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交通信息发展的趋势与对策

时间:2022-04-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:第八章 交通信息文化第一节 交通信息化一、交通信息化概述信息是一个很复杂的概念,关于信息的界定,在不同领域和行业有不同的理解,尚未能达成一致看法。按照这一解释,信息与知识有着密切的关系。信息的增长速度和利用程度已成为现代社会文明和科技进步的重要标志之一。数据仓库发展于数据库基础,其目标是支持决策。

第八章 交通信息文化

第一节 交通信息化

一、交通信息化概述

信息是一个很复杂的概念,关于信息的界定,在不同领域和行业有不同的理解,尚未能达成一致看法。较为公认的定义是:“信息是知识和情报的通信和接受,是通过调查、研究或要求而得到的知识,是情报、消息、新闻、事实和数据等。”按照这一解释,信息与知识有着密切的关系。人类用信息认识和描述物质、现象、科学、文化并且能被传播和被处理。在当今社会,记录的表现形式可以是文字、语音、视频和图像等各类媒介。关于信息虽在各行业领域有不同理解,但对其应明确两个主要特点:首先,信息在客观上是反映某一客观事物的现实情况;其次,信息是可接受、可利用的,并可以指导行为。

从广义上理解,信息是一种已经被加工为特定形式的数据。这种数据形式对接收者来说,是有确定意义的,对人们当前和未来的活动产生影响并具有实际的价值。可以说,信息是数据的含义,是数据加工的结果,数据是信息的载体

信息是一个正在不断发展和变化的概念,并且以其不断扩展的内涵和外延,渗透到人类社会和科学技术的众多领域,且与材料、能源一起,被列为现代社会和科技发展的三大支柱。信息的增长速度和利用程度已成为现代社会文明和科技进步的重要标志之一。

在使用方面,信息具有下列五个性质:

1.普遍性。信息来自于人类对自然界、科学、人类活动和人类想象的各种事务的认识描述和传播,因此,信息的描述适用普遍性。

2.共享性。信息不是孤立的,不经传播的话就毫无价值,也就不成为信息。

3.时效性。信息具有时效性,过时的信息毫无实际使用价值。

4.再生性。因为信息是人类用来对自然界、科学、人类活动和人类想象所认识的各种事务的描述,而事务可以重复,因此,信息具有再生性。

5.可处理性。因为信息可以被描述、记录,所以信息“物理”存在,可被处理。

(一)信息技术

信息技术是引用信息科学的原理和方法有效地开发并利用信息资源的一种综合技术体系。信息技术是人们在认识和改造自然的过程中,为了得到更多、更好的生存和发展空间而产生和发展起来的,有时也叫做“现代信息技术”。也就是说,信息技术是利用现代电子通信技术从事信息采集和存储、利用计算机技术进行信息处理和加工、利用机电一体化技术研制相关产品和产品制造以及提供信息数字化服务的新学科。

信息技术具体运用就体现为感测技术、通信技术、计算机技术和控制技术。感测技术是获取信息的技术,通信技术是传递信息的技术,计算机技术是处理信息的技术,控制技术是利用信息的技术。感测、通信、计算机和控制这四大技术在信息系统中虽然各司其职,但是从技术要素层次上看,它们又是相互包含、相互交叉、相互融合的。

另外,按目前的状况,感测、通信、计算机和控制四大技术的作用并不在相同层次上,计算机技术相对其他三项而言处于基础和核心的位置。正是计算机技术的高速发展,才带动了整个信息技术的高速发展。事实上,在计算机技术产生之前,感测技术、通信技术和控制技术就已经产生了。但那时这些技术的水平还是比较低的,很多操作还需要人工进行。计算机技术产生以来,感测技术、通信技术和控制技术的水平得到了极大地提高。不仅自动化水平不能与过去同日而语,而且通过程序控制实现了更强大、更便利、更高效的功能和服务。

当前信息技术的基本特征就是计算机程序控制化。计算机技术产生以来,信息技术便有了突飞猛进的进步。它的应用已经渗透到社会的各行各业、各个角落,极大地提高了社会生产力水平,为人们的工作、学习和生活带来了前所未有的便利和实惠。

(二)信息系统

信息系统是一种由人、计算机(包括网络)和管理规则组成的集成化系统。该系统用计算机的软硬件、数据库以及管理、分析、计划、控制和决策模型,为业务、事务、企业或组织的管理和决策提供信息支持。

