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智能交通系统,开始引起政府管理者和出行者的共同期待。
试想这样一幅场景:住在北京朝阳区安贞医院附近的一位白领,清早7点下楼、开车,车载GPS用优美的声音播报了今日天气及交通情况,随即自动选择了一条道路通畅的驾驶路线。30分钟后,他哼着小曲驾车驶到国贸中心停车场门口,GPS即时播报车库剩余车位,车位显然绰绰有余。这时离上班时间还有10分钟,他还有足够时间去国贸商场的星巴克买杯摩卡咖啡提神。
这并非发生在2020年的一幕,在国家智能交通系统(Intelligent Transportation System,简称ITS)中心实验室主任、工学博士张可的眼中,这是智能交通初步普及后显而易见的事实。
理想世界
在世界可持续发展工商理事会的《2030年的流动性》研究报告里,智能交通系统被定义为“一个基于并包括了有线、无线网络、卫星等现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。其突出的特点是以信息的收集、处理、、交换、分析、利用为主线,为交通参与者提供多样性的服务。”
这个庞大的系统将先进的信息、电子通信、自动控制、计算机以及网络等技术有效、综合地运用于包括城市公交、BRT(快速公交系统)、地铁、轮渡、轻轨、出租、高速公路等整个交通系统,并能将上述交通工具加以综合管理与控制。
张可在接受记者采访时认为,智能交通系统是目前国内外解决城市交通拥堵难题的最好方案。“通过智能交通系统,实时路况被电子摄像头录入信息平台,经过监控中心处理后分流任务给交通调度,并且实时将情况给终端用户。也就是说,用户能利用手机、车载GPS等,第一时间掌握实时路况。”
“这还只是最基本的情况,在智能交通系统的整合下,私家车车载GPS、交通监控中心与全球定位系统卫星将实现联网,驾驶者能与调度中心产生信息互动,从而使商业车辆、公共汽车和出租汽车的运营效率大大提高,对全国乃至更大范围内的车辆实施控制。”
国外一项名为《大城市的挑战:利益相关人的观点》的报告指出:交通是城市各发展阶段面临的唯一最大的基础设施挑战,而严重拥堵会给城市产生巨大的经济成本,这些成本在发达和发展中国家占GDP的比值分别为1%与3%。
能够节约经济成本又能高效解决拥堵问题的智能交通系统,因此受到各国城市管理者的高度重视。
日本一项研究报告称,智能交通能使交通事故死亡人数每年减少30%以上,早高峰时期堵塞量降低10%以上,并能提高交通工具使用效率50%以上。
记者从德国科隆城市交通管理部门得到的数据显示,自1992年该市启用智能交通系统以来,市中心每年减少2100万车公里(该单位指旅行程数),每年可节省1800万欧元,效果较之未启用该系统前相当明显。
但信息化迅速发展的今天,智能交通已经不仅仅代表着以上的定义。在张可眼中, “智能交通的高级阶段,车辆上被安置有磁铁传感器和高敏感度的雷达装置,用以检测车辆在公路上的位置,检测车速并避开障碍物。这是智能运输系统的最高境界,它能神奇的创造出一个近乎没有事故的驾驶环境。”
美好的愿景之下,全球范围内对智能交通的投入均在不断加大。数据显示:美国联邦政府自1990年开始着手智能交通系统研发以来,20年间投资额达到300亿美元,未来还将继续500亿美元的投入;日本政府早在1996年和1997年两年内用于智能交通系统的研发预算便高达161亿日元,用于智能交通系统实用化和基础设施建设的预算为1285亿日元;欧盟自1984年研发智能交通系统以来,多年投资额超过280亿欧元。
本土化难题
中国早在15年前就开始研发公路信息系统(即智能交通的初级阶段)。中国智能交通协会的数据显示,截至2008年12月31日,国内先后已经建成或者正在建设的智能化交通管理系统的城市数目高达31个。其中,2008年北京在城市智能化交通管理系统总投资1.08亿元,由北京交通发展研究中心独立开发。另据中国智能交通协会相关数据,至2016年,全国在智能交通上的总投资金额将达到1078亿元。
长安大学教授、原北京市交通治理局副局长段里仁告诉记者,“大、中型城市中一般存在的拥堵结症主要源于红绿灯的设置。如早晚高峰期时,平时正常路况的红绿灯配置时长基本不变,加大了车辆的滞留时间,可以通过智能交通系统迅速提高路口的通行能力。”
“目前国内城市的交通系统由于极少运用红绿灯感应控制与半感应控制系统,在十字路口转向时无法优先为车流量较大的方向保持绿灯常亮。而在拥有感应检测器的路段,车流量大的方向绿灯随自动感应增长闪烁时间,对车流量小的方向则增加红灯闪烁时间,借此分流拥堵时间。” 段里仁说。
看上去很美的“智能交通”,却在中国频频“效果失灵”。
巨大的投入并不意味着交通的改善。广州亚运期间地铁免费一周内,BRT、出租车空座率高涨,地铁却挤得水泄不通;杭州在试行BRT、环城公路一卡通收费等信息化系统后,每天下午4点左右的出租换班时段仍然无法打到车,西湖沿湖路段堵上2、3个小时都算正常;即便是在智能交通普及率最高、公交与地铁已承担大部分出行的北京,堵车时间长达1小时仍是家常便饭。
在智能交通系统的构想里,其初级阶段是城市交通交汇成网络状,地面、地底交通相互交接,BRT、轻轨、地铁四通八达,人们可根据路面情况随时选择适合的方式出行。北京、上海、广州等城市的交通建设并不缺乏上述的交通设施与载客工具,为何仍然消化不良?
