城市交通信息系統結構方案探討
摘要：先進的交通信息系統（ATIS）是智能交通系統的重要組成部分。本文的研究內容是ATIS在中國的結構方案。該文首先分析了交通信息系統在中國的發展情況，闡述了城市交通信息系統的重要性。在總結了國外近年來有關交通信息系統的開發和研究成果后，結合中國在行政管理方面的實際情況，提出了城市交通信息系統的結構方案：一個核心即交通信息中心，交通管理、電子收費、交通誘導、交通信息服務、地理信息、緊急救援、營運車輛管理、車輛安全輔助駕駛八個子系統以及道路交通管理和車輛管理兩個數據庫，闡述了各子系統的功能。 最后，預測了交通信息系統在中國實施后將產生的積極影響。
關鍵詞：智能交通系統 城市 交通信息系統 結構方案
中文分類號：U491 文獻標識碼：A
1.引言
隨著汽車交通運輸的發展，交通擁擠、道路阻塞和交通事故頻繁發生正越來越嚴重地困擾著世界上的各大城市。汽車工業發展引發的道路交通不能滿足需求的種種交通問題越來越突出。與此同時，除了修建必要的道路網以外，針對交通事故多發道路，需要緊急確保交通安全的道路，還建設了一系列的交通安全設施，如建設信號機、道路標識、交通指揮中心等有助于交通安全的設施，以期改善道路的交通環境，提高交通的順暢性，這在一定程度上緩解了交通擁擠狀況。但是，交通需求不斷增長、交通系統日益復雜，單獨從車輛方面或道路方面考慮，均很難有效地解決交通問題。于是，近年來把道路、車輛等，凡與交通有關的所有一切都歸為一體，通過采用信息通信技術、電子技術以及其他的科學技術把它們聯系起來，致力于使之智能化的智能交通系統（ITS）的研究開發應運而生。
先進的交通信息系統（ATIS）是ITS的重要組成部分，也是發展ITS的基礎和關鍵技術，ATIS是建立在完善的信息網絡基礎上的，交通參與者通過裝備在道路上、車上、換乘站上、停車場上以及氣象中心的傳感器和傳輸設備，可以向交通信息中心提供各處的交通信息；中心得到這些信息并通過處理后，實時向交通參與者提供道路交通信息、公共交通信息、換乘信息、交通氣象信息、停車場信息以及與出行相關的其他信息；出行者根據這些信息確定自己的出行方式、選擇路線。概括地說，交通信息系統就是要收集相關交通信息，分析、傳遞、提供信息，為出行者在從起點到終點的出行過程中提供實時幫助，使整個出行過程舒適、方便、高效。
近年來，信息技術得到了較快發展，在中國的個別城市，實現了部分開發的城市地圖網上地理信息系統，如成都市，但是，目前在國內的各大中城市，綜合運用信息網絡技術建設相對完善的城市交通信息系統還沒有一例。近來，在部分城市的交通管理規劃中對交通信息系統有所涉及。如果把城市比作人體，那么，交通信息系統就象一雙明亮的眼睛。在高度發達的信息社會，人類雖然有很多獲取信息的途徑，但是，若有一個完善的系統，能夠讓人們輕松地獲取更多、更方便、更有價值的信息將是非常重要的。作為居民，不管在哪里，他都知道用最短的時間，走最近的路，辦最快捷的事；作為一個交通管理者或物流業者，不管在何時，他都能耳聰目明，有的放矢，這一切都勢必會對交通產生積極的影響，如緩解城市交通壓力、減少環境污染、降低交通事故發生率、節約能源等。因此，研究與實施城市交通信息系統具有重要的理論價值和現實意義。
2.國外交通信息系統研究現狀
許多發達國家近年來投入了大量的人力、物力和財力對先進的交通信息系統進行研究、試驗和開發。下面就歐洲、美國及日本等一些國家有代表性的ATIS作一簡要介紹。
2.1 歐洲的代表性系統
歐洲的代表性系統有：SOCRATES、EURO SCOUT、Trafficmaster。
SOCRATES是一種有效發揮傳統的蜂窩無線電話的基礎設施（地面站）的作用，使交通指揮中心與行駛中車輛進行雙向通信的系統，它的下行線路可通過“廣播方式”向行駛在各種地面站的網絡內的裝有SOCRATES車載裝置的車輛提供道路交通狀況的詳細數字信息。上行線路利用多頻存取協議經過基地臺向交通指揮中心發送信息。
EURO SCOUT是以紅外線信標為媒體的動態路線引導系統。車輛和信標間的紅外線通信是雙向進行的，汽車就變為一個探頭，將旅行時間、排隊等候時間及OD信息等交通信息數據傳輸給中央引導計算機。
Trafficmaster是以倫敦為中心的廣范圍高速公路使用的系統，采用傳呼機網絡提供交通信息。收集高速公路交通狀況數據的傳感器向前后方向發出2條紅外線光束，并根據各光速在車上的反射波時間差檢測車輛的速度。
2.2 美國的代表性系統
美國的代表性系統有：TRAVTEK、ADVANCE、FASTTRAC。
