DIY编程器网

标题: 浅谈日本智能交通系统的现状和未来发展情况 [打印本页]

作者: admin 时间: 2015-4-27 21:25
标题: 浅谈日本智能交通系统的现状和未来发展情况
智能交通系统（Intelligent Transport Systems，简称ITS）是国家在上世纪中期开始研究的交通系统。当今世界，随着汽车的发展普及，很多国家着手该系统的开发和应用，已经取得了很多成果。

　　ITS是一个旨在克服道路、车辆和人三者之间相互矛盾的综合技术解决方案。高度发展的信息技术和通讯技术，使得这个技术解决方案得以成立和实施，而此系统的应用、推广和发展又为安全、高效、环保的汽车社会提供了保障。

　　让我们在回顾日本ITS的历史后，再来观察它的现状，并展望其将来。

　　一、各自为战的时代（1969年至1995年）

　　上世纪60年代中后期，小汽车、空调和彩色电视机替代洗衣机、冰箱和黑白电视机成为当时日本百姓争相竞购的“新三种神器”。

　　小汽车迅速走进日本的千家万户，到70年代初，日本的一些大城市已经车满为患，拥挤不堪。

　　1969年，日本在一些城市开始导入交通管理系统，用道路信息通告牌和广播，向行驶在路上的各种车辆提供拥堵信息。这种对道路和车辆进行管理的尝试，涉及道路建设的不少基础设施，比如在高速路的一些路段上设置感应装置和电子告示牌，开设全国统一的交通拥堵广播波段（中波1620）等。到1978年这个交通工程告一段落时，其仅限于用广播或告示牌将道路拥堵信息告诉行驶在路上的车辆，车辆驾驶者则根据这些信息，决定自己行驶的路线。而这种随机应变的判断，对于一个不了解周围道路状况的驾车者来说好比瞎子摸象，所以大多数私家车主即使听到了道路信息，往往也仍旧选择忍受塞车的痛苦。

　　车载地图和导航仪很大程度上就是为让驾驶者了解周围道路而开发的。1981年，本田汽车公司在日本首先开发了利用陀螺原理显示自车位置的车载地图，因为精度不够，一直没有推广开来。1987年，日本电装公司开发了将地图信息刻录于CD的车载地图。1991年使用GPS信号测定自车位置，并可以自动引导车辆到目的地的导航仪面市。翌年，不用反复确认画面，只需听着声音提示的导航仪推出，赢得私家车主的喜爱，自此日本的车载导航仪得以迅速推广开来。

　　伴随着小汽车的迅速普及，交通死亡事故也频频发生。1970年，日本因交通事故而死亡的人数创下16，756人最高数字。这些事故既给家庭造成了无法挽救的痛苦，也给社会带来了巨大的经济损失。根据日本有关方面的调查，车车事故中最大比例为追尾（31%），其次为相撞（26%）。为了提高日本车的被动安全性能，日本的汽车公司付出了不懈的努力，各种和安全带相关的装置，如防抱死刹车（ABS）、安全车体技术以及各种安全气囊等都是在70年代至90年代初在日本小汽车上得到实施的。

　　到90年代初，尽管通过日本政府和企业将近30年的各自努力，交通情况得到了一定的改善，但是一个有效的人、车、路和谐共存的交通管理体系却仍然没有形成。1995年，日本的通产省、运输省、邮政省、建设省和警察厅五部门制定道路、交通和车辆的信息化实施方针，拉开了ITS系统研究开发和实施的序幕。

　　二、ITS实施现状（1996年至2008年）

　　1996年7月，五部门又制定了更加详细的ITS全体构思，准备用15到20年的时间让日本的道路更加智能化，实现人、车、路三者的和谐互动。构思的具体内容有9项：高性能车载导航仪、自动收费系统、安全行车支援系统、交通管理智能化、道路管理效率化、公共交通支持系统、商用车效率化、步行者支持系统和紧急车辆运行支持系统。

　　(1)车辆信息通信系统（VICS）和高性能车载导航仪

　　1996年开始的VICS（Vehicle Information & Communication System），即车辆信息通信系统是这一时期的核心系统。该系统将从日本各地警察和道路管理部门收集的交通信息，进行整理、加工后，用三种方式传播给各种车辆。首先是针对高速道路使用者，通过路上的电波装置对经过该装置的车辆（信号接受直径70米）提供前进方向200公里内的道路信息。