“一个突出特点是国内公交车站信息不完备,多数公交车站并不能为乘客提供换乘或公交何时到站的提示,这也往往加大了出行人的换乘时间,形成换乘点的拥堵状态,换乘点一般又都设在中心区域,造成更大规模的路面堵塞。” 段里仁这样阐述。
在运用智能公交系统的城市,如德国科隆市,公交站牌处立有遍布整个运营网络的电子信息显示屏,不仅使在站台上候车的乘客了解车辆的准确到达时间以及换乘信息,还可从标题信息栏了解一些影响交通的事件和未来的重大活动等信息,方便乘客出行。
而在北京、上海、广州以及全国其他城市,除BRT经行路段外,多数公交站牌还无法实现信息电子化。
此外,IBM全球技术服务部智能交通系统领域专家Jamie Houghton告诉《财经国家周刊》记者,“尽管大多数城市都在开发智能交通系统,但由于多种因素影响,如城市的发展阶段、物理特征、现有交通基础设施的水平以及市民的偏好,每个城市面临的挑战性质和可行的解决方案各不相同。”
比如,在道路崎岖不平的山城,拥堵往往出现在隧道收费站;而在沿海以及经济较发达的城市,拥堵一般出现在早晚上下班高峰期。
尽管如此,国内城市智能交通系统平台经常出现同质化的情况,甚至还有南北两大城市先后向国外公司买入同一套智能交通系统软件的情况发生。而同省临近的两个城市,由于没有统一的信息交换、互动联网平台,也无法最终实现公路信息一体化。
交通本是为人而生,为人而用,却成了困人之路,害人之途。
诚可见,交通拥堵、交通安全、能源短缺、环境污染已成制约经济社会可持续发展之顽疾。根据国民经济“十二五”发展预期,“十二五”末,中国城市化率将从47.5%提高到51.5%,如何破解因交通而带来的诸多难题显得尤为迫切。除了采取行政、法律、宣传教育等手段和措施外,有效运用科技创新,推进交通信息化建设,加快建设智能交通系统,也是非常必要的治理手段。
5月26日,交通运输部召开新闻会,介绍了《交通运输“十二五”发展规划》的主要内容。“十二五”期间,中国交通基本建设投资总规模约6.2万亿元,比“十一五”期间总投资4.7万亿元略有增长。“十二五”末,中国国家高速公路网将基本建成,高速公路总里程达到10.8万公里,覆盖90%以上的20万以上城镇人口城市。《规划》还提出要“大力发展智能交通,提升交通运输的现代化水平”,“重大关键技术研发取得突破性进展,科技成果推广应用水平进一步提高,科技进步贡献率达到55%”。
目前,新一代智能交通系统(ITS)呼声最高,被称为“治堵”和“安防”的利器。资本市场也是一片看好智能交通产业及其相关概念股,各大券商不遗余力地纷纷撰写研究报告,点评智能交通的巨大发展潜力。更有不少分析师预计,未来5年国内智能交通行业的投入将达数千亿元。
中国的智能交通处于什么现状?未来发展前景如何?对解决交通难题究竟起到多大作用?带着读者关心的这些问题,本刊专门求教于业内权威专家关积珍。
《新经济导刊》:随着中国工业化和城市化进程的加快,交通问题日益突出,近几年智能交通系统(ITS)备受关注,请您介绍一下中国智能交通的发展历程?
关积珍:从国外来讲,社会机动化发展到一定程度后,咱们现在面临的交通拥堵、污染、安全问题,以及交通对社会可持续发展产生的一些影响,它们在几十年前就遇到了。从20世纪60~70年代开始,它们陆续重视这些问题,那时没有明确提智能交通,主要从交通管理、交通控制、交通安全、交通可持续发展上做了很多工作。到了20世纪80年代左右,形成了智能化的交通系统,智能交通系统这个概念慢慢形成了。
20世纪90年代后期是中国智能交通系统的启蒙阶段。主要通过两次比较大的学术性会议,一次是科技部发起的中欧国际智能交通研讨会,另一次是亚太智能交通研讨会,这两次会议对国内业界认识智能交通起了非常大的促进作用。同时科技部与建设部、公安部、交通部组团参加了世界智能交通大会等国际性会议。
中国智能交通系统真正开始于“十五”期间,这五年是概念形成和理念导入阶段。主要做了一些科技性的引导工作,当时还确定了首批10个智能交通应用示范试点城市,包括北京、上海、广州等大型城市,还包括一些中小型城市,如中山,对智能交通在国内的普及和导入起了很大的推动作用。
“十一五”是智能交通系统发展的一个重要基础阶段。这期间有几个大的标志性事件:第一,科技部首次设立了现代交通基础领域的863,把智能交通和交通安全作为专题,同时也启动了一批863项目和几个比较大的支撑计划项目,这样科技对智能交通的推动和引导作用很明显。第二,原来做的一些基础性工作,结合一些重大的应用需求,显现了很好的效果,比较典型的有北京2008年奥运会,面向奥运的智能交通系统的保障和运用,还有上海2010世博会,广州亚运会,公路不停车收费(ETC)等。那一轮共启动了7个支撑计划,叫国家智能交通关键技术集成及应用示范,这种支撑计划对行业发展起了很大推动作用。第三,产业和企业的发展初步形成了比较好的格局。这期间基本上是有一定交通专业基础的、又掌握一定高新技术领域的、对这行业有一定感悟的企业,实现了稳定的发展。2000~2005年,大家对智能交通的理解和认识也有限,感觉市场很大,但是做什么不是很明确,所以许多企业都想挤进来,包括一些大IT公司,但是后来都退出去了,因为交通的专业性很强,没有这方面的积淀很难开展业务。当时我们开玩笑说,不要把智能交通系统ITS理解成IT+S,到现在业内认识到,traffic或transportation这个概念一定要强化。
到了“十二五”,我认为智能交通系统进入到了一个提升阶段,不管从技术水平还是产业格局,都会有一些大的调整和突破,智能交通将真正走上一个比较好的快速通道。
《新经济导刊》:从资本市场看,原来智能交通的概念成分偏多,是否可以说从“十二五”开始,智能交通更多转向应用了呢?
