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大城市ITS应用案例~上海延安高架典范工程

本期特地选择上海市延安高架道路交通监控系统来谈的主因是,此系统的完成具相当大的实质意义,除了具体明显的改善交通运输状况之外,并有相关技术的创造性研发;此系统被视为典范工程,正被应用在其它高架运行管理之中,并且深受各方重视。
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由于中国的发展主要是立基于东部沿海地区,然后向内陆放射性发展开来,因此沿海的大城市都市化的过程相当活跃也成绩不斐,特别是近几年来的速度更是相当惊人,相对的人口和汽车数量的高度密集也带来了日益严峻的交通问题。\r\n\r\n智能交通系统(ITS, Intelligent Transportation System)无论是从安全、科技、政策或环保角度来看都是一个范畴很宽阔的议题。国际上公认的ITS服务领域有:交通管理系统、出行信息服务系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、公共交通运营系统、应急管理系统、车辆控制系统等模块;而控制技术、显示技术、通讯技术、光电技术、计算机技术等综合应用又将ITS推到一个更高的水准。\r\n\r\n据了解,智能交通的有关技术介绍进入中国始于1989年,当年10月在北京召开了“北京国际公路运输技术交流与展览会”,介绍欧盟的DRIVER研究计划,但是当时并没有引起很大的重视。中国开始发展ITS较具体的时间,是从1999年国家的智能交通系统工程技术研究中心的成立开始,之后陆续且快速的展开ITS各方面的研究和建设。目前中国的ITS发展虽然仍在起步阶段,但至今年而言,北京、上海、广州、深圳、重庆等大城市皆已全部实现交通智能化的基本局面。在发展的经验中,许多大城市的交通智能化过程也成为中国其它城市ITS工程的典范;ITS的发展是因应市场的需求而产生,藉由实际的应用更促进其加倍成长, 在上海延安高架道路系统中可以看见ITS的高度应用并成为示范。

延安高架道路的重要性
上海市市政工程管理处承担的“上海市高架道路交通监控系统研究及工程示范”和“上海实施交通拥挤收费的可行性研究”去年分别获得上海科技进步奖一、二等奖,这是市管处成立48年来荣获的最高科技成果奖。

“上海市高架道路交通监控系统研究及工程示范”是2001年至2003年,由市管处和同济大学共同成立联合课题组,对如何应用先进的智能交通相关技术,以解决高架道路的运行管理问题进行研究,并以延安高架做为研究道路。上海市政管理局科技管理处表示,此科研项目的成果非但得到各界的充分肯定,也是上海智能交通的典范工程和成功案例。由于上海高架道路是呈“申”字形网络,而延安高架道路是高架网络的东西向主要干道,因此,系统完成后对交通拥塞的舒缓成效相当显着,以下将介绍此工程建设的背景内容及带来的实质效益。

建设背景
上海为一个国际型大都市、人口高度密集,交通运输是以高架、轨道及平面道路三方面立体式发展,高架道路约占中心城道路面积的5%,但每天的车流辆却占中心城交通量的1/3。

据上海市政管理局科技管理处主任科员表示,整个上海的汽车数达200万辆,而高架道路网络的服务交通量超过100万辆/次。延安高架道路是高架系统的中轴线、属东西向的主要干道,承担了中心城区的大量交通量,其断面的最大流量超过10万辆/日;因此,近几年来快速的经济发展,使上海面临着高度的环境压力,特别是上下班的高峰时期带来的交通拥塞。

建设内容
近几年上海市政工程管理处,积极与中外的ITS单位交流合作,综合集成多年的研究成果,开辟了交通管理的新战略。包括完成了延安高架道路示范工程、交通监控中心建设和应用软件系统的架构设计与开发等成果。并建立了适合于高架道路交通特征的算法模型系统:智能交通识别模型、行程时间预测模型以及异常事件检测算法。

高架道路交通管理系统的运作基本概念是,系统由监控中心、外场设备和连接监控中心和外场设备的通信系统三部分组成。系统通过设置在道路中的传感器实时检测交通流信息,通过通讯系统与监控中心相联,通过监控中心计算机系统进行远程集中分析和控制,配合CCTV、紧急电话系统和外场信息采集、诱导显示等设备,并根据交通监控控制策略,对高架道路行车进行管理和诱导。

系统结构
延安高架监控系统的结构如下:
1.交通信息采集子系统,主要通过环形线圈采集交通信息。
2.CCTV子系统,为交通异常的确认途径。
3.情报发布子系统,通过可变情报板向驾驶员提供明确讯息。系统在高架道路上和地面一般道路上设置若干不同形式的LED可变情报板,主要分为大型图形式可变情报板(L型)、中型图形式可变情报板(M型)和小型图形式可变情报板(S型)三类。
4.计算器子系统。
5.通讯子系统。
以下就交通监控指挥中心和算法模型系统的应用的部份进一步说明。

建设交通监控指挥中心
几乎每个城市都会有一个交通监控指挥中心,其主要的目的和作用是要对整个道路的车流量进行控制,体现在以下几点:
1. 首先目的是路况分析。透过道路前端的摄像机进行交通讯息搜集,将讯息传输到指挥中心,在指挥中心进行分析后,透过信息服务系统诱导车流量达到排堵保畅的功能。
2. 第二个功能是事故预警。有车祸追尾的情况,指挥中心透过前端的监控摄像机提供讯息,可以对前端的车况进行控制。
3. 第三个目的是重大交通事故时可以及时提供应急救援的措施,减少生命伤亡。

