美国ITS项目总结(1997—2007)

美国ITS项目总结(1997—2007)
美国的经济发展走在了世界的前列，因此由于经济发展引发的一系列交通问题也最先在美国出现，比如道路的通行能力、交通的安全性、能源的损耗、环境污染等问题越来越突出。

据统计，仅美国每年因交通拥挤造成的燃油和时间浪费就超过720亿美元，每年因交通事故致死的人数超过4万，由此造成的损失超过1500亿美元。

为此，该国从上世纪60年代起就开始研究智能交通系统（ITS），迄今该国的交通业发展程度已是全球领先。

美国最新制订的新世纪头10年智能交通系统发展规划，预计使年均交通事故减少15％，挽救上万人的生命，避免260亿美元因交通堵塞及交通事故造成的损失。

1991年美国国会指派美国交通部负责全国的智能交通系统发展工作，并在以后的6年中由政府拨款6．6亿美元，用来进行智能交通系统的研究。

1995年3月美国交通部首次正式发布了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能，并确定了到2005年的年度开发计划。

着重发展的7大领域为：出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。

第一部分政策规划方面的重大项目
1998年：《面向21世纪的运输平衡法案》（TEA-21，the Transportation Equity Act for the 21st Century）
《面向21世纪的运输平衡法案》于1998年制定，它将ITS的重点放在ITS基础设施实施和集成，尤其是ITS集成项目、关键标准的开发、ITS框架的一致性、ITS标准的一致性。

在TEA-21中，制定了明确的ITS目标：加速ITS实施、将ITS融入交通规划过程、改善区域性合作、促进私有资源的创新性利用、培养精通ITS技术的劳力资源、商用车辆信息系统和网络的全面实施。

下图是TEA的项目研究领域：
2001年：新世纪１０年智能交通系统发展规划
为了加快智能交通系统的发展，2001年4月，美国召开了一次由智能交通系统行业260名专家和有关人员参加的全国高层讨论会。

会后制订了新世纪头10年智能交通系统发展规划，提出了未来智能交通系统的使命和发展目标。

规划明确了具体的目标：一是安全方面。

减少交通伤亡事故和财产损失，到2011年，减少交通事故达15％。

二是经济效益。

以可靠的信息和良好的基础设施管理，保证出行时间的准确性，便于人们决定是否或何时、通过哪种方式出行，有助于形成高效的、终端至终端的客货运输，包括快速的、无间隙的、多方式之间的货物转换，以达到每年节省200亿美元的目的。

三是环境保护和减少能耗。

降低燃油耗费，减轻噪音污染以及其它交通因素构成的对人们日常生活的安全和健康的危害程度。

发展规划的具体内容如下：
１、美国ITS 10年发展规划的启动项目包括：
∙建立了一个代表政府有关公共机构、私营企业和学术团体的协调委员会，其任务是组织、引导和协调各有关方面针对国家ITS今后10年的发展目标进行广泛地讨论与酝酿；
∙通过学术期刊和行业报纸杂志征集了各方面专家的有关论述、设想、方案和意见；
∙针对一些具体问题进行了一系列专题研究，同时多方面综合已经开展或正在进行的同类研究的成果与阶段性结论；
∙大量收集有关数据与信息，并在分析整理的基础上形成了各方面的共识。

2、实施区域
为了实现上述目标，收到预期的各种效益，构成整个交通运输系统的3个基础设施领域要通过新技术的应用加以逐步改造或进一步开发。

（１）基础设施和设备：道路交通基础设施包括道路、桥梁、隧道、站场和客货转换枢纽；管理和控制设备包括标志、标线、信息板、交通管理中心、交通事故处理机构、公共交通运营和调控中心等。

（２）车辆：包括私人小汽车、出租车、公交车辆（巴士、轨道车辆）、货运车辆、公共安全车辆（救护车、消防车、警车等）以及铁路货运车辆等。

（３）信息：包括有关整个交通运输系统的信息、有关基础设施设备和车辆的信息、有关天气预报的信息。

这些信息有助于出行者更好地计划他们的旅行路线，时间和停留站点；有助于运输公司优化其运输计划，更有效地控制其运输车队的行程；有助于公共安全机构快速确定交通事故的发生地点并迅速作出反应；有助于公共交通公司提高其运营效率和服务水平；也有助于对基础设施和设备的有效管理、使用和控制。