关积珍:“十五”、“十一五”期间,大家对ITS的内涵和本质认识不太清楚,“智能交通成了筐,什么都往里装”,实际上不是那么回事。当然,这也是中国的实际情况,中国的机动化进程是最近几年突然加速的,原来机动车保有量也有限,整个社会不是一个机动化的社会,对路和车的理解还有偏颇,道路交通基础设施也很不完善,这与有没有智能交通没关系。原来没有,现在有了,大家一看,智能交通原来就是干这个的?某种程度上造成了误解。
有人认为,交通到底有多少技术含量,因为每个人都是交通的参与者和感受者,都可以对交通发表意见。我们刚开始确实从理论体系上到技术支撑体系上,也没有拿出很先进的东西,这样让大家产生了误会,“智能交通继续搞下去,有什么好搞的。”有认识误区很正常,也是客观环境造成的。
“十二五”可能会有大的转变,原来大的城市应用效果已经很明显了,同时全国范围城市化、机动化进程很快,这两方面对交通带来的挑战是非常大的。原来北京、上海、广州这样的大城市拥堵,现在省会城市、二三线城市甚至许多小城市都拥堵了,恐怕仅靠修路已经来不及了,而且拆迁修路成本太高,占用太多耕地、绿地也不符合可持续发展。既有的道路资源怎么利用好,把管理水平提高上去,通过智能化的手段发挥更好的效益,已经到了刻不容缓的地步,所以大家觉得智能交通必须要搞。尽管有这个实际需求,但概念这东西是难免的,有时候概念是为了强化大家的理解和认识,比如车联网,虽然有所认识了,但其本质和内涵需要去进一步挖掘;还有物联网,自从IBM提出智慧地球,后来咱们提出物联网,一直在推进,但也面临同样的问题,物联网究竟是要干什么?交通物联网从本质上说还是交通信息的采集处理和,但这些大的背景大的趋势大的变化无疑将给智能交通注入新的内涵,促进一些新的领域技术方面的发展,有效结合好,发挥积极作用,就是有意义的。
智能交通里面有一个核心系统――采集处理,从道路交通信息的采集、传输、处理到,可以给管理者,包括交管局、交通指挥中心等,同时也面向社会。在北京路上开车可以看到路况显示,前方是否拥堵,这个过程就是“采处发”。从采集来讲就是感知,原来在路上设检测器感知,将来车上都有ID了,那就变成车辆感知了,再先进一点,车与车之间可以通信了,车联网就形成了。另外路旁边有信息采集装置,跟车辆实时交互,那就车路联网了。路再通过无线传感器或无线通信连接起来,那就构成一个大的物联网概念了。不管叫车联网、路联网还是物联网,只要大家接受就行。本质意义是广泛的获取信息比以前要多。如果说以前是路边设一个检测断面来获取信息,现在是广义的多维的网络化的全景式的交通信息环境的建立。这在物联网背景下,是一个重大变化。在技术不断变革的时代,概念是难免的,但不要单纯追求概念。
《新经济导刊》:智能交通系统在中国发展十几年了,有哪些自主创新成果?
关积珍:交通本身蕴含着一定的文化和社会背景因素,比如道路指示牌,国外的拿过来中国人看不懂,中国人在认知方面有自己独特的惯性思维和文化传统,把国外的高速公路编号G25、G18拿到中国,建立不起概念来,不适用。只有以地域概念命名,中国人才能记得住,比如京藏、京沪。
智能交通是与国情、地域相关的,除了共性技术和核心技术一样,在应用层面有很大区别,我们成功的地方恰恰是结合中国国情和发展需要的一些领域,比如联网不停车收费(ETC),日本早就有,而且做得还比较成功,欧洲也有相关标准,美国发展比较慢,因为美国高速公路不收费。中国因收费造成排队拥堵是一个很大的问题,针对中国的国情、车况和收费管理等要求,需要一套很复杂的体系。我们在ETC方面做了很多创造性工作,形成了自己的国标,建立了相应的示范项目,像京津冀、长三角、珠三角这些示范项目做得很好,现在向全国进行推广。基于此,下一步将延伸到城市交通拥堵收费。
另外,我们在面向重大应用需求上,做得还是很成功的。比如前面提到的北京奥运会,上海世博会。有人说这是国家项目,有政府力量,但政府推动只是一个重要的因素,最终变成现实需要技术去实现,我们实现了,这是很大的成功。有些典型的系统与国外相比一点都不差,像北京道路交通信息采集处理系统,二、三、四、五环以及进出京高速公路都设有专门的检测器,现正向主干路延伸。首先检测手段不是单一的,有微波、超声波、视频、旅行实验检测,把这些数据汇集上来以后,实时地进行自动化处理和对外,这需要的技术手段还是比较高的。而国外区域性的有,整个城市这么做并不多。在上海世博会期间,从周边省市进入上海的客流状况的获取,基于移动的手机定位进行客流预警、宏观状况信息的采集,做得也很好。北京还做了交通拥堵评价,对交通拥堵建立了一个评价指标体系,核心指标是拥堵指数,把拥堵从0~10分成五个区间,分别代表非常畅通、畅通、缓行、拥堵、严重拥堵。这套智能化交通运行分析系统很有价值,将来有机会可以适合公众接受的形式对外出去。
这些年,智能交通在基础技术方面取得了很好成果,重大应用上取得了标志性的成果,形成了初步的智能交通标准体系,在国际的智能交通发展格局里,中国也占有一席之地了。
《新经济导刊》:现在一个国家、一座城市都讲究顶层设计,您所领导的企业也是做解决方案的,你们如何实现智能交通系统解决方案的顶层设计?
