智能交通系统ITS(Intelligent Transportation System)是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确及高效的综合交通运输管理系统。同时,国际上又习惯将ITS产品称为Telematics,即基于计算机技术、电子技术及通讯技术的车辆和道路智能化。研发推广ITS的根本目的是建立安全快速的道路交通环境,以达到缓解道路交通拥堵、减少交通事故、改善道路交通环境、节约交通能源及减轻驾驶疲劳等作用。除能够解决交通问题之外,智能交通系统还将成为继军事应用之后高新技术最大的应用市场。重大的社会意义及广阔的市场前景正是推动世界各国不惜巨大的人力和财力投入ITS领域的动力源泉。
一.ITS的技术基础
1. 全球卫星定位系统GPS
全球卫星定位系统GPS(Global Positioning System)由美国军方建立,并由遍布全球的24颗定位卫星组成,全天候向地面发送定位信息。车载终端安装的GPS接收机只要接收到四颗以上卫星发出的信号,经过计算处理就可报告GPS接收机的位置、时间和运动状态,通过三角定位原理计算出车辆当前所处的经度、纬度、时间、速度和航向。一般的GPS定位精度约100米,采用差分技术后精度可提高到0.5~10米。目前民用GPS的精度可达20米。
2. 地理信息系统GIS
地理信息系统GIS(Geographical Information System)是制图学、计算机技术、地理、遥感、统计、测绘、通讯、规划和管理学科交叉运用的产物,广泛应用于各个领域。在ITS系统中,GIS主要用于电子地图的显示和管理;受控目标的信息管理;车载终端发出的定位信息和状态信息在电子地图上的显示和跟踪。
3. 全球数字蜂窝移动通信系统GSM
全球数字蜂窝移动通信系统GSM(Global System for Mobile Communications),是目前应用最广泛、覆盖面积最广的公众无线通信网络。ITS可应用GSM的短信息SMS传输功能进行远程数据传输,以及车载终端与调度中心的数据交换。
二.ITS的基本功能
1.自动车辆定位
自动车辆定位功能AVL(Automatic Vehicle Location)的车载黑匣子通过全球定位系统GPS实现车辆与远程服务商之间的无线通讯,提供失窃车辆跟踪及车辆位置实时查询功能。AVL功能具有重要的意义,将成为标准配置之一(至少是豪华车的标配)。例如,保险公司可以根据驾驶者行驶里程、路线、驾车时间、是否超速及天气等情况按月计算保险税费;车主也可使用AVL预设限驶区域,一旦车辆超出该区域,AVL便会通过预选的e-mail、传真或其它方式通知车主的父母、配偶、老板或其他相关人员。
2.路边援助及紧急响应(SOS)
对驾驶者而言,安全始终是第一位的。路边援助及紧急响应(SOS或Mayday系统)功能的基础是车辆与工作接线员(live operator)之间始终保持一条直线电话连接,一旦出现紧急情况或抛锚故障,驾驶者只需按下仪表板上的对应按钮便可与接线员直接联系;然后,呼叫中心的接线员及时将失事信息转发给待命的紧急救援队。
3.自动碰撞通知
自动碰撞通知装置ACN(Automatic Collision Notification)能够在事故发生时自动通知紧急救援部门。车载ACN装置能够自动感应车辆发生的撞击(车辆碰撞或安全气囊起爆)并当即传递碰撞脉冲信息至911调度员、地方或地区损伤中心。碰撞脉冲信息包括车速、冲击力方向、车辆位置、车辆是否翻滚、碰撞车辆型号、发动机转速、制动时间、驾驶者是否系安全带及乘员医疗记录等。紧急调度中心接线员的计算机电子地图当即显示出事故地点,损伤中心根据上述数据预测损伤程度并及时安排适当的内外伤救援力量;救护车抵达出事地点,同时救护车通过无线通讯与损伤中心保持联系;损伤中心的医护人员通过现场传递的闭路视频信息为现场工作人员提供必要的医疗指导。所以,自动碰撞通知装置能够极大地提高碰撞事故的响应速度,进而降低碰撞事故的死亡及受伤率,改善行车安全性。