3、发展主题
在明确了今后的发展目标、预期效益和实施领域之后，接着就是要抓住机遇，迎接挑战，制定相关政策，采取具体行动，分阶段地进行一系列研究、开发与建设。

为此，美国ITS 10年发展规划进一步明确了今后在两个方面的发展主题。

一是“项目发展主题”（Programmatic Themes），指明了今后新技术开发与应用的重点领域；二是“辅助发展主题”（Enabling Themes），旨在解决一系列非纯技术性方面（如社会、机构和政策等）的有关问题。

项目发展主题一：建立一个整体化的交通运输信息网络
未来地面交通运输系统发展目标的实现，在很大程度上取决于有关信息的有效使用与管理，因此当务之急是要建成一个全国性的、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：交通基础设施的现行自然状态，365JT设计、365JT施工、使用与维护档案，环境状况，有关的天气条件和预测的天气变化等信息。

这些信息的收集、使用和有效管理还需要各级政府有关部门和私人企业，包括建造商、运输公司、服务行业以及使用各种运输方式的广大出行者的全面协作和努力。

对于广大出行者而言，一个整体化的交通信息网络意味着将来的出行将更加方便、更加省时、更加经济。

各种交通方式，包括公共汽车，城市轨道交通，公路客运和小汽车交通之
间的全面协调运营，将形成一个整体化的交通运输系统。

这样，在一次出行过程中，方式之间的转换问题，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等，都可望得到合理的解决。

其他信息服务还包括“在线地图”，行驶向导，公路沿线可变信息标牌和信息亭，行程中的出行住宿预订服务，出行计划安排和行程中的实时出行计划改变等。

对于货运交通而言，信息服务也有助于无论是通过单一运输方式还是在多种运输方式之间，更有效地完成货物运输任务。

针对货物运输的特点，信息的收集、使用和管理将重点用于解决货运过程中货运方式的转换问题，和在跨州越界时，如何更好地提供交接服务的问题。

美国公路货运中的一个典型例子是，在州际公路上，商业货车进行跨州运输作业时，需要在沿途每个州设置的称重站（Weigh Station）停下来称重、检测货物、并交纳税款等。

如果及时地将货物信息在沿途各州之间交流，则可免去很多繁复的手续和不必要的延误，提高货运效率。

另一方面，货运公司和货主通常十分关注某些货物在运送途中的状况，这样，实时的货运信息收集与传送就显得很有必要了。

项目发展主题二：开发先进的车辆防撞技术
ITS的一个重要目标是大量地减少撞车交通事故。

通过新一代车载电子装置、车辆自动驾驶设备、驾驶员驾驶能力和精神状态自动检测仪表的研制与开发使用，有可能将交通安全和运输效率提高到史无前例的水平。

在车载电子装置和“车辆-交通设施协作”
（Vehicle-Infrastructure Cooperation）系统开发方面，有4种产品将得到重点开发：车内信息处理设备、故障诊断/预警设备、辅助驾驶设备和一种能自动介入的安全设备（Active Safety Products）。

所有这些设备将与安装在沿线交通设施上的其他装置协同工作，以确保车辆的性能和驾驶员的驾驶能力维持在最佳状态。

在驾驶资格自动检测方面，车载装置将不容许无驾照者、身体与精神状态不佳者进入车辆启动程序。

同时，车载装置将实时检测驾车者是否处于警觉状态，实时检测其驾驶行为是否正常和负责任。

项目发展主题三：开发交通事故自动检测、通报和应变技术
交通事故一旦发生，拯救生命和救护伤员的关键是要尽快地将救护人员召集到事故现场。

这就要求车载装置能自动检测事故的发生，及时自动地通报事故发生地点和伤员人数及其伤情。

交通事故救援中心在收到事故通报后，必须尽快确定并召唤离现场最近的医疗单位，为其提供赶赴现场的最佳路线和伤员伤情等报告。

在此方面，现有技术条件已经相当成熟。

事故自动定位信息系统能通过911无线电话和其他通讯设施传送信息。

交通事故应变路线规划软件（Traffic-Sensitive Route Planning Software）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（Route Guidance Software）也能有效地引导救护车辆快速地到达事故现场，其功能包括最佳路线识别，优先调用平交口交通信号等。

