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    智慧城市與智能交通運輸系統之協同發展
    2013-12-19 14:05:46   來源:楊曉光       評論:0 點擊:

      摘要 智慧城市發展方興未艾,不少城市皆將智能交通運輸系統建設納入其中,究竟兩者存在怎樣的關系?如何最佳地整合資源實現兩者的協調發展?本論文將在智慧城市與智能交通系統提出的背景及其內涵和外延歸納研究基礎上,探索智慧城市對發展智能交通運輸系統的基礎作用,智能交通運輸系統的新一輪發展方向和關鍵技術,以及發展智慧城市與智能交通運輸系統的發展策略。

      一、引言

      城市的基本功能包括“居住、工作、游憩與交通”等(《雅典憲章》,1933)。交通是人和物的移動,是各種郵電通信的總稱;而運輸是用交通工具將人和物從一處運到另外一處。因此,交通與運輸支撐著城市的基本功能與發展。

      隨著人類經濟與社會的發展,特別是工業化、信息化和城市化,以及交通與運輸機動化的迅速發展,城市與交通運輸系統發生了巨大的變化,在提升其功能和性能的同時,也帶來了諸多的問題,正如《馬丘比丘憲章》(1977年)所指出的那樣“工業技術空前的進步,極大地影響著城市生活以及城市規劃和建筑,無計劃、爆炸性地城市化和對自然資源的濫加開發,使環境污染達到了空前的、具有潛在災難性的程度。”

      經過三十年余年的發展,中國的城市化率(城鎮人口與總人口的比值)已由1980年的19.8%, 發展到當前的52%,據預測至2020年將達到65%,特別是伴隨著城鎮化國策的推進,我國城鎮化速度定將加快。現擁有不同規模的城市約有700個,以大城市為中心的城鎮密集區逐步形成并擴大,城市群的互動發展已成趨勢。

      與此同時,我國交通的機動化也以前所未有的速度在推進,截至去年底,我國機動車保有量已達2.23億輛,其中汽車保有量達1.2089億輛,大中城市中汽車保有量達到100萬輛以上的城市數量達17個。根據國際通用的標準,每百戶家庭擁有16輛小轎車,中國有許多城市已進入汽車社會。業內預計,2020年我國汽車保有量將突破2億輛,亦即將用不到十年的時間又將增加1億輛車。標志著交通現代化的高速公路里程,由1989年上海修建的十余公里的第一條高速公路(滬嘉高速公路),經過23年已發展至2012年底的9.8萬公里。隨著城際高速鐵路、城市軌道以及航空港體系等的不斷建設,我國綜合交通運輸體系正在逐步形成。然而,我國城市發展所面臨的挑戰同樣是嚴峻的。城市功能不和諧;交通阻塞嚴重,其損失相超過中國當年GDP的百分之二;交通事故形勢嚴峻,年死亡人數約為10萬人;大城市空氣污染中,約79%來自機動車尾氣排放;能源與資源消耗也隨著交通機動化發展在加大。

      人類社會為了對策城市與交通發展的問題,已走過了多個階段。特別是上個世紀80年代后期分別由美國和歐洲以及日本提出了基于信息技術改善交通的智能交通運輸系統(ITS,Intelligent Transport Systems)新概念和新技術,至今已在世界范圍內取得了廣泛的推廣應用,為改善日趨尖銳的交通問題、發展高新技術產業,發揮了巨大的作用。進入二十一世紀,隨著物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術以及維基、社交網絡、Fab Lab、Living Lab等工具和方法的應用推廣應用,智慧城市(Smart City,Intelligent City )的概念逐步形成,正在成為新一代城市的發展方向,如上海市提出了推進智慧城市建設的2011-2013行動計劃。其中,智能交通運輸系統(ITS)常作為智慧城市的主要實施項目。

      基于城市與交通的有機關系,以及智能交通運輸系統與智慧城市皆是基于信息與通信技術等高新技術而發展的背景,如何實現智能交通系統與智慧城市的最佳整合,并進一步推進

      下一代城市與交通系統的發展,已是擺在我們面前的新課題。本文,將重點探討智慧城市與智能交通的有機關系,特別提出智慧城市環境下智能交通運輸系統的發展方向。

      二、城市與交通

      交通運輸是因城市各種活動而產生,某種意義上交通具有其被動性。因此,城市的功能和性能直接決定著交通的需求(結構,需求量、出行時間和空間乃至交通方式的分布),進一步決定著交通系統的構成。另一方面,交通又可以引導城市的發展(Transit-Oriented Development,TOD),特別是軌道交通和大運量交通方式吸引著人們沿其站點和樞紐而居與活動,也就是說交通又有其主動性。所以,我們有必要進一步認識城市與交通的有機關系。

      交通及其系統與構筑。交通與運輸的基本內涵,決定其系統是由“人和物、交通工具、交通設施、交通環境、交通規則與政策以及信息”等基本要素所構成,以實現人和物移動的安全、通暢、便捷、環保和效率化為基本功能。城市與人/物的移動、交通設施之間存在著正向的決定作用,同時交通設施也對交通系統又具有反作用(如圖1)。