信息系统的发展经历了从电子数据处理到管理信息系统阶段的发展过程。

1.电子数据处理系统

数据处理的人工系统在计算机问世前就已经存在。20世纪60年代,计算机开始向非数值计算的数据处理方向发展。数据处理是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输。数据经过解释并赋予一定的意义之后,便成为信息。

数据处理系统DPS(Data Processing System):指能够根据输入信息,得到预期或要求输出信息的处理过程。具有可重复执行的特点。

2.信息管理系统

20世纪70年代兴起的信息管理系统是管理科学和计算机科学结合的产物。信息管理系统是针对企业的整体管理目标和管理流程,通过计算机和信息技术实现管理自动化的系统。该系统能够使企业管理中的信息充分地被共享,并在相关部门中有序流转,辅助各级管理人员的业务管理、决策和分析。信息管理系统定义为:它是一个由人、计算机结合的对管理信息进行收集、传递、储存、加工、维护和使用的系统。

信息管理系统开始以数据文件为基础,后来发展了数据库系统,以数据形式辅助决策。信息管理系统是由大容量数据库支持并以数据处理为基础的计算机应用系统。

3.决策支持系统

决策支持系统DSS(Decision Support System)是20世纪80年代迅速发展起来的新型计算机学科,可以看成是信息管理系统和运筹学相结合而发展起来的学科。决策支持系统既要求有很强的数值计算能力、又要求有很强的数据处理能力,目前的计算机语言的支持能力正是决策支持系统发展缓慢的根本原因。该系统是在人和计算机交互的过程中帮助决策者探索可能的方案,生成为管理决策所需要的信息。

决策支持系统的新特点就是增加了模型库和模型库管理系统,把众多的模型有效地组织和存储起来,并且建立了模型库和数据库的有机结合。它既具有数据处理功能,又具有数值计算功能。

4.信息系统的进一步发展

20世纪90年代中期,兴起了两项决策支持新技术,这就是数据仓库和数据挖掘。数据仓库发展于数据库基础,其目标是支持决策。数据仓库是市场激烈竞争的产物,在国外已经形成热潮。不久,它也将在我国发展起来。数据挖掘发展于人工智能的机器学习,其中面向数据库的机器学习方法形成了知识发现。

二、交通信息化的必要性

现代交通的范畴越来越广泛,虽然主要涉及水、陆、空三方面运输,同时提出并开创了信息高速、管道运输等新型交通领域。本书中的交通主要涉及城市交通这一与人们日常生活紧密联系的领域。

交通信息化是在国民经济和社会信息化大背景下的行业信息化。主要包括以下五个领域:交通政务信息化,交通基础设施建设与管理信息化,交通运输生产管理信息化,交通产品营销信息化和交通科学技术。

交通信息化建设是将计算机技术、现代通信技术和现代控制技术与高新电子信息技术的有效集成,已经在勘察设计、工程施工、交通安全、环境监控、船舶自动化等诸多方面取得了可喜的技术成果。另外,在信息基础设施建设方面,已初步构建了交通信息化网络的基本骨架;在交通信息资源开发利用方面,已建设了一批信息应用和管理系统。这都说明信息技术正逐步成为交通运输技术体系的主导技术,成为交通运输业发展和传统运输方式优化升级的强大动力。信息技术的不断推广和应用,将带动市场范围的全面扩大,管理方式的根本变革,成本的大幅度下降,资源配置的全面优化和充分利用,法制环境、管理体制、思想观念的重大变革。

值得注意的是,交通信息化的高新技术,除有和其他行业信息化有共性外,还有自身明显的特点。近两年交通信息化的特点主要是:以停车收费、联网收费为代表的ITSS应用逐步深化;GIS,GPS,RS在交通领域综合应用全面展开;物流及其信息技术引起广泛重视;EDI,CAD等技术应用逐渐成熟和普及。

第二节 交通信息技术与管理

一、交通信息网

(一)交通信息网的分类

从传输方式划分,交通信息网分为有线网及无线网。

从适用范围划分,交通信息网主要分为水运通信网、公路通信网、航空专用通信网和交通专用长途通信网等。其中,水运通信包括沿海港区通信、水上移动通信(含中短波无线电和海事卫星通信和内河通信;公路通信包括长途通信、地区通信和移动通信(集群);交通专用长途通信主要指用于交通部机关与各省厅间通信的卫星通信网。

从政策规定上划分,交通信息网分为一级网(以交通部为中心,连接各省级交通主管部门的通信网);二级网(省级交通主管部门连接各地、市的通信网);三级网(以市交通主管部门为中心,连接各县级交通主管部门的通信网);四级网(以县级交通主管部门为中心连接其所属部门的通信网)。

