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类型中国人工智能学会:2017中国人工智能系列白皮书——智能交通(121页).pdf

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    中国 人工智能 学会 2017 系列 白皮书 智能 交通 121
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    1、 中国人工智能系列白皮书 -智能交通2017 中国人工智能学会中国人工智能学会 二一二一七七年九年九月月 2 中国人工智能系列白皮书中国人工智能系列白皮书- -智能交通编委会智能交通编委会 主任:主任: 李德毅(中国人工智能学会理事长,中国工程院院士) 执行主任:执行主任: 王国胤 (重庆邮电大学教授) 副主任:副主任: 谭铁牛(中国科学院院士) 杨放春(北京邮电大学教授) 黄河燕(北京理工大学教授) 焦李成(西安电子科技大学教授) 马少平(清华大学教授) 刘 宏(北京大学教授) 蒋昌俊 (东华大学教授) 任福继 (合肥工业大学教授) 杨 强 (香港科技大学教授) 胡 郁 (科大讯飞执行总裁)

    2、 委委 员:员: 陈 杰 (北京理工大学教授) 董振江 (中兴通讯股份有限公司研究员级高工) 杜军平 (北京邮电大学教授) 桂卫华 (中国工程院院士) 3 韩力群 (北京工商大学教授) 何 清(中国科学院计算技术研究所研究员) 黄心汉 (华中科技大学自动化学院教授) 贾英民 (北京航空航天大学教授) 李 斌 (华中科技大学教授) 刘 民 (清华大学教授) 刘成林 (中国科学院自动化研究所研究员) 刘增良(中国人民解放军国防大学教授) 鲁华祥 (中国科学院半导体研究所研究员) 马华东 (北京邮电大学教授) 马世龙 (北京航空航天大学教授) 苗夺谦 (同济大学教授) 朴松昊 (哈尔滨工业大学教授)

    3、 乔俊飞(北京工业大学教授) 任友群 (华东师范大学研究员) 孙富春 (清华大学教授) 孙长银 (北京科技大学教授) 王 轩 (哈尔滨工业大学教授) 王飞跃 (中国科学院自动化研究所研究员) 王捍贫(北京大学教授) 王万森 (首都师范大学教授) 王卫宁 (北京邮电大学研究员) 4 王小捷 (北京邮电大学教授) 王亚杰 (沈阳航空航天大学教授) 王志良 (北京科技大学教授) 吴朝晖(浙江大学教授) 吴晓蓓(南京理工大学教授) 夏桂华 (哈尔滨工程大学教授) 严新平 (武汉华夏理工学院教授) 杨春燕 (广东工业大学研究员) 余 凯 (地平线机器人技术创始人兼 CEO) 余有成 (吴文俊人工智能科学

    4、技术奖办公室主任) 张学工 (清华大学教授) 赵春江 (北京农业信息技术研究中心研究员) 周志华 (南京大学教授) 祝烈煌 (北京理工大学教授) 庄越挺(浙江大学教授) 本书编写组:本书编写组: 刘志 马安越 5 目 录 引言 . 1 第一章 智能交通系统概述 . 4 1.1 智能交通系统概念 . 4 1.1.1 智能交通系统定义 . 4 1.2 智能交通系统优势 . 4 1.2.1 缓解拥堵. 5 1.2.2 降低事故. 6 1.2.3 节能环保. 7 1.3、智能交通的主要子系统介绍 . 7 1.3.1 先进出行信息系统 . 8 1.3.2 先进交通管理系统 . 8 1.3.3 先进公共交

    5、通系统 . 8 1.3.4 先进车辆控制系统 . 9 1.3.5 商用货运管理系统 . 10 1.3.6 电子收费系统 . 10 1.3.7 紧急救援系统 . 10 第二章 智能交通产业发展情况 . 11 2.1、国外智能交通发展状况 . 11 2.1.1 日本发展状况 . 11 2.1.2 美国发展状况 . 13 2.1.3 欧洲发展状况 . 16 6 2.2、国外智能交通系统案例介绍 . 18 2.2.1 日本先进车辆信息与通讯系统与 ETC 技术 . 18 2.2.2 洛杉矶自动交通监测和控制中心 . 20 2.2.3 瑞典斯德哥尔摩智慧交通系统 . 22 2.2.4 韩国推进智能交通治