TRAVTEK以實時路線引導和服務信息系統實用化為目的，由交通管理中心、信息與服務中心、裝有導航裝置的車輛組成。交通管理中心進行道路交通信息的收集、管理及提供，同時還進行系統運行所必需的信息管理和提供；信息服務中心收集觀光設施、旅館、飯店等為對象的各種服務信息；車載導航裝置由車輛位置測定、路線選擇及接口3種功能構成，可顯示交通堵塞地段、事故及施工等信息的奧蘭多地區的地圖、按駕駛員需要進行的路線引導及提供服務的文字信息等。
ADVANCE通過電波的雙向通信直接將車載導航裝置和交通管制中心連通，導航裝置由接觸式屏幕、顯示器及導航計算機構成。一輸入最終目的地便可利用最新交通信息計算最佳路線。路線引導是采用聲音合成及用顯示器上的符號指示的形式。
FASTTRAC是把先進交通管理系統（ATMS）和先進交通信息系統（ATIS）技術組合在一起的ITS項目，它計劃進行使實驗車輛與信息控制方式統一的試驗，亦即根據車輛測量的等候時間等使信號控制和綠色信號實現最佳化。
2.3 日本的代表性系統
日本的代表性系統有VICS和ATIS。
VICS中心通過日本道路交通通信中心匯總交通管理者和道路管理者雙方的交通信息。由VICS提供的信息有：交通堵塞信息、所需時間信息、交通障礙信息、交通管制信息和停車場信息5種。
ATIS是先進的交通信息服務系統，它的通信媒體是電話線路（無線、有線）。交通信息利用者通過車上裝載的導航裝置或自己家及辦公室的微機，可按需要接收多媒體的地圖信息和文字信息。
3.交通信息系統結構方案
信息系統的本質是通過高新技術的有效應用，使得對各種決策（包括交通戰略決策、交通管理決策、交通方式及交通路線選擇決策等）起到支持作用的信息和知識在系統中有效流通，提高決策的科學性，引導合理的交通行為，達到最大限度地發揮已有交通設施潛力的目的。
為了實現智能化控制交通的要求，收集相關的實時可靠的交通信息是交通信息系統的前提和基礎，然后根據不同交通管理與控制的目的和要求，進一步分析、傳遞、提供信息。信息流程見圖1。
圖1 信息流程圖
出行者所關注的信息大致包括3個方面：對“出發前”移動計劃有效的信息、對“駕駛中”在道路上移動過程中有益的信息以及對“換乘”火車、客車、民航或輪船等提供乘車方便的信息。
依據出行者的信息需求以及交通管理者和物流業者在經營管理方面的需求，結合中國在行政管理方面的實際情況，確定了交通信息系統結構見圖2。
城市交通信息系統包括一個中心即交通信息中心，交通管理、電子收費、交通誘導、交通信息服務、地理信息、緊急救援、營運車輛管理、車輛安全輔助駕駛八個子系統以及道路交通管理和車輛管理兩個數據庫。交通信息系統各子系統功能結構見圖3。
圖2 交通信息系統結構
圖3 交通信息系統各子系統功能結構
交通管理子系統主要由交通指揮中心提供通過采集的路段、交叉口、高架交通以及城市出入口的基礎數據組織而成的信息。營運車輛管理子系統包括公交和物流管理，公交管理涵蓋出租車和公交車輛的管理，物流管理包含貨運和租賃車管理。緊急救援子系統包括一般性的事故報警以及特殊情況的災害救助。誘導系統含有路徑誘導和停車誘導。部分子系統采集的信息將提供給整個系統共享，通過提供歷史數據和實時可供預測的信息，用以支持出行決策的制定，系統實時地通過網絡查詢對公眾發布交通信息，向各種媒體發布誘導信息。
系統的結構為分布與集中相結合，各子系統分布相對平等，交通信息中心擁有信息整合的共用信息平臺。各子系統完成數據采集、局部運行管理、共享信息整合等項任務。
城市交通信息系統的建設可分階段進行，條件相對成熟的部門可優先發展，建成示范工程，推動其它部門發展。同時，交通信息系統的實用化進程需要各子系統所涉及的各個部門之間通力合作，實現系統的優化建設與運行。系統設計不但要重視系統核心的研究開發，而且要重視與各子系統之間的相互銜接關系，資源共享是交通信息系統的命脈。人類的生活離不開交通，在以人為本的交通規劃、管理與設計中，綜合運用現代信息與通訊技術等手段提高交通運輸的效率是必由之路。交通信息系統在確定了基本結構之后，需要通過進一步的系統設計后，加以實施。
4.交通信息系統的主要媒體和特點
城市交通信息系統中可傳遞信息的媒體主要特點見表1。
表1 交通信息系統利用的主要媒體和特點
5.結論
城市交通信息系統必將在今后真正的高度信息通信社會中占有一席之地，交通信息系統也必將在實現高效舒適的交通社會中發揮重要作用。城市交通信息系統未來的實施，必將在居民出行、事故和災害救援以及貨物流通等方面帶來更大的便利，同時，在交通管理方面更加有的放矢、標本兼治，在減少交通出行、降低交通量、減少阻塞、減輕污染、提高服務水平等增加社會和經濟效益方面也將起到巨大的作用。
參考文獻：
1.黃衛，陳里德.智能運輸系統（ITS）概論.北京：人民交通出版社，1999
