公路智能交通系统信息标准化研究

西部交通建设科技项目“公路智能交通系统信息标准化研究”研究报告报告摘要：本项目研究主要从公路收费、公路信息采集与通讯系统、公路紧急事件服务三个方面来进行研究。在公路收费方面，研究设定了公路均一制、开放式、混合式和封闭式半自动收费系统收费车道的通行能力、服务水平以和服务时间参数。并且确定了我国联网电子收费系统的标准体系两个基本层次，提出了国内当前亟需制定的ETC&DSRC相关标准规范。在公路信息采集与通讯系统方面，对交通参数采集设备-微波交通流检测器的物理层参数做了详细说明，对道路交通气象环境信息采集设备、公路智能交通系统信息和外场设备通用技术要求和检测方法做了详细规定。建立了微波交通流检测器物理层测试平台，确定了道路交通标志编码的原则、方法、结构以和信息分类与各级代码等内容。详细说明了车载信息导航系统所需的信息内容和信息格式。在公路紧急事件服务方面，将公路交通紧急事件进行分类分级，同时界定公路交通紧急事件救援资源的范围，对救援资源进行定义和分类，最后研究公路交通紧急事件管理预案的体系结构和主要内容。项目的关键技术是联网电子收费系统标准需求分析、微波交通流检测器物理层检测技术和指标分析、制定道路交通气象环境检测设备标准。具有良好的社会经济效益和推广前景。英文摘要： The main research emphases are highway toll collection, highway information collection and communication system and highway traffic emergency service. In respect of highway toll collection, traffic capacity, service level and service time parameter of semi-automatic toll collection had been researched. At the same time, the standard architecture of Unified Tolling and Electronic Toll Collection system had been formulated. The first layer is basic and general standards. The second layer is special standards. The key ETC&DSRC standards had been put forward too. In respect of highway information collection and communication system, physical layer parameter of microwave traffic flow detector, information collection equipment of road weather environment, general technical requirements and determination of information & field devices for ITS had been illustrated. Physical layer testing platform with microwave traffic flow detector had been established. Coding principals and methods, etc. of road traffic signs had been developed. Information content and format of in-vehicle navigation systems had been formulated.In respect of highway emergency service, highway traffic emergency had been analyzed in system method. Classification, Rescuing resources and