美国智能运输系统体系框架

美国的国家体系框架发展计划（National Architecture Development Program）最早源于1991年的ISTEA（Intermodal Surface Transportation Eficiency Act）法案对建立ITS相关标准提出的要求。美国运输部于1992年开始进行国家ITS系统体系框架的准备工作，于1996年6月建立国家级系统架构的最初版本，目前体系结构的版本正在逐年更新，至今已更新推出了第5版。美国的ITS国家体系框架文件长达5 000余页，共分为16册，具体内容可划分为两大部分：一是“框架定义”，是ITS框架的核心和付诸实施的基础，可以看作ITS体系的概念框架；二是“执行策略”，主要联系ITS框架定义与具体建设过程，与实施标准相结合，具体指导ITS系统的建设，可以看作ITS体系的实施框架。两大内容互相承接，体现出“从概念到实施”的全过程指导作用。

其构建的主要原则和目标为：以经济性为基本原则，最大限度地利用已有设施提供ITS服务；低收费，使多数人可享受信息服务，同时提供多种供选择的服务方式；增加私人企业的利益，加速ITS的实施应用；鼓励国家、个人合作；加强出行者的安全；给地方提供管理空间。其以面向过程的方法为指导，利用系统分析、软件工程的方法，给出了用户服务、逻辑框架、物理框架及其标准等内容。

1）用户服务

对于ITS所涉及的投资者、建设者、使用者、管理者等多种用户主体，通过开展讨论会等方式对这些参与者的需求进行总结，得出8类服务领域、32项用户服务，见表4-2。

表4-2　美国国家ITS体系框架用户服务层次表

续表

2）逻辑框架

美国的ITS逻辑框架以面向过程开发方法为指导，对如何实现各项用户服务进行细化，给出分层的逻辑功能元素表以及各元素间的数据流联系，包括9个逻辑功能、57项子功能，如图4-2所示。

图4-2　美国国家ITS逻辑框架示意

3）物理框架

美国国家ITS物理框架将智能运输系统分为4大类和19个子系统。美国物理框架子系统有中心系统（应急管理子系统、尾气管理子系统、货运管理子系统、计划管理子系统、收费管理子系统、交通管理子系统、快速运输管理子系统、服务信息提供子系统、商用车辆管理子系统）、外场设备系统（商用车辆检查子系统、停车管理子系统、收费管理子系统、外场设备子系统）、远程访问系统（个人信息访问子系统、远程出行者访问子系统）和车载系统（商用车辆子系统、紧急车辆子系统、建设维护车辆子系统、运输车辆子系统）。美国国家ITS物理框架如图4-3所示。

图4-3　美国国家ITS物理框架示意

美国国家ITS体系结构包括7个基本系统（大系统）、29个用户服务功能（子系统）以及60个市场包，它们共同构成了未来美国ITS的研究领域。其基本系统包括：先进的交通管理系统（Advanced Trafic Management System，ATMS）、先进的旅行者信息系统（Advanced Traveler Information System，ATIS）、先进的公共运输系统（Advanced Public Transportation System，APTS）、商用车辆运营管理系统（Commercial Vehicle Operation，CVO）、先进的车辆控制和安全系统（Advanced Vehicle Control and Safety System，AVCSS）、自动公路系统（Automated Highway System，AHS）、先进的乡村运输系统（Advanced Rural Transportation System，ARTS）。

（1）先进的交通管理系统（ATMS）。

先进的交通管理系统（ATMS）也称为出行和运输管理系统，主要指先进的监测、控制和信息处理系统。该类系统向交通管理部门和驾驶员提供对道路交通流进行实时疏导、控制和对突发事件应急反应的功能，在道路、车辆和监控中心之间建立起通信联系。它包括城市集成交通控制系统、高速公路管理监控系统、应急管理系统、交通事故处理、公共交通优先系统、不停车自动收费系统、交通公害减轻系统、需求管理系统等。该系统也包括用来研究和评价交通控制系统运行功能与效果的三维交通模拟系统。监控中心接收到各种交通信息（如车辆检测、车辆识别、交通需求、告警和救助信号）并经过迅速处理后，通过调整交通信号，向驾驶员和管理人员提供交通实时信息和最优路径诱导，从而使交通流始终处于最佳状态。电子收费系统通过电子卡或电子标签由计算机自动收费，可使所有地面交通收费包括道路通告费、运输费和停车费等实现自动化。紧急事件管理系统用来提高对突发交通事件的报告和反应能力，改善应急反应的资源配置。