2.[日]社團法人 交通工學研究會.智能交通系統. 北京：人民交通出版社，2000
3.史其信.21世紀智能交通系統（ITS）展望.哈爾濱：交通工程通訊，2001
4.ITS通訊.交通信息服務系統.北京：清華大學交通研究所，2000
5.William A.Perez,Gary A.Golembiewski,Deborah Dennard.Professed Willingness to Pay for Travtek Features.IEEE-IEE Vehicle Navigation & Information Systems Conference.1993
6.Jan Hellaker, AB Volvo,Christer Palmgren,Seppo Turunen.Real-time Traveller Information in everyone￠s pocket?!a pilot test using hand-portable GSM terminals. IEEE-IEE Vehicle Navigation & Information Systems Conference.1993
7.Suvrajeet Sen,Rekha Pillai,Shirish Joshi,Ajay K.Rathi.A Mean-Variance Model for Route Guidance in Advanceed Traveler Information Systems. Transportation Science.2001,35(1)
8.Hani S.Mahmassani,Yu-Hsin Liu. Dynamics of commuting decision behaviour under advanced traveler information systems. Transportation Research Part C. 1999,7C(7)
Urban Traffic Information System Architecture Project Research
Yulong PEI Yu ZHANG
(College of Transportation Science and Engineering ,Harbin Institute of Technology ，Harbin，150090)
Abstract：Advanced Travellers Information System (ATIS) is an important component of Intelligent Transportation Systems (ITS) .The research content mentioned in this paper is the architecture project of ATIS in China. This paper analyzes the state of domestic development of ATIS and summarizes international results in this field. Based on the summary, this paper proposes the urban traffic information system architecture project (UTISAP) suitable for the administerial management situation of China. The UTISAP includes a traffic information center, eight subsystems and two databases. Eight subsystems comprise traffic management, ETC, TFGS, traffic information service, GIS, EMS, CVOS and AHS. Two databases comprise the aspects of road traffic management and vehicles management. And the traffic information center is the core. Finally, the paper forecasts the positive impact after the application of UTISAP.