    6、理系统建设 . 23 2.2.5 新加坡高速公路监控及信息发布系统 . 27 2.3 中国智能交通产业发展情况 . 28 2.3.1 中国发展智能交通产业的必要性 . 31 2.3.2 中国智能交通产业政策动向 . 34 2.3.3 产业环境. 39 2.3.4 中国智能交通产业发展综述 . 44 2.3.5 国内智能交通市场格局 . 46 2.3.6 智能交通产业发展中的瓶颈及对策 . 49 第三章、智能交通行业技术情况 . 55 3.1、智能交通技术分析 . 55 3.1.1 传统技术水平总体发展情况 . 55 3.2 人工智能新技术在智能交通行业应用 . 57 3.2.1 滴滴人工智能调

    7、度系统 . 59 3.2.2 斑马互联网汽车智慧停车 . 62 3.2.3 易华录智能交通管控平台+百度地图 . 63 3.2.4 大华推出人工智能交通摄像机 . 64 3.2.5 日本开发出人工智能分析交通拥堵情况的新技术 . 65 7 3.2.6 Facebook 用人工智能在交通行业应用 . 66 3.2.7 大众汽车利用人工智能技术自动停车和充电 . 67 3.2.8 百度利用人工智能在在智能交通应用 . 68 3.4 5G 技术在智能交通行业应用 . 71 3.3、行业主要技术发展趋势 . 73 第四章 中国智能交通重点领域分析 . 75 4.1、水路运输智能化 . 76 4.2、航

    8、空运输智能化 . 78 4.3、公交交通智能化 . 80 4.4、轨道交通智能化 . 82 4.5、高速公路智能化 . 84 4.6、无人驾驶与智能交通 . 86 4.6.1 车路协同. 87 4.6.2 智能车路协同关键技术 . 89 4.6.3 中国车路协同技术发展现状与趋势 . 91 4.7、智能交通与物联网技术 . 94 4.7.1 物联网技术与智能交通技术之间的关系 . 95 第五章 智能交通产业发展趋势 . 98 5.1、智能交通产业未来发展趋势 . 98 5.1.1 我国智能交通发展方向分析 . 101 5.2、中国智能交通产业前景展望 . 102 5.2.1 我国智能交通行业发

    9、展前景广阔 . 106 8 参考文献 . 108 第一章 引言 近年来,随着全球经济的高速发展,城市化进程不断加快和机动车保有数量的增长,道路交通运输量不断增加,各种交通问题凸显,如交通事故数量逐年呈上升趋势,机动车尾气污染成为城市大气污染的主要来源,交通拥堵成为影响大中城市居民出行的首要考虑问题等等,这些交通运输问题对经济社会发展造成了巨大的损失。智能交通的建设已经是一个迫在眉睫的系统工程,发展智能交通可保障交通安全、缓解拥堵难题、减少交通事故;另一方面,发展智能交通可提高车辆及道路的运营效率,促进绿色环保。 党的十八大以来要求树立“绿水青山就是金山银山”的强烈意识,努力走向社会主义生态文明

    10、新时代。站在党和国家发展全局的高度,进一步明确了生态文明建设的战略定位,强调了加快生态文明建设的重要性紧迫性,这就要求从国家层面要求,环境保护和节能创新的重要性,相应法规会陆续出台。要寻找一个切实有效的系统办法解决突出环境污染问题,坚持不懈、综合施策、标本兼治的方法,积极推进各类改革和法规政策,创新管理方式,推动各类环境不断改善,为建设生态文明和美丽中国作出新贡献,有了这些中央和各级部门政府的重视,交通领域的环境保护也相应重视起来,智能交通体系建设已经成为国家战略的一部分。 2 随着技术不断发展和市场需求下,智能交通系统的发展正在进入一个新的时代,新技术及其理念和模式,正在颠覆以往的交通运输体

    11、系,新的智能交通体系正在形成,相应智能交通系统的体系和内容都在发生重大变革,新技术推动智能交通系统在感知、存储、共享与交互、人工智能、大数据分析以及综合服务等方面正在全面升级和创新,新一代感知技术、人工智能技术、通信技术、移动互联服务、能源管理、车路协同、智能网联汽车技术等应用发展迅速应用,智能交通系统的内涵也在不断丰富和升级。 经历了“十二五”的快速发展,智能交通产业领域投资快速增长。智能交通行业技术和创新能力、产业化应用规模和水平不断的提升,行业整体发展出现很好态势。2016 年是“十三五”的开局之年,中国智能交通行业继续深入实践,全面布局,互联网+、人工智能及大数据势头不减,各类营运模式