关积珍:你问得很好。智能交通系统本质上是一个完整的体系,要有系统的思想和方法去做智能交通,首先要有整体的顶层设计,明确总体目标和任务,然后决定投入多少,如何分步落实。我们在做智能交通系统解决方案的时候,首先建议对方制定城市综合交通规划,然后再制定安全管理规划和道路交通智能化管理规划。智能交通管理规划,包括需求、路线、发展目标、系统建设的远景规划等,特别是面向中小城市,更需要去引导。这样做才有意义,不会造成重复建设和浪费。在上世纪90年代末2000年初的时候,我就对一些地方城市交通主管部门说,建设智能交通系统要做三件事情:一是建立健全道路交通基础设施环境;二是加强宣传教育,提高全民的交通意识和素质 ;三是做各种系统,用先进的技术来保障。这样的智能交通系统才能发挥作用,否则再先进的技术和设备也无法保障交通的畅通和安全,因为与人的交通素质和基础设施是否完善有很大关系。我认为,这种倡导到现在依然管用。所以我们公司一直设置一个部门―交通工程事业部,业务职能就是做交通标志、交通区划等,这是天大的小事。作为企业,我们不能只盯着市场和项目挣钱,要把智能交通当成民生工程来做。
《新经济导刊》:中国的智能交通产业链是否形成?现在有分析人士说,“十二五”智能交通产业规模有几千亿,你怎么看?哪些领域发展潜力大?
关积珍:坦率地说,现在智能交通产业链是初步形成,但还不成熟,分工也不合理。许多企业发展定位不清晰,产品、解决方案、系统集成等什么都想做,但又做不精。没有形成比较大的稳定的各环节的龙头企业。这是任何产业都要经历的阶段,需要一个逐步发展过程。
至于产业规模,智能交通的产业空间确实不小,到底有多大,不好预测。首先产业边际就不好界定;其次,交通管理、交通服务、投入主体都是多元的,政府投入只是一方面,还有企业投入、风险投资等。我认为每年几百亿的投入还是有的,现在没有一个全国的智能交通投入汇总数据,因为城市智能交通都是地方政府主导的。
中国的智能交通有个特点,是民航、铁路、公路、轨道、城市道路、水运等综合交通领域全面推进,而国外更多关注的是道路智能交通,中国把道路交通分为公路和城市道路两块。中国正在进行交通信息化建设,信息化和智能交通很难分清楚。民航的业务系统一直跟国际接轨,管理的现代化和信息化程度是比较高的,如客票订制。铁路业务运营管理的自动化和信息化程度是比较高的,面向公众服务这一块还比较欠缺,现在也意识到这一点了,正在改进。这两个都是行业纵向管理。公路比较分散,各管一段,全国公路资源统一协调难度比较大,交通部也是积极推进,并且计划对全国公路进行智能监管和紧急处置,从国家战略角度也是很有必要。真正热点和比较关注的是城市道路交通,主要是解决拥堵,但智能交通不可能完全解决拥堵,只能为缓解拥堵提供一个技术支撑手段。解决拥堵与城市规划、土地利用、公众出行方式、城市交通的结构构成等有很大关系。智能交通只是这一揽子交通解决方案中的一个,这一块,智能交通的发展空间比较大。在城市化进程中,交通问题是一个突出问题,不仅仅是硬件建设,人的观念也要转变,要尽快适应城市化的要求。
《新经济导刊》:据了解,交通运输部已经启动新一代智能交通系统发展战略研究,北京市也表示将建设新一代智能交通系统,请问什么是新一代智能交通系统?
关积珍:新是相对的,业内对此说法也有不同认识。我认为,新一代必须从本质上有突破。当然,这种提法也反映出一个趋势。智能交通发展到现在,对中国来讲,除了借鉴国外的经验,也要满足国内的应用需求,有很多不太成熟的技术不能完全照搬国外的,我们需要结合国内需求去创新发展,这是一个层面。第二个层面是,现在的技术环境与美日欧当时的环境完全不一样了,不在一个起跑线上,新技术日新月异,如何运用现有的高新技术来提升中国的交通管理水平和效率,这需要去重点探讨。还有随着经济社会的发展,人们对交通出行、享受新技术成果运用的需求也不一样了,智能交通技术、服务和运用的理念也需要调整,要实现安全、通畅、环保、智能化服务等多元目标而不是单一目标。原来的技术系统无法满足,需要集成创新,有新的技术手段来支撑,实现新的展示,这也可以说是新一代的内容。新的需求、新的技术环境、新的理念上的突破,这样才能对智能交通有一个新的发展。
《新经济导刊》:“十二五”期间中国智能交通的发展方向和重点是什么?