(二)交通信息网的发展历程

交通通信的发展与变革经历了四个阶段:

第一阶段:从20世纪50年代初至60年代中期是初始阶段。这个时期的交通通信仅运用于水运移动通信,手段落后,技术含量低,难以满足船岸间运输调度和航行安全的需求。

第二阶段:从20世纪60年代中期至70年代末是发展阶段。该阶段是交通部大力发展水上运输、加快港口建设、扩大远洋运输船队、提高交通运输能力的阶段。交通系统上下开始逐步地认识到交通通信是交通运输行业中的支持保障系统,是不可缺少的重要组成部分。

第三阶段:从20世纪80年代初至90年代初是强化阶段。这个阶段是交通运输行业飞速发展的时期,恰逢我国从计划经济体制向市场经济体制转型的时期,经济发展、政策重视、资金投入带来了交通信息发展的黄金阶段。这个时期交通通信的性质已基本定位属于公路水路专用通信,服务的对象是公路水路的运输载体,承担的任务是满足运输载体的通信联络和保障运行安全所必需的通信。

第四阶段:从20世纪90年代初至今是成熟阶段。经过前几个阶段的建设,交通通信已形成规模。到目前为止,无论从网络规模、通信手段、技术水平等诸方面,均达到了国际同等水平,满足了公路水路通信的基本要求。虽然近十年也是国家公众通信发展最迅速的十年,但在特殊通信,尤其在承担遇险救助和公益通信职能上,历年来多次海难、空难救助,已证明交通通信发挥着独特的作用,从这一功能来说,公网是无法替代的。

(三)交通信息网的现状

经过多年建设,我国铁路、公路、水运、民航的信息化建设在电子政务、行业信息化、企业信息化建设等方面都取得了长足的发展。我国交通信息化方式呈现出自身的特点,但目前仍需改进完善:

1.交通运输信息化停留在信息处理方式的转变

交通运输信息化实现了计算机管理、网络管理,通过计算机采集数据、录入数据、自动处理、生成有效信息、打印信息、网络传输信息等,由过去人工数据处理方式转变为计算机处理,这是对信息处理方式和手段的一种大大的改进。然而,现有的大部分交通运输信息化仍停留在这种信息处理方式的转变阶段。例如,各种运输方式都已经开发建立了“客票预订和发售系统”,各个系统实现整个城市联网售票,甚至跨区域的联网售票、异地售票,而且所有的票证都是计算机制作打印,乘客可以方便地从多个不同的地方或售票窗口预定或购买客票,或直接从网上预订票。这种计算机售票方式只是对人工售票的作业方式的简单复制,乘客仍然摆脱不了纸介质的客票、出行过程中的中转换乘仍需要再次购票,现代交通信息网络与通信技术的体现仅此而已。信息化不仅仅只是将手工数据处理方式转变为计算机处理,也不仅仅只是对传统的经营、管理、生产等环节进行简单计算机模拟与再现,运输信息化的根本问题还未解决。

2.运输方式信息化呈现独立零散状态,欠缺整体联动

由于现有的业务信息系统是在不同时期独立开发、自成体系,所以,一个系统生成的数据无法直接应用于另一个系统,无法实现系统之间相互操作,更难将整个运输生产的各个环节有效地联动起来。这种相对独立的信息系统,无法释放出信息化建设所能够带来的巨大能量。假设客票系统与离港系统、检票系统相联通,乘客只需要通过互联网或电话在客票系统进行电子注册,客票系统中存储的有关乘客的信息都自动传输到离港系统或检票系统,乘客在登机或上车时,系统只需要出示有效证件即可通行,这就是所谓的电子客票,其实现过程是建立在信息与系统间信息共享的基础之上。事实上,通过客票系统还可以采集到很多有关乘客出行的信息,包括出行方向、出行流量,出行费用等等,这对运输组织与经营将极有价值,可以用于分析与预测客流的流量、流向,决策增减列车对数、进行列车编组计划、调配人员等相关的作业环节。也只有将所有相关的各个信息系统相互联通起来,才能最大限度地发挥运输信息化的便利性、快捷性和安全性。

