美国的发展历程

根据美国有关部门的报告，美国ITS的发展大致包括1991年—2001年的ITS起步阶段和2001后的ITS成熟阶段。下面分别按20世纪和21世纪介绍美国ITS的发展历程。

1.2.1.1　20世纪美国ITS的发展

美国ITS研究建设始于1967年的电子路径诱导系统（Electronic Route Guid⁃ance System，ERGS），该系统由联邦公路管理局负责研究，按照驾驶者在车上设定的目的地，在车载机的显示屏上表示前进方向，取代了以往的路侧道路引导标识的方法，是一种车载动态路径诱导系统。ERGS系统包括车载显示器、路侧单元、车载设备与路旁单元的双向通信，这项研究为现在ITS的动态路线诱导系统提供了最初、最基本的经验。

20世纪70年代，联邦公路管理局还组织研究了给驾驶员提供安全超车的信号系统，这种系统与ITS自动公路系统AHS有关，由于从政府方面得不到继续开发的政策和资金支持，1971年该项目中止。在后来的十余年中，美国没有明显的关于ITS的研究开发动向，但联邦公共交通局开展了一系列自动车辆控制的研究试验，其主要目的是评价各种定位技术，以便及时准确地获得公交车辆离开调度中心的位置与轨迹。1978年美国发射了第一颗全球定位系统（Global Posi⁃tioning System，GPS）卫星。

1984年美国开发的第一台数字地图汽车导航器和一些财团资助的重型车辆电子牌照项目与实验，都为ITS的发展打下了基础。

1986年，美国开始了名为“公路先进技术研究计划”（Program on Advanced Technology for the Highways，PATH）的综合性研究计划，这是美国第一个把汽车导航与交通信息系统集成在一起的公路实际运营试验项目。PATH项目是由美国加利福尼亚州支持的一个技术研究项目。从系统集成的角度出发，PATH项目的研究工作分为两类：纵向行驶控制系统的研究和横向行驶控制系统的研究。对于每一个系统，研究项目都包括系统概念分析、系统配置、操作测试与演示和发展完善三个方面。对于横向控制，PATH研究者主要设计了由路面参考线和车辆传感器组成的横向控制系统。路面参考线包括一系列安装在车道中间每隔一定距离（PATH项目中间距为1m）的永久性磁钉。车上安装了四个磁性传感器，两个放在纵轴上，另外两个传感器放在保险杠下面，一边一个，离中间的传感器大约30cm。这四个传感器测得的数据被传输给计算机处理中心，处理结果将被作为横向控制的依据。横向控制系统的作用是：在保证行驶质量的情况下，保证驾驶员和乘客的舒适性，使车辆运行尽量靠近路中线。

在PATH系统中，放在中间的两个磁性传感器检测路中央永久磁钉产生的水平和竖直方向的磁场，由此测定车辆中心线的位置。另两个在保险杠上的传感器测量磁场竖直方向的成分。它们读取一系列磁场的极性，以提供道路几何信息，包括前方道路的半径和曲率等，从而帮助控制系统获得一个平稳的行驶状态。PATH项目的纵向控制基于车队的综合联动控制的研究。车队联动运用了车辆之间的纵向最小距离的概念，PATH项目的设计者对其进行了模拟和试验。综合联动控制系统包括一台电脑、一个通信系统、一个雷达系统、传感器和传动设备。传感器测车速、加速度、油门角度、制动压力和人口常压温度。这些传感器测得的数据在经过处理后，产生制动和油门传动的控制信号。在一段11km的路上，试验车以匀速行驶，领头车通过巡航控制，中间尾随车辆进行联动控制，分别以车间距21m、15m和9.14m进行测试。在领头车从25m/s到34m/s进行加减速时，还进行了其他的一些试验。此项试验表明，先进的车辆控制系统能保证平稳行驶，并能用于标准化生产的小汽车。

1987年，美国各地一些对智能车辆和道路的研究工作感兴趣的人自发地成立非正式团体Mobility 2000，1988年6月美国科学系统会议决定成立一个ITS发展计划协调研究机构，定名为Mobility 2000，Mobility 2000的成员来自政府、大学、研究机构以及包括汽车、电子、信息、交通等企业在内的有关产业部门。Mobility 2000会议使得一些大学科研人员、咨询者、企业专家，以及联邦交通委员会权威人士走到一起来，其中一部分则与电子及先进的计算机科学相联系，另一部分则与土木工程相联系。在Mobility 2000的推动下，1989年智能车路系统（Inteligent Vehicle and Highway System，IVHS）计划全国工作小组的成立，IVHS受到美国政府的重视，被列人1987年开始组织起草的美国未来公路计划框架中。美国交通部（the United States Department Of Transportation，USDOT），通过它的联邦公路管理局（Federal Highway Administration，FHWA）动员联邦政府对全国合作计划进行支持，IVHS全国工作小组的成员包括联邦政府和各州政府机构的代表、企业和学术机构的代表，有关参加企业则包括一些来自各主要汽车、通信、信息系统、交通装备等的生产商及一些咨询公司的代表，学术机构则由一些大学交通研究中心选取的代表组成。

Mobility2000也导致了1990年8月美国智能车路系统协会IVHSAmerica的诞生，其宗旨是协调和促进公众与私人机构之间的合作，从此在全美开始了协调、统一的智能车路系统IVHS的研究、开发和部署，从而实现了为车辆道路系统的开发与实施融合各个分散组织与所需技术的目的。IVHSAmerica也因此成为美国运输部USDOT的一个顾问委员会。由于处于这种地位，协会的主要任务之一是向交通部提供有关IVHS计划的需求、目标、计划及进展等。这些不同专业的融合对于认识IVHS计划的目标是很必要的。IVHS America向美国运输部USDOT提供了一份有关完成IVHS的战略计划，联邦政府在IVHS计划上的合作与支持则在法律上加速了“综合陆上运输效率化法”（Intermodal Surface Transportation Eficiency Act，ISTEA）文件的签署，美国根据法律开始制定ITS规划和标准、建设示范工程和保证财政拨款。