关积珍:第一,综合交通运输系统的性能提升是我们关注的一个重点方向。“十二五”是智能交通提升的阶段,包括关键技术要有新突破,比如车路协同技术,智能交通服务于交通管理和出行的需求要有一个提升。中国的特殊性是综合交通运输,公铁水民都要一体化去考虑,不能偏颇哪一个。在863支撑计划里有一些交通枢纽的布局,加强枢纽之间的能力协同。典型的讲,从天津坐高铁到北京南站,从北京南站换乘地铁到中关村,这样就比原来大大缩短了时空距离,提高了出行效率。
第二是智能化交通管理向智能化服务转变。原来的智能交通系统侧重于管理上的需求,服务的理念体现不充分。实际上交通是面向服务的,应该面向服务提供技术支撑,让服务的水平和效率更高。民航这方面走在了前面,网上可以订机票,走不了可以改签,登机牌通过手机和网络都可以换,这都是信息网络技术带来的方便。其他火车等出行方式都可以这么去做,最近火车实行网络售票,这就是一个进步。还有诱导,不能光告诉哪里堵哪里不堵,应该在出门之前告诉全市的交通状况,你所去的区域是否有重大活动,通往那个区域的道路,哪条交通流量大,以便提前绕行。
第三是交通安全要下功夫。机动车保有量、道路增加、人口流动快、交通安全意识淡漠等因素将对交通安全带来很大压力。科技部、公安部、交通部在“十一五”启动了一项《国家道路交通安全科技行动计划》,对有效防治、减少重特大道路交通事故进行系统的技术研究,这也要继续深入开展。另外还要加强安全保障措施和安全宣传教育,安全无小事。交通教育要从娃娃抓起,交通宣传要日常化,新闻媒体要加大舆论引导和监督力度,开辟专栏天天讲交通知识,日日讲交通法规,形成良好的交通文化氛围。
第四是提高交通信息的采集处理水平。现在信息化发展很快,交通信息的采集、处理、是智能交通的一个核心系统,这方面还有很多要做。因为不管是科学的管理还是高效率高水平的服务,都要依赖于对交通实际状况的充分了解,这就要靠信息的获取和采集,同时还要快速地处理和高效率地。
第五是建立公共的智能化交通服务平台。原来智能交通是做单项技术、重大集成应用,现在要转向构建面向公众的多媒介、多功能、方便快捷的交通信息服务大平台,切实发挥为民服务的智能交通作用,引导公众合理选择出行计划和方式,从源头化解交通拥堵,保障交通安全通畅。
第六是要大力发展智能交通产业。智能交通是典型的产学研用多技术领域集成的体系,发展到现在,要扩大和提升产业规模,否则技术不能发挥很好的作用;我国已经在特大型城市、大城市集中应用了许多很好的技术成果,要加快产业化推进,结合各地特点向全国进行商业推广。要加强对智能交通产业和企业的引导和支持,这方面已经有迹象了。最近资本层面的运作如并购、上市已经开始。未来五年,将形成有梯次的有一定规模的产业化格局。
《新经济导刊》:美日欧等西方发达国家的智能交通系统建设有哪些经验值得中国借鉴?
关键词:智能交通;智能交通系统;物联网;
【分类号】:TG333.2
一、引言
随着经济的发展和人民生活水平的提高,“以车代步”已成为一种普遍的社会观念,因此一个国家的道路建设速度永远赶不上汽车的增长速度,交通拥堵越来越严重。现行的限购、限号等政策,不能够从根本上解决问题,伴随着物联网技术的兴起,可以用物联网下的智能交通系统的构建来解决。有效解决目前交通拥堵的关键是实现道路利用率的最大化,这就需要对现有路况下的人、车、路进行有效的监控。因此,智能交通应运而生。
二、物联网和智能交通系统的发展现状及发展趋势
1.物联网发展现状和发展趋势
目前,全球物联网产业的发展还处于初级阶段。全球物联网仍处于概念、论证与试验阶段,处于攻克关键技术、制定标准规范与研究应用的初级阶段,但已具备较好的基础。未来几年,全球物联网市场规模将出现快速增长,据相关分析报告,2007年全球市场规模达到700亿美元,2008年达到780亿美元,到2015年全球市场规模将接近3500亿美元,年增长率接近25%,未来十年物联网将实现大规模普及。西方发达国家对物联网高度重视,并将其作为未来发展的重要内容。以物联网应用为核心的“智慧地球”计划也得到了奥巴马政府的积极回应和支持,其经济刺激方案将投资110亿美元用于智能电网及相关项目。
“智慧地球”是物联网发展的一个愿景,M2M是目前重点发展领域和物联网的主要表现形式。M2M是“机器对机器(Machine to Machine)通信”的简称,即通过通信网络实现机器之间的互联、互通。M2M既是物联网四大支撑技术之一,也是物联网在现阶段的最普遍应用形式,在欧洲、美国、韩国、日本等国家实现了商业化应用,例如安全监测、机械服务和维修业务、公共交通系统、车队管理、城市信息化等领域。
2.智能交通系统及其发展现状
智能交通系统是在较完善的道路设施基础上,将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成应用于地面集团交通管理所建立的一种实时、准确、高效、大范围、全方位发挥作用的交通运输管理系统它具有以下作用:充分发挥现有交通基础设施的潜力,提高运输效率,保障交通安全,缓解交通拥挤,改善环境保护。
我国现有的智能交通管理系统还处在初级起步阶段,多以人工干预和管理为主,路面上的信息采集点较少,车辆的管理不够集中,系统独立运作,缺乏统筹规划和技术手段落后是造成上述现象的主要原因所在。
三、面向智能交通系统的物联网体系结构
智能交通系统与物联网相结合,实际上是构建了一种全新的智能化交通系统。两者结合可以将以物联网为代表的智能传感技术、信息网络技术、通信传输技术和数据处理技术等有效的集成,并应用到整个的交通系统中。可以提高交通系统的运行效率,减少交通事故,降低环境污染,促进交通管理及出行服务系统建设的信息化、智能化、社会化、人性化水平。未来的智能交通系统应包含交通管理与规划、出行者信息服务、车辆运营管理、电子收费、智能车辆、紧急事件与安全、综合运输、自动公路、汽车移动物联网这9大领域。但这9大领域中,每一个都与物联网技术息息相关,下面只将一部分领域中应用的物联网知识作简要介绍。