3.各种运输方式发展的不均衡,交通信息化缺乏统一设计

铁路、公路、水运、民航等各种运输方式优势互补,分工协作,共同构成交通运输这个复杂的系统,而信息化是实现多种运输方式间的一体化运输的关键。但是,由于各种运输方式分别属于多个部门管辖,处于各自为政的状态,造成交通运输信息化建设都是立足于各种行业自身建设、自成体系的局面,各种运输方式之间信息闭塞,无法实现信息交互与资源共享。在交通信息化建设的历程中,各种运输方式之间的信息化缺乏统一的规划、设计、建设。

二、交通信息新技术

我国地域广阔,经济发展一直保持稳健的态势。但如果交通发展相对落后,就会制约经济发展。因此,近年来,公路交通在国民经济和交通运输中具有覆盖面大、适应性强、机动灵活等特点和优势,逐渐受到重视并得到快速发展。

随着历史的变迁,我国的交通建设日新月异,公路总里程、路网结构明显改善,“硬件”上已取得跨越式发展。但在“软件”方面——信息化在交通行业中的应用离跨越进步还很遥远,交通信息化的应用也迫切要求同步延伸。

(一)智能交通系统(ITS)

智能交通系统作为当今公路交通发展的趋势,已成为重点发展的领域,是公路交通进入智能化时代的标志。为实现“十五”期间智能交通发展的目标,国家有关部门和地方城市集中力量在很多方面开展了工作。

但中国智能交通系统发展基础技术薄弱,主要指信息和电子基础技术薄弱,产品产业化水平低,国内大部分产品在精度和可靠性方面与国外产品有差距。另外,智能交通系统系统应用中,系统间的信息资源缺乏共享和交换,影响了信息系统、管理系统和控制系统的推广,一些领域出现重复研究和空白研究现象。

(二)交通地理信息系统(GIST)

交通地理信息系统加入了几何空间网络概念和动态分段等技术,系统应用将逐步建设成设计软件、业务管理软件和行业信息管理软件的底层数据库。我国已拥有了具有自主知识产权的一批成熟的交通地理信息系统平台软件和成熟的应用模型,国内数据生产部门本来有空间数据,开展大规模交通地理信息系统应用的基础条件已经具备。数字交通如同神经系统,由地理资讯系统模块所建立和维护的节点构成连续的交通空间信息基础设施,随着分布式计算和网络服务的发展,地理资讯系统在交通界异军突起,正朝着运用网络,最终创建数字交通的方向发展。交通地理信息系统软件最终将使地理资讯系统与交通传统业务融合。

(三)计算机辅助设计(CAD)

20世纪80年代,公路勘察设计开始应用CAD技术。经多年发展,CAD软件功能更加强大,首先由二维平面设计发展为三维立体设计,实现了可视化设计,提高了工程设计和项目比选的智能化程度;其次,采用开放统一的标准保证了应用软件之间的高度集成。

目前,公路工程设计工作中应用CAD技术的单位越来越多,大型公路建设项目的可行性研究及工程设计招投标中,具有真实背景的三维工程实体造型以及计算机动画的应用日益增多,设计文档、图库的计算机管理正在兴起,促进了公路测试质量和水平的大幅度提高。

(四)道路运输业的信息化

当前,交通运输信息化已成为交通运输领域科技进步的重要方向和新的经济增长点,交通运输行业迫切需要改变依赖白板记录调度信息,靠经验判断车辆位置的落后境地。我国道路运输信息技术的应用源于运输服务业中的货运配载业,集道路运输信息网络及电子技术、信息技术、通信技术、系统工程于一身,技术性强,组织工作复杂,高新技术将为道路运输这种古老的运输方式插上翅膀。

(五)现代物流信息化技术

信息化如何带动物流现代化得到普遍关注。国家对企业信息化的重视,电子政务的推广、物流业务自身的发展等,都充当了物流信息化进程中强有力的助推器,信息技术是现代物流的“CPU”。

现代物流不能完全照搬国外技术,而应根据企业的发展进行物流系统的设计和实施。物流网络化是当今电子商务下物流活动的主要发展方向之一。目前,一些知名企业围绕最基本的业务系统独立研发物流管理软件,把传统的运输软件和高端软件相结合,满足不同客户的需求,同时引入国外的先进技术设备打造物流信息系统。

(六)管理系统的应用

公路交通行业信息技术应用水平的提升和信息技术自身的不断发展,使未来对信息技术产品的需求由硬件为主逐渐转向软件应用和服务。我国目前缺少适应不同部门、行业的专业软件。新时代下的交通行业管理也必将逐步走向规范化、自动化,而业务管理软件则是实现规范化与自动化管理的最好手段。软件产业将是交通信息化的核心和灵魂,软件应用将成为交通信息化建设的热点,信息服务将成为交通信息化建设的新需求和方式。