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，以便医疗中心的手术人员在伤员到达之前作好抢救手术的准备工作。

项目发展主题四：进一步研发先进的交通管理技术
先进的交通管理技术应具备“智能地”、自适应地管理各种地面交通的能力。

因此，未来的交通管理系统应能实时地监视、探测区域性交通流运行状况，快速地收集各种交通流运行数据，及时地分析交通流运行特征，从而预测交通流的变化，并制定最佳应变措施和方案。

这方面的研究将包括正在开发之中的“车辆-道路自动化协作系统”（CVHAS: Cooperative Vehicle-Highway Automation System）和“设施-车辆运输自动化系统”（IVTAS: Infrastructure-Vehicle Transportation Automation System）。

CVHAS将利用智能化的道路设施和车载装置来自动地完成全部或部分的车辆驾驶任务，包括私人小汽车、公交车、商用货车以及各类维护用车辆。

在此前提下，未来的道路设施可能分为装备化的“智能车道”和一般车道，其主要目标是提高现有设施的通行能力和运行效率。

IVTAS主要致力于公共交通自动化系统（包括公交车辆自动靠站）、自动化货运车辆的专用车道、道路铲雪车和其他维护用车的自动导航、以及将来可能出现的全自动小汽车驾驶系统等方面的探索。

另一方面，为了尽可能地增强未来社会的机动性和提高交通运输系统的通行能力，区域性交通网络应当在超越地区界限和运输方式的前提下，“无间隙地”整合起来，实现一体化的运行目标。

各地区的交通控制中心和管理系统应该网络化，工作人员应该相互协作。

交通管理中心的数据汇集也将有助于更有效地管理超区域性的交通系统的运行。

另外，先进的交通管理系统还将在保障交通安全、防止交通事故、提供事故救援和快速恢复事故现场的交通秩序等方面发挥其神奇的功能。

辅助发展主题一：促进交通行业运行机制的转变
在过去10年内，ITS项目主要侧重于技术和系统开发。

未来10年将愈加重视系统对用户的优质服务和系统性能的优化。

内部和外部环境的改变正在引起交通行业的运行机制朝着向用户提供优质服务的方向转变，这标志着交通行业开始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。

