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ＧＩＳ在交通中的应用与发展
摘 要：随着社会经济的不断发展和交通运输量的持续增长，利用智能运输系统(ITS)来提高道路的利用率、道路交通的安全程度和道路使用的舒适性，已成为未来交通运输的发展方向。本文较详细地介绍了ITS的基本概念和作用，先进国家的发展情况、中国的发展概况及关于我国ITS的发展设想与建议等。关键词：道路 运输 智能系统 发展
随着社会经济的不断发展和人们生活水平的普遍提高，整个社会对交通运输的需求日益增加。虽然世界各国政府已经或是正在大量投入财力于交通基础设施的建设，但交通状况恶化及其伴生的安全事故、空气污染等一系列问题越来越困扰着有关的政府当局。交通运输对经济发展的制约作用不同程度地普遍存在于每个国家/地区，如何解决大城市周围地区交通拥挤和堵塞现象几乎成了最为棘手的难题之一。
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交通量的持续增长是造成这种状况的最根本原因，而传统的解决途径主要有两个：一是加大交通基础设施建设的投入，但资金、土地等稀缺资源的有限性又是不可回避的问题，道路基础设施是不可能无限扩展的；另一个就是限制交通流量，主要是通过法律和行政的手段实现。这又分两个方面：一是控制车辆出行，如按车牌单、双号分别行驶，或是鼓励和发展公共交通，减少私家车的使用，美国等西方国家早在很多年前已在一些交通繁忙路段实施鼓励两人以上的车辆优先行驶的规定；再就是控制汽车保有量，以高额的税、费甚至控制上牌等来限制汽车数量的发展。这些方法短期可以奏效，但有失公平、合理。如何更有效地使用现有交通运输网络就是人们试图寻找更好地解决上述问题的重要途径之一。人们希望通过增加技术含量的方法提高现有道路的利用率，提高道路交通的安全程度和道路使用的舒适性，智能运输系统(ITS)因此应运而生。
1 ITS的基本概念和作用
所谓智能运输系统，就是集信息处理、通讯、控制、以及高科技的电子技术等最新的科研成果，应用于交通运输网络中。它与传统的交通管理系统一个最显著的区别是，将服务对象的重点由以往的管理者转向道路使用者，即用先进的科技手段向道路用户提供必要的信息和便捷的服务，以减少交通堵塞，从而达到提高道路通过能力的目的。另外，从系统论的角度来看，ITS将道路管理者、用户、交通工具及设施有机地结合起来并纳于系统之中，提高了交通运输网络这个大系统的运行效率。
ITS系统的功能包括以下几个主要方面：信息提供、安全服务、计收使用费和减少交通堵塞等。系统向道路管理者和用户提供的主要是道路交通情况的实时信息及相关的其它信息，如天气等；而安全服务的内容则有危险警告、人车事故预防、行车辅助等，它们通过不同的方式来帮助减少交通事故；费用收取主要是以电子方式自动地向用户收取道路使用费或车辆停放费等。当然，系统还可以根据人们的需要提供更多的服务。
2 先进国家的发展情况
北美、欧洲诸国及日本等西方国家在ITS的发展方面处于明显的领先地位，现从以下几个方面来分析：
2.1 政府的积极态度与有力支持
对于ITS的开发利用，有关当局均积极参与，并给予相当的财力支持。在美国，由联邦/州运输部作为主管部门，联邦公路局、立法机构及地方政府均有介入。政府的作用是对发展目标进行战略规划，如美国国会1991年通过了《陆上综合运输效率法》(ISTEA)，1997年又完善为《综合运输法》(ISTEAⅡ)，对如何采用先进技术以提高运输网络的效能做了相应规定；1996年初联邦运输部对ITS的发展又提出了新的要求，“建立全国性的智能运输基础设施(ITI)以节省交通时间，减少伤亡事故，提高全国人民生活质量”，具体规定出交通信息管理、紧急事故响应、旅行信息等九个子系统作为该计划的基本构成，明确了到2001年的发展目标。此外，政府也是资金的主要来源。美国政府每年对ITS都有专门的预算，如1997、1998年分别为2.4和2.5亿美元，而日本仅在1995年政府就投入6.7亿美元，这为新兴的ITS的发展提供了重要的物质保证。
2.2 专职机构的领导与协调
作为一个行业，ITS要有专门的组织来负责有关业务的领导与协调，一般多为半官方的，或者是有政府背景的机构，如美国的“全美智能运输协会”，加拿大的“加拿大智能运输协会”，而欧洲则有一国际性的ERTICO，“欧洲ITS组织”，其接受欧盟委员会的领导。这些机构与政府关系密切，它们既有行业的组织协调职能，又作为政府的咨询部门帮助制定发展战略，制定和颁布行业标准，构筑行业发展的架构；在其内部也有所分工，设立不同的专业委员会或工作组分管相应的专业领域。
