理论教育 ITS产生与发展-交通工程学

ITS产生与发展-交通工程学

时间:2023-08-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:ITS目前尚无公认的定义。ITS将成为21世纪现代化地面交通运输体系的模式和发展方向,是交通运输进入信息时代的重要标志。ITS是高科技发展的必然结果,也是信息化社会发展的必然要求。

ITS产生与发展-交通工程学

1. ITS的概念、地位和作用

广义地说,交通是指人、物及信息的空间的移动;实际上,人们一般把人和物的移动划分到交通领域,而把信息的传递划分到通信领域。

ITS目前尚无公认的定义。一方面是因为不同的研究者从不同的角度考虑,对ITS的认识不同;另一方面,ITS本身正处于迅速发展时期,其内涵和外延都处于发展变化中。ITS起始于美欧,成熟于日本。20世纪60年代末期,美国最早开始了ITS领域的研究。经过几十年的发展,美国、欧洲、日本成为世界ITS研究的三大阵营。目前,其他国家和地区的ITS研究也有相当规模,如澳大利亚、加拿大、中国等。可以说,全球正在形成一个新的ITS产业。

ITE、日本汽车道路交通智能化协会(Vehicle,Road and Traffic Intelligence Society,VERTIS)及我国的交通工程学者都曾给ITS进行过定义。

ITE:ITS是把先进的检测、通信和计算机技术综合应用于由汽车和道路形成的道路交通运输系统中。

VERTIS:ITS是运用最先进的信息、通信和控制技术,信息化、智能化解决道路交通中的交通事故、交通阻塞和环境破坏等各种问题的系统,是人、车、路之间接收和发送信息的系统。

我国交通工程学者:ITS是在关键基础理论模型研究的前提下,把先进的信息技术数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通管理体系,从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输管理系统。由于该系统可以使汽车与道路的功能智能化,是目前国际公认的解决城市及高速公路交通拥挤,改善行车安全,提高运行效率,减少空气污染等的最佳途径。ITS将成为21世纪现代化地面交通运输体系的模式和发展方向,是交通运输进入信息时代的重要标志。

2. ITS是科技发展的必然产物

交通运输的发展史是人类社会发展史的一个重要组成部分,是一部科技的发展史,交通运输业的发展更是科学技术发展的象征。

路是人走出来的,从有人类开始就有了道路,人类转入定居生活以后,以住地为中心的步行交通的历史就开始了。但是,这一阶段生产力发展水平低下,水上和陆路运输都是利用天然的运输工具,原始运输方式主要依靠人力搬运和动物驮载。

大约公元前4000年,马车被发明出来。它改变了原始的运输方式,是运输史上新的里程碑。马车的出现,使道路交通进入了马车交通阶段。

1765年,英国人詹姆士·瓦特总结前人的经验,研制出了世界上第一台具有独立性的动力机械——蒸汽发动机,这使当时汽车研制者看到了希望之光,蒸汽机的出现构成了交通运输领域的第一次革命。

1866年,奥托公司生产的“活塞式四冲程奥托内燃机”向蒸汽机提出了有力挑战,为汽车制造业的发展开辟了广阔的道路。内燃机车、汽车和飞机都是内燃机应用于交通运输领域的成果,它们的发明和使用使交通运输的发展又进入了一个新的阶段。

1885~1889年,戴姆勒和他的助手制造了装有内燃机的四轮实验汽车,并配上了变速器。这是世界上第一辆汽车,它的出现标志着汽车运输时代的开始。

1886~1920年,是汽车交通发展的早期阶段。这一时期汽车数量不多,公路运输仅是铁路水路运输的辅助手段。该时期是世界铁路大发展的时期,因而也称为铁路运输时代。

1920~1945年,是铁路发展的中期阶段。这一时期,公路运输不仅是短途运输的主力军,而且在中、长运输中开始崭露头角,与铁路、水路竞争,并且出现了早期的高速公路(1919年)。

1945年至现在的70多年间,公路发展十分迅速,欧洲各国、美国、日本先后建成了比较完善的公路网,许多国家打破了一个多世纪以来以铁路为中心的交通运输格局,公路运输已在综合交通运输体系中起着主导作用。