Keywords：ITS； urban；ATIS；architecture project
關鍵詞：智能交通系統 城市 交通信息系統 結構方案
中文分類號：U491 文獻標識碼：A
1.引言
隨著汽車交通運輸的發展，交通擁擠、道路阻塞和交通事故頻繁發生正越來越嚴重地困擾著世界上的各大城市。汽車工業發展引發的道路交通不能滿足需求的種種交通問題越來越突出。與此同時，除了修建必要的道路網以外，針對交通事故多發道路，需要緊急確保交通安全的道路，還建設了一系列的交通安全設施，如建設信號機、道路標識、交通指揮中心等有助于交通安全的設施，以期改善道路的交通環境，提高交通的順暢性，這在一定程度上緩解了交通擁擠狀況。但是，交通需求不斷增長、交通系統日益復雜，單獨從車輛方面或道路方面考慮，均很難有效地解決交通問題。于是，近年來把道路、車輛等，凡與交通有關的所有一切都歸為一體，通過采用信息通信技術、電子技術以及其他的科學技術把它們聯系起來，致力于使之智能化的智能交通系統（ITS）的研究開發應運而生。
先進的交通信息系統（ATIS）是ITS的重要組成部分，也是發展ITS的基礎和關鍵技術，ATIS是建立在完善的信息網絡基礎上的，交通參與者通過裝備在道路上、車上、換乘站上、停車場上以及氣象中心的傳感器和傳輸設備，可以向交通信息中心提供各處的交通信息；中心得到這些信息并通過處理后，實時向交通參與者提供道路交通信息、公共交通信息、換乘信息、交通氣象信息、停車場信息以及與出行相關的其他信息；出行者根據這些信息確定自己的出行方式、選擇路線。概括地說，交通信息系統就是要收集相關交通信息，分析、傳遞、提供信息，為出行者在從起點到終點的出行過程中提供實時幫助，使整個出行過程舒適、方便、高效。
近年來，信息技術得到了較快發展，在中國的個別城市，實現了部分開發的城市地圖網上地理信息系統，如成都市，但是，目前在國內的各大中城市，綜合運用信息網絡技術建設相對完善的城市交通信息系統還沒有一例。近來，在部分城市的交通管理規劃中對交通信息系統有所涉及。如果把城市比作人體，那么，交通信息系統就象一雙明亮的眼睛。在高度發達的信息社會，人類雖然有很多獲取信息的途徑，但是，若有一個完善的系統，能夠讓人們輕松地獲取更多、更方便、更有價值的信息將是非常重要的。作為居民，不管在哪里，他都知道用最短的時間，走最近的路，辦最快捷的事；作為一個交通管理者或物流業者，不管在何時，他都能耳聰目明，有的放矢，這一切都勢必會對交通產生積極的影響，如緩解城市交通壓力、減少環境污染、降低交通事故發生率、節約能源等。因此，研究與實施城市交通信息系統具有重要的理論價值和現實意義。
2.國外交通信息系統研究現狀
許多發達國家近年來投入了大量的人力、物力和財力對先進的交通信息系統進行研究、試驗和開發。下面就歐洲、美國及日本等一些國家有代表性的ATIS作一簡要介紹。
2.1 歐洲的代表性系統
歐洲的代表性系統有：SOCRATES、EURO SCOUT、Trafficmaster。
SOCRATES是一種有效發揮傳統的蜂窩無線電話的基礎設施（地面站）的作用，使交通指揮中心與行駛中車輛進行雙向通信的系統，它的下行線路可通過“廣播方式”向行駛在各種地面站的網絡內的裝有SOCRATES車載裝置的車輛提供道路交通狀況的詳細數字信息。上行線路利用多頻存取協議經過基地臺向交通指揮中心發送信息。
EURO SCOUT是以紅外線信標為媒體的動態路線引導系統。車輛和信標間的紅外線通信是雙向進行的，汽車就變為一個探頭，將旅行時間、排隊等候時間及OD信息等交通信息數據傳輸給中央引導計算機。
Trafficmaster是以倫敦為中心的廣范圍高速公路使用的系統，采用傳呼機網絡提供交通信息。收集高速公路交通狀況數據的傳感器向前后方向發出2條紅外線光束，并根據各光速在車上的反射波時間差檢測車輛的速度。
2.2 美國的代表性系統
美國的代表性系統有：TRAVTEK、ADVANCE、FASTTRAC。
TRAVTEK以實時路線引導和服務信息系統實用化為目的，由交通管理中心、信息與服務中心、裝有導航裝置的車輛組成。交通管理中心進行道路交通信息的收集、管理及提供，同時還進行系統運行所必需的信息管理和提供；信息服務中心收集觀光設施、旅館、飯店等為對象的各種服務信息；車載導航裝置由車輛位置測定、路線選擇及接口3種功能構成，可顯示交通堵塞地段、事故及施工等信息的奧蘭多地區的地圖、按駕駛員需要進行的路線引導及提供服務的文字信息等。