1991年美国提出“综合陆上运输效率化法”ISTEA（即“冰茶法案”），它被美国交通运输界誉为确立美国交通运输新政策的一部划时代的交通运输建设法案。在这部法案中，美国把IVHS的研究开发置于交通建设政策的中心项目的位置，制定了政策并提供了委托的基金，同时阐明了从事一系列计划的特殊要求，这些计划力求在美国建立一个全国性的智能车路系统，其制定了研究开发IVHS的巨大投资计划。这使得联邦政府得以被授权出资6亿美元来支持IVHS计划的实施，后来，这笔资金增加到9亿美元。IVHS项目包括洛杉矶的智能交通走廊（SMART Corridor）和奥兰多的出行技术（Travel Technology，TRAVTEＫ），它提供交通阻塞信息、汽车服务信息、旅行信息、线路诱导信息等。这些项目主要在州政府一级或地方政府一级进行，美国IVHS得到快速发展。汽车制造商、道路提供者、货车制造商一直在资助这些研究。而当这些工作主要通过USDOT资助与合作时，却一直没有得到联邦政府的支持。这种情况直到通过了ISTEA法案才改变。ISTEA法案除了使这些研究工作为国家政策服务外，还授权联邦政府提供主要资金。当美国政府降低国防开发时，IVHS得到加速发展。防卫部门注意到把他们在计算机、传感器及通信方面的技术应用到IVHS中，具有极佳的机会。IVHS从政府国防费用的变化中受益。这些因素都极大地促进了IVHS事业的发展。IVHS不仅是综合目标，也是一个根据特定道路与车辆的变化而不断改进的动态过程。

美国的重型车辆电子许可牌照（Heavy Vehicle Electronic License Plate，HELP）及新月工程（Crescent）在1989年开始启动。HELP应用新的电子技术对公路上运行中的大型商用汽车自动识别和称重。重型车辆电子许可牌照的概念发展成一些州的联合项目，它的第一阶段包括车辆自动识别技术（Automated Vehicle Identification，AVI），动态称重（Weight In-Moving，WIM）和自动车辆分类（Automated Vehicle Classification，AVC）技术的实现。AVI定义一个自动感知和证实车辆标识的系统，车辆带有一个在运动中可读的标签，在公路和货车条件下，采用编码的无线频率（RF）异频雷达收发器作为标签较合适。当货车从埋设在公路路面的传感器上通过时，WIM确定车辆的轴重和毛重，AVC通过处理WIM获得的传感数据而计算出轴间距，从而确定车辆种类。新月工程是HELP项目在1989年到1993年的可用性试验阶段，其名字来自参加这个项目的州及其公路的地理位置。从北面的加拿大哥伦比亚向南，通过华盛顿州、俄勒冈州与加利福尼亚州，折而向东，经过亚利桑那州与新墨西哥州直至得克萨斯州，其连线像一轮新月。人们对已开发的车辆自动识别技术AVI，动态称重WIM与自动车辆分类AVC进行场地实验。这一项目的目标是：在自加利福尼亚的哥伦比亚I-5号路以及向东折转至得克萨斯的I-5号路上配备40个站点，使一辆汽车从一个站点获准进人系统后，就可以通行于整个试验道路网络，而不必在任何其他称重站或任何一个人口再停车接受核查遵守州和联邦规章的情况。HELP是一个于1993年10月成立的非营利性组织，HELP计划将一个叫“Pre-Pass”的规范性服务继续下去，在1995年3月，HELP与加利福尼亚州之间达成协议，自此Pre-Pass服务由政府运营。1996年7月，这一服务在加利福尼亚、新墨西哥、亚利桑那州的8个站点投人使用，另外人们还设计了25个站点，车辆每次通过站点时，大约只需交纳1美元。

美国运输部USDOT根据1991年的ISTEA实施了美国优先通道工程，指定休斯敦ITS优先通道、I-95东北通道、中西部（葛里-芝加哥-密尔瓦基）ITS优先通道、南加利福尼亚通道四条干道为优先通道进行ITS示范建设，计划6年完成，投资5亿美元。

I-95东北通道是州际95号干道的大部分，它将南部的马里兰州、东北部的康涅狄格州的公路连接起来。都市圈诱导信息与控制（Metropolitan Area Guidance Information and Control，MAGIC）是新泽西的ATMS的主要项目。MAGIC项目的目标是减少整个I-95东北通道的交通拥挤，从而减少车辆废气排放。I-95东北通道环绕新泽西州的大部分地区，它连接5个主要的都市圈：波士顿、纽约、费城、巴尔的摩和华盛顿。新泽西东北部是美国人口最稠密的地区，5个主要都市都有港口。这些因素使得这一通道的交通流密度很大，交通条件在渐渐地恶化。I-95东北通道包括一些纽约、新泽西和宾夕法尼亚的收费道路、桥梁和隧道，10个不同的收费部门年收费为15亿美元，占全国总道路收费的37%。因此，非常需要应用电子收费和交通管理（ETTM）技术进行公路干道的交通管理。MAGIC包括监测公路条件、支持交通管理和为旅行者提供咨询的一系列分量，其结构如图1-2所示。

图1-2　美国都市圈诱导信息与控制系统的构成

商业化视觉系统使用能够完成与检查、部分排序、定位遥控装置等相关的任务。在这些应用中，物体轮廓从黑白图像中分离出来，并与存储在记忆体中的模型进行比较。在交通控制中，结合来自其他传感器系统的信号，自动车辆控制系统的研究也得到发展。美国大城市规划组织（Metropolitan Planning Organization，MPO）提供了比较系统的基础结构，该结构要求与各州交通部门在联邦投资的公路建设和改进项目上进行协调，并在规划过程中强调运输管理地区，这一结构是为那些人口超过20万的地区设计的。