4.不停车电子收费系统
目前,收取道路通行费仍是部分国家公路建设投资的主要回收方式。传统的直接付费方式使得高速公路临近收费站路段成为“瓶颈”,此处过往车辆频繁的启动和刹车,不仅浪费能源污染环境,而且还大大降低了公路的通行效率。无需停车的电子收费系统能够大大缓解这一矛盾,因而被大多数国家列为ITS领域首要启动项目之一。
5.远程控制门锁
远程控制门锁功能并非传统的门锁遥控。当车钥匙被锁在车内时,驾驶者可以请求ITS系统提供无线远程控制开启车门的服务。
6.个人通话
个人通话功能就是将蜂窝电话的功能集成至ITS系统,驾驶者可以通过语音拨号的方式直接与被联系人进行通话。
7.语音识别/免提操作
为了驾车安全性,许多国家政府已经立法明确禁止驾驶者行车途中使用手提电话,同时这也为语音识别/免提操作创造了巨大的市场空间。虽然现在一些Telematics服务商提供的车载免提通话装置正逐步成为部分车型的标准装备,但是关于车载免提操作可靠性的争论也从未停止过。就目前而言,语音识别、语音-文本转换及文本-语音转换(如读取或发送E-mail)等功能的准确性还有待提高,同时车内嘈杂的背景声也给语音识别技术增加了难度。事实上,许多正在使用语音识别/免提操作装置的驾驶者时常会觉得尴尬或不方便。就技术发展而言,未来的语音识别/免提操作技术也不可能是完全的语音控制,还必须辅助易于操作的人机界面、指令记忆功能、简化的菜单及常用功能的快捷操作等控制技术。
8.导航
导航功能是目前市面上众多ITS系统最关键的功能之一。为了切实满足驾驶者出行的实际需要,必须及时升级或增加储存电子地图的CD或DVD光盘。在导航卫星及精确电子地图的帮助下,驾驶者能够及时获得抵达最近加油站、旅馆或快餐店的路线。
9.动态导航
动态导航功能是在传统导航功能基础上集成了实时交通信息,进而允许驾驶者根据实时交通状况及时更改行车路线。
10.远程诊断
远程诊断功能包括:汽车制造商通过无线通讯技术向驾驶者发送最新的车辆维护信息;汽车驾驶者可以在停车期间或驾车途中通过卫星自动下载诸如收音机、电动门窗等电子系统最新的软件程序;通过无线通讯技术远程诊断或排除发动机故障等。同时,车辆经销商、制造商及其它部门能够通过ITS系统获得车辆重要的信息,并根据行驶里程、气候/天气情况及驾驶习惯等通过无线通讯向对应车辆发出具有针对性的准确的维护建议及通往最近授权维修站的路线,部分车辆问题还被登录并发往相应的授权维修站,便于授权维修站在待修车辆到达之前做好配件订货及备货事宜。一旦车辆抛锚,远程诊断系统能够在救援队到达之前分析出车辆存在故障的潜在因素,有利于降低排除故障的时间和成本。
11. 管家服务
管家服务(Concierge Services)功能能够辅助驾驶者在不熟悉城市旅行期间检索到最近的旅馆、剧院或加油站等地点,并且用户可以通过呼叫中心接线员连接到自己的ITS系统来预订饭店席位、剧院门票、机票及旅馆等。
12.资讯及娱乐服务
未来的ITS资讯及娱乐服务包括:通过车内Internet功能收发E-mail、下载音乐及视频影像、互动计算机游戏、个性化天气预报、新闻(体育、财经等)、股票交易、聊天及最新的航班等,使汽车成为真正的移动办公室。
13.卫星收音机
卫星收音机能够在传统AM/FM收音机基础上增加100多个清晰的数字音频频道,并且无论车行何地,都能接收到这些毫无衰退和干扰的数字信号。就目前而言,车主还必须为此添加卫星收音机接收设备和月度信息费。
14.蓝牙技术
蓝牙技术(Bluetooth Technology)允许无线装置彼此之间进行短距离(9米内)的无线通讯,即驾驶者可以对ITS系统进行短距离的无线控制,包括遥控启动发动机等。