Management preparatory scheme of Highway traffic Emergency had been researched.The key technologies are research on Unified Tolling and ETC system standards demands, research on physical layer key testing technology of microwave traffic flow detector, road weather environment detector equipments standards. 目 录1项目研究目的意义42 国内外研究概况43主要研究内容和技术路线63.1 主要研究内容63.2 技术路线94 关键技术（创新点）125 实验与分析126项目的经济、社会、环境效益和推广应用前景131项目研究目的意义本项目研究的主要目的是通过对联网电子收费、公路交通紧急事件管理、道路交通和环境监控、交通信息系统外场设施等方面标准规范和技术的研究和制定，直接指导公路交通的建设和管理。本项目研究主要有以下意义：1） 相关标准的研究与制定将有利于公路交通信息化、智能化的建设。2） 有利于公路交通紧急事件管理的规范化，提高处理事件的效率 3）促进公路联网电子收费系统的建设4）标准化有助于拓展相关产品的提供渠道，创造更大的市场空间5）有利于系统集成2 国内外研究概况课题组详细分析了国内外研究进展，为本项目的研究打下了良好的基础。（1）在公路收费方面，决定收费系统建设规模最主要的方面是收费广场车道数的计算，至交通部高速公路交通工程和沿线设施设计通用规范(JTG D80-2006)颁布之前，我国计算的依据仍然来源于日本高速公路设计要领第十七章“收费所和其广场的设计标准”。该标准根据日本名神、东名、中央道等高速公路的经验确定开放式收费的服务时间为8秒；封闭式入口的服务时间为6秒，出口14秒。注：此处的服务时间为小客车车型服务时间2000年交通部颁布的高速公路联网收费暂行技术要求在附录五“收费系统土建附属设施”中对收费广场规划设计的计算参数进行了规定，服务时间参数基本沿用日本标准，仅增加了“当大型货车和拖挂车（集装箱车）占有量达30%以上时，入口可定为8s，出口可定为18s”的条文。需说明的是以上数据均未经过国内现场测定验证。而我国早期修建的高速公路收费站多提前出现了拥堵现象，除这些高速公路的交通量实际增长速度可能超过预测值之外，选用的计算参数是否合适也成为怀疑的焦点。以上是国内外公路收费服务研究的情况，为了切实提高收费服务水平，许多地方已经引进了电子收费系统，随着此系统的大规模应用，为了实现全国联网收费，还需要对联网电子收费系统标准需求做研究，主要是认真分析总结国内电子收费系统应用环境和需求、制订有关电子收费系统工程实施的标准、规范、技术条件。日本、美国、葡萄牙、挪威、奥地利、意大利等国已在全国范围内实施了电子不停车收费系统，其收费站点非常简约实用；澳大利亚的墨尔本、加拿大的407高速公路以和南美智利的部分高速公路已实现了无收费站的多车道自由流电子不停车收费；英国伦敦更实现了交通拥挤控制的虚拟站点收费。通过联网收费，提高了高速公路整体社会效益和服务水平，但是联网电子收费标准化还没有很好的解决。通过查找、分析国际和国外相关资料，了解到电子收费的标准化研究已在开展，并且取得了一定的标准化成果。目前国际上已形成以CEN/TC278，美国ASTM/IEEE，日本ARIB为核心的DSRC标准化体系。其中CEN/TC278和日本电波产业协会（ARIB)已公开发表其DSRC标准。上述三大标准体系互不兼容，并且有着各自不同的应用地区范围。在我国， 2000年，国家正式批准成立ISO/TC204中国委员会，中国DSRC标准化工作由该组织协调负责。2005年4月14日，联网电子收费工作组在北京正式成立。（2）公路信息采集与通讯系统。我国已有数家研究机构和生产厂家正在按照各自的企业标准进行生产能见度检测器，而该类测试仪的国家标准还没有建立；路面状况检测器(GVS)在国外的应用越来越广泛，如在德国易结冰地区，公路沿线以每千公里50套的密度进行布设，取得了良好的效果；随着我国交通的发展和汽车市场的扩大，对GVS的需求将越来越大，而该类产品的国家标准还没有建立。