1993年夏天，美国开始制定自动化公路运输系统（Automated Highway System，AHS）的研究开发计划，同年12月联邦运输局和联邦政府批准了这一计划，1994年10月成立了相关团体——全美自动公路系统协会（National Auto⁃mated Highway System Consortium，NAHSC）。

1994年春，为了筹备在日本横滨召开的第二次智能运输系统世界大会，日本道路交通车辆智能化推进协会（Vehicle，Road and Trafic Inteligence Society，VERTIS）提出采用简洁、更加准确的名称“ITS（Inteligent Transport Systems）”的建议，这得到了欧美的赞成。美国IVHS（IVHS America）组织也于1994年9月更名为ITSAmerica，其组织机构如图1-3所示，相应的美国运输部ITS规划协调机构如图1-4所示。美国组织了大量专家进行国家智能交通系统框架结构体系的研究，在制定框架时，逐步发现标准化在智能交通系统中的重要性，于1995成立了标准化促进工作组，致力于加速智能交通系统领域标准的制定和实施。

图1-3　ITSAmerica的组织机构

图1-4　美国运输部ITS规划协调机构

为协调美国ITS的开发和利用，美国国会于1991年批准组织了ITS推进体制ITSAmerica（www.itsa.org），它的成员包括联邦政府、州政府、地方政府和外国政府机构，与ITS开发有关的国家和国际公司，大学，独立研究机构，对ITS感兴趣的公共团体及其他从事ITS活动的团体，有60 000多个成员单位，其中有近50%为私人所有公司或团体。美国ITS推进体制如图1-5所示。

图1-5　美国ITS推进体制

美国ITS结构体系分为中心系统（Central System）、外场设备系统（Roadside System）、车载系统（Vehicle System）和远程访问系统（Remote Access System）四个部分。中心系统包括商用车辆管理系统（Commercial Vehicle Administration System，CVAS）、快速货运管理系统（Fleet and FreightManagement System，FFMS）、收费管理系统（Tol Administration System，TAS）、公交管理系统（Transit Management System，TMS）、应急管理系统（Emergency Management System，EMS）、排放管理系统（Emission Management System，EMS）、规划系统（Planning System，PS）、交通管理系统（Trafic Management System，TMS）、服务信息提供系统（Information Service Provider System，ISP）9个子系统。外场设备系统包括外场设备、收费、停车管理和商业车辆检查4个子系统。车载系统对一般车辆实现确定车辆的位置、提高车辆运行的可靠性以及避免车辆碰撞的功能；公交车辆向公交管理系统传送车辆的信息，驾驶员可以实时了解交通网络，出行者可以通过公交管理系统了解出行信息；对于商用车辆可存储安全信息、身份识别信息以及货物信息，还存储车辆的检查信息；对应急车辆可向应急管理系统提供车辆信息和事故信息。远程访问系统包括有线广域通信系统、无线广域通信系统、局域通信系统、车车通信系统4个子系统。

1994年美国根据IVHS的实际研究项目，认为IVHS的名称已不能覆盖其全部内容，在把IVHS易名为ITS的同时，也在原IVHS的4大分系统（ATMS、ATIS、CVO、AVCS）的基础上再加上2个分系统：APTS和ARTS，又加上AHS，形成现在ITS研究开发的领域框架。与此同时，原IVHSAmerica也随之更名为ITS America（Inteligent Transportation Society of America）。美国的ITS研究从过去的以州政府或地方政府为主的方式进人到以联邦政府宏观指导调控、共同投资的方式。美国联邦公路管理局在全美建立了3个ITS研究中心，中心的经费由联邦政府和地方政府共同提供，当时美国共有ITS的现场试验场近百个，总投资达7亿多美元。图1-6和图1-7所示为美国国家ITS的逻辑体系结构（顶层）和物理体系结构（顶层）。

图1-6　美国国家ITS的逻辑体系结构（顶层）

图1-7　美国国家ITS的物理体系结构（顶层）

美国州际I-75号公路项目Advantage I-75于1995年12月7日开始正式运营，它是世界上最浩大的ITS工程之一。这一工程在州际75号公路上实施。这条公路途径六个州（佛罗里达、佐治亚、田纳西、肯塔基、俄勒冈与密执安），在安大略省北接加拿大401公路，处于迈阿密的公路南端是衔接美国和南美之间的航空、水运的主要运输中心，因此，它是美国货车运输最繁忙的干道之一。Advantage I-75和HELP/Crescent不同，它不是一个实验性项目，而是要实施一个投人实际运营的系统。项目的第一阶段目标是配置车辆自动识别技术。1991年进行了系统概念设计，这个设计概念以应用AVI技术的主线自动放行系统MACS为中心。MACS包括下列关键元素：安装在每辆参与的卡车上的异频雷达收发机、配置在每一个称重站的路边阅读器、一个旅行数据包、一个驾驶员通信子系统、一个称重站计算机系统、一个通道计算机、一个连接称重站点和通道计算机的通信网络。大约30个称重站上安装了主线自动许可系统的组件。装有AVI异频雷达收发机的货车在其路程的第一个称重站时停车，其重量、类型、驾驶员证件、通过时间等会被检查并存人货车的旅行数据包中。一个旅行数据包是一个小型的格式化的数据库，它被顺序向前传输到下一个称重站进行预先旅行登记。这样，当货车接近每一个称重站时，旅行数据包会将其数据传送给路旁阅读器。然后，计算机立即分析数据，判断货车是否在一个合理的时间到达站点，做出通过与否的决定，给驾驶员通过或停车进站的信号，所有这些是在货车以常速行驶时完成的。若被要求停车，这意味着原先的放行信息失效，需要重新检查。大约4 500辆货车的驾驶员参加了两年期的运行试验。虽然Advantage I-75的运作与HELP及其以前的HELP/Crescent的运作看上去非常相似，但实质有很大不同。最大的不同之处在于HELP将所有的信息集中于一个中心数据库，然后提供给各参与州，而在Advantage I-75中，每个参与州都有自己的数据库，即它是一个分布式系统。

