ITS发展现状：智能化绿色结构设计

尽管早在1991年就颁布了“冰茶法案”（ISTEA），但目前州际和国家公路系统上的拥堵问题仍很严重。这不是一个新问题，因为拥堵已经出现很长一段时间了。2003年伦敦的平均车速为17mile/h（1mile/h=0.44704m/s），相当于100年前马车时代的速度。如今在曼哈顿，行人的平均速度是3.3mile/h，具有讽刺性的是这竟然要高于机动车3.1mile/h的平均速度。根据对5个最拥堵的地区（洛杉矶、华盛顿、旧金山-奥兰多、迈阿密和芝加哥）10年数据的研究，Lomax^[3]在2002年指出，每年每个司机由于停车等待造成的平均出行延误相当于一周工作时间，而每年仅在洛杉矶由于拥堵导致停车而造成的燃料浪费就高达86亿美元。最严重的出行延误发生在圣贝纳迪诺，为每年每车75h，而最高的人均燃料浪费为华盛顿特区的860美元。拥挤增加导致的另一个后果是美国州际高速公路系统和其他主要道路严重受损^[4]。路面的碎裂部分和坑洞不仅给高速行驶的车辆带来危险，而且碎片很可能变成飞行的导弹，引发交通意外和事故。为了避免拥挤，重量超过10万lb（1lb≈0.4536kg）的重型拖车越来越多地选择使用农村道路，这反而又加剧了农村路面碎裂的程度，因为农村道路是为荷载小于10万lb的轻型车辆服务的。

但是，我们仍然可以从两个不同的角度看到ITS带来的进步。第一个角度是从科学文献综述中总结出的下列领域的研究成果：系统规划、交通流建模、系统评价、车辆跟踪、基于GPS导航的自动驾驶、信号控制、车辆制动、车道检测和转向控制、智能驾驶控制、向司机传达路况信息、噪声污染控制、队列控制、ITS系统的评价与仿真以及ITS工作人员培训等。通信系统中越来越多地采用无线和光纤取代铜缆方式，提高了交通运输系统中的快速通信能力，因此可以做到不断地重新计算和调整交通灯信号中的红灯、黄灯和绿灯时间，使道路交通流和车辆更有序地行驶。在对车道进行追踪和对车道变换的自操纵研究过程中，1000Hz线性摄像机在距离为10m、速度为60km/h和加速度为-2m/s²的情况下能高效地提供精确到1mm的相对距离精度。到目前为止，ITS最重要的成就就是能利用信息技术为用户提供有关信息，这些信息包括从家里、公司，以及全球的移动电话，或通过互联网获得航班和火车到达和离开的信息；自动通知延误和取消信息；通过移动电话和短信方便地预订座位和出租车；以及从因特网上获得从起点到终点的街道方向和地图等。获得这些信息的能力极大地体现了ITS的进步。

第二个角度就是，自1991年以来，ITS产业不断发展，带来了许多新的市场产品和服务，通过这些产品和服务也可以检验ITS的进步。例如，美国许多城市都提供免费电话号码（如波士顿）和公共网站（如西雅图），使人们可以从中获取城市道路拥挤的最新状态报告（Tim Lomax教授，2010）等信息。这种服务是非常有价值的，但有三个关键问题需要解决：第一，最新的路况信息往往仅限于为数不多的主要道路，而对于更多的次要道路，要么没有这些信息，要么只能提供过时信息；第二，在全部公路上传播完整的信息所需的时间通常很长，因此，对某些驾驶员来说，这些信息的用处是有限的；第三，系统的信息服务不是实时动态的，在驾驶途中，信息可能会由于意外和事故而发生重大变化。如今，许多载重汽车、机场接送服务车，以及豪华汽车都配备了GPS导航装置，获取信息应该不成问题，因而ITS面临的主要问题还是在于缺少一种实时的方式来传递关于拥挤和道路封闭情况的准确且实时动态的信息。许多公路部门已经转向使用调频广播，播报由于施工导致的匝道关闭、车道压缩以及其他相关公路状况等信息。这种做法有一定意义，但是还是可能存在由于电磁干扰导致驾驶员不能及时收到广播的问题。在某些交通运输网络中，人们喜欢沿着高速公路和快速路安装大量摄像头，将视频信号反馈回集中式交通控制中心，监测拥挤情况。虽然摄像头的安装和维护成本较高，但是它们确实能有效地引导途中的警察和救护人员到达事故现场，还可以记录可疑车辆的车牌。然而，在对拥挤进行监测与控制这一问题上，还有一些其他设备可以使用，如铺设在人行道下的光纤等，它们都比摄像头更为便宜，而且非常可靠。上述这些措施都促进了非官方的旅行速度数据市场的逐步形成和发展。电子收费系统（如美国东部和沿95号州际公路走廊的E-ZPass系统）已被看做是ITS领域的一项重大成就。这套系统中，车流可以以15mile/h的速度通过收费站，避免了车辆在收费站停车交费，看似可以明显减少延误。然而，实际上E-ZPass电子收费系统的优点只有在道路不拥堵的时候才能发挥出来。在实际道路条件下，它的表现只能说是差强人意。在这个国家的某些地区，任意某个工作日，尤其是在交通高峰期，成千上万的汽车开往收费站，当车辆从当前车道转向对应的收费车道时会十分危险，这必然会导致一些车辆减速，另一些则完全停止行驶，从而使车辆处于一个高度紧张和不安全的环境中。当现金收费站的排队很长时，一般通过E-ZPass收费通道的车辆平均速度几乎都不会超过2或3mile/h。在收费站出口，由于10个收费车道突然减少为3或4个车道，加上司机为弥补交费所耽误的时间而加速出站，使收费站出口变得更加危险。按照目前的情况，无论是电子或者是非电子的收费模式都是低效的，因为它都不必要地减缓了车流速度；同时也是不安全的，因为它造成了一个危险的驾驶环境；上述这些问题都从根本上背离了ISTEA的基本目标与ITS的宗旨。(www.xing528.com)

在对铁路算法的研究中，我们早在1992年就揭示了集中调度下的火车空闲等待时间比分布式调度时要高5～40倍。1998年Carley指出高达40%的机车由于得不到调度指令而空置在侧线停车站上。然而，直到2010年1月，我们从一个美国交通部官员那里得知，铁路系统仍然依赖于集中控制。以整个东部沿海地区为例，美国铁路运输的火车仍由佛罗里达州的杰克逊维尔集中控制，并且在任何一个时间，在卡罗来纳州的农村地区，长达20mile的轨道上只有一列火车在运行。这种低效率必将不可避免地导致拥挤和延误。