三、交通管理的信息化

交通管理是指以道路与道路交通活动为管理对象,以发挥交通系统的最大功能为目的的综合管理。相当于广义的交通管制,主要由控制和管理两部分组成。不仅要采用能够与动态变化的交通情况相适应的设备准确地指挥,还要制定大家共同遵守的交通法规,根据各地的交通情况或突发状况,采取某些限制措施。因此,现代意义上的交通管理是个综合性的概念,包含了道路系统的建设规划管理、道路交通资源管理、道路交通安全管理等各方面。

交通是一个复杂的城市人文要素,并不是孤立存在的,其发展和建设与经济、环境、人口等诸多因素有关,现代诸多因素有关,现代交通体系已经开始将这些信息要素与道路规划和设计以及日常管理和维护工作紧密结合,利用计算机信息技术建设满足需要的道路交通网,使交通管理实现了信息共享。

(一)交通业务信息管理的主要内容

如上所述,交通管理涵盖的范围非常广泛,只要与交通有关的内容,无所不包。其中最主要、最核心的内容还应是道路交通安全。其管理应该由公安机关交通管理部门进行道路交通秩序管理和安全管理。为了达到如今社会复杂路况和车流量密集的管理需求,信息化技术在提高交通管理效率上不可或缺。

目前,世界上道路交通大体有四种模式:

1.美国模式。其道路交通发达、汽车多、里程长、管理技术先进,但交通事故也多。类似的还有加拿大、英国、法国和墨西哥等。

2.日本模式。日本的道路交通特点是路线密集、车辆行驶技术先进,事故较少。其管理特点在于精益求精,类似的除了韩国以外还有中国的香港特区和台湾地区等。

3.东欧模式。东欧各国的交通状况普遍体现出布局合理、交通流畅,但管理粗犷以致事故较多的特点。和其相似的还有一些阿拉伯国家的交通模式。

4.中国模式。我国道路的特点是路网供不应求、车辆密集复杂、行驶混乱,事故多发。状况类似的还有印度、泰国等。

鉴于令人堪忧的交通安全状况,全球各国已开始研究交通管理的信息化新技术,来提高交通运输的安全性。例如:美国正在研究和部署车辆避撞、司机与车辆监控等技术;欧洲正在支持开发智能的约束系统,制定采用信息与通信系统的道路安全长期计划,开展为道路安全的远程信息处理的智能化道路的研究和示范,建立卫星定位事故警示系统等。澳大利亚也正在用智能交通系统新技术改善道路安全。

(二)现代交通管理的信息化需求

1.城市交通控制系统的发展

随着城市化进程的逐步加快,城市交通问题已经成为中国各大城市共同面对的难题。目前各种信息均反馈表明,城市交通拥挤突出表现为城市道路交叉口处通行能力不足。城市交通控制系统的研发能否最大限度发挥城市道路的通行能力并及时、有效地解决交叉口拥挤的问题,成为国内外交通研究关注的新热点。

从1868年至今,城市交通控制系统的研究在不断发展中。1868年,英国伦敦首先安装了世界上第一台交通信号灯,拉开了城市交通控制的序幕,信号灯结束了城市交通混乱无序的历史。当时的信号灯只有红绿两色,采用煤气照明,并且只限在夜晚使用。

1918年,美国在盐湖城建成了第一个使主干线各信号灯同步运行的互联信号系统,设施也改进为24小时皆可照明的电气三色信号灯。

1926年,英国首先安装和使用自动化控制器来操控交通信号,这标志着城市交通自动化的开始。但受当时技术条件限制,信号灯之间的协作很少,数据处理功能也很有限。

1952年,美国科罗拉多州丹佛市利用模拟计算机和交通检测技术成为了世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。从此,伴随着计算机技术的发展和推广,城市交通信号控制系统开始了迅猛的发展。

随着技术的发达,人们逐渐开始不仅依靠硬件设备更新提高城市交通管理水平,同时还必须加强控制方法的革新。

2.新的城市交通控制系统

随着现代科技的进步,人工智能技术、计算机技术等广泛应用于新一代的城市交通控制系统的设计与开发中。例如,美国的RT-TRACS(Rea1-Time-Traffic Adaptive Contro1 System)系统,是依据美国联邦公路局UTCS项目研究开发过程中交通信号控制策略的更新和演变提出的,具有多层结构交通控制系统,支持系统基于路网和交通特征来选取具有最大效益以及最大化系统性能的控制策略,并提供各种程度的响应级别。需要指出的是,该多层体系结构中,每层都具有自己的特征,且上层策略可以嵌入方式吸收其下层策略协作进行,从而方便系统进行正式开发和灵活响应、选取不同的控制策略;其最高层采用人工智能技术中的专家系统针对具体局部路况条件(包括信号状态、路网特征和实时交通流模式)选取适当的最优控制策略。当前,RT-TRACS已经开始成为美国各大城市交通信号控制系统的主流,并在全美推广实施。