美国在1991—1997年的7年时间投人6.6亿美元，旨在利用高新技术和合理的交通分配提高整个路网的运输效率。1996年，美国运输部部长Federico Pena宣布把凤凰城、圣安东尼奥、西雅图及纽约4个城市作为智能交通的试点城市。

1996年1月10日，美国运输部部长Federico Pena公布了ITS的目标，要在十年内，在美国75个大城市加强智能运输系统基础设施建设，实现旅行时间缩短15%的计划。Pena曾在华盛顿特区举行的运输研究年会上提出了“时间节约战略”的“缩短运营时间计划”，在这个战略中提出了智能运输基础设施（In⁃teligent Transportation Infrastructure，ITI）的新概念。Pena还承诺将改进郊区公路和州际公路上其他450个地区的基础设施。在与以前美国所确定的修建州际公路系统和登月计划进行比较时，Pena说，现在是地面运输方面建立下一个新领域的时候了，既然成千上万的美国人能通过信息高速公路利用信息，为什么1.75亿美国公民不能在技术先进的公路上驾车呢？针对由交通阻塞所造成的时间和金钱的浪费，Pena指出，“缩短运营时间计划”将减少美国公民至少15%的出行时间，而无论他们驾驶轿车或乘坐公共汽车、火车还是地铁。在1997年，上述目标被新上任的运输部部长Slater再次认可并且扩张至78个大都市。

开始于1998年12月的美国国家ITS发展战略计划（National ITS Development Strategy Project）代表了美国更新其ITS发展战略的第一步，第二步将是美国ITS长期研究日程的更新。主题为“运用智能交通系统挽救生命、节省时间和金钱”的计划报告共分为两个部分，第一个报告的标题为“推广应用的机遇”，其目标是针对州和地方官员；第二个报告的标题为“推广应用的机遇和行动”，其针对推广应用ITS的专业人士。该计划是美国交通部USDOT与ITS A⁃merica合作的成果，旨在推广ITS在全美国的应用。美国选择了7个ITS项目做国家级评价，这7个项目是美国ITS集成计划的一部分，它们分别包括位于加州邻近Sanjose的硅谷、加州的Riverside、华盛顿的Seattle Spokane、新泽西州、宾州的Delaware River Port Authority、佛罗里达州的Dade等。该项计划得到美国联邦经费的资助，旨在加速ITS设备在都市和乡村集成和协同的工作能力。

1998年美国在ISTEA法案到期后，人们对ITS的开发与应用进行了全面的评估，结果是积极的。1998年6月9日美国总统克林顿签署了面向21世纪的运输权益法案TEA-21（Transportation Equity Act for the 21st Century）。TEA-21和1991年的ISTEA（即冰茶法案）这两部道路交通建设法案对其ITS的发展具有划时代意义，两部法案从立法的高度统一规划IVHS/ITS的发展并制定了投资计划。在ISTEA中把IVHS/ITS的研究开发置于交通建设政策的中心项目的位置，为IVHS/ITS立法并规定美国政府6年内用6.6亿美元资助IVHS研究活动，IVHS还从USDOT一般财务计划中得到资助。在ISTEA实施期间，美国交通部组织进行了包括ITS技术研发及运营测试的各种ITS项目，仅1994—1995年就确定了104项研究项目。美国国会在通过ISTEA法案时，要求在1998年之前实现一条试验自动公路，目的是突破交通工程理论中交通量与速度之间的制约。为此，美国开展了大量的工作，1997年8月，人们在南加州圣地亚哥15号州际公路7.6英里^[1]长的试验路段上对自动公路进行了试验，实现了预定的目标。TEA-21则将ITS的重点转移为ITS基础设施实施、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。TEA-21再次肯定了美国交通部在推进ITS开发和实施中的作用，制定了明确的ITS目标，这就是加速ITS实施、将ITS融人交通规划过程、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（Commercial Vehicle Information System and Networks，CVISN）的全面实施。图1-8反映了TEA-21确定的ITS项目结构和与ISTEA实施期间项目领域的对应关系，项目的侧重点由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（ATMS）、先进的公共运输系统（APTS）、先进的出行者

图1-8　TEA-21中的ITS项目结构

信息系统（ATIS）、先进的乡村运输系统（ARTS）、商用车辆运营系统（CVOS）、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，即城市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（Inteligent Vehicle Initiative，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，因此两种项目领域的定义在本质上是一致的。TEA-21作为指导美国21世纪交通建设的蓝本，也为美国公路系统的持续发展和重建带来了创纪录的投资，法案跨度为6个财政年度（1998—2003），拨款总金额为2 178.9亿美元，国会拨款12.82亿美元用于发展ITS，支持ITS的进一步研究与开发。

1.2.1.2　21世纪美国ITS的发展

TEA-21的确定在20世纪末，但TEA-21的有效实施主要在21世纪。TEA-21生效期间是加速实施ITS的一段时期，美国是世界上在ITS开发领域发展最快的国家，美国根据其ITS开发的经验与技术支撑的展望，将ITS发展划分为出行信息管理时代（1997—1999年）、运输管理时代（2000—2005年）、增强型车辆时代（2006—2010年）三个阶段。

TEA-21生效期间，人们跟踪和评价了各种ITS技术及其应用状况，以及美国交通部下属的联邦公路管理局的ITS联合项目办公室（Joint Program Ofice，JPO）资助进行的都市ITS实施、商用车辆信息系统和网络CVISN实施等方面的动态调查，主要从城市ITS基础设施实施、乡村/州际ITS基础设施实施、商用车辆ITS基础设施实施和智能车辆行动计划IVI研发状况四方面概述了美国ITS的实施水平和研发状况。下面重点从这四个方面讲述21世纪美国ITS的发展。

