高速公路的信息化与智能化发展.docx

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高速公路的信息化与智能化发展

高速公路的信息化与智能化发展

随着城市化的进展和汽车的普及，交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化，交通问题已成为国家困扰的社会问题。

智能交通系统是解决以上交通问题的有效途径，其基本特征为信息化，其核心技术为智能化，两者之间存在密切的联系，交通信息化是智能化的基础，没有交通信息化就无法实现智能化；交通智能化是交通信息化的推进和延伸，交通智能化对信息化提出了更高的要求，从而促进交通信息化的发展。

1、高速公路信息化与智能化的概念

1.1高速公路信息化信息化是指信息技术产业化和信息资源开发利用产业化所组成的整个信息革命的发展过程，它反映一个国家或地区利用信息技术和信息资源的总体水平。

信息化是一个整体的概念，包括六个基本要素：

信息资源、信息技术应用、信息传输网络、信息技术和产业、信息化人才以及信息化政策法规和标准。

高速公路管理的信息化是交通信息化的主要内容之一，其含义可以理解为：

在高速公路的规划、建设、养护、运营及交通管理方面运用信息技术，实现信息采集、处理及服务的系统化，并共享其资源，从而提高高速公路的管理和服务水平。

1.2高速公路智能化高速公路是一个涉及人、车、路、环境等多个要素的、复杂的、

动态的大系统，智能化的高速公路系统是智能交通系统的一个重要组成部分。

1.2.1智能交通系统简述

（1）智能交通系统概念（IntelligentTransportationSystems）：

是以先进的交通信息系统为基础，将信息采集技术、数据通信业务、电子控制技术及计算机处理技术等有效地运用于整个运输管理体系，使人、车、路密切的配合，和谐的统一，从而建立起一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合运输管理系统。

（2）智能交通系统的服务领域：

目前国际上公认的智能交通系统的服务领域为七个方面：

①先进的交通信息服务系统；②先进的交通管理系统；③先进的公共交通系统；④先进的车辆控制系统；⑤货运管理系统；⑥电子收费系统；⑦紧急救援系统。

（3）智能交通系统主要内容：

①交通管理与规划；②电子收费；③出行者信息服务；④车辆安全与辅助驾驶；⑤紧急事件和安全；⑥运营管理；⑦综合运输

1.2.2高速公路智能化的含义高速公路智能化是指将先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术和系统集成技术等有效的应用于高速公路的建设与管理，从而加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成一种安全、高效的运输系统。

与传统的高速公路管理相比，智能化最大的区别就是充分体现以人为本的管理思想。

它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。

在高速公路交通运输的各个环节，如何为高速公路的建设者、管理者和出行者提供方便、快捷的服务是智能化所要解决的核心问题。

高速公路智能化的基本构成包括信息采集、信息的处理与综合、决策决定、决策的执行、决策的评价与改进五部分。

1.2.3高速公路智能化的基本要素高速公路智能化的基本要素主要包括信息化和综合化：

①能完整、实时的采集和发布高速公路交通信息及其他相关信息；②交通参与者、交通管理者、交通工具、道路管理设施间能实时和高效的进行信息交换；③高速公路智能化是将原先分散的各个子系统有机的组成一个整体，大大提高了现有交通系统的管理水平、控制能力，并提高了交通网络的通行能力，减轻了交通对环境的负面影响，而且发展了交通运输行业的组织形式、管理水平，革新了交通运输观念。

1.2.4高速公路智能化的主要功能

高速公路智能化系统是智能运输系统的一个子系统，因此智能化的高速公路系统的功能也必然与智能运输系统的功能相一致。

智能交通系统的八个功能域为交通管理与规划、电子收费、出行者信息、紧急事件管理和安全、运营管理、综合运输、车辆安全辅助驾驶与自动公路等，这就决定了智能化高速公路系统的主要功能必然被这八个功能域所函盖，结合现有高速公路的业务管理机构设置情况，形成高速公路智能化六个主要功能：