电力的发明也是20世纪伟大的科学技术成果之一,在交通运输方面也实现了车辆动力牵引的电力化。现在,电车地铁轻轨已成为大城市交通的重要载客工具。

实践证明,交通运输史是科学技术发展史的缩影,交通运输业从产生到发展的每一步,都凝结着科学技术的成果。交通运输业的每一次革命,无论是交通工具的更新换代,还是运输方式的拓展变革,都与科学技术成果直接相连。科学技术的发展推动了交通运输的发展,ITS正是现代科学技术发展的必然产物。

3. ITS是信息化社会发展的必然要求(www.daowen.com)

一般认为,人类社会的发展要经历原始社会—农业社会—工业社会—信息社会。由于经济技术的发展,部分国家已步入了信息化社会。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势,是产业升级和实现工业化、现代化的关键环节。信息化水平也是城市竞争力和实现可持续发展的重要标志。以微电子技术、计算机技术等为核心而引发的数字化、网络化、智能化科学技术发展迅速,极大地改变了人们的思维方式、生活方式和交流方式,有力地推动着社会生产力的发展。伴随着人类向信息化社会的迈进,交通运输业也面临着一次重大的变革,为实现信息化社会发展的需要,交通运输必须信息化。

ITS是高科技发展的必然结果,也是信息化社会发展的必然要求。

4. ITS是世界经济发展的必然要求

没有良好的环境,就没有经济的发展。交通运输系统是构成社会基础结构的一个核心要素,它是一个动态系统,是社会经济发展的通道和载体,决定着社会经济的运行状态。建立ITS是交通运输系统实现现代化的一项重要举措,ITS能够促进社会经济环境的进一步优化,是世界经济发展的必然要求。

5. ITS是解决交通问题的最佳途径

1)交通问题的概念和现状

一般认为,交通问题是指对社会或经济未能产生正效益,交通本身的机能也未充分发挥的状态。20世纪60~70年代,世界各国经济发展进入了高速增长时期,汽车数量急剧增加,导致已有的道路难以满足经济发展的需要,进而带来了负面影响,产生一系列的交通问题。最近的一项研究表明,仅美国的主要城市每年由于交通拥挤而造成的浪费就超过475亿美元,每年因交通拥挤浪费了多达143.5亿升的燃料和27亿工作小时。在日本,人口密度比较大,每天昼夜行驶的汽车有7 000万辆,每年交通事故死伤人数达100余万人,大量的汽车交通需求,在各地区均造成了交通拥挤,每年仅时间损失就达53亿小时,经济损失达12兆日元,给社会和经济带来沉重的负担,此外,还会导致沿路环境恶化、能源消耗增加等严重问题。另据介绍,日本交通事故的死亡人数从1988年以后连续8年每年达到1万人以上。我国道路交通死亡人数每年达10万人左右,直接经济损失近20亿。所有交通问题的现状说明:现代的交通运输已经对人类生命、财产和生存环境构成威胁。

2)解决交通问题的方法

交通问题的存在就是人、车与路之间的矛盾问题,解决这一对矛盾的办法有以下几个:

第一,控制需求。最直接的方法就是控制车辆的增加,或改变车型,使车辆数量减少,但在相当长的时期内,舍弃车辆是不可能的。

第二,增加供给,也就是修路。修建道路是解决交通问题的一个途径。由于城市之间的交通拥挤往往可以在建设了足够的城市间的(高速)公路后得到解决,因此相当一段时期内,很多国家无一例外地采取了增加供给,即靠大量修筑道路基础设施来缓解当前的交通问题。我国这几年实施的以积极的财政政策进行公路基础建设来拉动经济发展的国策,将使我国的道路网很快具有相当的规模。从已经运营的国家公路网来看,多数城市间的高速公路处于较高的服务水平。但是,在城市内部,一是历史原因导致我国大城市的城市规划普遍不尽合理,改造现有道路任重道远;二是土地面积有限,城市内特别是城市中心区可供修建道路的空间越来越少;三是经济的发展必然带来出行的增加,即使加快修路,道路建设的步伐还是赶不上车辆的增加速度。因此,限制车辆的增加或通过大量修路都不是解决交通问题的好办法。特别地,我国人口众多,出行次数必然很大,短时间内修太多的路也难以做到。所以,相当一段时间内,还存在着混合交通,要解决交通拥挤、减少交通事故、彻底消除交通的混乱等局面,必须采取第三种方式——实施ITS。