（1）城市ITS基础设施实施

为了解1996年和1997年美国运输部部长Pena和Slater宣布的于2006年在美国78个大都市实施综合的城市ITS基础设施的目标的完成情况，美国交通部ITS联合项目办公室JPO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9个关键部分的实施状况，包括高速路管理、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设施的实施情况和设施运营主体机构之间的集成方面的信息，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。调查结果表明：在最初的75个大城市中，1997年ITS集成化实施水平为高、中、低的城市分别为11个、25个、39个，2000年分别为24个、28个、23个，而设定2005年的目标分别为50个、25个、0个，可见，美国城市ITS的集成化实施水平呈现稳步提高的趋势。

（2）乡村/州际ITS基础设施实施

美国村镇地区尽管人口很少，却拥有全美80%的公路里程数和40%的出行车公里数。乡村/州际环境下的交通服务有许多不同于城市环境的特点和需求，面临的主要挑战在于乡村出行条件的多样化、出行者种类和需求的多样化及维护系统的费用。尽管有些解决城市交通问题的ITS技术在乡村/州际环境下也是有效的，但是乡村/州际ITS实施的市场结构、应用部署和驱动因素却与城市ITS实施大不相同。1995年制定的ARTS战略计划定义了乡村ITS的7个主要项目领域：旅客的安全保障、突发事件服务、旅客及旅行信息服务、公交出行者服务/公交出行服务、基础设施运作和维护、车队运行组织、商用车辆运营。

总的来说，美国乡村/州际ITS实施还处于有限的水平，目前还主要以研究和运营测试为主，1999年所提交的项目申请中城市ITS项目和乡村ITS项目各占80%和20%。乡村/州际ITS项目主要集中于出行者信息、公共安全、天气与冬季行车、交通事故预防、公交协作等方面。乡村地区，如华盛顿州的Spokane，在ITS项目中运用道路天气信息系统（Roadway Weather Information Systems，RWIS）和其他包括视频摄像机、公路广播（Highway Advisory Radio，HAR）在内的系统来改善乡村地区恶劣气候条件下的道路安全，这不仅为一般驾车者带来了安全效益，也为各州道路维修人员撒盐、除雪和关闭有冰层路面带来了方便。此外，这些系统还有利于各州管理旅游性交通，向驾车者提供某些线路是否拥挤或关闭、替代线路选择和道路路况方面的信息。

（3）商用车辆ITS基础设施实施

商用车辆ITS基础设施实施的重点是商用车辆信息系统和网络CVISN的实施。TEA-21提出的目标是到2003年9月在美国大多数州实施CVISN。

CVISN是指支持商用车辆运营的一系列信息系统和通信网络的集合，这些信息系统分别由政府部门、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CVISN最重要的功能。通过促进商用车辆凭证状态和安全状况信息的自动收集，能够改善对以上信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IN-TERNET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、称重站处不停车称重和边界上的电子通关。能够提供CVISN最初运营能力的实施水平被定义为一级实施水平，随着CVISN的进一步实施，人们将会定义更高级的实施水平。

CVISN项目的宗旨是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信设施来保证商用车辆信息收集和管理的有效性。由于CVISN的目标是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。CVISN的实施需要各州的规划和实施具有更强的统一性。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CVISN一级水平实施的规划、系统设计和实施三个步骤。当时美国有42个州参与实施CVISN。

美国的商用车辆信息系统和网络CVISN吸纳了美国州际商用车运输业参加，包括约300 000个从业者（使用大约160 000辆货车牵引车与360 000辆挂车）、4 000个供租用的旅客运输业，以及660 000名商用车辆驾驶员。这一行业的业务很复杂，包括从一辆车的运营到几千辆车的客货运输。1995年货车与长途客车运营超过100亿英里。为了确保这些车辆能在北美大地上安全畅通地运行，必须建立一个系统，使得在全国范围的数据/信息系统的帮助下能够电子化地显示运输情况。CVISN系统支持商业车辆在称重站与边界上的电子通关、自动路旁安全检查、电子化一次停车取得资格、里程与燃料报告、车载安全监控系统、国际电子边界通行许可、危险货物事故响应与集装箱运输费用交纳。对于CVO标准化，目前主要是专用短程通信（DSRC）与电子数据交换（EDI）的进程缓慢，同时存在很多制度上的问题，但很明显，将来ITS/CVOS设备的成功安装的最具有挑战性的障碍将来自不同的州、联邦机构以及运输公司的领导阶层以及这些部门之间的协作关系，因为所有这些部门有着不同的利益与目标。CVISN是约翰斯·霍普金斯大学的应用物理研究所（APL）从1994年起开发的，其目的是把不同的数据源与数据库连接起来，实现CVOS规章与管理数据交换。信息系统中的数据来自州或联邦政府、运输经营人以及其他有关部门。这些数据包括对单个车辆货物装载、路况、驾驶员以及安全与交费记录等的描述。有了CVISN后，驾驶员通过一张电子卡将自己的数据传递给路边检查站或车队检查站，就可以不必中断旅程而提供所需要的数据。除了便利路边操作以外，系统允许被授权的用户在网络上进行车辆注册、燃料税、安全信息咨询等。但CVISN不包括ITS/ CVOS的传感与控制元素。