还有日本的STREAM(Strategic Rea1 time contro1 for Mega1opo1is-traffic)系统,是根据城市交通系统的规模复杂性特征和传统模型局限性造成的不同的控制方式或策略各有所长的特点,采取综合运用多种策略并依据“适时适地适当方式”原则,实现交通信号系统内部集成的办法来寻求最优控制。

德国的MOTION(Method for the Optimization of Traffic signa1s In On-1ine contro1 LED Network)系统,则是基于递阶分层控制和模块化结构的控制系统,其战略为了体现公交优先的思想,并可根据实施绝对优先、相对优先和拒绝优先等三种不同的优先管理方式,另外还引入了路口和路网两级事件识别机制。

HT-UTCS系统是我国自行研制开发的第一个实时自适应城市交通控制系统,是“七五”和“八五”国家重点攻关项目成果,获得国家科技进步三等奖。在投入使用的10年内,系统应用软件、设备作了五次重大改进。现该系统的软件和设备均已定型,并推广使用。系统通常采用两级控制结构:区域控制级和路口控制级。如需进行区域扩充,为对区域级进行协调控制可增设中央控制级,从而构成三级分布递阶控制结构。系统设置了实时自适应、固定配时和单点三种工作方式,还具有警卫、消防、救护等优先绿波带和人工指定功能,工作方式灵活,功能完备。

3.城市交通控制系统的发展前景

(1)城市交通主动智能控制集成系统的提出

国家重点基础研究规划(973)项目“信息技术与高性能软件”中设立的二级课题“城市交通监控系统”,结合我国城市交通发展的特点,确定了建立实时自适应的城市道路智能交通信号控制系统的智能化管理的发展方向。按照控制思想来划分,城市交通控制系统,可分为被动式控制和主动式控制两种。目前既有的城市交通控制系统基本上都属于被动式控制,其控制思想是以在道路上的车辆或人为主体,通过事先人工调查或实时自动检测的方法,了解其变化规律和实时状态,在此基础上选取适当的控制方案或联机实时生成控制方案控制信号变化,使之适应交通的需求。从表面上看,交通是受信号指挥的,而实质上交通信号是根据交通需求的变化而变化的,也就是说交通信号是被动式地控制交通流的变化。

该系统是以城市交通控制为核心,将与其紧密相关的诱导系统与预警系统进行集成,从而更好地实现城市交通智能化管理的目标。系统主要实现的功能,包括及早发现交通事件或者由于其他客观原因将要发生拥堵的路段,并同时与诱导系统与控制系统相结合,从而可以提高交通疏导的效率,降低由于交通不畅带来的各种损失。

(2)开放式交通信号控制系统的产生

在传统的城市交通控制领域,交通信号控制机通信协议的封闭性阻碍了开放式交通控制系统的实施,也使得城市交通管理部门通过竞争机制购置交通信号控制机变得束手无策。由于城市交通控制系统对通信带宽的要求相对较低,从理论上来说通信系统的费用应在整个系统中所占比例也较低,但在实际落实中这一比例仍然很高,大量投资用在电缆敷设和通信线路租用费上。针对传统交通控制系统中存在的问题,加拿大DELCAN公司推出了全新的城市交通工程设计理念——“开放式交通信号控制系统(CTCS)”,该系统为在交通信号控制机的通信接口实行标准化前,通过低成本的通信设备来连接系统中不同制造商生产的各种设备,包括中国制造的交通信号控制机。在系统的开发过程中,重点是如何充分利用现场控制机。CTCS的设计允许当地控制器控制路口的排序和配时,路口通过“按时间协调”的方法(信号灯以时间同步的串联方法)进行协调,每个控制机的内部时钟都按照CTCS的要求与主机时钟同步。为了使CTCS按交通感应模式运行,各控制器需要指定地点的综合交通数据,这些实时的交通数据将由连接到控制机上的车辆检测器提供,控制机将数据汇总并转发给CTCS。CTCS运用这些数据选择交通计划并产生新的最佳交通计划。