交通管理与规划领域的建设应包括先进的交通管理系统、交通基础设施智能监控系统、交通运输规划决策支持系统,这三部分内容。而这三部分内容又分别包括全方位的交通信息采集与路网状态监控、在大量的交通基础设施上部署各类先进的传感设备实时获取状态信息、将基于智能交通系统和物联网的基础设施建设中获取的大量信息资源提供给规划人员等。汽车移动物联网是物联网在交通领域的具体应用。在物联网的技术背景下,交通系统中的人、车、路等组成要素的泛在感知能力将逐渐成为现实,这相当于提供了覆盖率极高的信息采集和终端。在物联网的环境中,以汽车移动计算平台为核心,利用泛在感知能力可以对现有的几乎所有智能交通系统进行升级强化,建设基于物联网的路网车辆状态监控系统、基于物联网的交通控制系统以及基于物联网的信息服务系统等。
车联网利用车载电子、标准信源、传感网络等技术手段实现车辆的信息采集,利用无线射频识别(RFID)、专用短程通信(DSRC)、广域无线通信等技术实现车辆的信息互联,基于信息网络平成对车辆的静态、动态信息的深度挖掘与综合利用,并根据不同的功能需求实现车辆的合信息服务和监管。通过在物体上植入各种微型芯片,使物体变的智能化,变的可感知和识别,甚至具有主动或被动、单方向或双方向的信息交流能力,然后借助无线通信技术实现人和物体、物体和物体之间的相互交流。车联网是物联网与智能交通系统相结合的产物,通过安装必要的车载设备,使车辆具备信息交流的能力,通过无线互联技术充分利用车辆的身份、属性、位置和行驶状态等信息,发现其中的应用价值,并以此来满足车联网参与各方的需求。通过车联网,汽车具备了高度智能的车载信息系统,进而能够随时获得即时资讯,做出与交通出行有关的明智决定。
面向智能交通系统的物联网体系结构,在逻辑上划分为硬件、系统软件、应用软件三个层次。各个环节分别在各个层次上有着不同的体现。在硬件平台层,包含了数据中心所需的强大的电源支持设备、大量数据存储设备、高性能的计算芯片等,数据处理和信号处理也是其中的一部分。在系统软件层,包含了数据中心所需的满足高可靠要求的服务器操作系统软件、高效的系统管理软件、数据库管理系统软件、通信管理软件、系统诊断程序等,也包含了车载设备、路侧设备上使用的实时操作系统、专用的图像接口、语音功能组件等。在应用软件层,覆盖的内容更加的丰富多彩,在与车辆相关的智能交通领域,包含编队行驶控制软件、商业管理软件、道路管理软件、智能化交通控制软件、车辆导航软件等。
面向智能交通系统的物联网体系的实现需要多种关键技术的综合应用,包括标准信源技术、传感网络技术、专用短程无线通信技术、广域无线通信网络技术等,而在我国部分关键技术还有待突破。车辆传感网络和道路传感网络,共同实现车辆、道路、交通、环境状态的全面感知,在与之相关的传感器技术领域,很多核心技术都还没有掌握。众所周知,我国的通信网络带宽在世界主要国家中处于落后水平,目前的3G网络带宽并不能满足为来对图像和流媒体的传输需求,同时我国的通信服务性价比较低,较高的通信成本同样有可能成为面向智能交通系统的物联网发展的商业瓶颈。
关键词:职业教育;交通安全与智能控制专业;教学资源库;建设方案
作者简介:林晓辉(1981-),男,广东揭阳人,广东交通职业技术学院计算机工程学院,讲师,华南理工大学土木与交通学院博士研究生。(广东 广州 510650)
基金项目:本文系“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校项目——交通安全与智能控制重点建设专业子项目、交通教指委重点项目“高职智能交通专业顶岗实习创新研究与实践”(项目编号:2011A04)、广东省高等教育教学改革立项项目“高职智能交通专业校企合作、工学结合培养高技能人才的探索与实践”(项目编号:GZYB2011006)的研究成果。
中图法分类号:G712?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)34-0051-03
一、交通安全与智能控制专业教学资源库建设背景及现实意义
专业教学资源库建设项目作为“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校项目的重要组成部分之一,其目的在于通过资源建设与共享,满足全国高职院校同类专业共性需求,提高人才培养质量和办学水平,为学生自主学习提供大量优质的多样化资源和个性化服务,从而带动全国高职院校同类专业深化教育教学改革,优化专业结构,加强师资队伍建设,完善质量保障体系,整体提升职业教育人才培养质量和社会服务能力。
广东交通职业技术学院作为“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校立项建设单位之一,其重点建设专业——交通安全与智能控制专业将围绕国家骨干高职院校建设的相关要求,通过系统设计、先进技术支撑、开放式管理、网络运行、持续更新的方式,于2012年12月前完成高等职业教育交通安全与智能控制专业教学资源库项目。借鉴国际经验和标准,依托行业、企业,建成代表具有中国高职教育特色的交通安全与智能控制专业教学资源库,并在全国高职院校同类专业中推广使用。该资源库资源信息容量大,质量高,覆盖面广,所有数字化资源通过网络平台实现全国范围内共享,满通安全与智能控制专业相关高等职业院校教师教学需求,为交通安全与智能控制专业在校生提供自主学习平台,带动交通安全与智能控制专业教育教学的深化改革及其相关专业群发展,整体提升我国高职同类专业人才培养质量与社会服务能力,并为智能交通领域在岗人员技能提高和新技术应用知识更新、为中职同类专业毕业生在岗接受继续教育以及其他社会学习者自主学习等个性化学习提供专业化的优质服务,无疑具有非常重要的现实意义。
二、专业资源库建设的思路、内容
1.建设思路