交通监控、紧急事件与安全管理、收费管理、出行者信息服务、先进的设施建设与维护管理及数据管理等。

1.2.5高速公路智能化建设的主要内容及服务对象

鉴于以上高速公路智能化的主要功能，在智能化建设方面可归纳为以下几方面：

高速公路通信平台；高速公路管理共用信息平台；高速公路综合管理系统；高速公路智能化收费系统；高速公路智能化养护管理系统；高速公路联动紧急救援系统；高速公路公众信息服务系统；高速公路智能化路政管理系统。

“高速公路管理共用信息平台”是高速公路智能化系统的信息纽带，它是沟通各高速公路综合管理系统与其他智能化系统以及外部系统间的桥梁；而高速公路综合管理系统是某条高速公路自身业务整合的智能化管理系统。

高速公路智能化涉及众多行业，其主要服务对象是道路使用者、设施建设与管理部门、交通管理部门、公共安全管理部门、运输管理部门及各类相关团体（如：

消防部门、急救中心等），高速公路智能化的发展需要整个社会的共同参与，并在参与的不同行业间进行协调。

2、高速公路信息化与智能化发展状况

2.1国外发展状况美、欧、日是世界上经济发展水平最高的国家，也是世界上智能交通系统开发应用最好的国家。

下面从交通信息化与智能化的实施条件以及规划、建设、运营、管理模式几方面介绍国外的发展状况。

2.1.1发展的基础条件

智能交通系统应用主要集中在美国、欧盟、日本等发达国家和地区，这些国家和地区在实施智能交通系统前，交通基础设施比较完善，但交通基础设施效率普遍比较低。

为了解决新的交通需求和交通问题，继续强化交通基础设施的建设，无论从投资、环境和资源上都是不利的。

在这种情况下，才考虑采用智能化手段提高现有交通基础设施的效率，以满足新的交通需求。

2.1.2规划模式

为发展交通信息化与智能化，许多国家非常重视先期的规划和标准制定工作，通过制定科学的发展规划，确定交通信息化与智能化的发展方向、内容和目标等。

美国集中了国内各种力量，成立了ITS领导和协调机构，于1991年拟订了20年发展计划；1995年3月，运输部正式出版了《国家ITS项目规划》，明确规定了ITS的7大领域和29个用户服务功能。

日本组成了全国统一的ITS开发组织，1996年制定了“推进ITS总体构想”，推出了为期长达20年的发展计划，包含了智能交通子系统部分应用、改善基础设施建设及系统和产品的研究开发。

欧盟19个成员国为共同推进ITS发展，于1985年成立欧洲道路运输信息技术实施组织，实施智能道路和车载设备的研究发展计划；1986年欧洲民间联合制定了欧洲高效安全交通系统计划，在政府介入下，1995年启动了该计划。

2.1.3建设模式美、欧、日等发达国家的信息化与智能化的建设，依据各自国家基本国情的特点选择不同的建设重点。

美国注重安全设施的建设。

目前，美国在智能化交通领域独树一帜，根据本国的交通基础设施特点和实际需要，已建立起相对完善的车队管理、公交出行信息、电子收费和交通需求管理等四大系统及多个子系统和技术规范标准。

其中建设发展较快的分别是：

车辆安全系统（占51%）、电子收费（占37%）、公路及车辆管理系统（占28%）、实时自动定位系统（占20%）、商业车辆管理系统（占14%）。

“9·1恐1”怖事件引发了美国政府和交通界人士的反思，认为ITS应该而且能够有效预防恐怖袭击，加强基础设施和出行者的安全，并可以用于评价灾难的程度和加快交通的恢复，实现快速疏散和隔离。