      2.可持續發展城市與交通的基本原理。上個世紀七十年代(1972年),“既滿足當代人的需求,又不損害后代人滿足其需求”的可持續發展理念被提出。之后的1977年(我國改革開放初期),誕生了更為理性認識城市發展的馬丘比丘憲章(charter of Machupicchu ,1977)。《憲章》在指出工業技術空前進步,極大地影響著城市生活以及城市規劃和建筑,以及所帶來問題的同時,特別強調應摒棄《雅典憲章》機械主義和物質空間決定論的思想,認為物質空間只是影響城市生活的一項變量,起決定性作用的應該是城市中各人類群體的文化、社會交往模式和政治結構;城市規劃“必須對人類的各種需求作出解釋和反應”。因此,關于城市及其交通的發展應走出唯“功能論”思路,應處理好交通與城市、社會、經濟、資源及生態的協調。

      3.交通復雜性與改善交通的協同論特征。交通的系統性決定著交通的復雜性特征,其改善措施不可簡單化。又由于交通與城市、經濟、社會乃至文化密切相關,所以,基于協同學原理,影響交通系統狀態的短時或微觀措施可視為“快變量”;而長效的宏觀性、規劃性、政策性和深層性措施則是“慢變量”,更具關鍵性。因此,以往我國不少城市改善交通的措施更多的僅是試圖改變交通系統的“快變量”,屬于短效措施。若要真正意義地改善交通,不僅應調整快變量,更要采取可持續發展的長效措施(調整慢變量)。

      三、智慧城市與智能交通

      新技術的出現主要源于重大的需求和人類的好奇心以及不斷挑戰的追求。因此,智能交通運輸系統形成之初便是以改善日益尖銳的交通問題為出發點的,其代表性的子系統主要包括:(1)先進的交通信息系統(ATIS,Advanced Travelers Information System),亦即智能交通運輸基礎信息系統,為出行者提供綜合的出行前/出行中和目的地信息服務,從而為充實與改善交通系統的有機聯系性提供可能;(2)先進的交通管理系統(ATMS,Advanced Transportation Management System),以充分利用系統時空資源,改善交通阻塞為目的,主要包含先進的交通需求管理(TDM)、交通系統管理(TSM)、停車管理系統(PMS)、不停車收費系統(ETC)等;(3)先進的公共交通系統(APTS,Advanced Public Transport System),以提高公共交通的便捷性和準時性為目的,提供公交信息服務,實施公交調度與績效監管等;(4)新物流交通系統(AFTS,Advanced Freight Transport System),提供效率化的物流運輸服務的新型物流交通系統;(5)先進的車路集成系統(AVIIS,Advanced Vehicle Infrastructure Integration System),以提高運載工具的安全性和效率性為目的,實現安全駕駛輔助與車車安全跟駛等;(6)緊急交通救援管理系統(ATISMS,Advanced Transport Incident Support Management System),以提高城市減災能力為目的,實現快速發現事件和事故,提高系統的救援能力等。

      智慧城市的概念的出現晚于智能交通運輸系統,其特征表現為以下四個方面:全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯、智能融合的應用以及以人為本的可持續創新(http://baike.baidu.com/view/3310078.htm)。亦即:

      (1)全面透徹的感知。通過傳感技術,實現對城市管理各方面監測和全面感知。智慧城市利用各類隨時隨地的感知設備和智能化系統,智能識別且立體地感知城市環境、狀態、位置等信息的全方位變化,對感知數據進行融合、分析和處理,并能與業務流程智能化集成,繼而主動做出響應,促進城市各個關鍵系統和諧高效的運行。

      (2)寬帶泛在的互聯。各類寬帶有線、無線網絡技術的發展為城市中物與物、人與物、人與人的全面互聯、互通、互動,為城市各類隨時、隨地、隨需、隨意應用提供了基礎條件。寬帶泛在網絡作為智慧城市的“神經網絡”,極大的增強了智慧城市作為自適應系統的信息獲取、實時反饋、隨時隨地智能服務的能力。

      (3)智能融合的應用。現代城市及其管理是一類開放的復雜巨系統,新一代全面感知技術的應用更增加了城市的海量數據的集大成并成智慧。基于云計算,通過智能融合技術的應用實現對海量數據的存儲、計算與分析,并引入綜合集成法(綜合集成研討廳),通過人的“智慧”參與,大大提升決策支持的能力。基于云計算平臺構成智慧城市的“大腦”。技術的融合與發展還將進一步推動“云”與“端”的結合,推動從個人通訊、個人計算到個人制造的發展,推動實現智能融合、隨時、隨地、隨需、隨意的應用,進一步彰顯個人的參與和用戶的力量。

    責任編輯:呂圣霞

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    [專欄文章:8 篇]人物簡介
      楊曉光教授,現任同濟大學交通運輸工程學院交通工程系主任及智能交通運輸系統(ITS)研究中心主任;上海防災救災研究所交通安全研究室主任;同濟大學國家重點學科“交通信息工程及控制”及“交通運輸規劃與管理”兩學科的主要學術帶頭人之一。
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