CVISN的开发需要CVOS的电子数据交换（EDI）功能的支持，而这一点需要广泛的协调与同步的建设。因而，联邦公路管理局FHWA与ITSAmerica正致力于同有关方面，如州政府、学术部门、私人企业等广泛地合作，以期在CVISN的使用上达成通用数据交换的定义。CVISN将增加商用运营的安全性与生产能力，并就CVOS的先进技术及其效益成本进行评估，为主要的州、企业决策者以及公众提供培训。CVISN策略有五个阶段。第一阶段完成各阶段的计划与技术框架的制定；第二阶段完成技术的原型化，在现场环境下演示满足需求的可操作性方案；第三阶段是模型的部署。1996年，FHWA花了600 000美元，准备在接下来的12个月内，按计划在弗吉尼亚和马里兰两州境内测试CVISN标准技术。这项实验内容包括：测试用安全信息来存储和融合证件信息以及将此信息发布到路边设备的能力，计算机检查，一个用于特定证件申请的电子传输的接口，用于优先通行证的随时优先权核实，以及弗吉尼亚和马里兰的固定电子通关设点。八个州已经为安全导向、证件及通行证检查设施设立了基金，与此同时开展有关的技术标准化工作。在第四阶段，此领域的技术将会扩展到其他州，而在第五阶段所有感兴趣的州将会全面部署此技术。到1997年，系统的技术、概念、费用，以及经济利益都得到了很好的证明和理解，为直接部署CVISN和有关技术奠定了基础。这样分阶段地研究、开发、试验和实施，公共部门和私人就几乎不会有什么风险。

（4）智能车辆行动（IVI）研发状况

1997年美国加州的自动公路AHS演示DEMO97结束后，美国运输部认为日益严重的交通事故是最迫切需要解决的问题，于是就调整研发重点并于1998年开始组织实施了智能车辆行动（IVI）计划，而且TEA-21批准智能车辆先导计划IVI为美国交通部ITS项目的一部分。IVI计划的基本宗旨和目标是通过加速开发、引进、商业化驾驶辅助产品来预防和减少交通事故（特别是碰撞事故）及其引起的人员伤亡，以人为因素为基础防止驾驶员分神，加强碰撞防止系统的研发应用，提高安全性。IVI致力于改善三种驾驶条件、四种车辆类型、八个主要领域的交通安全问题。三种驾驶条件包括正常条件、驾驶条件恶化（能见度差、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、偏离道路碰撞、变换车道/汇流碰撞）；四种车辆类型包括轻型车辆、商用车辆、公交车辆、专用车辆；八个主要领域包括防止追尾碰撞、防止变换车道/汇流情况下的碰撞、防止偏离道路情况下的碰撞、防止交叉口碰撞、提高能见度、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）。IVI计划的研发项目包括轿车追尾警告、轿车偏离车道警告；重型货车驾驶员瞌睡提醒电子控制制动系统、车辆侧翻警告及控制、重型货车追尾警告、重型货车偏离车道警告；特殊车辆（扫雪车或扬雪车）偏离车道预防系统；交叉路口碰撞预防的信号（停车信号）警告、左转路线建议、侧向间距建议。

2001年，在车内信息系统安全影响评价方面，IVI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。美国交通部与戴姆勒-克莱斯勒汽车公司、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。维吉尼亚运输技术研究所（Virginia Tech Transportation Institute，VTTI）收集了300名驾驶员在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，针对能见度下降、天气恶劣、驾驶员疲劳等驾驶条件恶化状况，IVI项目研究已开发出一些交通安全解决方案，进而对这些解决方案进行展示和评价，如美国交通部对大型货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、电控制动系统正在进行评价和测试。在防撞技术方面，人们结合轻型车辆、商用车辆、公交车辆、专用车辆四种车型正在进行防撞系统、防翻车系统等方面的测试，如Volvo北美货车公司和美国Xpress公司与美国交通部合作进行了防追尾碰撞系统的实地测试；Mack货车公司和McＫenzie罐车公司与美国交通部合作进行了货车驾驶员警告系统、碰撞自动通告系统和车道线偏离警告系统的测试评价；Freightliner货运公司、Praxair公司、密歇根大学交通研究所与美国交通部合作进行了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、DelphiDelco电子系统公司与美国交通部合作测试客车追尾碰撞系统；美国交通部联合密歇根大学交通研究所、Visteon公司和AssistWare技术公司进行防车道线偏离系统的测试；美国交通部开发了防车道变换碰撞系统，通过收集驾驶员车道变换驾驶行为的信息，确定盲区探测系统（该系统能够部分地解决车道变换防撞问题）不足的探测范围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（SAVME）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；美国交通部联合加利福尼亚、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；美国交通部联合宾夕法尼亚、加利福尼亚、密歇根三州的公交部门进行公交车辆防撞系统的野外测试等。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。

IVI的目标是在2010年10%的新小汽车装备IVI设备、25%的商用小汽车装备IVI设施、25个大都市路口装备辅助安全道路设施、事故减少20%。21世纪初，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、交通管理和监测等。

2001年美国“9·11”恐怖事件的发生也引起了美国交通界人士的反思，政府、交通协会成立了相应的交通安全防御管理部门及委员会，同时就交通安全防御问题展开了探讨，就ITS在预防和侦察恐怖袭击，尤其是有预谋的恐怖袭击中的重要地位达成了共识。ITS技术可以有效地预防恐怖袭击，加强基础设施和出行者的安全。此外，ITS技术、通信技术还可评价灾难的程度和加速交通的恢复，实现快速疏散和隔离。

进人21世纪，美国ITS的一个发展重点是研究ITS在美国安全体系中维护地面交通安全的作用。美国ITS协会和美国交通部组织力量开展这方面的研究，在2002年1月发布了美国十年ITS项目计划的更新版中加人了该部分的研究成果，“9·11”事件的爆发突出了美国更广泛地应用ITS技术的需求，实现了美国ITS项目由20世纪最后十年的集中于技术和系统的开发和实施向21世纪头十年集中于安全保安、车辆装载物品监控、用户服务、系统性能和交通安全管理的转变，重点被放在信息服务、通信和安全上。