因此，美国ITS今后的建设趋势之一就是研究ITS在美国安全体系中维护地面交通安全的作用，重点将集中在安全防御、用户服务、系统性能和交通安全管理方面。

日本注重ITS诱导设施的建设。

日本组织了以丰田公司为首25家公司联合研究开发自动公路系统。

近几年，日本还开发了全国公路电子地图系统，打开了车辆电子导航市场，已经有近400万套车内导航系统在市场上应用。

目前，日本的ITS建设主要集中在交通信息提供、电子收费、公共交通、商业车辆管理以及紧急车辆优先等方面。

欧洲注重ITS基础平台的构建。

欧洲在ITS建设方面的进展，介于日本和美国之间。

日前正在进行远程信息处理技术的全面应用开发工作，计划在全欧洲范围内建立专门的交通无线数据通信网，ITS的主要功能如交通管理、导航和电子收费等都围绕远程信息处理技术和全欧无线数据通信网来实现。

目前，在开发先进的旅行信息系统、车辆控制系统、商业车辆运行系统、电子收费系统等方面。

2.1.4运营模式

交通信息化与智能化建设前期和后期运营目标不同。

欧、美等国家和地区在ITS项目运营初期侧重于技术和系统开发，随着技术的成熟和系统的不断完善，逐渐重视系统对用户的优质服务和系统性能的优化，由基础设施建设和车辆生产，逐步转向通过交通设施和车辆性能的完善，来提高交通运输系统的服务质量。

（1）注重ITS整体化信息网络的建设。

美国ITS高效运营目标的实现，在很大程度上取决于全国性、整体化的交通运输信息网络。

这个信息网络需要收集的信息包括：

交通基础设施的自然状态、使用与维护档案、环境状况、天气条件等信息。

（2）全面协调运营，形成一个整体化的交通运输系统。

合理解决了不同交通方式之间转换、绕行和换乘引起的时间改变、不同地区之间的服务标准问题。

交通信息网络提供的服务还包括在线地图、行驶向导、公路沿线可变信息标牌和信息亭、出行计划安排和行程中的实时出行计划改变等。

2.1.5管理模式发达国家依据各自国家基本国情的特点选择不同的管理侧重点。

美国交通管理注重安全应急和效率。

在ITS管理方面的一个重要目标是减少撞车交通事故。

事故自动定位信息系统能通过无线电话和其它通讯设施传送信息;交通事故应变路线软件能够用来搜寻最适宜的救援中心，并为其救护人员赶赴现场规划最佳路线;路线引导软件功能包括最佳路线识别、优先调用平交口信号等，能有效地引导救护车辆快速地到达事故现场；在救护现场，声像通讯设施能将抢救实况直接转送到医疗中心，以便医疗中心在伤员到达之前作好抢救手术的准备工作。

日本ITS管理注重信息采集和利用。

日本交通信息采集多种手段相结合，数量和分布多而广。

例如，车辆检测器基本遍布主要街道，实时采集控制地区的路面交通信息，并到交通控制中心进行处理。

中心计算机对采集的信息自动处理，得出当前交通流量、速度、路段堵塞程度，估算通行时间，选择一个预定交通信号控制方案，使整个道路系统达到最大通行能力。

经过处理后的信息在交通控制中心显示屏上实时显示，包括关键路段、路口CCTV图像、交通状况统计、分析、评价的数据。

通过遍布在全市道路范围内的显示板，发布可视化文字或图形的交通信息;通过多个广播电台和路侧广播进行路况播报；通过装有道路交通信息通讯系统VICS的车载终端查询文本、图形或地图形式的交通信息；通过可接入Internet的手机查询实时交通信息。

这些交通信息发布可以对交通进行诱导，在一定程度上大大提高了现有道路的通行能力，交通事故也明显减少。

2.2国内发展状况

2.2.1发展基础条件美国、日本、欧洲相比，我国人口密度大、道路里程少、路网不完善、车辆出行量大以及自行车交通大量存在，交通基础设施建设还将持续相当长的一段时间。