ADVANCE通過電波的雙向通信直接將車載導航裝置和交通管制中心連通，導航裝置由接觸式屏幕、顯示器及導航計算機構成。一輸入最終目的地便可利用最新交通信息計算最佳路線。路線引導是采用聲音合成及用顯示器上的符號指示的形式。
FASTTRAC是把先進交通管理系統（ATMS）和先進交通信息系統（ATIS）技術組合在一起的ITS項目，它計劃進行使實驗車輛與信息控制方式統一的試驗，亦即根據車輛測量的等候時間等使信號控制和綠色信號實現最佳化。
2.3 日本的代表性系統
日本的代表性系統有VICS和ATIS。
VICS中心通過日本道路交通通信中心匯總交通管理者和道路管理者雙方的交通信息。由VICS提供的信息有：交通堵塞信息、所需時間信息、交通障礙信息、交通管制信息和停車場信息5種。
ATIS是先進的交通信息服務系統，它的通信媒體是電話線路（無線、有線）。交通信息利用者通過車上裝載的導航裝置或自己家及辦公室的微機，可按需要接收多媒體的地圖信息和文字信息。
3.交通信息系統結構方案
信息系統的本質是通過高新技術的有效應用，使得對各種決策（包括交通戰略決策、交通管理決策、交通方式及交通路線選擇決策等）起到支持作用的信息和知識在系統中有效流通，提高決策的科學性，引導合理的交通行為，達到最大限度地發揮已有交通設施潛力的目的。
為了實現智能化控制交通的要求，收集相關的實時可靠的交通信息是交通信息系統的前提和基礎，然后根據不同交通管理與控制的目的和要求，進一步分析、傳遞、提供信息。信息流程見圖1。
圖1 信息流程圖
出行者所關注的信息大致包括3個方面：對“出發前”移動計劃有效的信息、對“駕駛中”在道路上移動過程中有益的信息以及對“換乘”火車、客車、民航或輪船等提供乘車方便的信息。
依據出行者的信息需求以及交通管理者和物流業者在經營管理方面的需求，結合中國在行政管理方面的實際情況，確定了交通信息系統結構見圖2。
城市交通信息系統包括一個中心即交通信息中心，交通管理、電子收費、交通誘導、交通信息服務、地理信息、緊急救援、營運車輛管理、車輛安全輔助駕駛八個子系統以及道路交通管理和車輛管理兩個數據庫。交通信息系統各子系統功能結構見圖3。
圖2 交通信息系統結構
圖3 交通信息系統各子系統功能結構
交通管理子系統主要由交通指揮中心提供通過采集的路段、交叉口、高架交通以及城市出入口的基礎數據組織而成的信息。營運車輛管理子系統包括公交和物流管理，公交管理涵蓋出租車和公交車輛的管理，物流管理包含貨運和租賃車管理。緊急救援子系統包括一般性的事故報警以及特殊情況的災害救助。誘導系統含有路徑誘導和停車誘導。部分子系統采集的信息將提供給整個系統共享，通過提供歷史數據和實時可供預測的信息，用以支持出行決策的制定，系統實時地通過網絡查詢對公眾發布交通信息，向各種媒體發布誘導信息。
系統的結構為分布與集中相結合，各子系統分布相對平等，交通信息中心擁有信息整合的共用信息平臺。各子系統完成數據采集、局部運行管理、共享信息整合等項任務。
城市交通信息系統的建設可分階段進行，條件相對成熟的部門可優先發展，建成示范工程，推動其它部門發展。同時，交通信息系統的實用化進程需要各子系統所涉及的各個部門之間通力合作，實現系統的優化建設與運行。系統設計不但要重視系統核心的研究開發，而且要重視與各子系統之間的相互銜接關系，資源共享是交通信息系統的命脈。人類的生活離不開交通，在以人為本的交通規劃、管理與設計中，綜合運用現代信息與通訊技術等手段提高交通運輸的效率是必由之路。交通信息系統在確定了基本結構之后，需要通過進一步的系統設計后，加以實施。
4.交通信息系統的主要媒體和特點
城市交通信息系統中可傳遞信息的媒體主要特點見表1。
表1 交通信息系統利用的主要媒體和特點
5.結論
城市交通信息系統必將在今后真正的高度信息通信社會中占有一席之地，交通信息系統也必將在實現高效舒適的交通社會中發揮重要作用。城市交通信息系統未來的實施，必將在居民出行、事故和災害救援以及貨物流通等方面帶來更大的便利，同時，在交通管理方面更加有的放矢、標本兼治，在減少交通出行、降低交通量、減少阻塞、減輕污染、提高服務水平等增加社會和經濟效益方面也將起到巨大的作用。
參考文獻：
1.黃衛，陳里德.智能運輸系統（ITS）概論.北京：人民交通出版社，1999
2.[日]社團法人 交通工學研究會.智能交通系統. 北京：人民交通出版社，2000
3.史其信.21世紀智能交通系統（ITS）展望.哈爾濱：交通工程通訊，2001
4.ITS通訊.交通信息服務系統.北京：清華大學交通研究所，2000