对于道路交通标志的编码方面的标准，国内目前还没有，只有GB5768-1999道路交通标志和标线国家标准。而运输信息和控制系统-车载导航系统-通信信息集要求标准是等同采用国际标准ISO 15075:2003(E) Transport information and control systems - In-vehicle navigation systems - Communications message set requirements，国内这方面的标准还没有。交通流数据信息检测常用的三种方式是：线圈检测、微波检测和视频检测，国内文献对于这三种方式的应用、主要功能、工作原理和设备特性等有论述，但是未见研究微波交通流检测器物理层检测技术和指标的文献报道。（3）公路紧急事件服务。 目前对紧急事件的分类没有明确的界定，而且不同的国家依据其交通管理政策、经济标准等的不同，其界定也有所差别，我国目前还没有一个明确的标准对紧急事件的类型和相关等级进行界定。3主要研究内容和技术路线3.1 主要研究内容本项目主要从信息标准化的角度来研究如何合理评价和提高公路信息化服务水平。进行了以下方面的研究，如下图所示：公路管理与服务公路收费公路信息采集与通讯系统公路紧急事件服务高速公路收费系统服务水平评价联网电子收费系统标准需求研究公路交通紧急事件 管理预案公路交通紧急事件 救援资源公路交通紧急事件 分类运输信息及控制系统 车载导航系统 通信信息集要求国家标准道路交通气象环境 能见度检测器行业标准道路交通气象环境 埋入式路面状况检测器行业标准公路智能交通系统信息及外场设备通用技术要求及检测方法道路交通标志编码微波交通流检测器物理层的关键检测技术研究建立微波交通流检测器物理层测试平台3.1.1 公路收费 这部分内容主要从高速公路收费系统服务水平和联网电子收费系统标准需求两方面进行研究。3.1.1.1高速公路收费系统服务水平（规范研究）课题组在通过专题调研之后，设定了公路均一制、开放式、混合式和封闭式半自动收费系统收费车道的通行能力、服务水平以和服务时间参数。3.1.1.2联网电子收费系统标准需求（研究报告）课题组构建出了我国联网电子收费系统所有标准的整体构成，以和标准之间的相互关系。根据上述结构层次，阐述了我国电子收费系统标准体系的标准明细。并且制定了国内当前亟需ETC&DSRC相关标准规范。3.1.2 公路信息采集和通讯系统3.1.2.1运输信息和控制系统 车载导航系统 通信信息集要求（国家标准）本标准详细说明了车载信息导航系统所需的信息内容和信息格式。本标准不仅适用于采用车载地图数据库数据来确定路径的本地型路径诱导系统，而且适用于利用导航中心数据确定路径的中心型路径诱导系统。3.1.2.2 道路交通气象环境 能见度检测器（行业标准）本标准规定了道路能见度检测器的功能、产品型号、技术要求、试验方法、检测规则、标志、包装、运输和贮存。适用于高速公路和一般公路的能见度检测监系统，城市道路可参照使用。3.1.2.3 道路交通气象环境 埋入式路面状况检测器（行业标准）本标准规定了路面状况检测器的功能、产品型号、技术要求、试验方法、检测规则、标志、包装、运输和贮存。适用于高速公路和一般公路的埋入式路面状况检测系统，城市道路可参照使用。3.1.2.4公路智能交通系统信息和外场设备通用技术要求和检测方法（研究报告）课题组研究了公路智能交通系统信息和外场设备通用技术要求和检测方法。规定了公路智能交通系统信息和外场设备的环境适应性能、耐候性、电器安全性能、电磁兼容、电源物理接口、通信物理接口等内容。本研究报告设计了9个方面的试验方法和指标。本报告不仅仅适用于塑料制品，其它产品也可参照使用。3.1.2.5道路交通标志编码（研究报告）以GB5768-1999道路交通标志和标线为基础，研究了道路交通标志编码的原则、方法、结构以和信息分类与各级代码等内容。3.1.2.6微波交通流检测器物理层的关键检测技术研究（研究报告）微波交通流检测器的物理层指标参数主要包括中心频率、频率容限、占用带宽、平均功率、杂散发射、接收机灵敏度、天线增益、天线半功率波束宽度等。3.1.2.7 微波交通流检测器物理层测试平台对微波交通流检测器的物理层主要指标进行测试的平台，主要包括两大部分：测试场地和测试系统。