另外，除部分高速公路和重点航道外，其它交通基础设施还不具备实施ITS的条件。

目前，为了满足我国日益增长的交通需求，一方面要求通过建设交通基础设施满足交通出行的基本要求，另一方面，要通过ITS使交通基础设施的服务能力尽可能提高。

因此，有必要把ITS视为交通基础设施的一部分，同步规划和建设，先期预留ITS发展空间，逐步实施。

2.2.2规划模式在我国，作为政府主管部门之一的交通部，在制定科技发展“九五”计划和2010年长期规划时，就将发展ITS列入计划，开展了ITS发展战略研究。

国家有关部委已经成立了全国ITS协调小组，并完成了“中国智能交通系统体系框架”、“中国ITS标准体系框架研究”、“智能运输系统发展战略研究”等一批关系中国ITS发展的重点项目，同时完成了重大专项“智能交通系统关键技术开发和示范工程”，但我国目前ITS基本上处于分散在有关部门的各自开发研究过程中，尚缺乏系统性、可操作性强的框架体系方案，至今还没有较为完整的全国ITS整体规划和专项规划，这势必影响今后全国ITS的发展。

2.2.3建设模式

就我国而言，在《中国ITS体系框架研究》中涉及到8个服务领域，分别是交通管理与规划、电子收费、出行者信息、车辆安全与辅助驾驶、紧急事件和安全、运营管理、综合运输和自动公路。

“十五”中建设重点集中在国道主干线电子（收费）系统、现代运营体系、高速公路紧急事件管理系统、信息服务系统、事故处理与救援系统等。

这些系统都借鉴了国外ITS建设的经验，同时也考虑了我国的实际情况，但面对交通基础设施建设、交通需求以及交通发展目标的变化，对这些建设重点势必需要进行重新整合和梳理，从最急需建设的系统入手，制定ITS的建设内容和目标，满足新时期我国交通发展目标的需要。

2.2.4运营模式

在我国，虽然ITS已经开始和主体工程同步规划建设，但进行的主要是ITS的前期和基础工作，前期工作主要是为ITS的实施做好通信资源的预留工作，基础工作表现在交通工程机电设施的建设上，ITS运营还处在初级阶段，只是作为整个主体设施运营的一部分。

另外，我国的交通基础设施还处在大规模建设阶段，以公路交通为例，虽然高速公路的总体规模不断扩大，但除局部区域外，总体上还没有形成网络，即使在形成网络的个别区域，由于投资主体和管理体制的不同，ITS（以交通工程机电系统为代表）的规模效率和网络效率还很难发挥，比如ETC建设方面，虽然在个别路段的个别车道已经实施，但无论是物理基础还是信息载体上都还没有形成系统，从而在很大程度上影响了其效率的发挥。

2.2.5管理模式我国在ITS管理方面开展了一系列研究和工程实施，在城市交通管理、高速公路监控系统、收费系统、安全保障系统等方面取得多项科研成果，并开发生产了车辆检测器、可变情报板、可变限速标志、紧急电话、分车型检测仪、监控地图板等多种专用设备，制定了一系列标准和规范。

无疑，这些工作是实现ITS高效管理的基础。

然而，我国交通信息集成和应用程度还比较落后，现有的交通显示屏基本上是静态交通信息，社会交通参与者利用交通信息的程度比较低，尚未形成真正意义上的交通诱导。

更为重要的是，我国的交通工程设施与其道路设施相比还比较落后，同时与交通管理部门的信息协调沟通、统一管理，尚缺乏机制的保障。

3、高速公路信息化与智能化业务系统及案例介绍

⑴高速公路收费系统

1联网收费系统。

交通部从99年开始推广高速公路联网收费，“京沈高速联网示范工程”的成功也为高速公路跨省市联网收费起到示范作用，解决了跨省高速公路的联网收费技术和管理难题，实现了从省内联网管理向跨省联网管理的转变，对跨区域高速公路联网收费和实现高速公路管理网络化、信息化，具有极为重要的指导意义和现实意义。