　　针对非高速道路的使用者，应用两种媒体传送信息。对行驶在主要干道上的车辆，通过路上的光波装置对经过图1：日本ITS应用的现状

　　该装置的车辆（信号接受直径3.5公里）提供前进方向30公里和后方1公里的道路信息。这两种信息的播送频率为2.4GHz。对一般道路的车辆则使用 FM调频广播，在全县（相当于中国的省）或相应范围内播出。同以往的道路信息相比，VICS的信息精度大大提高。因为VICS的信息基于设置在道路边上的各种感应装置，可以实时传送各种很精确的图像及声音。驾车者可以利用这些精准的信息，做出各种反应。

　　和VICS相适应的是可以接受此信号的高性能车载导航仪，VICS提供的道路信息可以直接在导航仪的屏面上和道路复合显现，道路的拥堵情况以颜色区分，比如红色表示非常拥堵，橙色表示拥堵，让驾车者非常直观地了解堵塞的整体状况，比较周围道路状况，自觉躲避拥挤的道路。导航仪也可以根据驾车者的指令，回避拥堵道路，重新检索新的行车路线。

　　VICS开通以前，如果驾车者没有收听道路广播，就会对道路信息一无所知。而VICS则不仅可以自动将道路信息反映到荧屏，还可以将地震、山崩、事故等紧急信息直接插入荧屏，提高行车的安全系数。

　　随着嵌入式技术的发展和信息储存的硬盘化，车载导航仪已经今非昔比，它不仅是驾车者的千里眼、顺风耳，还是安全行车的好助手。VICS会将需要注意或采取对策的各种信息，比如事故信息、并线车辆信息、会车信息、各个车道的前方信息等等及时插入荧屏提示车主，防止或减少事故发生。

　　同时，车载导航仪也已经成为私家车中不可或缺的娱乐装置。收看电视，播放碟片，连接iPod或音乐装置等等，让人们在车辆这个狭小空间内的生活变得更加丰富多彩。

　　(2)ETC和ITS车载装置

　　ETC（Electronic Toll Collection System）即电子收费系统，是ITS系统中不可或缺的重要组成部分。该系统自 2001年3月投入使用后，短短6年间便累计售出1700多万台。现在日本收费道路的通过车辆中，70%的车辆是安装了电子收费系统的车辆，以前人工收费时，收费站前车辆排成长龙的景象基本消失，一驶而过的快感成为很多人选择安装ETC的理由之一。当有ETC装置的车辆进入自动收费口时，双向大容量通信系统马上就可以将车牌号、信用卡持有人、进入地点和时间等信息双向留存，当车辆驶出收费路口时，出口通讯系统便可以依据留存信息，瞬间结算费用。ETC装置可以这么快地在日本推开，还有一个理由就是政府的价格优惠政策，无论开始推广，还是已经安装此装置后，都有打折优惠。最近日本巷间流传的节假日高速道路一律收费1000日元，只是限于装了ETC的车辆。

　　和很多国家的电子收费系统不一样的是，日本的ETC采用机卡分离的形式。就是机器装置固定在车辆上，而ETC卡则随使用者走。使用者无论开什么车辆，只要将ETC卡插入该车的装置，就可以结算。这种机卡分离形式的最大优点就是具有很大的扩张性。ETC卡不仅可以用作道路使用费的支付，也可以支付停车费、汽车轮渡费（此两项内容还局限于局部地区）等。今后这种卡还可以支付各种消费费用，积累各种返点或折扣。

　　支撑高性能ETC卡和硬件系统的是高速大容量的通信手段DSRC (Dedicated Short Range Communication)，即专用短距离通信方式。DSRC使用5.8GHz，它使车辆和车辆、车辆和道路、车辆和各种设施、车辆和门户网站之间的更大容量的双向通信成为可能。