2.3 社会各界的广泛参与
由于ITS有较好的发展前景，在市场机制的推动下，除了专业性的研究机构和咨询公司外，大量的工业组织也纷纷介入，所涉及的行业较为广泛，从传统的汽车制造、机电加工到新兴的计算机、通讯、信息、遥感等高科技领域。国际上一些著名的企业，如西门子、摩托罗拉、东芝等公司也加入有关产品的开发和研制，甚至软件巨头美国微软公司也开始关注并介入这个市场。据美国有关方面的预测，到2005年前后，仅美国国内ITS相关产品的市场需求将达到105亿美元。因此，有理由相信，ITS的发展前景是光明的。
2.4 产品的多样化
由于社会的广泛参与和市场的积极推动，ITS的服务功能越来越丰富和完善，产品也形式多样，使人们对交通运输的需求不断地得到满足，使运输网络的功效得到不断地提高。以下是几个比较有代表性的例子：
万通卡(SMARTCARD)
其外形似银行的信用卡，作用似电话磁卡/IC卡。主要用于过路费、停车费、公共交通工具使用费等的计收。目前流行“非接触式”的，即卡与读卡机不再直接接触，可有10cm左右的工作距离，有的甚至隔着钱袋或衣服也能有效。卡经补值后可反复使用。这种系统极大方便了使用者，而且也便于管理者的管理与操作，大大降低了使用与维护成本。现在不仅欧美广泛使用，在日本及韩国等也很普遍。
电子收费系统(ETC)
主要工作原理是，载有特定装置的车辆进入收费区后，收费区的信号探测器发出扫描信号，检测并获取该车的有关信息，然后根据不同的方式进行计费，或是使用万通卡，或是中心账户计账。目前这种系统功能日益多样和先进，譬如信号探测系统还能够获取并记录诸如车辆的几何尺寸、车重、车型等数据，还能够将那些违规或不符合要求的车辆通过摄像机记录车牌号。如果车内再配有GPS(全球定位系统)或其它类似功能的系统，信号探测系统还可以为过往的车辆提供前方道路通行情况，提供导航服务。电子收费系统主要用于公路或城市出入口处，它能够减少或避免因收费而带来的交通堵塞问题。在加拿大，为解决原经过多伦多市的401号公路因交通拥挤而新建的407公路，采用了世界最先进的全自动收费系统后，大大的改善了通行情况，缓解了该地区的交通紧张局面。
实时交通信息系统系统所能提供的信息包括路况、交通拥挤情况、交通事故情况、交通管制、停车泊位等。信息传播的方式主要有：调频广播、无线
电短波和红外波。汽车专用信息接受器根据设计的不同可以有多种的显示方式——声音的、文字/数字的，有的用色灯及其发光强度表示不同的内容和程度，最先进的是显示在屏幕的电子地图上。目前比较著名的如日本的“车辆信息与通讯系统”(VICS)，其经过5年的争论与开发，于1996年4月正式投入使用；再如欧洲的“交通信息频道”(RDS-TMC)，现在在5个国家的9个城市中试运行，ERTICO已经为欧盟11国推广该系统拟定了时间表。
智能汽车
主要是在汽车上加入更多的电子控制系统，大大提高驾驶的安全性和效率。日本最近推出ITS的概念车HSR—VI，该车既可以手动驾驶，也可以完全自动驾驶。在自动驾驶状态下，车载电脑搜集来自激光雷达、立体图像传感器、多用途通讯系统以及交通管理方面发出的各种信息，以操纵汽车的行驶。这些装置还可以将外部的情况提供给驾驶员以避免发生交通意外，如果驾驶员未能及时刹车、误入禁行区、超速行驶或是其它操作错误，汽车的自动信号系统会发出警告，并自动采取相应的措施，如变换车道等；电子制动系统则可以避免因紧急情况而惊慌失措可能带来的不良后果。
自动化公路系统(AHS)
美国正在对自动化公路系统进行由计算机控制的驾驶试验，并将很快投入实用。伯克利加州大学“高级公路和交通研究计划”已经建成了未来可供毋需驾驶员驾驶的汽车行驶的公路原型，并在1997年8月进行了实用成果的演示。这种思路是通过提高现有道路的利用率，而不是修建更多道路的办法来满足交通对道路的需求。具体工作是开辟专用车道，利用专门敷设在路面下的磁体来引导汽车的行驶，并确定汽车在公路上的位置；用高效雷达来控制车速，并保持与其它车及障碍物的间距。汽车在其上自动行驶，全无人为干预。目前汽车制造商们也在考虑给所生产的汽车装上计算机导航系统，以适应情况更加复杂的道路。研究人员已经证明，在这种公路上汽车可以高速行驶，即使在转弯处车速也可以高达100km/h以上，而且汽车的间距可以很小。所有汽车都以同样的速度行驶，因此不会增加交通事故，大大提高了道路的通过能力。
3 中国的发展概况
我国在ITS方面的开发和应用尚处于起步阶段，进行了一些有成效的基础性工作。?