目前，我国大陆实行高速公路收费的29个省、市、自治区中，已有27个实现了省、市、区内不同范围的联网，联网里程占全国高速公路通车总里程的88%左右。

一些省份如江苏、山东、河北等实现了全省高速公路全程联网收费。

全国国道主干线基本实现了联网收费的目标。

2电子不停车收费系统（ETC）：

“十一五”国家科技支撑计划课题《国家高速公路联网不停车收费和服务系统》正在实施，京津冀地区和长三角区域跨省市联网不停车收费系统正在建设。

国内电子不停车收费系统正处在一个从试点到逐步推广的重要发展时期，不停车收费将是发展进程中的必然产物，将成为高速公路收费的主流技术。

3自由流收费。

随着流量的增长及技术的进步，自由流收费系统将是高速公路收费系统智能化发展的方向，该系统将提高道路通行能力，减少收费土建设施。

案例1：

奥地利“自由流收费系统”

奥地利卡车收费项目从2004年1月1日起正式投入商业运营，该项目是目前欧洲实施的真正的“多车道自由流电子收费”项目，该项目在2081公里的路段上布设了近400处（800个）收费龙门架。

道路收费设施由车路通信系统、车辆检测定位系统、车辆图象抓拍系统、车牌识别系统等组成。

该收费设施可以对自由行驶状态下通过该站点的安装有合法注册的电子标签的车辆征收道路通行费，实现电子收费，而对没有合法注册的电子标签的车辆进行车辆及车牌图象抓拍，按相应法规处理，可以与交警的处罚统一实施。

案例2：

浙江省高速公路银行卡支付系统；沪杭甬、上三高速公路车主可以使用银联标志的银行卡进行通行费结算，绕开现金交易的诸多不便，即刷即走，减少了在收费口的停车时间，加快了收费道口的通过速度。

该系统由银行提供银联卡支付系统收单设备，完成交易密码传输和认证，银联方面提供系统改造、资金清算等技术支持。

和商场刷卡不同的是，高速公路银联卡系统刷卡和输密码同时进行，刷卡记录直接打印在通行发票上，司机按下“确认”键后，即可收回银联卡与发票离开收费车道口，无须刷卡人签字，付费过程有望控制在12秒以内，收费站刷卡支付后，司机很快能够收到支付成功的短信通知，也可每隔一段时间去银行领取一张银联卡消费记录，查询支付

帐目

⑵高速公路交通信息服务系统

以公众出行为主线，通过对出行前、出行中的公众提供各种交通信息服务。

出行前信息服务:

路况信息查询、气象信息查询、乘车路线查询、换乘信息查询以及个性化的电话叫车、预订旅行信息等服务。

出行中信息服务：

实时路况信息、动态路径诱导信息、实时公交换乘信息、公交到站信息、公交实时调度信息、车载导航信息、安全辅助驾驶信息等。

案例1：

北京的交通信息化示范工程也是城市智能交通实施的典范，开通的第一个面向公众出行服务的综合交通信息服务网站——“北京公众出行网”是交通部支持的公众出行信息服务示范工程，旨在以多种形式为公众提供动态和综合性的交通信息服务；推出了“交通眼－实时交通路况信息发布”的服务，路况广播、路侧路况信息发布、手机订阅路况信息等多种信息服务方式。

案例2：

上海市智能交通应用试点示范工程——延安高架路交通监控系统，目前系统通过及时的交通信息发布，已经成功地实现了对示范道路交通的控制和诱导。

示范工程通过多种交通信息采集手段，运用自动交通状况检测的模型算法，系统准确快速检测、确认拥挤类型，并通过道路上布设的12块可变信息板传递实时交通信息，红、黄、绿3种颜色分别表示不同的交通状态，并提供驾驶所需行程时间信息及事故路段信息，以便驾驶员安全及时地适应交通变化，有利于路网交通流在时空上合理布局，充分发挥路网运行能力和交通服务水平。