　　兼容DSRC的车载导航仪称为ITS 车载装置。2007年，日本有关部门发布了ITS车载装置的标准，并在此装置的基础上试验了今后将要推出的各种服务内容。这些内容有更加详细和更加广泛的道路信息和静止图像，行驶和停留时的无线上网，车辆和车辆之间的互动通信，以及各种公共设施的搜索、预约和自动结算等等。有关部门联合生产厂家，准备用 10年的时间积极普及ITS车载装置，让日本的智能运输系统变得更加智能化。

　　(3)安全行车支持系统

　　这里讲的安全行车支持系统ASV（Advanced Safety Vehicle）主要是指预防安全技术。和前期日本各小汽车生产厂家积极在车上配置被动安全装置不同，预防安全技术主要是通过各种辅助装置，提高安全行车系数。这些技术有些已经在各小汽车厂商的高级车上采用。

　　比如最近换代的丰田皇冠车就有几种支持安全行车的选装件，比如瞌睡监视装置，通过监视器监视驾车者的眼皮，发现驾车者瞌睡时，及时报警提醒。比如防追尾装置，用雷达不断监测同前车的距离，一旦距离缩短到可能追尾时，汽车就会发出警报；如果驾车者还不及时刹车的话，汽车就会自动刹车，避免或减轻事故。

　　日产风雅车的安全行车装置有车线自动跟踪装置，该装置在汽车行驶中自动跟踪车道的分离线，并自动保持车辆行驶在安全的区间。高速道路上该汽车还可以根据设定跟随前车自动驾驶。诸如这样可以减轻疲劳、预防事故的技术很多在日本已经成为现实。
　　安全行车其实是一个相当复杂的系统，从道路方面看，AHS(Advanced Cruise－Assist Highway Systems)，即安全行车支持道路系统也是ITS的一个重要组成部分。其内容由7个方面组成：比如弯道减速、车道监控、行人保护、预防追尾和撞车等等，因为VICS和DSRC 的存在，把路面上的信息及时告知驾车者成为轻而易举的事情。今天在日本，只要装备了高性能车载导航仪的车辆，得到这些信息，提高安全行车系数已经是非常现实的事情。

　　(4)其他各子系统

　　除了上述内容以外，ITS的其他子系统，比如交通管理智能化、道路管理效率化、公共交通支持系统、商用车效率化、步行者支持系统和紧急车辆运行支持系统，也都取得了相当大的进展。

　　交通管理智能化和道路管理效率化，在前面已经多少涉及，拥堵信息发布、车道前方信息通报等等车路互动属于这些方面。信号灯优化管理、特殊车辆通畅行驶的保障等等都早就已经成为现实，公共交通运行信息在东京这样的大城市已经相当准确。

　　步行支持系统还停留在小范围试验状态。该系统利用“泛在”理念，将IC芯片嵌入各种信息对象，步行者只要手持阅读器就可以了解比如道路、盲道、楼层、交通等信息。盲人手持阅读器就可以像正常人一样在盲道上步行。该系统在人穿行横道线时，进行人车间的互动通信，减少事故隐患。

　　商用车的配置和装载信息因为涉及很多要素，它是ITS各子系统中进展最慢的部分。

　　三、ITS系统和嵌入式技术

　　ITS的研究、开发和实施涉及到各种技术，其中嵌入式技术是最不可或缺的。也正是由于ITS系统的研究和实施给日本的嵌入式技术带来了有利的发展机会，在整个ITS系统中，我们可以看到大量的嵌入式技术的应用。这些嵌入式系统可以按照很多种方法分类。为了便于理解，我们可以用比较直观的方法分类描述。

　　汽车电子中的嵌入式系统。在对日本的ITS描述中我们可以看到许多汽车电子系统，如：导航仪、摄像装置、车载收费装置、雷达、制动控制系统等。这些嵌入式系统中，导航仪、摄像装置等功能复杂，数据处理量非常大，但实时性要求不一定很高，适合使用CISC指令集的CPU配合相关的硬件设计和实时性不是很高但开发方便的OS。制动控制系统等功能简单，数据处理量低，实时性要求非常高，比较适合RISC指令集的CPU和实时性很高的嵌入式OS或不用OS。