对于不同的被测设备和测试项目，测试平台对测试场地的环境要求和仪器设备的配置均有所不同。3.1.3 公路紧急事件服务课题组研究了公路交通紧急事件的分类分级，同时界定了公路交通紧急事件救援资源的范围，对救援资源进行定义和分类，最后研究了公路交通紧急事件管理预案的体系结构和主要内容。3.1.3.1公路交通紧急事件 分类（研究报告）主要研究了公路交通紧急事件成因分类、公路交通紧急事件性质分类、公路交通紧急事件严重程度分类、综合分类。3.1.3.2公路交通紧急事件 救援资源（研究报告）公路交通紧急事件救援资源按资源的归属机构分为内部资源和社会资源，按资源的自身性质分为硬件资源和软件资源3.1.3.3公路交通紧急事件 管理预案（研究报告）管理预案分类：按行政区域划分、按时间特征划分、按事故灾害或紧急情况的类型划分、按预案的适用对象范围进行分类、按照预案性质分类。3.2 技术路线 本课题研究的技术路线如下图所示： 形成关于公路交通紧急事件的救援资源规范。分别从公路收费、公路信息采集与通讯系统、公路紧急事件服务三个方面调研国内外公路管理与服务概况参考国内外相关分类标准，并与路公司、路政部门以及公安部门合作，以紧急事件发生的外部环境、原因、严重程度作为划分分类标准的依据，根据事件的处理过程作为划分等级的依据，在此基础上进行紧急事件的分类和相关等级的界定。形成关于公路交通紧急事件的分类规范根据国内外资料分析，需求分析，制定公路信息采集与通讯系统研究大纲。分析国际标准、国外先进标准在我国的适用性，整理我国现有的国家标准、行业标准等资料。形成运输信息及控制系统 车载导航系统 通信信息集要求、道路交通气象环境 能见度检测器、道路交通气象环境 路面状况检测器标准的征求意见稿。分析信息采集内容及设备，仔细研究当前国内外有关塑料及高分子材料的耐候性指标和试验方法，以及原材料的生产工艺、产品质量和使用状况。结合我国公路环境条件和国内生产企业的产品技术指标状况，对有关技术参数进行试验对比。分析国内外公路收费系统的现有水平及提高现有水平可采取的各种手段，制定本部分研究思路。研究国外的联网电子收费系统标准化情况及相关研究进展，与相关的标准化组织、研究机构、设备制造及系统集成商进行咨询交流。决定收费系统建设规模最主要的方面是收费广场车道数的计算，至今我国依据的仍然是日本高速公路设计要领第十七章“收费所及其广场的设计标准”。所以要通过现场实测数据来验证日本标准在我国的适用性，形成收费广场通过能力专项调研报告一。根据公路交通紧急事件分类的研究成果，综合使用归纳分析、枚举等方法界定救援资源的范围等内容。以这两个规范为基础，成立预案编制小组，建立应急反应组织，选择合适类型的应急计划方案，编制各级应急计划，形成公路交通紧急事件的管理预案规范。面向全社会征求意见，汇总之后，形成标准的送审稿由标准归口单位组织专家开标准送审稿审查会，根据会上专家的意见修改，最终形成标准报批稿。形成道路交通标志编码、公路智能交通系统信息及外场设备通用技术要求及检测方法、微波交通流检测器物理层的关键检测技术研究等报告的初稿。在微波交通流检测器物理层的关键检测技术研究的基础上，参考相应的国家标准，结合相关理论及经验，参考其它同类测试项目的测试条件，并与有关技术专家进行反复研讨形成初步的微波交通流检测器物理层测试平台。组织专家对研究报告的初稿进行评审，根据意见修改报告；然后进行报告的内审工作，形成研究报告的最终稿。对微波交通流检测器物理层测试平台的功能进行测试。国内部分的相关情况、标准化需求、其他领域的共性标准。制定联网电子收费系统的标准体系及标准明细，并广泛征求国内相关专家、用户及厂商的意见，在总结咨询反馈结果的技术上迭代式地完善。全面调查研究国内联网电子收费相关的国家标准、行业标准及技术规范的制定、颁布及使用情况，对比前述联网电子收费系统的标准体系，研究确定当前亟需制定的相关标准。收费广场车道数的计算是决定高速公路收费系统建设规模十分重要的方面之一，而收费车道的收费服务时间又是计算的关键参数，国内部分省市高速公路采用了出口计重收费方式，因此调研确定计重收费方式的服务时间，形成收费广场通过能力专项调研报告二。完成高速公路收费系统服务水平评价报告，并进行专家审查。综合以上研究成果，形成研究总报告和分报告。