进人21世纪，美国政府调整了ITS开发和应用的重点，组织研发和实施了511出行信息系统、运营管理系统、专用短程通信（Dedicated Short Range Com⁃munication，DSRC）、交叉口协调避撞系统以及车辆道路设施集成（Vehicle Infra⁃ structure Integration，VII），其依托互联网的交通信息服务以及汽车厂商在车上安装的各种小型辅助装置。从美国的7个服务领域看，开发和应用的重点是出行信息服务系统、运营车辆管理系统、应急管理系统和车路集成系统。

面临大城市的交通事故问题，为了提高交通效率和安全，美国联邦公路管理局FHWA、美国国家公路运输协会（The American Association of State Highway and Transportation Oficials，AASHTO）、各州运输部、汽车工业联盟、ITSAmerica等组成特殊联合机构，在2003年提出了车辆道路设施集成（Vehicle Infrastructure Inte⁃gration，VII）。VI以道路设施为基础，通过信息与通信技术实现汽车与道路设施的集成，能够有效减少路口碰撞、变换车道碰撞和追尾，并提供实时交通信息服务和收费服务。VII系统可以让驾驶者得到天气恶劣或者路面结冰等风险的预知信息，从而选择合理的出行时间。VII计划于2006年推出可以实施的产品，各州采用统一的实施模式，采用浮动车获取实时交通数据信息，支持动态的路径规划与诱导，提高安全和效率。通过车路自动化系统协同（Cooperative Vehicle-Highway Au⁃tomation Systems，CVHAS）计划提供驾驶辅助控制或全自动控制。信息获取方式为车载传感器与车-路或车-车间通信，研究重点是快速公交系统（Bus Rapid Transit，BRT）、交叉路口安全支持系统等。VI计划主要包括智能车辆行动（IVI）计划、车辆安全通信（VSC）计划、增强型数字地图（EDMap）计划等，并且通过美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）为车路通信专门分配了5.9GHz的专用短程通信（DSRC）频段，为驾驶员提供安全辅助控制。

VII系统采用高度分布式体系结构。系统中的车载单元（On-Board Equipment，OBE）采集的数据通过DSRC方式与路边设备（Road Side Equipment，RSE）通信。RSE将数据转发到VII信息交换处。这些数据用来支持VII网络应用程序。VII信息交换处对数据作少量的处理后将数据发送给订阅了该数据的网络用户。该架构可以被描述为一个网络中心，其主要功能是在用户与数据源之间建立一个干预最小的连接。

美国国会在2004年通过了新的交通法案，并于2005年8月10日由总统签署了“安全、负责任、灵活、有效率的交通平等-使用者遗赠法案”SAFETER-LU（Safe，Accountable，Flexible，Eficient Transportation Equity Act：A Legacy for Users）。在总结经验的基础上，SAFETER-LU对ITS提出了新的要求，主要内容是部长应实行一项包括智能车辆和智能基础设施的智能交通系统研究、开发与运行试验，并为实现这些课题所必要的其他类似行动制定全面的计划。优先领域包括改善交通管理、事件管理、公交管理、货运管理、道路气象管理、费用征收、出行者信息、公路营运系统以及远程传感器产品。计划到2010年降低大城市拥挤不小于5%；保证到2010年9月30日，出行者可全面使用511系统和全国交通信息系统；乡村紧急事件响应时间平均减少到10分钟；改善紧急事件处理方与伤员救护中心间的通信；综合利用多学科制定交通管理策略，开发交通管理工具，致力于并发的交通拥堵影响。研究重点是环境和气象的影响，包括寒冷气候的影响；增强多式联运，使用多样的智能交通系统，包括用于与紧急事件和健康有关的服务；通过避免碰撞与改善保护、碰撞信息发布、商用车辆运行以及基于基础设施或合作的安全系统来增强安全；推进智能基础设施、车辆和控制技术的集成。

自进人21世纪以来，美国除了努力减少道路拥堵、提高安全外，更加注重保护环境的技术。

2005年美国因为交通拥堵而使每个驾驶员浪费了60个小时的时间，政府投人了7 800万美元来减少道路拥堵，从而进一步减少了燃油的浪费。美国交通部与纽约、迈阿密以及洛杉矶等大城市的相关部门合作来推动技术的发展。旧金山作为一个重要的枢纽城市，已经利用了很多ITS技术来减少交通拥堵，帮助城市的管理人员来提高管理水平，把私人交通同公路交通进一步连接，进一步加快道路交通运输的速度，这比建更多的道路更加合算。

2005年，在纽约的住户每个人要在交通拥堵中消耗46个小时以及29加仑^[2]的燃油，为此有关部门在每天早上和晚上上下班高峰时，对进人曼哈顿的车流量收进城和出城的费用，同时还使用先进的技术在收费站提高收费的效率，以缓解拥堵的状况。人们还建设了机动车信息系统，如果进人交通拥堵的地区，实时信息将被发送到GPS的显示屏上以通知驾驶员哪些道路可以作为备选项，还可以将有关的信息传送到个人的日历规划电子设备上。

自1997年加州自动公路AHS演示（DEMO97）项目后，相关部门组织实施了IVI计划，促进了基于车路协同的避碰系统的研发与实际应用。IVI计划的设想是在美国所有生产的车辆上装备通信设备以及GPS模块，以能够与全国性的道路网进行数据交换。其中CVHAS计划旨在通过车载传感器以车-路或车-车间通信等信息获取方式提供驾驶辅助控制或全自动控制。

2009年美国交通部USDOT将IVI更名为InteliDrive并开始启动InteliDrive长期规划，旨在充分利用物联网、互联网等技术进一步扩展其应用功能。为了实现更安全、更智能、更环保的驾驶，相关部门更加强调了交通安全的重要性。InteliDrive项目具有安全、移动、环保的特点。安全是通过使用车-车、车-路无线通信技术感知车辆周围360°范围内的危险；移动是使用多种信息技术向出行者和运输管理者提供多种实时交通信息；环保是通过提供实时交通拥堵和其他信息，帮助出行者选择合适的路线，减少环境污染。

