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智能運輸系統

智能運輸系統(Intelligent Transportation System，ITS)，日本、美國和西歐等發達國家為了解決共同所面臨的交通問題，競相投入大量資金和人力，開始大規模地進行道路交通運輸智能化的研究試驗。起初進行道路功能和車輛智能化的研究。隨著研究的不斷深入，系統功能擴展到道路交通運輸的全過程及其有關服務部門，發展成為帶動整個道路交通運輸現代化的“智能運輸系統 (Intelligent Transportation System)”。智能運輸系統的服務領域為：先進的交通管理系統、出行信息服務系統、商用車輛運營系統、電子收費系統、公共交通運營系統、應急管理系統、先進的車輛控制系統。“智能運輸系統”實質上就是將先進的信息技術、計算機技術、數據通信技術、感測器技術、電子控制技術、自動控制技術、運籌學、人工智慧等學科成果綜合運用於交通運輸、服務控制和車輛製造，加強了車輛、道路和使用者之間的聯繫，從而形成一種定時、準確、高效的新型綜合運輸系統。

1概述 2構成 3體系框架服務領域

邏輯框架物理框架 ITS標準 ITS評價

4關鍵技術計算機技術通信技術信息技術

多媒體技術傳控技術 5實例

概述

它是目前國外解決城市以及高速公路交通阻塞、提高行車安全和保護環境的主要措施，也是解決道路交通建設的限度，即受到土地資源制約的問題，提高國際間的競爭能力，增育新興產業的戰略措施。

ITS是由若干技術開發項目組成的。這些技術項目加強了道路、車輛和駕駛員三者之間的聯繫，藉助系統的智能，駕駛員對交通狀況了如指掌，管理人員則對車輛的行駛狀況一清二楚，因此提高了公路的安全性、系統的工作效率、環境質量等。

歐洲最著名的ITS研究計劃是19家投資50億美元的聯合項目EUREKA。在這個總計劃中有許多具體項目，如普羅米修斯PROMETHEUS、歐洲交通安全道路體系DRIVE等。美國的ITS研究起步較晚，1991年才開始投資進行開發研究，但發展迅速。目前世界上已經形成美國、歐洲、日本三大研究基地，分別在各自的ITS組織的協調指揮下，進行著各具特色的研究。

構成

由於ITS處於開發試驗階段，其功能和規模不斷發展擴大，對其構成的描述也不盡相同。以美國為例，ITS開發項目可分為7類：(1)先進的交通管理系統ATMS。(2)先進的駕駛員信息系統ADIS。(3)先進的車輛控制系統AVCS。(4)營運車輛調度管理系統CVOM。(5)先進的公共交通系統APTS。(6)先進的鄉村交通系統ARTS。(7)自動高速公路系統（AHS）。

體系框架

體系框架是一種規格說明，它決定系統如何構成．確定功能模塊以及模塊間進行通信和協同的協議和介面。智能運輸系統體系框架開發主要包括三部分：用戶服務、邏輯框架、物理框架。

從本質上來講，這三部分內容是從不同角度對智能運輸系統進行的解釋，用戶服務是從用戶的角度對ITS能提供的服務內容進行描述；邏輯框架則是從系統如何實現ITS服務的角度進行分析，給出ITS應具有的功能及功能間數據流的關係；物理框架則是把ITS邏輯功能落實到現實實體，如車載設備、道路設施、管理中心等設備或組織。

ITS體系框架主要由用戶服務、邏輯框架、物理框架等組成，同時相關內容有用戶主體、服務主體、ITS標準、ITS評價等。由於體系框架各組成都是圍繞著用戶服務展開的，所以從用戶服務和其他各組成關係的角度來解釋各組成的含義，其關係描述如下表所示。

表1 ITS體系框架主要組成與用戶服務的關係描述

組成部分名稱	描述
用戶主體	被服務的對象，明確了服務中的一方
服務主體	提供服務方，明確服務中的另一方
用戶服務	明確用戶需要系統提供什麼樣的服務
邏輯框架	對服務進行功能分解並對邏輯功能進行組織
物理框架	提出物理實體落實邏輯功能，以具體提供服務

服務領域

智能運輸系統主要目標即是為用戶提供良好高效的服務，所以體系結構中一個重要的組成部分就是服務領域，確定能為用戶提供哪幾大類服務。在體系結構中，通過分析用戶需求來確定服務領域，因為主要有公眾和系統管理者兩類用戶，分別對應著系統層次的需求和普通用戶需求。