今后交通行业的“产出”应根据用户的满意程度而不是产量和工程量来衡量。

这种“产出”的转变，将要求通过系统管理来整体提高车辆-设施的系统性能。

这种转变也将引起一种所谓“行业文化”的演变，包括组成一支由多学科技术人员加盟的工作队伍、高层次的协作、强化工作人员的责任感和重视信息的交流等。

辅助发展主题二：明确政府有关公共机构的作用、关系和投资机制
ITS为重新确定各级政府有关部门，以及其与有关私营企业之间的关系提供了机遇和需求。

借助于信息和通讯技术，适应于ITS发展与建设的、新的地区性机构及其共同协作关系已经开始形成。

另一些机构的作用和关系需要进一步确定，以支持地区间整体化、多方式交通运输系统的运作和服务。

ITS技术将持续得到广泛应用和发展，政府在ITS发展方面的投资也将持续增长。

ITS的全面推广应用要求将ITS的发展与建设纳入到各级政府的基本投资计划程序之中，同时也要创建新的投资机制。

未来10 年将需要更多的资金投入，以便部署、支持、开发和建设新系统，雇用和训练技术人员来管理这些系统。

ITS发展的大部分资金将通过传统的方式，如公路信用基金等，由联邦、州和各级地方政府提供。

同时，新的投资机制和私营企业界也将发挥其应有的作用。

辅助发展主题三：发挥私营企业界的作用
在开发ITS技术和提供ITS服务方面，私营企业将发挥其重要作用。

私营企业在其中的作用将体现在其为各级政府提供各种专业服务，在其商业交易，在其直接为用户服务等等方面。

应当认识到，私营企业将不会在ITS的发展中尽其所谓的“社会义务”，但可以相信，它们为追求利润会积极地涉足有关产品制造和提供商业服务等经营领域。

这提供了一个开辟资金来源的重要契机。

另一方面，政府行为和私营企业的商业活动从来就不是对立的和决然分开的。

政府各级公共机构有责任去创造条件来帮助私营企业的商业经营，私营企业也乐于支持政府去实现为公众谋利的目标。

ITS的发展同样需要在政府各级机构和私营企业界之间建立这种健康的互惠关系。

辅助发展主题四：重视基于驾驶行为的人的因素的研究
勿容置疑，ITS提供的大量信息是有益的，而且在许多情况下是必需的。

但是，大量的信息也能带来另外方面的潜在问题。

提供太多的信息，或在不恰当的时候、以不合理的方式提供信息甚至可能引发交通事故。

一个警告标志出现在不适当的时间和地点，可能让小汽车驾驶者，甚至专业驾驶员分心或错误理解，从而导致交通事故。

交通控制中心的工作人员在交通高峰时刻，面对如潮水般涌来的各种信息，可能会做出错误的反应，并发出错误的指令，这甚至可能引起交通系统的灾难性的后果。

因此，深入理解出行者的出行行为和驾驶行为等人的因素是实现ITS的各种潜在效益的重要保证。

第二部分：具体技术项目实施情况
一、城市ITS 基础设施
1996 年1 月,当时的美国交通部部长PENA 宣布了于2006 年在美国75 个大都市实施综合的城市ITS 基础设施的目标,在1997 年,这个目标被新上任的交通部长SLA TER 再次认可,并且扩张至78 个大都市。

目前,美国ITS 的发展正朝这个目标迈进。

为了解该目标的完成情况,美交通部智能交通联合项目办公室(J PO) 开发了一套都市ITS 设施调查方法。

通过该方法跟踪调查构成ITS 基础设施的九个关键部分的实施状况:高速路管理、事件管理、主干道管理、电子收费、电子售票、公共交通管理、铁路-公路平交道口、紧急事件管理和区域多方式出行者信息。

通过向具有以上构成功能的各州及地方机构进行调查,收集有关ITS 设施实施情况和设施运营主体机构之间的集成方面的信息。

J PO 设计了与各项构成功能相关的一套指标来调查ITS 设施实施情况。

集成程度的调查是通过基于设定一系列设施构成间的联系,评价各种机构共享信息的程度和运营间的协作来实现的。

设定指标及协作的“高、中、低”临界值,将两种临界值组合结合调查结果即可得出总的集成化实施水平。

根据最新的调查结果,美国城市ITS 集成化实施水平在最初的75 个大城市中,2000
年集成化实施水平为高、中、低的城市分别为24 、28 、23 个, 而1997 年集成化实施水平为高、中、低的城市则分别为11 、25 、39 个,设定2005 年的目标是达到实施水平为高、中、低的城市分别为50 、25 、0个。

由此可见,美目的侧重点由ISTEA 实施期间以研究开发为主转变为以ITS 研究开发和实施并举。

相比而言,两部法案中定义的项目领域也有所改
变,在ISTEA 生效期间的七大系统领域(先进的交通管理系统A TMS 、先进的公共运输系统APTS 、先进的旅行者信息系统A TIS 、先进的乡村运输系统ARTS 、商用车辆运营系统CVO 、先进的车辆控制和安全系统AVCSS 、自动公路系统AHS) 转变为TEA -21 颁布后的四大项目领域(城市ITS 基础设施、乡村ITS 基础设施、商用车辆ITS 基础设施、智能车辆行动计划(IVI)) ,转变的根本宗旨是为促进ITS 的实施,使其切实成为现有交通系统的一部分。