    12、不断涌现,尤其共享汽车和单车全国开花,大大丰富了智能交通内涵。同时依靠于国家强有力政策的出台驱动,适应我国经济社会发展需要,围绕着“十三五”的交通运输发展的各项规划的实施,在智能交通技术发展和产业规模必有长足发展,据研究机构前瞻产业研究院预计 2020 年市场规模将达到千亿元规模。因篇幅限制,本白皮书仅包括智能交通系统的概念和特点、世界主要国家智能交通发展历程现状和趋势、智能交通关键技术、智能交通重点应用领域以及我国智能交通发展趋势等内容。如要了解智能交通系统的详细内容,可以参考相关文献和著作。本白皮书是在收集国内外智能交通系统近年来最新成果的基础 3 上,结合智能交通行业实践而编写的。编写过

    13、程中,参考了国内外从事智能交通系统研究工作者的相关资料,在此一并表示感谢。 4 第一章 智能交通系统概述 1.1 智能交通系统概念 1 1.1.1.1.1 智能交通系统定义智能交通系统定义 智能交通系统(Intelligent Transportation System, 简称 ITS)是在传统的交通基础上发展起来的新型交通系统, 是未来交通系统的发展方向,它是将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的,实时、准确、高效的综合交通运输管理系统1。 1.2 智能交通系统优势 ITS

    14、是解决当前各类交通难题提供了新的思路,从概念、理论和试验阶段发展到大规模的实施阶段, 与传统交通运输体系有着明显的区别,如信息化程度高、整体全局性高、系统开放性强、实时动态化等优点。智能交通的发展跟物联网的发展是离不开的,随着物联网技术的不断发展,智能交通系统越来越完善,智能交通是物联网在交通行业具体应用体现形式。 未来是交通智能化的世纪,人们将要采用的智能交通系统,车辆靠人工智能在道路上自由行驶, 道路靠自身的智能将交通流量调整至最佳状态,借助于这个系统,管理人员对道路、车辆的行踪将掌握得一清二楚。 5 智能交通是一个技术性很强的系统,与一般技术系统相比,智能交通系统建设过程中的整体性要求更

    15、加严格。这种整体性体现在2: (1)跨行业特点。智能交通系统建设涉及众多行业领域,是社会广泛参与的复杂巨型系统工程,从而造成复杂的行业间协调问题。 (2) 技术领域特点。 智能交通系统综合了交通工程、 人工智能、信息工程、控制工程、通信技术、大数据、云计算等众多科学领域的成果,需要众多领域的技术人员共同协作。 (3)政府、企业、科研单位及高等院校共同参与,恰当的角色定位和任务分担是系统有效展开的重要前提条件。 (4) 智能交通系统将主要由人工智能、 移动通信、 宽带网、 RFID、传感器、云计算等新一代信息技术作支撑,更多创新技术融合、更符合人的应用需求,可信任程度提高并变得“无处不在”。 I

    16、TS 主要具体作用可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率,因而,日益受到各国的重视。 1.1.2 2. .1 1 缓解拥堵缓解拥堵 智能交通系统能建立起一种大范围、全方位发挥作用,实时、准确、高效的交通运输管理系统。智能化交通管理设施包括信息采集和信息发布设备、中央控制处理单元和决策单元、警用手持终端机等。 通过交通流量检测仪器及时获取各路段的交通流量信息, 并将数据传回调控系统,系统在分析数据信息后,根据车流量的多少,及时 6 调节该路口信号灯红绿信号的时间配比, 实现信号灯配时根据交通流量变化的自我调节。 依靠互联网和机器视觉技术对城市各条道路实施2

    17、4 小时监管。当发生交通事故或堵车现象,交警可以即时出警,在第一时间疏导和分流车辆,避免大面积交通路阻事件的发生。智能交通提高了交通管理效率,能够减少站路警察,从根本上解决交警警力不足和疏散拥堵基本靠人的问题3。 交通运输部 2013 年年度政府信息公开报告数据显示,智能交通能够提高道路使用效率,使交通堵塞减少约 60%,使现有道路的通行能力提高 2-3 倍。 车辆在智能交通体系内行驶, 停车次数可减少 30%,行车时间减少 15%-45%,车辆的使用效率能够提高 50%以上4。 1.1.2 2. .2 2 降低事故降低事故 每年都有大量交通事故在发生, 很多伤害死亡是由于道路交通伤害导致的。

    18、中国国家统计局 2017 年 2 月公布数据显示,2016 年道路交通事故 16.52 万起,道路交通死亡人数为 5.18 万人。 不遵守交通规则是道路交通事故的主要原因, 道路交通伤亡事故问题严重,交通安全问题相当突出,造成的巨大社会经济损失。酒后驾驶屡禁不止; 超载穿行; 电动车混乱; 非机动车不按信号规定通行,闯灯、越线;行人无视红绿灯的存在,不走人行横道、翻越隔离带,这些都是交通事故多发的重要原因。采取智能交通技术,提高道路管理能力,每年交通事故中死亡人数必将减少。为此,世界各发达国家已经投入大量财力和人力, 进行大规模的智能交通技术研究试验及产 7 业应用,很多发达国家已转入全面部署