5.William A.Perez,Gary A.Golembiewski,Deborah Dennard.Professed Willingness to Pay for Travtek Features.IEEE-IEE Vehicle Navigation & Information Systems Conference.1993
6.Jan Hellaker, AB Volvo,Christer Palmgren,Seppo Turunen.Real-time Traveller Information in everyone￠s pocket?!a pilot test using hand-portable GSM terminals. IEEE-IEE Vehicle Navigation & Information Systems Conference.1993
7.Suvrajeet Sen,Rekha Pillai,Shirish Joshi,Ajay K.Rathi.A Mean-Variance Model for Route Guidance in Advanceed Traveler Information Systems. Transportation Science.2001,35(1)
8.Hani S.Mahmassani,Yu-Hsin Liu. Dynamics of commuting decision behaviour under advanced traveler information systems. Transportation Research Part C. 1999,7C(7)
Urban Traffic Information System Architecture Project Research
Yulong PEI Yu ZHANG
(College of Transportation Science and Engineering ,Harbin Institute of Technology ，Harbin，150090)
Abstract：Advanced Travellers Information System (ATIS) is an important component of Intelligent Transportation Systems (ITS) .The research content mentioned in this paper is the architecture project of ATIS in China. This paper analyzes the state of domestic development of ATIS and summarizes international results in this field. Based on the summary, this paper proposes the urban traffic information system architecture project (UTISAP) suitable for the administerial management situation of China. The UTISAP includes a traffic information center, eight subsystems and two databases. Eight subsystems comprise traffic management, ETC, TFGS, traffic information service, GIS, EMS, CVOS and AHS. Two databases comprise the aspects of road traffic management and vehicles management. And the traffic information center is the core. Finally, the paper forecasts the positive impact after the application of UTISAP.
Keywords：ITS； urban；ATIS；architecture project
關鍵字：通訊,北京
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