(3)城市高架与平面交通控制系统的一体化

城市高架道路已经成为解决城市内部交通的一个重要手段与途径,其对改善城市交通状况的作用已得到普遍认同。目前我国高架道路信号控制上主要工作是车流状况检测和诱导,作为高速干道,没有周期性转换交通信号的必要。平面交通将交通信号作为主要手段,使某一区域的交通控制做到自相适应,协调控制。从表面上看来,平面与高架分别自成系统,相互独立,在信号控制上没有任何直接联系,但实际上,高架道路往往位于交通繁忙路段上,交通流相互间的制约性很强,特别是对匝道的影响,直接关系到该路段交通的畅通。特别是下匝道对最临近路口的影响,需要辅助信号控制系统,根据各个方向的具体交通流量,进行分流与控制。

(4)基于轨道交通优先的城市交通控制系统

轨道交通以其无污染、低噪音、低功耗、运营准时等优点,成为城市公共交通的重要发展方向。目前的轨道交通多是以高架或者地下为主,较少考虑平面交叉。随着轨道交通的普及,平面交叉的轨道交通因其在环保等多方面,特别是在对既有城市景观的影响上表现出来的优势而备受青睐。加拿大的多伦多、英国的曼彻斯特、瑞士的日内瓦和苏黎世等城市都有发达的平面交叉轨道交通系统,主要集中在城市的中心区,负担较高的客运量,提供便捷的换乘服务。

基于交通优先的交通信号控制系统的设计原则,是为了改善道路通行秩序,提高轨道交通的行驶速度,减少区间停车次数,提高旅客舒适度。即保证平面交叉的轨道交通的运行效率不低于采用高架或地下的完全处于封闭式的轨道交通的运行效率,因此需要采用基于轨道交通优先的城市交通控制策略,实现优先控制方案,需要合理设计影响轻轨运行的各种参数,包括信号灯绿灯开放时间、路口渠化、车辆折返点和车站设置、站点停车时间、车辆间隔时间设定等。同时对于高峰期,需要实施特殊“绿波”,并结合路口渠化和车站设计,可以进一步缩短轨道交通的运行时间,提高轨道交通的运行速度。

目前该控制模式已经在大连市得到实施。大连市轻型轨道优先交通信号控制系统投入使用后,使轻轨的平均停车次数减少,运行的正点率提高,服务水平也因此而得到广大市民的普遍认同,客流量大幅度提高。与此同时,由于轻轨试验线路运行环境的美化和平面轨道交通的独特性,吸引了大量的外地游客乘坐轻轨前往大连西部的旅游胜地,取得了明显的经济效益和社会效益。

城市交通控制系统是专业性较强的综合性应用系统,解决的是我们日常生活中最直接的基本问题。可以说,城市交通控制系统是智能交通领域的一个重要应用窗口。相信随着现代科技的飞速发展,以及人们对交通控制领域的认识的逐步深入与不断完善,城市交通控制系统必将会趋于智能化与现代化方向发展。

第三节 交通信息发展的趋势与对策

20世纪末,美国提出了“数字地球”的策略,指出利用信息技术建立可以嵌入海量地理数据的多分辨率的三维的地球。这一概念提出后受到世界各国的强烈关注,在数字交通的大前提下,交通信息化向“数字交通”迈进,逐步形成交通数字信息网络。

“数字交通”是21世纪交通运输信息化发展的趋势,也是实现智能型交通的一个重要阶段。具体指“数字铁路”、“数字公路”、“数字水运”、“数字港口”、“数字民航”的统一体。它将计算机技术、信息技术、数字化技术、通信技术、控制技术、电子技术、管理与决策支持技术等多领域学科的最新技术融入交通运输系统的有机整体。是一个全方位的数字化的交通运输系统,并非在原有基础上简单的联系计算机网络,而是将交通运输系统建立在“信息化”的基础上,包括单一运输系统和多种运输系统之间的各环节的数字化联动。它将是原有交通模式的大变革,可以实现交通运输系统的整体优化,也和社会经济的发展达成和谐一致。

一、“数字交通”的总原则

(一)以人为本

交通运输活动的目的是为了满足人们的各种需求,所以其服务的终极目的就是要满足人们的交通需要。包含提供服务、支付票证等内容。

(二)和谐统一

“数字交通”在自成体系的同时,又是整个“数字时代”必不可分割的组成部分。所以和“数字社会”、“数字经济”互通互联。只有他们彼此之间协调统一,实现内外部环境均和谐一致,才能取得共赢,实现长久发展。统一就是要有步调一致发展规律,打破各系统的不均衡性,遵循统一框架和标准的指导,使“数字交通”成为有机整体。统一原则具体包含三个不同层次:各种运输方式内部协调统一,各种运输方式之间的协调统一,以及“数字交通”与外部社会整体环境的统一。