    19、阶段。 1.1.2 2. .3 3 节能环保节能环保 世界各国都非常关注节能环保,我国对发展环保经济非常重视,十三五期间国务院强调要培育以环保节能为特征的新经济增长点, 中国交通运输部称将加快建立以低碳为特征的交通运输体系, 全国交通系统要建立健全节能减排目标责任制,实行严格的问责制。因此,在未来,将会有很长一段时间,节能环保都是智能交通行业的主题。 我国已连续八年成为世界机动车产销第一大国,环保部 2017 年发布的 2016 年中国机动车污染防治年报显示,全国机动车排放污染物初步核算为 4472.5 万吨,比 2015 年削减 1.3%。 ,机动车污染已成为我国空气污染的重要来源,是造成灰

    20、霾、光化学烟雾污染的重要原因。 面对这些问题,发展智能交通产业是有效的解决途径之一。智能交通系统能够为城市交通带来的节能减排效应, 通过建设智能交通系统,可有效提高现有道路交通网络的运行效率,从而达到缓解拥堵、节约能源、减轻污染的目的,是交通运输体系的发展方向,是交通运输进入“互联网+”模式下表现。通过智能交通控制,降低燃料消耗量和减少废气排除量对节能环保有着重大贡献。 1.3、智能交通的主要子系统介绍 智能交通系统有较为广泛研究内容,通常将其归类以下七个部分5。 8 1.1.3 3. .1 1 先进出行信息先进出行信息系统系统( (Advanced Traveler Advanced Tra

    21、veler Information System,Information System,ATIS)ATIS) 公众出行交通信息服务系统是依托公路信息资源整合系统和客运站场管理信息系统的信息资源, 通过互联网、 呼叫中心、 手机、PDA等移动终端、交通广播、路侧广播、图文电视、车载终端、可变情报板、警示标志、车载滚动显示屏、分布在公共场所内的大屏幕、触摸屏等显示装置,为出行者提供较为完善的出行信息服务。 为驾车出行者提供路况、突发事件、施工、沿途、气象、环境等信息;为采用公共交通方式的出行者提供票务、营运、站务、转乘、沿途等信息;据此出行者可提前安排出行计划,变更出行路线,使出行更安全、更便捷、

    22、更可靠。 1.1.3 3. .2 2 先进先进交通管理系统交通管理系统( (Advanced Traveler Advanced Traveler ManagementManagement System,System,ATMS)ATMS) ATMS 用于对信息采集、处理和传输系统,但是 ATMS 主要是给交通管理者使用的,用于检测控制和管理公路交通,在道路、车辆和驾驶员之间提供通讯联系。它将对道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况和交通环境进行实时的监视, 依靠先进的车辆检测技术和计算机信息处理技术,获得有关交通状况的信息,并根据收集到的信息对交通进行控制,如信号灯、发布诱导信息、道路管制、

    23、事故处理与救援等。 1.1.3 3. .3 3 先进先进公共交通系统公共交通系统( (Advanced Public TAdvanced Public Tr ransport System,ansport System,APTS)APTS) APTS 的主要目的是采用各种智能技术促进公共运输业的发展, 9 使公交系统实现安全便捷、 经济、 运量大的目标。 如通过个人计算机、闭路电视等向公众就出行方式和事件、路线及车次选择等提供咨询,在公交车站通过显示器向候车者提供车辆的实时运行信息。 在公交车辆管理中心,可以根据车辆的实时状态合理安排发车、收车等计划,提高工作效率和服务质量。 1.1.3 3.

    24、 .4 4 先进先进车辆控制系统车辆控制系统( (Advanced Advanced Vehicle CVehicle Conontrol and Safetytrol and Safety System,System,AVCAVCS SS)S) AVCS 的目的是开发帮助驾驶员实行本车辆控制的各种技术,从而使汽车行驶安全、高效。AVCSS 为驾驶员提供各种形式的碰撞和安全保障措施,改善了驾驶员对行车环境的感应和控制能力,通常分为两个层次: 1、 车辆辅助安全驾驶系统,该系统包括车载传感器、车载计算机和控制执行等, 行驶中的车辆通过车载的传感器测定出与周围车辆以及道路设施及周边环境等, 由车载