两种项目领域定义在本质上是一致的。

二、商用车辆ITS 基础设施建设
商用车辆ITS 基础设施实施的重点在于商用车辆信息系统和网络( Commercial Vehicle Information Systems and Networks ,简称CV ISN) 的实施。

在TEA -21 中提出目标:截至2003 年9 月在美国大多数州实施CV ISN 。

目前美国正在向这个目标迈进,CV ISN 实施呈现稳步增长的态势。

CV ISN 是指支持商用车辆运营的一系列信息系统和通讯网络的集合,这些信息系统分别为政府部门、承运商和其他相关团体所拥有和运营。

它包括三种构成:安全信息交换、电子认证管理和电子检查,其中安全信息交换是CV ISN 最重要的功能之一,通过促进商用车辆凭证状态和安全状况信息的自动收集,能够改善对以上息的获取并能及时更新这些信息,达到改善公路安全的目的。

电子认证管理则集中于基于IN2 TERN ET 的电子凭证发放、处理和自动报税、税收文件归档,有利于提高运输公司和政府部门的管理效率。

电子检查则主要支持商用车辆自动路旁检查、秤重站处不停车秤重和边界上的电子通关。

能够提供CV ISN 最初运营能力的实施水平被定义为一级实施水平,随着CV ISN 的进一步实施,将会定义更高级的实施水平。

CV ISN 项目的宗旨在于在减少商用车辆运营和管理费用的同时提高商用车辆及其驾驶员的安全和生产率,它提供了一套标准化的通讯设施来保证商用车辆信息收集和管理的有效性。

由于CV ISN 的目标在于在全美范围内实施统一的数据交换设施,因此它的实施与其他的ITS 集成项目有所不同。

它需要各州规划和实施中具有更强的统一性。

因此美国交通部推荐各州遵照统一的实施途径,定义了实现CV ISN 一级水平实施的三个步骤:规划、系统设计和实施。

目前美国有42 个州参与实施CV ISN ,马里兰州和弗吉尼亚州,作为两个“原型州”,基本完成了第三步实施,正处于测试阶段;另外八个“示范州”(加里福尼亚、科罗拉多、
康乃狄克、肯塔基、密西根、明尼苏达、奥勒冈、华盛顿) 已完成CV ISN 的规划和系统设计,进入实施阶段, 其中肯塔基州已接近实施完成。

三、智能车辆行动研发
1998 年TEA -21 批准智能车辆计划( IN TELL I2 GEN T V EHICL E IN ITIA TIV E ,简称IV I) 为美国交通部ITS 项目的一部分。

IV I 的宗旨在于通过加速开发、引进、商业化驾驶员驾驶辅助产品来减少道路交通事故和事故引起的伤亡。

IV I 致力于改善三种驾驶条件(正常条件;驾驶条件恶化———可见度差、天气恶劣、驾驶员疲劳等;撞车极易发生条件——交叉口碰撞、追尾碰撞、脱离道路碰撞、变换车道/ 汇流碰撞) 下、四种车辆类型(轻型车辆、商用车辆、公交车辆、专用车辆) 和八个主要领域(防止追尾碰撞、防止变换车道/ 汇流情况下的碰撞、防止脱离道路情况下的碰撞、防止交叉口碰撞、提高可见度、车辆可靠性、驾驶员状况警告、一些服务的安全影响评价——如路线诱导和导航系统、自适应驾驶系统、自动事故警告、无线电话、车内计算和商用车辆诊断系统等的安全影响评价) 的交通安全问题。

2001 年,在车内信息系统安全影响评价方面, IV I 开始调查研究手机、可上网的车内计算机、综合信息系统三种车内设施对驾驶员分神和工作负荷的影响;美国交通部与戴姆乐克莱斯乐汽车公司、福特汽车公司、通用汽车公司和日本日产汽车公司合作,共同开发驾驶员工作负荷测量系统以提供对车内系统设计的支持;V TTI(Virginia Tech Transportation Institute) 正着手收集300 个驾驶员自然状态条件下的驾驶状态信息以进行自然状态下驾驶行为、交通事故致因的研究。