　　地面上固定的嵌入式系统。这些嵌入式系统主要是相对车载的嵌入式系统而言的。如前文所述的通信系统、收费系统、道路和建筑物的标识等。通信和收费系统都是属于比较复杂和庞大的系统。它们的最前端肯定是嵌入式系统，如：通信控制装置、发送和接受装置、收费系统中的车辆识别装置、实时扣费装置等。但是后端则不一定是嵌入式系统，大部分情况下是大型服务器和PC机组成的一个局域网络。这些大型的计算系统和上层的更大型的计算中心通信形成一个庞大的计算网络。

　　行人持有的嵌入式系统。行人是交通中的一个重要的环节。如前文所述，在日本手拿阅读器可以识别道路、建筑物等。这个阅读器将来可能是盲人手中的拐杖，也可以是正常人手中的手机。无论是什么样子的，它都是一个有着复杂计算能力的嵌入式系统，可以计算出并找到行人要寻找的目标。同时它也有可能被汽车识别，能够保证你过马路的绝对安全，也能够告诉出租车你要打车去哪里。

　　值得一提的是，在日本的ITS系统当中，有许多系统用的实时操作系统是iTRON。这种操作系统是日本本土自产，在日本有大量应用。当然在硬件系统当中，日本有许多自产的芯片在各个嵌入式系统中工作。

　　在日本已初显规模的ITS系统可以理解成普适计算的一个子集。在这个系统当中，为了获得实施的道路交通信息和顺畅通行，将各个车载导航设备、车载电子收费装置、收费卡等作为一个个终端节点参与计算。它们通过不同频率的电磁波和道路旁的通信装置以及收费道口的收费系统进行实时双向通信并参与计算，而这些路旁通信装置和收费系统又作为整个大系统中的一个个计算节点参与更大的计算。

　　同样，为了车辆、驾驶员和行人的安全，将人、车辆作为一个个终端节点参与计算。车载电子系统通过图像处理技术（数据采集技术的一种）来获得驾驶员的实时状态的计算。汽车与汽车之间、汽车与行人之间可以通过雷达等技术进行位置的计算。即使是仍然不成熟的步行支持系统中，已经能够把行人、道路、建筑物作为计算对象，参与整个ITS的运算。我们完全可以这样描述ITS系统：在ITS系统内有各种各样的节点（人、建筑、道路、车辆等），他们无时无刻不作为一个相对独立的单元参与整个ITS系统的计算，能够满足交通系统的信息需要。

　　四、问题和展望

　　ITS系统在自动收费、路车互动、有效导航等方面已经涵盖日本主干道以上的所有道路，今后的主要课题是继续深化和普及。比如因为历史的原因，日本高速道路的各个出入口的间隔距离很大，如何低成本就近驶入高速或专用道路成为令很多地方政府头痛的课题，自动收费系统的出现，可以在高速道路的停车场和服务站边上设立自动收费的出入口，为解决这样的课题提供了现实基础。这样的试验也已经在小范围内成功。

　　深化普及工作涉及方方面面，比如停车场、大百货公司或超级市场的停车费是可以根据购物的总额，打折或免费的。如何让ETC系统也适应这种因商店而异、千变万化的收费规定其实是相当复杂的工程。还有采用此系统需要一笔不小的设备投资，此费用应该由谁负担也是颇费思量的难题。

　　另外，道路信息的提供频度，也会因为驾车者的喜好而不同，有些人欢迎的信息插入频度，会让另一些人感到烦躁，这种众口难调的现实，实在很难找到解决的好方案。

　　将来的ITS肯定会是一种安全、高效、环保的系统。人车互动、车车互动的比例将会增加很多。现在让驾车者可以“看到”视线难及的障碍物后的车辆或行人，已经成功。人车互动、车车互动将会给行车安全提供很大的保障。而通畅的道路，又会带来环保和高效的结果。

　　DSRC已经成为国际通过的标准，可以预见在不远的将来，日本的ITS系统将会融入亚洲各国的智能道路系统，为全球范围的安全、高效和环保发挥更大的作用。

　　ITS系统的下一步发展应该是更庞大的海陆空三位一体的现代交通系统。相对ITS而言那将是更大的挑战，有更多的问题等待我们去解决。

欢迎光临 DIY编程器网 (http://diybcq.com/)