    25、计算机实时计算,在紧急情况下,做出各类安全保障措施。 2、 车辆自动驾驶系统,该车装备了各类传感器,计算单元和线控执行机构,它能在行驶过程中做到自动导向、自动检测和回避障碍物。在智能交通环境上,能够与车周围环境形成有效沟通,实现自动驾驶。 10 1.1.3 3. .5 5 商用商用货运管理系统货运管理系统( (Commercial Vehicle Operations,Commercial Vehicle Operations,CVO)CVO) 这里指以高速道路网和信息管理系统为基础, 利用物流理论进行管理的智能化的物流管理系统。综合利用卫星定位、地理信息系统、物流信息及网络技术有效组织货物运

    26、输,提高货运效率。 1.1.3 3. .6 6 电子收费系统电子收费系统( (Electronic Toll Collection System,Electronic Toll Collection System,ETC)ETC) ETC 是世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载器与在收费站 ETC 车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯,利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理,从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的, 且所交纳的费用经过后台处理后清分给相关的收益业主。 在现有的车道上安装电子不停车收费系统,可以使车道的通行能力提高 3-5 倍。 1.1.

    27、3 3. .7 7 紧急救援系统紧急救援系统(EMS)(EMS) EMS 是一个特殊的系统,它的基础是 ATIS、ATMS 和有关的救援机构和设施, 通过 ATIS 和 ATMS 将交通监控中心与职业的救援机构联成有机的整体,为道路使用者提供车辆故障现场紧急处置、拖车、现场救护、排除事故车辆等服务。 11 第二章 智能交通产业发展情况 美国、欧洲、日本是全球智能交通体系技术开发、应用最好的国家,从它们发展情况看,智能交通系统的发展,已比较有效地解决交通拥堵、交通事故、交通污染等问题,经 30 多年发展,ITS 的开发应用已取得比较好的成就。美国、欧洲、日本等已基本上完成了 ITS 体系框架建设

    28、,并在重点发展领域大规模应用。可以说,科学技术的进步极大推动了交通的发展,而 ITS 的提出并实施,又为高新技术发展提供了广阔的发展空间。 智能交通系统世界上应用最为广泛的地区是日本,如日本的 ITS系统相当完备和成熟,其次美国、欧洲等地区也普遍应用。中国的智能交通系统发展迅速,在北京、上海、深圳、广州等大城市已经建设了智能交通系统。随着智能交通系统技术的发展,智能交通系统将在交通运输行业得到越来越广泛的运用6。 2.1、国外智能交通发展状况 2 2. .1 1. .1 1 日本发展状况日本发展状况 1973 年,日本通产省组织开始了对 ITS 的研究。至 1994 年,即由当时的警察厅、通产

    29、省、运输省、邮政省、建设省(现五个部门已分别调整为警察厅、总务省、经济产业省、国土交通省)成立了道路、交通、车辆智能化推进协会(简称 VERTIS) 。其目的是为 12 了推进 ITS 领域中得技术,产品的开发及推广应用工作的开展;其目标是在未来三十年,将现有道路交通死亡事故减少 50%,基本消除交通拥挤,减少汽车的燃料消耗及尾气排放等。1996 年,由当时的建设省、国际贸易与工业省、运输省、邮政省及国家警察署等五个与交通相关的部门共同制定了ITS 全体构想 。这一构想对交通届的变革起到积极的推动作用,交通堵塞现象减轻、交通事故数明显减少、换进污染问题得到遏制、国民的生活质量有所提高7。 随着

    30、 ITS 技术研究的不断深入,ITS 在实际的运用也不断完善,其社会效益和经济效益日益显着。如日本全国交通事故死亡人数连续输十年逐渐减少,交通事故发生数从年逐年减少8。 日本正在大力发展自动驾驶技术和车联网技术,打算在 2020 年前借助这些技术建立世界领先的智能交通系统。2017 年,日本政府将联合汽车制造商在高速公路和人车流量较低的偏远区域进行自动驾驶汽车测试,加紧智能交通系统体系建设和完善。 日本政府计划在 2020 年前实现该服务的商业化。2020 年,日本东京将举办第 32 届夏季奥林匹克运动会,因此这一年对日本来说非常重要,具有里程碑式的意义。它希望向世界展示自动驾驶汽车和绿色节能

    31、的动力传动系统等新一代技术的实力。 此外,日本政府和汽车制造商希望于 2025 年前后在全国范围内普及自动驾驶技术。日本希望通过自动驾驶汽车的推广和普及大幅减少交通事故的发生,争取在 2030 年前实现交通事故发生次数近乎为零的目标。 13 2 2. .1 1. .2 2 美国发展状况美国发展状况 20 年代在 60 年代后期,美国开始了 ITS 的第一个项目电子路线引导系统;而由此到 80 年代期间,由于美国这期间没有出现突出的交通堵塞等情况,美国在道路交通的信息化,智能化方面几乎没有任何进展,而日本、欧洲各国及澳大利亚等发达国家非常重视智能交通,并投入大量资源,得到迅速发展。在 1987