4 关键技术（创新点） 本项目涉和到许多技术的综合应用，根据国内外发展概况和项目的研究内容，形成了独特的关键技术，同时也是本项目的创新点，具体如下： 1）联网电子收费系统标准需求研究。联网电子收费系统是一个庞大的应用系统，涉和的技术面很宽。为了更好地开展联我国目前还没有适合我国国情的联网电子收费系统的标准体系，本创新点正是根据这一需求而进行研究的。主要根据中国电子收费系统发展特点，按照GB/T 13016-1991标准体系表编制原则和要求的规定，参考国际（ISO）标准、国际电工委员会（IEC）标准，美国、日本以和欧洲国家的相关领域标准化方法，现有标准和标准计划状况制订而成。 2）以ITS实验室为基地，对微波交通流检测器物理层关键检测技术进行研究，并搭建物理层的关键指标检测的测试平台。3）本项目研究制定了两项行业标准道路交通气象环境 能见度检测器、道路交通气象环境 路面状况检测器。5 实验与分析51 微波交通流检测器物理层测试平台子课题启动后，在对微波交通流检测器物理层的关键检测技术进行研究的同时，在ITS中心实验室对微波交通流检测器样品的射频微波指标等进行了实际的测试，对一些测试方法和测试手段进行了验证性试验，获得了第一手的测试数据。同时结合2005上半年在野外真实路段进行的微波交通流检测器测试，根据其测试方法和测试数据，对其功能的测试也进行了一定的研究。2006年，微波交通流检测器物理层的关键检测技术研究基本完成。在此基础上，结合目前现有条件，初步完成了对测试系统仪器仪表的选择工作。对测试系统中的关键设备，如转台，也正在进行技术选型。5.2 能见度检测器试验 试验目的：考核能见度检测器是否满足道路交通气象环境 能见度检测器标准所要求的性能技术指标。 试验项目：高低温工作试验、湿热试验、电磁兼容试验。6项目的经济、社会、环境效益和推广应用前景 本项目研究成果实施后，将产生经济效益如下所述： 1）联网收费的实施，撤销和少建大量的主线收费站，采用电子不停车收费技术提高了收费站通行效率，大大减少车辆停车次数，节约了道路使用者的油耗和时间。至2005年已带来经济节约效益约1.6亿元，其中车辆油耗节省效益约5096万元，节省旅客时间效益约10779万元；预计至2020年，广东省因实施联网收费累计共为道路使用者带来效益约393亿元，其中车辆油耗节省效益约125亿元，节省旅客时间效益约268亿元。 2）。在中国，伴随着汽车市场的良好发展态势，车载导航市场呈现高速发展趋势，2006年中国车载前装导航仪（OEM）估计20.7万台，后装和手持设备(PND)估计55万台，总体销量估计75.7万台，导航软件对外零售价格估计为400元-800元，并有逐年倍增之势。以每个导航设施实现标准化后节省15%（60元-120元）计算，则该标准实施后每年至少为社会带来4542万元-9084万元的经济效益。 社会效益： 1）运输信息和控制系统 车载导航系统 通信信息集要求标准等同采用ISO 15075:2003 ，标准实施后将规范车载导航系统的信息集，采用国际标准促进了车载导航产品的技术进步，使设备之间能够互联互通，具有良好的社会效益； 2）在规范公路交通紧急事件管理之后，使发生事件后能够根据事件的性质和时找到相应的救援资源和管理预案，缩短了处理事件，有利于提高公路交通管理的效率，提高公路管理机构和公路运营单位应对各种紧急事件的能力，提高公路的运营效率和服务水平；3） 制定公路智能交通系统信息和外场设备的通用技术要求将在交通行业内部对该重要指标和其试验方法进行统一规定，制定统一的行业标准，为保证工程建设质量服务，为系统互联、节约成本、提高经济效益提供技术支持。环境效益： 机动车尾气污染已成为重要的大气污染源，由于交通阻塞和机动车的低速行驶，使这种污染更加严重。项目研究成果的应用将有有助于降低交通延误，保证道路的畅通，可有效减少车辆对环境的污染。推广应用前景： 项目完成后形成的标准和研究报告，可以直接应用到生产实践当中。其中的两项产品标准实施后，可以规范企业生产的产品，生产企业为了推广自己的产品，也会积极采用标准，从而提升产品的声誉，使消费者放心使用。公路交通紧急事件管理系列报告可以指导相关部门做好公路紧急事件管理预案的编制工作，可以为公路交通紧急事件救援资源的筹备与管理提供依据，为管理部门制定紧急事件的预案和相关政策措施提供参考，具有良好的推广应用前景。