我國的ITS體系結構中，共分為八大服務領域，其中包含34項服務功能，又被細劃為137個子服務功能。其中，八個服務領域包括：①交通管理與規劃；②電子收費；③出行者信息；④車輛安全與輔助駕駛；⑤緊急事件和安全；⑥運營管理；⑦綜合運輸；⑧自動公路。

美國ITS的九個服務領域包括：①智能化的交通信號控制系統；②高速公路管理系統；③公共交通管理系統；④事件和事故管理系統；⑤收費系統；⑥電子支付系統；⑦鐵路平交路口系統；⑧商用車輛管理系統；⑨出行信息服務系統。

日本智能運輸系統的服務領域包括：①先進的導航系統；②電子收費系統；③安全駕駛輔助；④道路交通的優化管理；⑤提高道路管理的效率；⑥公共交通支持；⑦提高商用車輛運營效益；⑧行人援助；⑨緊急車輛運營。

歐洲智能運輸系統的主要研究領域包括：①需求管理；②交通和旅行信息系統；③城市綜合交通管理；④城市間綜合交通管理；⑤輔助駕駛；⑥貨運和車隊管理。

邏輯框架

邏輯框架用來描述用戶服務，系統功能和信息流程，用結構化數據流圖表和過程規範組織這些功能間的邏輯關係。邏輯框架中包含的相關文件有功能層次表（功能域、功能、過程劃分），功能規範文件（功能域、功能、過程描述），數據流圖文件（描述各功能域、功能、過程間的邏輯關係）。

物理框架

物理框架是將邏輯框架中的功能實體化，模型化，把功能結構相近的實體（物理模型）確定為可以設計的物理系統和物理子系統。基本過程即是將功能分配到物理子系統中，然後確定實現功能的物理實體或結構。最後確定子系統的輸入、輸出終端。

物理框架中包含的相關文件有物理系統層次表，系統、子系統、系統模塊描述文件，物理框架流圖文件。

ITS標準

目前，關於智能運輸系統的專用標準正在研究過程中。由於ITS設計的技術和專業領域繁多，相關的專業技術應遵循相應的技術標準。國際標準化組織（IS（））成立了一個專門技術委員會TC—204，以促進交通系統標準化進程。該技術委員會有16個工作組，很早就開始致力於交通信息和控制系統標準化的工作。

我國也正在開展智能運輸系統有關標準的研究工作。我國的ITS體系結構中主要考慮了四部分內容：ITS綜合性標準，包括ITS術語、結構、數據單元詞典；標準明細表，包括標準名稱、標準簡要描述、宜定級別、採用標準程度或相應的國際發展情況等；標準要求包括：給出每個介面間傳輸的信息流、完成某項功能所必須交換的數據以及該介面適用的通信技術類別；關鍵標準明細表。

ITS評價

ITS評價是智能運輸系統框架的關鍵組成部分之一，其目的是對智能運輸系統項目的經濟合理性、技術可行性、社會效益、環境影響和風險做出評價，為實際的ITS項目提供一個綜合、全面的評價結果，為項目的可行性研究、實施、效果評價及方案比選和優化、決策提供科學依據，對已有的系統運作優化提供依據，還可以幫助投資者對將來的投資做出決定。ITS項目的評價包括五個方面：經濟、技術、社會、環境影響和風險。

關鍵技術

ITS的研究對象是交通問題，但ITS研究開發所利用的工具不僅僅是傳統的交通工程理論，還包括所有相關的高新技術，這些技術成為ITS中應用的關鍵技術。各相關專業共同構成了ITS的專業技術基礎，因此ITS具有多學科交叉的特點，ITS的研究開發需要各個相關專業人士的加盟，涉及的相關專業技術包括信息技術、計算機技術、通信技術、多媒體技術、自形控制技術等。

計算機技術

智能運輸系統可以有效運行的關鍵因素之一即是實現廣泛的信息交換與共享，信息需要採集、傳輸、處理、存儲和發布，而計算機在信息存儲、信息處理等方面起著重要作用。利用計算機資料庫技術可以建立有關領域的資料庫、知識庫和方法庫，利用計算機數據處理軟體處理各類信息，進而建立各類信息系統。ITS中大量的信息、交換需要依靠計算機網路加以實施。目前，在智能運輸系統廣泛應用的管理信息系統（MIS）、決策支持系統（DSS）、地理信息系統（GIS）等無一不是以計算機技術為基礎的。