    32、年美国继续开展 ITS的研究,成立了 Mobility-2000 组织,从此之后发展迅速,在 1990年 8 月,成立了智能化车辆道路系统组织(即 IVHS AMERICA:Intelligent Vehicle-Highway Society OF America) 。 IVHS AMERICA的主要任务之一是向运输部提供有关 IVHS 计划的需求、 目标、 目的、计划及进展等。 IVHS AMERICA 于 1994 年更名为 ITS AMERICA。 在 1991年美国国会通过了“综合地面运输效率方案” (ISTEA) ,旨在利用高新技术和合理的交通分配提高整个网络的效率, 根据计算机仿

    33、真的结果,尽可能提高整个路网的通行能力约 20%至 30%。ISTEA 的主要内容就是实施智能交通系统, 并确定由美国运输部门负责全国的 ITS 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 ITS 研究工作。1995 年 3 月,美国运输部首次正式出版了“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。为了加强 ITS 研究,美国政府加大了力度, 由美国联邦政府公路局在全美建立了 3 个 ITS 研究中心,中心的经费由联邦政府和地方共同提供。为了调动企业和私人投资公路建设的积极性, 美

    34、国大力展开了电子收费系统和不停车收 14 费系统的实验研究,目前美国已有 12 个运输管理机构在进行这方面的工作9。 美国 ITS 研究采用了自上而下的方式, 通过 America 支持的项目提出全国统一的体系框架。 同政府推出一系列的法案明确 ITS 的重要性,如 1991“陆上综合运输效率化法案” ,1998 年的“面向 21 世纪的运输平衡法案”等。通过 5 倍于阿波罗计划的投入,使得 ITS 成为交通行业最重要的发展方向之一, 并在城市公共安全方面发挥重要作用。它的发展模式可以总结为:顶层规划、市场引导、分步实施。并且,美国 ITS 的研究和发展,无论是在研究项目还是应用系统的开发上,

    35、都与汽车产业的发展紧密相关。 在 ITS 建设方面,美国注重 ITS 安全系统设施的建设。目前,美国在 ITS 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依次分别是:车辆安全系统、电子收费、公路及车辆管理系统、实时自动定位系统、商业车辆管理系统。 在 ITS 管理方面,美国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最适宜的救援中心, 并为救护人员赶赴现场规划最佳路线;路线引导软件功能

    36、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 15 在伤员到达之前作好抢救手术的准备工作。 美国先进的智能交通系统具备智能地、 自适应地管理各种地面交通的能力,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数据,及时地分析其运行特征、预测其变化,制定最佳应变措施和方案。这方面的研究包括“车辆-道路自动化协作系统”和“设施-车辆运输自动化系统”等。同时,区域性交通网络在超越地区界限和运输方式的前提下,能够“无间隙地”整合起来,实现一体化运行目标。交通控制中心和管理系统达到网络化,交

    37、通管理中心的数据汇集有助于更有效地管理超区域性的交通系统运行10。 在 ITS 领域最前沿的实践和成绩的基础上, 美国在智能交通方面制定了两个战略重点,即实现汽车互联技术和推进车辆自动化。为了推进智能交通的发展, ITS 规划 2015-2019同时制定了五个战略主题11: 1) 通过发展更优的风险管理、驾驶监控系统,打造更加安全的车辆及道路系统。 2) 通过探索管理办法和战略,提高系统效率,缓解交通压力,增强交通流动性。 3) 交通运输与环境系统管理,通过对交通流量的优化管理以及运用车联网技术解决实际车辆、道路问题,达到保护环境的目的。 4) 为了更好地迎合未来交通运输的需求, 全面促进新技

    38、术发展,推动支持技术创新。 5) 透过建立起系统构架和标准,应用先进的通讯技术实现汽车 16 与各种基础设施、便携式设备的通讯交互,促进信息共享。 2 2. .1 1. .3 3 欧洲发展状况欧洲发展状况 欧洲的 ITS 开发与应用是与欧盟的交通运输一体化建设进程紧密联系在一起的。1969 年欧共体委员会提出要在成员国之间开展交通控制电子技术的。 1985 年,西欧国家进行了一项顶尖科学领域内开展共同研发的计划,即尤里卡计划,其重点在于提升各国竞争力,欧洲各国交通系统不相同,无法兼容,为了解决这个问题,开始致力于促使智能交通一体化,于是将 ITS 纳入尤里卡计划中,目的是建立欧洲的智能交通系统