InteliDrive为美国道路交通提供了更好的安全性能和驾驶效率，它通过开发和集成各种车载、路侧设备以及通信技术，使得驾驶者在驾驶中能够作出更好、更安全的决策。当驾驶员没有作出及时的反应时，通过与自动车辆安全系统结合使车辆能够自动作出响应来避免碰撞，这样明显提高了预防和减轻碰撞的能力，运输系统管理者、车辆运营商、出行者都能得到所需的交通信息，以便在机动性、效率、运输成本、安全方面作出动态的决策，实现高效的客货运输。

Inteli Drive的目标主要有六个方面。目标1是通过汽车和基础设施的连接使交通安全转型，具体目标包括：①启用主动和被动安全应用程序；②通过提供车辆公告改善安全状况；③有必要执行测试以支持管理和咨询活动、对系统性能的有效性评价以及开发和验证标准；④提供技术基础使部分或全部车辆得到控制；⑤启用以车辆为基础的应用，使其实现计划目标，这对驾驶员的焦点没有负面影响；⑥协调国际标准和建筑物周围的车辆平台。目标2是在所有的道路和所有的模式下捕获完整的实时信息以支持执行系统转换，包括：①从连接的车辆、移动设备和基础设施中捕获实时数据；②在所有的模式下，捕获实时信息系统成本；③开发一个技术框架，使用交通管理和绩效考核中的所有来源实现实时数据集成。目标3是通过车辆和基础设施的连接应用，实现交通管理和执行系统转型，包括：①使用实时的流动性和运输管理者的成本数据创建应用程序和策略，以确保安全、高效以及人员和货物的安全运动；②利用实时流动性和成本数据辅助运输用户的动态决策。目标4是实现下一代电子支付系统以支持执行系统转换，包括：①创建跨模式的电子支付系统（互用性停车、运输、定价、收费等）；②定义技术框架以支持国家政策性的金融运输。目标5是通过汽车和基础设施的连接实现环境管理，包括：①从车辆移动捕获实时环境数据；②通过在交通管理和性能改进方面的所有来源的数据使用，来整合实时环境数据；③使用运输管理人员对环境影响的实时数据，创建应用程序；④使用旅客的环境影响信息创建信息的实时数据信息。目标6是应用基于车辆和基础设施的连接为部署的安全性、流动性建立的制度基础及环境方面的改善，包括：①确定和研究解决方案来解决国内和国际上的体制基础，治理、隐私问题，潜在法规和政策，以落实运输技术；②在所有目标领域解决社会公平，以确保所有的用户在运输解决方案中受益。

InteliDriver计划现更名为车联网（Connected Vehicle Research，CVR）项目。CVR项目是美国交通部组织开展的为交通系统运行提供全新解决方案的大型ITS研发计划，是在车辆道路设施集成（VII）项目的基础上深化研究车路协同控制的项目，旨在建立车辆与车辆、车辆与基础设施之间的无线通信网络，并在此基础上实现增强交通安全、提升交通运行效率以及改善交通环境等方面的应用。该研究计划从2009年开始启动，第一阶段确定为2009—2014年的5年，确立的主要研究方向包括：车-车通信、车-基础设施通信、人因要素研究、交通机动性、环境影响及相关政策制度研究。项目远期规划中，将与互联网连为一体，扩展进一步的应用功能。

随着物联网和云计算等技术的迅速发展，基于交通物联网技术的智能交通解决方案得到了初步的应用，美国交通部发布2010—2014年智能交通战略研究计划。

2010—2014年为InteliDrive长期规划的第一阶段，计划建立一个全国范围的、多种交通方式联运的地面交通系统。该系统的特色在于构建一个交通网络环境，使车辆、基础设施和公众便携式设备之间能够相互通信，从而最大化地实现交通安全性、移动性和环保性。计划主要集中研究实时交通数据的采集和管理以及动态移动应用这两个方面，实时交通数据采集和管理研究项目旨在构建一个开发环境来支持对实时交通数据的采集、管理、集成和应用；实时交通数据包括安全状况、环境因素、拥堵信息、运输成本等。实时交通数据的源头不仅可以是交通管理中心、车辆定位系统、移动设备、InteliDrive应用等，还可以是收费站、停车场和车站等。这些数据经过处理后得到的交通拥堵、天气、速度限制、封闭道路等信息将被传送给个人车辆。该研究项目在提高物流效率、公众信息服务能力以及整个交通系统的效率方面都将发挥重要作用。动态移动应用研究的重心在对实时交通数据的应用方面，即通过无线技术充分利用采集的数据针对公共部门管理者开发有价值的多模式应用程序。近年来美国ITS项目又制定了新的五年规划（2015—2019），详见第1.2.6.2节。

美国的ITS发展远景已经制定到了2025年，目标是提高发展能力保护环境，降低温室气体排放。2025年大城市所有的交通设施即使在恶劣的环境下，也可以实现无缝的流动。到那时，很多机动车都没有尾气装置，在主要的高速公路上都会提供实时信息让驾驶者不再担心潜在的风险，主要的商业区大都可提供实时的出行信息而不需要设置各种各样的循环停车或者驾驶路线，在不同的交通运输方式中都可以实现无缝的连接。

目前美国第6版ITS架构包括以下8个部分：

①出行交通管理（Travel and Trafic Management）；

②公共交通管理（Public Transportation Management）；

③电子收费（Electronic Payment）；

④商用车辆运营（Commercial Vehicle Operations）；

⑤应急管理（Emergency Management）；

⑥先进的车辆安全系统（Advanced Vehicle Safety Systems）；

⑦信息管理（Information Management）；

⑧维护及建设管理（Maintenance And Construction Management）。

美国ITS的发展历程可总结为表1-1。这些项目是由美国ITS发展的特点决定的，即国家统一规划、投人充足、发展迅速、重视基础设施建设。

表1-1　美国ITS的发展历程

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