第三,实施ITS。城市交通系统是一个复杂的大系统,城市交通规划和城市交通信号控制仅仅是城市交通网络建设和道路交通管理的重要环节,单独从车辆方面考虑或单独从道路方面的考虑都是片面的,凭借它们尚不足以经济而高效地解决交通拥挤和交通安全问题。所以,把人、车、路综合起来考虑,充分应用现代科学技术的ITS为解决城市交通问题提供了全新的方法。

可以预料,ITS将成为21世纪现代化交通运输体系的管理模式和发展方向,是交通运输进入信息时代的重要标志。ITS这一崭新概念伴随着科学技术的进步而出现、发展,并为解决交通问题带来了新的前景。

随着我国ITS研究和开发进程的不断推进,必然会出现一些和我国经济、社会、交通等特点相伴随的特有理论和技术问题。因此,开展与我国国情相适应的、具有中国特色的ITS理论和应用技术的研究具有迫切性和必要性。

ITS的发展可以追溯到20世纪70~80年代的一系列车辆道路系统新技术开发与应用。在美国,由政府、企业、学术机构等参与,共同酝酿提出IVHS。1991年,美国国会通过ISTEA,俗称“冰茶法案”,从此美国的IVHS研究所开始进入宏观运作阶段。1994年,美国将IVHS更名为ITS,之后欧洲、日本等相继加入这一行列。经过30年的发展,美国、欧洲、日本成为世界ITS研究的三大基地。

在欧洲,有关车辆和道路的研究,最早是分别按PROMETHEU(Program for European Traffics with Highest Efficiency Safety)计划和DRIVE(Dedicated Road Infrastructure for Vehicle Safety in Europe)计划进行的。前者面向汽车技术,使先进的信息、通信技术与汽车技术结合,重点放在车辆的改进上;后者面向道路和交通控制技术,这一计划的第一阶段致力于研究、规划、试验,尝试将人工智能技术应用公路系统,第二阶段继续第一阶段的工作,主要致力于运行测试与评价研究。1991年,成立了欧洲道路交通通信协作组织(European Road Transport Telemetric Implementation Coordination Organization,ERTICO),该组织的成立使欧洲将车辆和道路的研究结合为一体,开始了欧盟的ITS研究与开发的进程。

20世纪70年代,日本开始车载动态路线指示系统的研究;20世纪80年代,日本开始有关道路、通信系统的研究,以及运动交通通信系统的研究;1990年,日本开始研究开发车辆信息与通信系统;1994年,日本成立了VERIS,以期求得各方合作,共同推进日本的研究进程。

我国学者从20世纪90年代初开始关注国际上ITS的发展,交通部从1996年开始,安排落实了一系列的研究项目和示范工程项目,如进行了公路智能化交通系统发展战略研究,同时,建立ITS实验室及开展测试基地建设、网络环境下不通车收费系统示范工程等。1999年11月,我国正式组建国家ITS工程技术研究中心,主要工作包括推进交通领域ITS的工程应用,协助国家制定ITS领域的标准和规范,研究和开发ITS领域的新技术、新产品,并促进ITS的产业化发展。2000年2月,我国成立了全国ITS协调指导小组及办公室,标志着我国政府正式进入ITS的建设,我国ITS建设步入统一协调、规范发展的阶段。2000年7月,我国公布了《中国智能交通系统体系框架》。近年来,我国组织了一系列国内外和国际的学术、技术、产品交流活动。

1994年,在巴黎召开了第一次ITS世界大会,欧洲各国、日本、美国都参加了此次大会,发表论文500多篇,以后每年都在不同国家召开ITS世界大会。在北京,1999年,由科技部公安部和交通部共同主办了“1999国际智能运输(ITS)技术交流和产品展示会”;2000年7月,又由亚太地区ITS协会主办,中国科技部、中国智能交通系统协调指导小组共同承办了第四届亚太地区智能交通系统年会暨技术产品展示会。

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