    39、。从 1986 年起,西欧国家开始在“欧洲高效安全交通系统计划(PROMETHEUS) ” 和 “保障车辆安全的欧洲道路基础设施计划 (DRIVE) ”两大计划指导下开展交通运输信息化领域的研究、开发与应用。 1988 年由欧洲 10 多个国家投资 50 多亿美元,联合执行旨在完善道路设施,提高服务质量的 DRIVE 计划。 2000 年 9 月发布的欧盟 KAREN 项目, ITS 体系框架是其中重要一部分,主要针对道路相关交通系统而言。ITS 体系框架开发采用面向过程方法,但其目标不是提供全面的 ITS 系统构成,而是示范给出创建某项 ITS 服务的体系框架所应采取的方法, 以便用户根据需

    40、要进行相应体系框架的开发和扩展。 2008 年 5 月 19 日,欧盟委员会制定了关于为了安全应用智能交通系统(ITS) ,2009 年欧委会委托欧洲标准化机构 CEN,CENELEC 和 17 ETSI 制订一套欧盟层面统一的标准、 规格和指南来支持合作性 ITS 体系的实施和部署。2013 年,ETSI 和 CEN/ISO 完成首版标准制订。第二版标准包已经进入微调阶段,主要是处理更为复杂的应用。欧盟与美国和日本紧密合作确保该系统在全球兼容。 2011 年 3 月推出的欧盟 2020 智能交通系统(ITS)确定的三大目标:交通可持续、竞争力和节能减排,为配合这个文件,欧委会于2011 年积

    41、极制定配套措施和出台行动计划,在欧盟范围内全面部署和督促落实智能交通系统技术的研发及应用。 2012年6月, 欧盟提出智能交通等领域快速发展2020实施方案,由相关欧盟政府官员、行业协会及企业代表共同参与的磋商机制(CAR21)发表了终期报告,报告在电动汽车、道路安全、智能交通系统、市场准入以及 CO2 排放等领域提出了快速发展的 2020 战略实施方案, 从而提高欧盟汽车产业国际竞争力, 为欧盟经济增长注入动力,并有效解决就业问题。 2013 年 9 月, 由欧盟研究区交通科研 (ERA-T) 科学理事会提出,欧盟计划加强交通科研领域的国际科技合作。 2014 年 2 月,欧盟标准化机构 E

    42、TSI 和 CEN 确认,已经根据欧委员要求完成车辆信息互联基本标准的制订。 该标准将确保不同企业生产的交通工具之间能够相互沟通,并能与道路基础设施沟通。该标准预计 2015 年在欧洲道路上实现。据悉,欧盟投资 1.8 亿欧元用于合作交通系统(cooperative transport systems)的研究项目,并成功研发出该标准。欧洲各国正在进行 Telemetric 的全面应用开发工 18 作,计划在全欧范围内建立专门的交通无线数据通信网。计划在全欧洲建立专门的交通(以道路交通为主)无线数据通信网, 正在开发先进的出行信息服务系统(ATIS),先进的车辆控制系统(AVCS),先进的商业车

    43、辆运行系统(ACVO),先进的电子收费系统等12。 2016 年底欧洲通过“欧洲合作式智能交通系统战略” ,目标是到年在欧盟国家道路上大规模配置合作式智能交通系统, 实现汽车与汽车之间、汽车与道路设施之间的“智能沟通” 。在此系统帮助下,驾驶员能够减少人为失误,在驾驶过程中作出更加正确的决定并适应交通状况。因此,配置这一系统预计将显著提升行车安全、交通效率以及驾驶的舒适性。 合作式智能交通系统战略的实施将有助降低道路交通事故死亡率, 欧盟预期该系统帮助实现在年至年间将交通死亡总人数减少一半的目标。 2.2、国外智能交通系统案例介绍 2 2.2.1.2.1 日本日本先进车辆先进车辆信息与信息与通

    44、讯系统通讯系统与与 ETCETC 技术技术 日本 Vehicle Information and Communication System Center,简称 VICS,成立于 1995 年 7 月 1 日,由日本道路交通情报中心建设和管理,以提高道路交通的安全性和通畅性、改善道路环境为目的,被认为是世界上最成功的道路交通信息提供系统。 到2003年6月末,日本装有汽车导航系统的车辆已达 7520 多万辆,同时装有汽车导航系统和车载信息通讯系统(VICS)接收器的车辆也达 2700 多万辆,以上装置可以为驾驶员或其他机动车使用者提供即时道路信息, VICS提 19 供 24 小时实时路况交通拥

