智能架阡陌——访国家智能交通系统工程技术研究中心主任王笑京
2014-04-21 11:35:57   来源:《中国科技奖励》杂志    评论:0 点击:

高速公路一处发生拥堵,司机能在驶入相关路段前提前得到路况信息并及时改变行车路线,避免发生更大规模拥堵,统一调度的红绿灯井井有条地调度着城市交通,路旁的电子显示屏报告着实时路况,监控摄像让每一个车牌、每个驾驶员的面部都清晰无疑地显示在监控屏幕上,人们乘坐公共交通只需一张卡就能行便全城,车载导航与电子地图取代了纸质地图,ETC设备让人们可以走遍全国无需停车便可缴费……

相较于20年前指挥交通靠交警,10年前出行仍需排队买票、认路全靠纸质地图的状况,这些悄然发生的变化正改变着城市的面貌,也改变着每个人生活的节奏。而这些改变的发生,得益于现在的智能化路网控制与管理。它就如同千里眼,每一条道路、每一个路口的实时景象尽收眼底;它也如指挥棒,及时、有效、科学的调度让整个城市的交通演奏着和谐的篇章。

20年前,智能化路网控制与管理研究在中国起步。直至今天,智能路网在一点一滴的建设中逐渐成形,全国智能化公路网的建成让交通运力成倍提高、成本大幅降低。在这可谓漫长的20年中,有一个人的坚守与智能化路网的发展成功密不可分。他曾用心体会过每一条路的变化,曾推动与见证了20年智能交通从无到有的每一次转折点。这个人便是交通运输部公路科学研究院(以下简称“公路院”)总工程师、国家智能交通系统工程技术研究中心主任王笑京。

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从一次迷路说起

我国智能交通的起步与一次迷路不谋而合。

1995年,交通部召开交通科技大会,时任国务委员宋健应邀与会作报告。在报告中,宋健提到了一次因交通指示牌不完善让他“迷路”的经历。而与此对比的是他在欧洲考察时发现的便捷智能系统。“这个新的系统可以加载数字地图、定位系统,能够清晰地显示我的位置、我将去哪里。”这个系统在当时社会的先进性与超前性让宋健记忆深刻。

这段报告中的小插曲引起了坐在台下的王笑京的极大兴趣。会后,王笑京找到宋健,向他求教有关智能交通的更多问题。对话中,宋健向王笑京详细讲述了欧洲、美国的智能车路系统。“你一定要对此进行持续的跟踪和关注。”在谈话的最后,宋健对王笑京提出了这样的愿望。

事实上,早在此前,智能交通的概念对于王笑京而言已经不陌生。1994年,第一届智能交通世界大会在法国巴黎召开,“智能交通”这一在发达国家已摸索起步多年的概念被正式提出。据此不多时,“嗅觉”敏锐的王笑京便关注到这一尚属前沿的课题。同年,交通部公路科学研究所开始在其内部杂志上向国内介绍“智能车路系统”。发展智能交通的建议经由交通部开始一层层进入更多国家计划高层设计者的视线。

“我国的智能交通起步并不晚于其他国家,可以说几乎是同步的。”这一点让王笑京深感自豪。概念一经提出,交通部高度重视,并组织了多名专家出访日本、美国、欧洲进行考察,而在当年的所有考察专家中,坚持下来并走到现在的只有王笑京。20年间,他对智能交通的发展投入了自己全部的心血。

如今,曾经独自坚守的王笑京常被称为智能交通的“教父”,但对此他却不以为意。对于他来说,这不是一个人的战争,在他身后的是交通和信息行业专家以及各级领导的鼎力支持。交通部、科技部的历任领导对于智能交通的支持是让王笑京敢于放开手脚、大干一场的一大原因。1994年,当国内对于智能交通这个新概念尚处于观望状态时,王笑京和同事们便考虑要在我国建立一个国家级的智能交通研究中心。这一大胆提议得到了交通部领导的肯定,领导们决定这个研究中心就由公路院来牵头建设。此后,交通部、科技部领导先后考察了智能交通建设,在“马车、驴车、拖拉机”都在路上跑的年代,一个意义深远的构想逐渐酝酿成形。

“九五”计划末期,出于对智能交通重要性以及王笑京等人对智能交通技术的大量技术调研与积累的考虑,国家智能交通体系框架研究在国家科技攻关项目中补充立项。王笑京说,这次立项意义非凡,它不仅代表着国家对于智能交通发展方向的认可,更为其在今后的建设打下了坚实的基础。

冲锋在前的王笑京,带着“不再迷路”的朴素愿望和对未来更多的期许,铺下了智能交通的一纸蓝图。

智能路网,理想走进现实

如果你驱车高速公路,从北京开往石家庄,这一路行程中你究竟会享受哪些智能交通系统带来的便捷呢?首先,这一路上有详细的路牌指示;同时道路处于良好的监控与管理之中,你可以享受良好的驾驶环境;更令你能够直观感受到智能交通系统的是,如果你的车上装有ETC设备,那么这一路你都不必再停车缴费,绿色高效、畅通无阻地抵达目的地。

1992年,王笑京第一次接触到名为“FRID(射频识别)”的先进技术。4年后,王笑京所在的团队在“中日智能交通系统交流展示会”上第一次向国内介绍了ETC技术。基于此,王笑京团队开始在高速公路网中勾勒智能交通的梦想。