国家级专业教学资源库建设的总体目标是在教师方便用、学生乐于学的基础上实现优质教学资源共享。其遵循以下建设原则:第一,工学结合原则。引进企业的工程技术人员参与教学资源库建设,力求教学资源与企业的职业岗位知识、能力、素质要求相匹配;第二,科学化原则。即专业教学资源内容不仅要着眼于学生知识的掌握,还须考虑学生可持续学习能力的培养;第三,标准化原则。即保障网上教学资源广泛共享,形成学生探索知识、自主学习的便捷平台。第四,结构化原则。即确保网络教学资源的合理性、易用性和可扩展性,方便操作和使用;第五,动态化原则。即保持教学资源的长期稳定和不断更新与维护。
鉴于此,交通安全与智能智能控制专业教学资源库以建成内容丰富、实用快捷的科学化、标准化、结构化、动态化的共享型专业教学资源库为总目标,实现共享型教学平台、继续教育与培训平台、就业服务与管理平台、技术交流推广平台四大功能。基本思路如下:
(1)通过对行业企业调研,确定珠三角地区智能交通专业岗位需求,通过对智能交通岗位群的分析,开发交通安全与智能控制专业的课程体系及人才培养方案。
(2)按照企业的工作流程以及对岗位技能和人才综合素质的要求,将课程设置与岗位任务对接、教学内容与职业能力对接、教学情境与工作情境对接,建设基于职业化、面向岗位任务的课程资源。
(3)在各门课程资源要素建设的基础上,结合共享型教与学平台、继续教育与培训平台、就业服务与管理平台、技术交流推广平台等功能的实际需要,建立6个基本型、6个特色型总计12个交通安全与智能控制专业教学资源库的资源中心。建设思路见图1。
2.建设内容
(1)专业定位与“工学交替”的专业人才培养方案设计。每年开展一次交通安全与智能控制专业人才需求、应届毕业生就业质量调研,形成《交通安全与智能控制专业人才需求报告》和《交通安全与智能控制专业应届毕业生就业质量报告》。通过分析行业企业对毕业生就业岗位及相应能力的需求状况,确定本专业的就业主要面向高速公路、城市道路和智能小区(智能站场)3个主要领域。专业能力包括智能交通行业相关系统的使用、安装与集成、故障诊断与维护、技术管理、应急事件处理等。专业定位如图2所示。
1)“工学交替”的人才培养模式设计。前两年进行职业基础平台课程和岗位系列课程的一体化教学,培养学生基于信号采集、监控调度、收费、安全管理等岗位系列的基本职业技能和素质。第三年,先根据学生的就业意向进行8周的岗前专项实训,再安排学生在相关校外实习基地进行预就业顶岗实习。在顶岗实习的过程中,学生结合生产、经营实际选择毕业设计题目,在学校教师和企业兼职教师的共同指导下完成毕业设计。人才培养方案如图3所示。
2)校企合作构建面向岗位任务的课程体系。根据对珠三角地区智能交通岗位需求与能力分析,完善交通安全与智能控制专业的课程体系、专业标准和课程标准。面向高速公路、城市交通、智能站场三大应用领域,按照“平台化、岗位化”的原则,基于监控系统、收费系统、安全系统三大领域岗位任务,在专业校企合作部的组织下,专业教师与行业企业工程师构建相应核心课程模块,建立了交通安全与智能控制专业课程体系,如图4所示。
(2)课程资源建设内容。交通安全与智能控制专业教学资源库建设基于监控系统、收费系统、安全系统三大领域岗位任务,确定“GPS原理与应用”、“道路交通控制”、“地理信息系统设计”、“ETC收费系统安装与维护”、“监控系统集成与维护”、“高速公路机电系统”、“道路交通安全管理”等7门专业核心课程。课程资源建设内容涵盖了课程建设的基本要素,如课程标准(或教学大纲)、教材、电子教案、教学课件、习题库、业务平台、案例库、资料库以及视频库等。课程中心主要建设内容及内涵要求见表1。
(3)素材资源建设内容。在各门课程资源要素建设的基础上,结合共享型教学平台、继续教育与培训平台、就业服务与管理平台、技术交流推广平台等功能的实际需要,建立6个基本型、6个特色型总计12个交通安全与智能控制资源中心。
其中,6个基本型资源中心以专业人才培养方案为导向,以7门专业核心课程为载体,按照资源类型,以图片、视频、动画、文献、案例、习题等表现形式全方位展现交通安全与智能控制专业资源库的基本建设要求。6个基本型资源中心的建设内容及内涵要求见表2。
6个特色型资源中心则是以交通安全与智能控制专业特色为主线,就虚拟实训、职业考证、专业竞赛、专业服务、专业风采、行业资源等特色型资源素材进行设计、制作、收集、归并,搭建特色智能交通展示平台。6个特色型资源中心建设内容及内涵要求详见表3。
三、专业资源库建设的预期效果
1.共享型教与学平台
整合交通安全与智能控制专业最新教改成果、实践研究课题、教学课件、授课教案等教学资料,为全国43所开设有交通安全与智能控制专业的交通高等职业技术学院教师提供先进教学经验学习、专业教学资讯交流、优质教学资源分享、教学改革实践的窗口,同时为广大学生提供大量实用丰富的学习资源和可看性、可操作性的学习方式,激发学生通过网络自主在线学习的动力。
2.继续教育与培训平台
平台可以为数以万计的智能交通行业从业人员提供智能交通行业知识补充、智能交通职业技能训练、最新智能交通行业信息获取、行业从业资格考证辅导等在线服务,且贯穿于其职业生涯的各个阶段。
3.就业服务与管理平台
平台整合智能交通行业企业总体介绍、前景介绍、主要产品、新闻动态、招聘信息、公司主页链接等最新资讯,为广大学生或智能交通行业从业人员提供就业服务信息。
4.技术交流推广平台
平台为广大智能交通技术人员提供大量的实际工程案例和技术解决方案,并设置在线留言、讨论等功能,便于智能交通技术人员针对相关技术问题展开讨论。
参考文献:
[1]董瑞丽,邱俊如.金融专业教学资源库建设思考[J].职业技术教育,2011,29(32):5-9.
[2]戴桂荣.会计专业“共享型”教学资源库建设思路[J].职业技术教育,2009,(23):5-7.
最近,很多开车或坐公共汽车的市民都发现,北京很多路段在非上下班高峰时间也开始堵车了。这不禁让人担心,到2008年北京奥运会,机动车更多,道路还能畅通起来吗?交通问题俨然成为北京成功举办奥运会的关键问题之一。
对此难题,北京,你准备好了吗?