通信技術

在ITS中，通信技術是極其重要的共用技術，是信息傳輸的媒介。它能保證在信息採集、信息加工處理、信息反饋、信息發布的一系列環節中準確快速地傳遞信息。因此，多種通信方式、通信技術都可以應用於智能運輸系統。

在ITS中主要應用無線通信和有線通信兩種方式，應用的無線通信技術主要有全球移動通信系統（GSM，Global System For Mobile Communication）、碼分多址技術（CDMA，Code Division Multiple Access）、蜂窩式數字分組數據（CDPD，Cellular Digital Packet Date）等陸基移動通信技術及衛星通信技術；有線通信技術有Internet、綜合業務數字網（ISDN，Integrated Services digital Network）、非同步傳輸模式（ATM，Asynchronous Tim（division multiplexing）、光纖分散式數據介面（FDDI，Fiber Distributed Data Interface）等。

信息技術

研究信息提取、信息變換、信息存儲的理論稱為資訊理論。信息需要通過載體才可以真正實現信息流動，而對各類信息進行加工處理后才能應用於各個領域。ITS的核心是交通的信息化，在智能運輸系統中各類信息系統的重要作用不可言喻。例如，利用管理信息系統（MIS）對道路信息、交通狀態信息、交通管制信息和交通事故信息加以管理和控制；應用決策支持系統（DSS），利用各種城市路網信息、地名信息、公安業務信息等靜態信息和報警信息、交通路況信息、超前控制的決策信息等動態信息，對城市道路交通實施超前計劃與控制。

其他應用還有全球定位系統（GPS）和地理信息系統（GIS）。GPS主要應用於車輛調度、目標跟蹤、車輛導航和動態交通流數據的採集（裝有GPS的車輛進行跟車法調查，可得到交通流速、流向等時空信息）等領域。GIS可以應用於交通地理信息的可視化管理，交通地理信息的動態顯示等，還可以用來開發用於車輛定位與導航系統，交通監控系統，交通控制指揮系統，公交智能化調度系統和綜合物流系統等系統的專用電子地圖。

多媒體技術

多媒體技術是通過計算機、電視、通信等技術結合實現的，它將信息、以文字、聲音、圖像等多種方式呈現出來。與ITS相關的多媒體技術主要有多媒體圖像採集技術、多媒體圖像數據壓縮技術、多媒體通信技術等，廣泛應用於ITS中的現代交通監控系統、智能化的電子收費系統、違章識別管理系統、車型分類、車牌號識別等多個領域中。

傳控技術

交通檢測、監視和控制是提高交通運輸系統運行效率，提高交通安全水平的有效手段。能有效、準確檢測實時交通狀態的各類感測器是檢測與監控的前提。在ITS中廣泛應用高靈敏度、高精度的智能化、集成化的新型感測器，可以改善交通檢測與監控的有效程度，提高運行效率。

ITS還將廣泛應用變結構控制、模糊控制、神經元網路控制等自動控制新技術進行交通管理與控制，採用動態實時控制，與交通量動態預報相結合，更加有效地提高道路通行能力和服務水平。建立分散式集散控制系統對高速公路實施以匝道控制、主線控制、走廊控制和網路控制的多種方式的集成控制策略，對城市道路實施綠波或區域性優化控制，以改善高速公路和城市道路的交通狀況，減少擁堵，降低事故發生率。

實例

美國底特律的智能交通中心在系統中使用了148個電視監控鏡頭、54幅可變交通信息情報板、2419個檢測線圈、2070個不同類型的信號控制機及9座通信塔及64mile（1mile一1609.344m）的高速光纖，可以實時監控高速公路的運行狀況。事故管理支持系統可以提醒監控人員潛在的事故並能夠提供一系列的處理方案。

英國的SCOOT系統被稱為Spilt Cycle Offset Optimization Technique，即綠信比相位差優化技術，義大利的UTOPIA系統，法國的PRUDYN系統及德國的MOTION系統，都表明可使車輛平均速度提高10%～29%，旅行時間減少10%～20%。由於城市交通控制系統（UTC）和車輛管理系統（VMS）使汽車降低了26%～30%有害氣體（CO、NOx、HC）的排放，城市的環境得以改善。

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