15.其它特殊功能
基于GPS制动功能,应用GPS技术确定车辆准确的位置,并通过自动干预的方式确保车速不会超过该路段的限速。
基于GPS前照灯技术,应用GPS技术确定车辆准确的位置,并根据即将到来的转弯路况实时且适当地自动调节前照灯的照射光线距离、宽度及角度,以提高车辆夜间行车的安全性。
三.国际上ITS应用现状
虽然ITS是基于声频、文本、图像、视频及车辆状态数据等信息无线通讯基础的系统平台,但是目前大部分用户对其认知程度仍停留在导航、交通信息通知、失窃车辆跟踪及碰撞事故自动紧急响应等功能,即市场对ITS需求的焦点主要集中在安全、信息、效率及娱乐性方面。事实上,未来的智能交通系统是致力于为驾驶者提供移动办公室或家居感受的全方位服务。
ITS是一项复杂的系统工程,需要Telematics服务商、设备制造商、无线运营商、硬件及软件制造商、资讯服务供应商等协同运作,只有整个价值链上的每一方都能够盈利,才能确保ITS市场的蓬勃发展。现在,高昂的ITS服务费限制了消费群体的进一步扩展。根据Driscoll-Wolfe对2万名Telematcs消费者调查统计的结果表明:71%的受访者表示他们对ITS的紧急响应、路边援助、自动车辆定位及导航功能很感兴趣,但是他们期望的服务费平均为$8.65(约71.54元)/月,但是目前OnStar公司的服务费是$199/年,或$16.20(约133.97元)/月。另外,消费者还没有将Telematics看作如同安全气囊一样的重要装备。
虽然几年前曾有权威机构预测,到2010年全球约有1亿车主订购Telematics服务;届时全球ITS的市场金额将达到240亿美元,但是目前的现状并非如此乐观。另外,移动电话的普及使驾驶者已经拥有了一定的安全感,驾驶者可以在紧急情况下快速拨打紧急求救电话寻求救援。所以,如果只是将ITS作为一种安全装置的话,其销售及增量必将有限。OnStar公司1997年推出Telematics服务,宣称2001年年底其客户达200万。但是OnStar公司拒绝公布这其中付费客户的比例及免费试用期结束后续约客户的比例。据分析家估计,至少有40%的客户退出。也就是说,很多车主在度过新车一年的免费试用期后便停用了Telematics服务。因此,现在分析家已经降低了对Telematics销量的预测,同时Telematics服务商正致力于削减成本并戏剧性地延长了Telematics盈利期到来的进度表。
2002年6月3日福特公司宣布关闭其Telematics企业,使得业界对个人ITS市场的生命力产生怀疑。另外,事实上很多汽车制造商也只是为部分车型配备了Telematics装备。基于目前个人ITS市场的现状,联合商业情报公司(ABI)预测某些Telematics服务商可能会大举进入商用车ITS领域,例如车队管理系统FMS(Fleet Management Systems)。目前,仅美国市场就已经有200家FMS服务商,市场容量保守数字为2千万辆(包括出租车队、租赁车队、重型车队、公交车队、公司车队及救护车队等)。无论如何,据估计,全球FMS的市场空间将由2001年的20亿美元增加至2007年的60亿美元左右。
四.部分Telematics服务商
1. OnStar公司
OnStar公司是当今全球最大的Telematics服务商,同时,OnStar几乎就是Telematics的代名词。OnStar公司创建于1995年,是通用公司的全资子公司,也是集GM公司、EDS公司及Hughes电子集团强势技术于一体的行业领导企业。即,OnStar 继承了GM公司世界一流的汽车设计及技术集成经验、EDS公司的系统开发、信息管理及客户服务技术和Hughes电子集团在通讯、卫星及车辆电子领域的优势。OnStar公司自1996年秋季在三款凯迪拉克1997车型中应用Telematics以来,截止2001年9月其订户已经超过150万。
