分的發展中國家都面臨著嚴重的環境問題，在非洲和印度面臨著嚴重的環境退化。而在我國，則存在著嚴峻的環境污染問題，例如：我國北方的一些大城市冬季的空氣有時達到了重度污染的程度，在此情況下，智能交通系統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，英國諾丁漢大學碩士研究生，中交鐵道設計研究總院有限公司科員；研究方向：智能交通系統。