（2）先进的旅行者信息系统（ATIS）。

先进的旅行者信息系统（ATIS）也称为出行需求管理系统，主要是对交通出行者提供及时的出行信息服务，改善交通需求管理。驾驶员可通过所获得的各种交通信息合理选择出行方式、时间和路线。在出行前通过办公室或家庭的计算机终端、咨询电话、咨询广播系统等，向出行者提供当前的交通和道路状况以及服务信息，以帮助出行者选择出行方式、出行时间和出行路线。在出行途中，通过车载信息单元或路边动态信息显示板，向出行者提供道路条件、交通状况、车辆运行情况、交通服务的实时信息，通过路径诱导系统对车辆定位和导航，使汽车始终行驶在最佳路线上，使出行者以最佳的出行方式和路线到达目的地。

（3）先进的公共运输系统（APTS）。

先进的公共运输系统（APTS）也称为公共交通运营系统，用来提高公共交通的可靠性、安全性及其生产效率，使公共交通对潜在的用户更具有吸引力。它采用各种智能技术促进公共运输业的发展，包括公共车辆定位系统、客运量自动检测系统、行驶信息服务系统、自动调度系统、电子车票系统等。该系统利用全球卫星定位系统和移动通信网络对公共车辆进行监控和调度，采用IC卡进行客运量检测和公交出行收费，通过个人计算机、闭路电视等向公众就出行时间和方式、路径及车次选择等提供咨询，在公交车辆上和公交车站通过显示器向候车者提供车辆的实时运行信息，改进服务，提高公共交通的吸引力。

（4）商用车辆运营管理系统（CVO）。

商用车辆运营管理系统（CVO）是为驾驶员在州际运输管理中自动询问和接受各种交通信息，进行合理调度所设计，是专为运输企业提高盈利而开发的智能型运营管理技术，目的在于提高商业车辆的运营效率和安全性。它通过卫星、路边信号标杆等装置，以及车辆自动定位、车辆自动识别、车辆自动分类和动态称重等设备，实现电子通关。企业的车辆调度中心对运营车辆进行调度管理。

（5）先进的车辆控制和安全系统（AVCSS）。

先进的车辆控制和安全系统（AVCSS）应用先进的传感、通信和自动控制技术，给驾驶员提供各种形式的避撞和安全保障措施，主要指智能汽车的研制。先进的车辆控制系统包括事故规避系统和监测调控系统等。智能汽车具有道路障碍自动识别，自动报警，自动转向，自动制动，自动保持安全车距、车速和巡航控制功能。安装在车身各部位的传感器、盲点监测器、微波雷达、激光雷达、摄像机等设施由计算机控制，在易发生危险的情况下，随时以声、光的形式向驾驶员提供车体周围的必要信息，并可自动采取措施，从而有效地防止事故的发生。车内计算机中存储大量有关驾驶员个人和车辆各部分的信息参数，当监测到这些参数发生变化或超过某种安全极限值时就会向驾驶员发出警报，并采取相应措施，以预防事故发生。

（6）自动公路系统（AHS）。

自动公路系统（AHS）是更高级的智能车辆控制系统——汽车自动驾驶系统。它由路面设施和车辆上的特殊装备组成。如路面设施是在车道中心按一定间隔埋设的磁铁，车载装置是磁传感器、障碍物检测雷达、车道白线识别装置、电子导向仪、电子自控油门、电子刹车装置等。以电偶将汽车组成一组一组的列车运行，每辆车可随时加人或退出列车车队，当汽车在车队中行驶时为自动驾驶，这可保证汽车的行驶绝对安全高效。

（7）先进的乡村运输系统（ARTS）。

先进的乡村运输系统（ARTS）是根据乡村运输的特殊需要，对其他各类ITS系统在乡村环境下有选择性的运用。针对这种特殊要求，也有一些特殊技术的开发和研究，如紧急呼救和事故防止、不利道路和交通环境的实时警告、高效益成本比的通信和监测等。

美国不断完善ITS体系框架的修订工作，同时加强对体系框架的应用推广。在国家ITS体系框架的基础上，美国开发了地方ITS体系框架的支持系统Turbo Architecture和美国国家ITS体系框架同步更新。而且，联邦公路局、联邦运输管理局于2001年4月规定各联邦资助ITS项目必须在国家ITS体系框架和标准的基础上开展，并且各地方需要在国家体系框架的指导下制定区域ITS体系框架，对于已经有ITS项目建设的地区，其区域ITS体系框架需在规定颁布的四年内完成，对于未实施ITS项目建设的地区，其区域ITS体系框架要在其首个ITS项目设计结束后四年内完成，以使各系统相互协调，减少系统的重复建设。