2. Wingcast公司
Wingcast公司由福特公司与Qualcomm公司联合创建于2000年10月,其中福特持股85%,Qualcomm投资2500万美元,持股15%,公司位于圣迭戈。Wingcast公司主要为驾驶者提供诸如手提电话及收音机的语音识别/免提操作、安全气囊起爆自动通知等服务。该公司于2002年6月3日关闭。
3. ATX Technologies公司
ATX Technologies公司是Protection One移动服务公司与ATX Technologies公司1999年8月战略合作的结晶,主要为诸如本田、奥迪及丰田凌志等豪华车制造商提供Telematics服务。
4. WirelessCar公司
WirelessCar公司是一家全球领先的Telematics集成服务商,致力于为汽车制造商、车队、售后系统供应商提供Telematics服务,其服务平台包括:紧急及路边援助、导航、远程诊断及车队管理等。WirelessCar全球Telematics网络(UTN)实现了不同Telematics设备平台、网络运营商及内容/服务提供商之间的无缝连接。
WirelessCar公司由三家欧洲领先的公司组建而成,它们分别是爱立信(Ericsson)、沃尔沃集团(Volvo)及Telia公司。公司总部位于瑞典,北美公司总部位于加州。
5. MobileAria公司
MobileAria公司由德尔福汽车系统、Mayfield及Palm等公司投资组建的Telematics服务商,主要通过售后市场为车主及车队提供Telematics服务,公司总部位于美国硅谷。
五.我国Telematics技术应用现状
据报道,改革开放以来,到上世纪末,我国机动车的年增长率为22%,而我国公路的年增长率仅为2.5%,形成了车辆增长快、道路增长慢的局面,所以,我国推广Telematics技术不仅意义重大,而且势在必行。
我们的国情也决定了我国ITS的市场和产品既有与发达国家相似的一面,又有自己的特色。我国Telematics技术应用的特点和现状主要是:
1. ITS市场容量巨大。在高等级公路的建设中,建立通信、监控和收费系统的投资一般占到基础建设投资的3%~4%。以高等级公路建设年投资1000亿元的规模计算,通信、监控和收费系统方面的投资将达到30~40亿元。事实上,这仅仅是当前ITS应用的初级水平,而且仅限于高等级公路建设。如果考虑到城市基础设施的建设及今后ITS应用水平的提高,中国ITS市场的容量将是一个天文数字。
2. 具备了一定的技术基础。比如,我国已经建立了一些车辆定位系统GPS、不停车收费系统及交通地理信息系统,而且在交通管理信息系统、光缆监控系统、车辆检测系统及交通广播系统等四个方面有着比较深入的研究。因此,发展ITS在我国有着坚实的基础。
3. 我国ITS与基础设施建设同步。国外发达国家是在比较完善的高速公路网和城市基础设施的基础上开发和应用ITS的,而我国是在基础设施建设的同时建设ITS,所以我们不应该也不可能照搬国外的ITS框架,必须在向发达国家学习、跟踪及引进的基础上实现跳跃式发展,结合国情建设我国的ITS产业。
4. 具备ITS部分功能的功能性产品已经进入实用阶段,但是个人ITS产品仍处于准备期。例如,东风康霸系列卡车配备了车载通讯设施,不仅具有随车通信功能,而且还确保了用户与东风销售部门呼叫中心的紧密联系,以便东风公司为用户提供诸如走合保养提示、维修配件服务,甚至急救、报警服务等增值优质服务项目。再如,上海981路公交车已于2000年7月22日启动了车辆GPS定位系统,实现了对车辆的实时监控和调度。另外,例如车载导航产品,虽然在日本已经进入普及阶段(装载量已达300万台套),但是在我国还需假以时日。