在驾驶条件恶化方面,针对可见度下降、天气恶劣、驾驶员疲劳等驾驶条件恶化状况, IV I 项目研究已开发出一些交通安全解决方案,目前正着手于这些解决方案
的展示评价,如:美国交通部对卡车和公共汽车驾驶员瞌睡状况警告设施、凯迪拉克夜视系统、电控刹车系统在进行评价和测试。

在防撞技术方面,结合轻型车辆、商用车辆、公交车辆、专用车辆四种车型正进行防撞系统、防翻车系统等方面的测试,如: Volvo 北美测范围在相对高速条件下是否危险美国交通部开发; 该系统能够部分地解决车道变换防撞问题卡车公司和美国Xpress 公司与美国交通部合作正进行防追尾碰撞系统的实地测试; Mack 卡车公司和Mc Kenzie 罐车公司与美国交通部合作正进行卡车驾驶员警告系统、碰撞自动通告系统和脱线警告系统的测试评价; Freightliner 货运公司、Praxair 公司、密执根大学交通研究所与美国交通部合作正进行防翻
车控制系统的测试; 明尼苏达交通部、Navistar 国际交通公司、明尼苏达大学、3M 公司与美国交通部联合进行铲雪车驾驶员辅助技术的测试; 通用汽车公司、Delphi Delco 电子系统公司与美国交通部正合作测试客车追尾碰撞系统;美国交通部联合密执根大学交通研究所、Visteon 公司和Assist Ware 技术公司正进行防脱线系统的测试;防车道变换碰撞系统正处于早期开发阶段, 目前有关研究正在收集驾驶员车道变换驾驶行为的信息,美国交通部正开展一项研究,确定盲区探测系统不足的探测在相对高速条件下是否危险；美国交通部开发的车辆运行环境评价系统在俄亥俄州哥伦布市的交叉口收集数据以支持交叉口防撞技术的研究开发，美国交通部联合加里福尼亚、明尼苏达、弗吉尼亚三州交通部支持交叉口防撞警告系统道路部分的研究;美国交通部联合宾西法尼亚、加里福尼亚、密执根三州的公交部门进行公交车辆防撞系统的野外测试等等。

该领域研究由政府、公司、大学多方参与,体现了良好的公私合作关系。

IV I 的目标是到2010 年10 %的新的小汽车装备IV I 设备、25 % 商业车的小汽车装备IV I 设施、25 个大都市路口装备辅助安全道路设施、事故减少20 % 。

目前已市场化的安全技术包括夜间视觉辅助装置、驾驶员状态监测、自适应车速自动控制、防撞报警和车辆限速、自动转向辅助驾驶、全自动辅助驾驶、DPS 安全辅助系统、交通管理和监测。

四、自动公路系统
1997年8月，美国最早进行了自动公路系统试验展示（Demo'97）（既ITS系统的前身），证明自动公路（Automated Highway systems，AHS）的技术可行性和国家自动公路系统会社（NAHSC）两年努力工作的最高成就。

自动公路系统AHS是为了在将来应用ITS来减少道路堵塞、环境污染、事故率和减轻驾驶者的负担。

主要实验是在圣地亚哥到洛杉矶之间的12公里1－15州际公路上进行的。

总共有92，000个磁块被嵌入公路表面，为10辆别克LeSabre导引方向。

每辆车上都装有磁铁传感器和高敏感度的雷达装置。

磁铁传感器用来检测车辆在公路上的位置，高敏感度的雷达装置用来检测在路车辆的车速和安全距离并避开障碍物。

这样，车辆在公路上的行驶就不需要驾驶者输入控制信息，驾驶者可悠闲自在地坐在车上休息或做其他的事情。

他们还以车辆编队的形式进行了试验－－几辆车仅以一辆车长的间隙在道路上高速行进。

另外，还演示了自动横向（方向控制）和纵向（加速/刹车）操作、障碍物侦测、躲避和车辆插入车队。