系统开通后，延安高架路上的行车效率提高了20％。

通过这个案例，让驾车者了解前方道路的交通状态，实际上是把线路选择的主动权交给了驾车者，使交通分流这一有效的交通管理措施变成了驾车者的自觉行为。

案例3：

日本道路交通信息通讯系统（VICS）：

该系统是将经过道路交通信息通讯中心编辑的道路交通信息，如交通堵塞或交通限制得便感信息实时传递给驾驶人员，并在汽车导向设备等车载机上以文字、图象进行显示。

由四个领域组成，及时准确地传送各类交通信息。

①信息的收集（系统化）；②信息的处理和编辑③信息的提供④信息的利用。

VICS主要提供：

交通信息、驾驶所需时间、交通事故和道路施工信息、车速和车道限制的信息、停车场的位置及车位空置状况的信息。

体现了驾驶员能够选择避开交通堵塞的路线、缩短驾驶时间、满足驾驶员的行车需求，从容驾驶的优势，以提供舒适且安全的驾驶环境，提高道路交通的安全性和畅通性。

⑶高速公路紧急事件管理系统高速公路各种紧急事件的发生是影响高速公路安全环境的重要因素，如何对这些事件在发生前进行及时预警、发生后快速响应、处理、救援是高速公路紧急事件管理的重中之重。

从世界范围来看，交通事件管理系统有些是相对独立的系统，而更多的是注重运用ITS理念，把交通事件管理系统与其它系统进行集成，通过通信链路的连接实现信息共享和互相配合，以达到整个交通运输系统的高效、安全地运行。

就是把高速公路事件管理系统与城市道路信号控制系统、出行者信息系统，电子收费系统等进行协调和集成的有益尝试。

案例1：

在美国，交通事件管理系统在许多州已经得到了广泛的应用，出版了“各类交通事件出现频率的调查报告”、“高速公路事件管理的两种概念和方法”以及“高速公路管理手册”。

1988年，完成了一个关于事件管理的综合报告“高速公路事件管理”。

近年来，美国的ITS得到了广泛实施，改进了交通流监控、通信和出行者信息发布媒介等事件管理的支撑技术，使得交通事件管理系统也逐渐向自动化、智能化方向迈进。

据美国运输工程师协会估计，高速公路使用交通事件管理系统后，在交通拥挤时段可以减少10%-15%的行程时间。

美国运输部对交通事件管理系统评价结果是交通拥塞可减少50%-60%，事故现场清理时间缩短了8分钟，肇事者反应时间缩短了5-7分钟，通行时间缩短了10%-42%，城区内伤亡事故减少了10%。

案例2：

德国开发了一种称为集中式事件预警系统。

实际上，它是为城市间公路设计的路侧危险预警系统，它能通过路侧电子指导标志发出的黄色信号来警告驾驶员前方发生了事件，从而减少了二次事故的发生。

为了改善地区的交通事件管理，当地交通管理部门组织成立了公路救援队，它由交通管理中心调度，在主要公路上进行巡逻和救援。

该公路救援队由紧急救援车、重型拖车和警察巡逻车等组成，并采用了许多先进的技术，如：

车载计算机系统、GPS车辆定位系统、数字化通信系统以及交通管理中心的事件数据库等。

案例3：

1997年，首都机场高速公路建立了以GPS定位系统为主的路政车辆管理系统，该系统主要实现紧急事件发生时能够对路政车辆进行有效地调度。

首都机场高速公路在应用交通事件管理系统后，明显感觉减少了反应时间，从接到事件报告到与相关人员取得联系，这一切都可由管理系统与操作人员交互问答迅速完成，其反应时间可减少1／3（约8分钟）。

⑷高速公路智能化的监控系统

高速公路监控系统不仅需要网络化，更重要的是智能化。

智能化监控系统取代了监控任务中人的大部分工作，是新一代具有高度智能的监控技术，如道路监控中的电子警察系统、交通事件预测系统、3G车辆定位跟踪、十字路口红绿灯按实际情况的自动转换系统等均是智能监控。

案例1：

江苏实施1999年开通了实时监测报警系统。

江苏不是第一个开通高速公路的省份，却是第一个大规模使用联网收费系统和计算机管理的省份。

江苏省高速公路的信息化是用血的教训换来的。

1997年9月28日，南京机场高速公路上发生了一起因轿车避让一捆抛洒在