从行业管理的角度来看，这项工作一直是由国家科委牵头，参加的部门有交通部、铁道部、建设部、电子工业部等。目前北京成立了一家专门的机构“ITS研究中心”(属交通部)，但尚未有国家级的ITS领导和协调组织。在业务的对外交流方面，我国似乎偏重与欧洲的发展。1995年起就与欧盟的RETICO正式开始接触，并于1997年6月在北京举行了首届“欧洲—中国ITS”会议，最近又计划在欧洲举行第二届。日前RETICO正与中国开展一个为期10个月的项目，帮助中国在ITS领域开展工作，介绍欧洲的经验与技术。?
在系统的实际开发和应用方面，我国已有了不少实际成果，在局部地区形成了ITS的雏形，或实现了ITS系统的部分功能。其中最主要的是电子收费系统，全国已有不少省份或城市开始采用或试行这种先进的管理方式。如广东省的佛山市，从1996年开始在该市周围的23个收费站点推行电子收费系统，提高了道路的通过能力，降低了空气污染。同样，在一些高等级公路上也出现了类似的收费系统；结合交通工程在新建的高速公路旁一般都埋设了光纤等信号传输线路，有些还安装了车辆探测装置和可变式信息显示装置，便于其后的交通控制、管理和服务。此外，在引进国外先进技术和产品的同时，我国也开始与外国的厂商建立合资企业，生产ITS的产品。
4 关于我国ITS的发展设想与建议
很显然，对于人均占有耕地面积大大低于世界平均水平、经济尚处于发展阶段的人口大国的中国来讲，修建更多道路的潜力有限，且道路网络的扩展会很快被以更高速度增长的交通量所淹没。因此，提高现有道路的使用效率是今后应重点关注的一个问题，而智能运输系统则是一个发展方向。可以从以下几个方面着手：
4.1 观念、意识上的重视
首先，要使有关方面在思想观念上对发展ITS的重要性有所了解和认识，能够站在战略的高度来看待这个问题。其次，我国新一届政府已经提出希望用增加包括交通在内的基础设施的建设等来拉动我国的经济发展。所以，可以说交通又一次面临着大发展的机遇。然而这一次的发展不能像以往那样，只是从量上进行简单的扩张，扩大交通运输网络的规模，而更重要的是要增加其质的发展。具体就是要提高科技含量，强化服务功能，更加适应社会发展的需求，也就是说交通的“可持续发展”应当建立在比扩大数量和规模意义更加广泛和深入的基础上。?
根据国内外发展的情况，可以预计交通运输业今后仍将是一个重要的行业，在国民经济中占有相当的比重。因此无论从市场占有的角度，还是从保护民族工业的角度看，我们都必须及早采取行动，争取主动。
4.2 建立、健全组织机构
ITS是跨行业的多种技术的综合性产物，必须要有一个高层次的机构进行相关业务活动的领导与协调。可以参照国外经验，组建国家级的、半官方的组织来通盘考虑全面的工作，合理地调配各种可用资源。交通部作为ITS存在的基体—交通基础设施的主管部门，有条件也有义务在业务上进行更多的指导与关注。总之，要结合我国的国情，使ITS事业稳步和有序地向前发展。
4.3 超前开展工作
虽然我国ITS的整体水平还比较落后，市场远未得到开发，但当我们在比较有把握地预测到交通运输管理、服务体系的发展前景时，就要进行战略上的考虑，借鉴国外ITS发展过程中成功的经验，有针对性地开展基础工作。这包括在法律上明确和完善我国发展ITS的近期目标和长远规划；制定ITS体系的构架、发展的原则和对策；在技术上着手对ITS的标准、规范进行研究和规定；从运作上考虑资金的筹措、市场的开发以及“游戏规划”的制定(这主要是指如何对引入国外先进技术和产品加以一定的限制，以保护民族工业的发展)。?
一个重要的问题是标准，即ITS业界应广泛遵守的标准和规范。假若大家各行其是，系统间互不兼容、沟通，用户则会遇到不必要的麻烦，并造成投资的重复和管理的复杂。再如，交通实时信息的提供也应有统一的技术手段与规范。标准问题涵盖面很广，有许多的工作要做。?
当然，从我国目前情况看，全面系统地开展ITS的开发应用似乎为时尚早，但基础性的、学术性的研究工作应该超前进行。另外，在条件比较成熟的情况下，可以进行一些试点工作，以取得经验。
4.4 重视对外交流，立足以我为主
吸取和借鉴他人的经验教训，是取得成功的一条捷径。虽然ITS的发展历史不长，但其对交通运输业来讲是一种质的飞跃，具有非常现实的应用价值和广阔的市场前景。我们应一方面积极地进行国际性的技术交流与合作，了解和掌握发达国家在这方面取得的成功经验和做法，同时也应考虑我国的经济发展水平和产业结构、资金来源、道路状况、交通特点等实际情况，进行全面认真的分析研究，制定出符合我国国情的发展战略，加快中国ITS业的发展。
参考文献
1 ITS Int
ernational.?
2 苏奎，杨冰.世界智能运输发展状况及我国的对策.国外公路.1998.01
3 美国自动化公路即将开通.参考消息.1997.07.03
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