(三)标准化

“数字交通”要求在整个交通运输系统内部和各系统之间都要实现顺畅联动,这就要求各系统之间的相关数据能够进行高效的传递、共享。因此,需要给各系统制定统一的数据标准才能达成这一目标。标准化原则主要是数据协议和数字格式、内容的标准化,这也是数据能在交通系统内共享的基础条件保障。

(四)系统最优化

这个原则是指“数字交通”的整体系统最优化为目标,达到交通资源配置的合理化。“数字交通”内部各个子系统都需要达成最优化,如何将各交通子系统的最优化与“数字交通”整体的最优化结合起来,这是应该集中解决的核心问题。解决这一问题包括几方面内容:建立优化的模型和指标,加工处理“数字交通”最优化的数据基础。

二、“数字交通”的总体发展思路

“数字交通”的总体发展思路要以“数字公路”、“数字铁路”、“数字港口”、“数字民航”、“数字水运”各交通运输子系统为基础,构建对外的公共信息媒体和对内的一体化执行运作标准这两大信息平台。实现这个思路需整合三大资源——各运输子系统的内部资源,交通运输整体系统的资源,交通系统与社会经济的运输需求,以此来做保障支持。

具体来说,“数字交通”的总体模式包括“数字交通”客服系统、“数字交通”运输决策系统和“数字交通”子系统三大板块。

(一)“数字交通”子系统

子系统由铁路、公路、水运、港口和航空各运输方式组成。子系统之间在“数字交通”的大前提下互信互通,充分协调,才能实现整体的最优化。“数字交通”要求各子系统不再按照传统的组织经营理念和模式开展独立的交通活动,而是制定一致的制度标准,进行统一的技术创新。提升改进现有的信息系统,使其能够覆盖各子系统的核心环节,达到信息资源共享,最终建设“数字交通”系统内部全方位的最优化。

(二)“数字交通”客服系统

“数字交通”客服系统是整个“数字交通”对外联动的大平台,主要体现着“以人为本”的原则,同时也是“数字交通”与“数字社会”、“数字经济”互动的桥梁,交通系统和社会经济运输需求的整合。该系统集合了铁路、港口、公路、水运和民航各交通子系统的信息平台。其功能主要为一体化交通服务,项目包括交通政务信息查询、交通出行信息查询、交通信息发布、电子客票、交通全程信息服务和交通出行方案咨询等。

该系统不仅提供服务,同时在采集大量最新的交通实时数据并对其进行智能处理,以此为“数字交通”最优化发展提供准确、有效、科学的数据支持。

(三)“数字交通”运输决策系统

这个系统在整个“数字交通”系统中处于核心地位,与其他子系统密切相关,起着中转的枢纽作用。运输决策系统接收由客服系统传递来的有关交通运输的信息,统计分析运输分布数据、预测交通运输的需求变化,掌握整个交通市场动态,通过建立模型,再调整运输组织和方式,制定运输方案与决策,指导交通运输。

“数字交通”运输决策系统将各交通子系统独自的决策系统整合统一,彼此相互融合,实现“数字交通”的迅捷反应。这样既保持了子系统一定的独立性,又自然形成了有关联的整体,最终实现“数字交通”的最优化。

信息数据、客服系统和决策平台在操作执行中有差别,但本质上都有一个共同的服务目标——实现“数字交通”系统的协调统一和整体全面优化。它们彼此保持独立运行,又通过接受统一的决策指令实现关联,再彼此反馈输出有效数据,共享的过程中实现了“数字交通”系统整体的优化建设。

“数字交通”是今后交通信息发展的必然趋势,未来的交通运输系统将建立在数字化的基础之上,形成协调统一、便利快捷、人性优化的全新局面。交通系统内部将实现有效的信息资源共享,各运输方式将打破孤立的状态。在保持不同运输方式的相对独立性和行业特色的同时,更多地归属于交通运输系统的有机整体,组成“数字交通”系统,更好地为人类社会服务。

自测题

1.浅谈信息系统的发展历程。

2.试论现代社会的交通信息新技术。

3.“数学交通”在今后将有怎样的发展趋势?

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