智能交通为奥运服务
2001年,我国申办2008年奥运会的成功,对北京的交通提出更高的要求,也为北京交通的发展提供了机遇。
追溯智能交通,要从上世纪说起。上世纪80年代以来,世界各发达国家虽然已经基本建成四通八达的现代化道路网,但随着社会经济的发展,路网通过能力日益满足不了交通量增长的需要,交通拥挤和阻塞现象日趋严重,交通污染与事故越来越引起社会的普遍关注。
1994年,各地交通专家在法国巴黎召开世界大会,提出智能运输系统。智能运输的有关技术进入中国始于1989年。1989年10月,在北京召开了北京国际公路运输技术交流与展览会,在学术交流会上,欧共体(也就是今天的欧盟)的专家介绍了DRIVER研究计划和主要内容。
国家科委(即现在的科技部)从1996 年开始组织国内有关部门和专家与欧盟进行交流。1997年和1998年由欧盟委员会信息总司和中国国家科委共同组织,在北京和布鲁塞尔召开了中欧智能运输系统研讨会。1998年中欧专家共同进行了中国智能运输系统发展预测研究,该报告在1999年正式提交给欧盟委员会和中国科技部。
智能运输系统的开发与应用还涉及综合运输系统中的其他部门。为了便于协调,科技部组织交通部、铁道部、公安部、建设部、国家技术监督局等有关部门,筹建了中国ITS 政府协调小组,总体规划包括道路、铁路、水运、民航在内的中国ITS 发展战略、标准制定和人才培训,组织ITS关键技术的攻关和示范工程。
智能运输系统的根本出发点是充分地利用现有交通基础设施资源和信息基础设施资源。为促进中国智能运输系统的发展,“九五”期间,许多专家开始研究国外在体系框架方面的研究成果,并纷纷向国家建议开展中国智能运输系统体系框架的研究。科技部在1999年确定在国家“九五”科技攻关项目中增加这一内容,该项目由依托在交通部公路科学研究所的国家智能交通系统工程技术研究中心牵头,来自院校、研究院所、企业和各部门的100 多名专家参加了这个项目的研究。该项目于2000年底完成研究工作,并于2001年9月通过国家鉴定和验收。这是我国第一次就一个应用系统开展跨部门和跨学科的框架研究。该研究将分布在不同行业和部门的信息按照服务功能分类,按照信息共享的原则建立数据流图,使智能运输系统体系框架是一个整体,同时,充分考虑了中国现行的行政管理体制,使智能运输系统能够在中国实施。该研究成果从整体上勾画了智能运输系统的构成,将指导我国今后ITS 的发展,为我国开发和应用智能运输系统打下基础,也为奥运交通打好基础。
众所周知,奥运会期间的交通组织和管理将是关键性的工作之一。北京市在奥运会申办报告中承诺“实施奥运会综合交通运输计划”,其目标是确保向参赛运动员提供准时、安全、舒适的服务;保证奥林匹克大家庭成员、媒体、贵宾享用舒适、安全、准点、可靠、快速的专用车辆和专用交通线路;保证观众及时、安全、顺利观赛。为实现这一目标,北京市将充分利用通信、信息和控制技术,协调与交通相关的各管理部门,建设北京智能型综合交通系统,主要内容包括:利用北京汽车运营调度中心和北京市交通管理中心的智能调度系统,使奥运会车辆优先通行,为奥运会专用车辆装备全球卫星定位技术监控系统和地理信息系统;提供公共交通信息,网上即时的奥运会交通信息,增加交通指路标志和室外信息显示屏,通过广播播发即时路况信息,交通网络的运行效率将由交通控制中心控制和监测。为做好北京智能型综合交通系统的建设,北京市已经安排专门项目,开展北京智能交通系统体系框架研究。2001年,国家有关部门申请北京作为国家智能运输系统试点城市并获批准。国家科技部在“十五”科技攻关项目“智能交通系统关键技术开发和示范应用”中还专门安排了“奥运专项”,全力支持北京智能交通系统的开发和建设。在交通管理系统的建设上,安排了北京智能化交通管理工程项目,该项目已经通过由中国国际工程咨询公司组织的专家评审,现已全面展开。
总之,我们不应将智能运输系统看得过于神秘和遥远,它就是一组解决交通运营和管理问题的工具,只不过这组工具主要是通信、信息和开展技术。但我们也不要将其看得过于简单,大范围的联网、信息的共享将对交通运行的形态和管理模式产生深远的影响,我们不应该失去这样一个可以取得跨越式发展的机遇,因为我们的人民有权利享受安全、舒适和快捷的交通。 (王笑京)
交通部公路科学研究所副所长、国家智能交通系统工程技术研究中心主任 王笑京
2008北京交通什么样
城市交通控制
到2008年,北京市将通过视频监控系统、智能化道路交通信号控制系统和动态路线诱导系统,对城市交通进行智能化控制。
视频监控:对奥运交通的主要路口、路段的交通状况进行全天候实时监控,使得交通指挥中心能够实时了解整个路网的运行状况,及时准确地发现交通事件,并迅速做出反应。
智能化道路交通信号控制:采用视频检测、线圈检测等技术,对道路上的交通流量进行实时检测,据此对交通信号的配时参数进行自动调整和优化,并为相位的设置提供依据。感应式信号控制系统根据检测到的各方向的交通流量,自动进行相位的变换。行人专用信号灯可保证行人过街的安全,对于老弱病残等特服人员可适当延长通行时间。在奥运期间,先进的道路交通信号系统将会在奥运交通线路上设置绿波带,为奥运车辆提供优先的交通信号,保证其优先通行。
动态路线诱导:通过交通广播、可变情报板、车载设备等手段实时的交通路况信息,包括定性信息和量化信息,以此辅助出行者选择合适的路径,安全迅速地到达目的地。
奥运期间,通过交通广播重点奥运交通路线的实时路况信息。在奥运路线上,通过可变情报板实时预计到达前方奥运场馆所需的时间等量化的交通信息。