    45、堵信息和管制信息13。日本的道路车多而不乱,路上诸多监测器和雷达,随时监控道路情况和采集信息,驾车人可通过情报信息板获取即时道路信息。车载电子地图已广泛使用,有多家公司开发新产品,用户可在网上下载购买。电子地图可通过卫星天线、微波、电视载波机、电话地址等多种渠道接收信息,使用电子地图,人们可以准确查询地址、气候、环境及计算拥堵时间等。 日本的 ETC 计划于 2000 年 4 月开始正式实施,该计划的目标是到 2002 年 3 月在全国建设 800 个电子收费站,到 2003 年 3 月达到900 个。按照设计,ETC 系统根据车辆的类型和在公路上行驶的距离来收费。 统一的 ETC 标准能够使

    46、系统的使用者将每一部车辆上的异频雷达收发器结合为一个整体, 保证分属不同系统管理的收费公路执行统一的标准。根据“ITS 手册”,日本有关方面在发展 ETC 系统时,在以下几个方面达成了共识14: 1、标准必须统一,使不同路面上的收费行为遵循同一的标准,并使系统能在全国范围内形成一个整体; 2、保证路管单位与车辆之间的良好沟通渠道; 3、为适应未来功能扩充的需要,系统要包含车载设备及 IC 卡,并使 IC 卡具有多种功能; 4、IC 卡要能与其他设备结全为一体(如 CPU) ,同时可以与其他终端设备进行双向身份认证,并能对有关记录进行解析以保证安全性。 5、为了保证 ETC 系统的方便和安全性,

    47、“道路系统增强协会” 20 (the Organization for Road System Enhancement,简称 ORSE)于 1999 年 9 月成立,该协会能提供及时的信息安全服务,比如数据安全标准的及时披露,身份识别信息的提供等。 6、数据安全标准是为了防止收费和私人信息被伪造或窜改而设立的一项普遍准则, 直接向那些已经签署了关于不停车收费的安全标准文件和保密协议的企业开放。 另外日本的高速公路处于良好的养护状态,少见坑槽和裂缝,平整度好。日本全国 7800 多公里高速公路,全由道路公团统一管理。从 1970 年开始, 道路公团规定在新建道路上全部使用排水路面结构,改建道路也

    48、要求采用排水结构。到目前为止,全日本 98%以上的道路采用排水路面结构。从实施效果来看,排水路面具有减噪、防溅水、防滑、防眩光等效果,从而可降低交通事故发生率。 2 2.2.2.2 2 洛杉矶市自动交通监测和控制中心洛杉矶市自动交通监测和控制中心和和公共汽车信号优先技术公共汽车信号优先技术 洛杉矶市自动交通监测和控制中心(ATSAC)于 1984 年的奥运会之前开始兴建, 最初只限于奥运会主会场洛杉矶纪念体育场地区,后来逐步扩展到全市。 目前洛杉矶的 ATSAC 控制 2449 个有信号灯控制的交叉口。整个洛杉矶市有 4285 个有信号灯控制的交叉口,而 ATSAC 控制了其中的57。另有 2

    49、86 个交叉口的 ATSAC 工程正在建设。在 ATSAC 内,计算机交通控制系统监控全市的交通状况和系统性能。 道路上埋设的感应圈可以监测车辆的通过、车速、流量,并且每秒钟修改数据。除此之 21 外,全市大约还安装了 15O 个闭路电视摄像机。 自动交通监测和控制中心可以通过增加软件来扩充系统, 从而对其他交通工具,例如轻轨铁路进行监控。ATSAC 的最新技术发展是建造自适应车流控制系统,可以根据车的流量大小来调整信号时间,使得道路的通行能力得到最有效地利用。 洛杉矶市公共汽车信号优先技术是应用智能交通运输系统 (ITS)技术来提高公共汽车运行速度, 使得公共汽车更加准时并提高其运行效率。

    50、主要的方法是对交叉口的晚点公共汽车在红灯时提前给予绿灯,同时对正在交叉口内行驶的晚点公共汽车延长绿灯时间使其有足够的时间来通过交叉口。一般来说,对于准点的公共汽车就不必给予信号优先。 公共汽车信号优先技术的关键是要确保公共汽车和交叉口信号机之间有无线通讯15。 公共汽车信号优先过程包括四个阶段: 第一阶段:确定公共汽车位置。确定公共汽车到达的地点,以确定交叉口是否要进行信号优先。 这一功能也提供位置数据给公共汽车上的处理器以确定汽车是否晚点。 第二阶段:公共汽车向交叉口的信号机提出信号优先请求。由公共汽车上的处理器来执行, 对汽车到达设定点后是否要提供信号优先作出决定。 第三阶段:交叉口的信号

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