PELCO销售工程师施瑜琪表示,道路交通要达到排堵保畅的作用,有两个途径,一是扩建道路,二是提高使用率,延安高架监控系统的建设即是通过数字监控系统来提高道路的使用率,在道路没有扩建的状况下,达到排堵保畅的积极作用,同时达到节约大量的道路资金和用地的目的。

监控系统的前端摄像设备主要是一体化云台定位系统,有以下几个特点:只要装上视频线、数据线和电源线即可,安装简便;变速的云台可360度旋转,最慢每秒1度,最快每秒100度;备有雨刷自动清洗功能;且抗风性高,可在每小时100英哩的风速下运作。据了解,此摄像设备在美国是运用在航空母舰和自由女神上的。控制设备是采插卡式矩阵,可依需求输入输出设定,具备高度稳定性。

算法模型系统的应用
根据同济大学的研究报告指出,计算机检测和控制系统是交通监控系统的核心部分,负责对交通、气象环境等数据的实时检测、处理,根据交通控制策略和交通监控人员的指令产生交通控制命令,并通过外场显示设备发布指令。系统具有数据采集、数据通讯、实时运算、分析决策、控制调度、图形处理、数据管理、检测报警等综合功能。针对不同路段的道路几何状况和交通流特征,建立了多种交通状况辨别模型、交通事件检测模型和行程时间预测等模型,用于检测和控制子系统的分析决策。

算法模型系统主要是透过摄像机监控得到的数据,然后传输到计算器监控系统进行模型演算得到数据,依输入的交通参数,如重要事件、施工区、不利气候条件等、交通状态计算模型、生成小段交通状态、生成断面交通状态、输出路段交通状态,协调跨区域的交通控制,汇总、分析、决定和发布大范围的如“畅通”、“拥挤”、 “阻塞”……等诱导信息。

市政管理局科技管理处主任科员说到,在算法模型系统研发之前,交通显示频上大致上只会出现一些无关痛痒的字眼,例如”天雨路滑 小心行驶”诸如此类的标语。现在通过算法模型系统的开发,民众可以具体的知道,“外滩方向拥堵”此类更具体明确的诱导信息,让民众清楚的预先知道前方路段是否畅通或拥堵,以及拥堵的严重程度等,有些显示频甚至有电子地图提供驾驶员详细的信息来应变,明显的降低了路途的延滞时间和交通堵塞情形。

具体效益
智能交通系统的效果,大体上体现在四个方面:一是提高安全。随着ITS的广泛应用,能大幅减少交通事故的发生和事故所造成的伤亡人数。二是消减拥塞。可及时提供交通信息,加强管理疏导,明显降低道路拥塞现象。三是提升环保。车流顺畅,平均车速提高,便可节省行车时间和降低燃料消耗,减少二氧化碳和一氧化氮的释放。再者是智能交通系统的建设将形成具体庞大的经济效益,据日本对2000年至2015年ITS市场规模的预测,认为ITS将成为其21世纪前半期最大的产业;此期间的ITS市场规模预计为60兆日元(如同时考虑受其影响的其它产业的话,ITS的市场规模将达到100兆日元);并预计将于2005年增加33万个工作机会,2015年增加107万个工作机会。富士Chimera综合研究所在《2005年版ITS相关市场的现状与未来展望》报告也指出,2004年日本国内整个ITS市场为8,461亿日元(比上年增加1%),预测到2010年整个市场规模将超过1万7,100亿日元(约合人民币1,315亿元,比2004年增加102%)。

2005上海延安高架监控系统的基本结构完成后,据市政管理局提供的数据分析指出,在全面实施监控系统、示范工程开通后,对缓解交通拥塞及对中心区交通状况有着显着的改善。在保持流量不变的情况下,延安高架道路畅通时段的增幅平均达20%,全天的平均车速也提高了15%。施瑜琪也表示,上海共76公里的高架路面,在完成了全面监视系统后,提高道路使用率的程度基本上相当于兴建了14公里的高架路段,这一效果相当于增加了近20%的高架道路设施量,节约了40~50亿元建设资金,同时节约了大量的土地资源。再者,在城市环境保护方面,由于车速的提高减少了约10%的废气排放量,同时改善空气品质。

上海市政管理处表示,延安高架系统的研究成果对整个上海的交通发展所代表的意义重大,不仅是对城市高架道路而言或是对地面道路的智慧交通管理,都起了一个典范的作用。
延安路高架交通监控系统,经过两年的建设,目前系统通过及时的交通信息发布,已经成功地实现了对示范道路交通的控制和诱导,上海市政管理处表示,延安高架系统的研究成果对整个上海的交通发展所代表的意义重大,不仅是对城市高架道路而言或是对地面道路的智慧交通管理,都起了一个典范的作用;上海市政府已经在全市高架道路网络上推广应用,预计在年内完成。
结语
为了扮演好2008年北京奥运的交通转运城市的角色,及做好2010年上海世博会的准备,上海市正为可以预见的人流、车流所带来交通问题和社会问题,积极的规画、筹建交通服务体系,扩大增加交通组织和管理的科技含量,目的都是为了提供参观者更便利、安全与高效、经济的交通方式和服务。

笔者采访的过程,对施瑜琪先生的谈交通问题的看法颇有感触,因此以这样的观点与读者做结束。

ITS的主旨和目标是要能达到“路”、“车”、“人”的合谐统一。透过科技产品的管理作用我们对交通问题去做人性化管理,督促人去遵守交通规范。但在中国ITS的未来发展,首要的课题应该是加强人的交通规范意识,毕竟人的问题是一切问题的来源,再者才是交通职能部门的加强基础建设、透过「电子警察」的警示威慑作用、以及法律规范等多方面配合,来促使整个交通品质的全面提升。
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