事实上,建设智能化路网不仅是王笑京的梦想,更是我国的现实需要。我国近十几年来的超常规发展使高速公路迅速成网,原有的以路段为主的运营模式已无法适应网络化管理和一体化服务的要求。但在现有路段监控和收费系统基础上建成覆盖全国路网的运行监管与服务系统,实现国家对大规模高速公路网高效监管和一体化出行服务,却远非想象中那样简单。路网运行状态评估指标和方法缺乏、各地分期建设的异构系统互联和集成困难、路网大范围服务手段不足……这些困难在建设初期便摆在了王笑京的面前。

8年,不长不短,却几乎占据了王笑京科研生涯三分之一的时间。他用8年时间架起了中国智能高速公路网,其中,公路与监管、服务同步成网,两级覆盖实现跨区域联动协调,建立智能路网标准,这三大“锦囊”让智能路网的梦想逐一照进现实。

要建设智能路网先要摸清现有体系状况。王笑京面对的第一个问题便是构建一个科学、合理、可行的框架体系。在国际交通信息化领域,王笑京团队首次构建了交通信息提取计算理论框架和技术体系,提出了路网结构性质分析方法,建立了包括中断率、通道运行指数和路网综合运行指数等的路网状态评估指标体系,实现了对国家和区域路网运行状态的定量评估。

此后,随之而来的是路网建设中最难的监管与服务问题。“公路成网后,管理与服务也要成网,唯有如此才能实现从路段管理到路网管理的革命性提升。”王笑京这样介绍智能化路网监管与服务体系的重要性。

与这场硬仗相对应的是,长期以来,我国高速公路管理呈现主体多元化、管理系统各自封闭且结构差异大等特点,在既有的路段监控系统基础上建设国家和省级路网运行监管系统,面临大规模异构系统互联、数据安全可靠交互以及低成本集成等技术难题。

行政方面需要协调,技术领域需要攻关。面对难题,王笑京创造性地突破了分布式交通系统信息互操作技术和公路收费密钥安全和可信技术,研制了数据前置接入设备,解决了异构分布式公路监控系统的互联、数据安全交互和收费系统交易安全的技术难题。

王笑京说,智能路网系统是国家宏观层面对路网运行的管理与服务,而高速公路则隶属于各个行政区域管辖。面对几十个行政区域,如何统筹规划、如何打破地域限制联动调配,成为智能路网系统能否实现的关键。对此,王笑京的办法是,通过部省两级覆盖,实现跨区域的联动协调。

按照智能交通体系框架“自上而下”的顶层设计和分布式系统集成方法,王笑京团队构建了“逻辑集中、物理分散”的多层级路网运行监管系统集成框架和模式。应用智能代理以及数据推送和定位搜索等技术,在接入控制与交换设备端形成应用服务资源库,实现了省级路网监管系统与国家路网平台的互联和数据交互;解决了全国公路数据库、路况信息报送系统、公路气象预报预警系统和联网不停车收费服务系统等异构业务系统的集成问题,创建了包括路网状态获取、运行状态监测、路网协调调度、公路气象预报预警等全新的跨省域路网管理业务流程,建成了国家高速公路网运行监管与服务体系。

跨区域联动协调的实现为跨省域大范围路网服务的提升提供了可能。恶劣气象和收费站拥堵是影响路网整体运行效率和服务水平的两大突出问题,大尺度气象预报预警和不停车收费技术及装备创新一直是提升高速公路服务呼声最大的需求。对此,王笑京团队突破了跨省域大范围路网服务关键技术,攻克了公路大尺度气象预报预警方法与技术、交通专用短程通信(DSRC)和车路数据交互技术,研制了公路气象移动监测设备和联网不停车收费(ETC)关键装备。

王笑京曾说:“实现跨区域联动,标准是根本技术基础。这是一切智能交通应用互联互通的基础。”如今,项目成果已形成了25项国家标准和行业规范,构成了路网运行监管与服务标准体系,其中的每一项标准都让智能路网离科学、高效、规范更近了一步:数据管理标准确保了公路基础数据的一致性,支撑了国家/省两级路网平台数据共享、交换;系统集成标准指导和规范了国家/省两级路网平台建设和互联互通;公路气象服务标准支撑了大尺度公路气象预报服务;专用短信通信标准支撑了不停车收费设备规模应用;不停车收费服务标准实现了高速公路人工收费向自动收费的转变,推动了区域交通一体化。

此外,全国通过标准宣贯累计培训了管理和专业技术人员3000人次以上。标准的制定更为《公路交通阻断信息报送制度》、《全国公路网管理与应急处置平台建设指导意见》和《关于促进高速公路应用联网电子不停车收费技术的若干意见》等制度文件的出台提供了技术支撑。

如今,国家高速公路网运行监管与服务系统已经覆盖全国30个省市、10万公里高速公路、40万公里干线公路及2000多个路段,形成国家、省市、路段三级路网运行监管与服务体系,实现了高速公路由路段管理向大规模路网管理与服务的革命性提升。覆盖全国公路的大尺度气象预警服务和公众出行信息服务成为现实,全国统一频段的高速公路交通广播正式开通,公众可通过广播、短信、互联网、电视、路侧、电话等途径了解实时气象信息。

而曾经因技术难题备受争议的ETC系统,如今已在26个省市全面实现,车道超过5800条,用户超过600万,客户服务网点超过3500个,京津冀鲁晋区域和长三角区域分别实现了跨省联网运行,支持了全国30万辆军车利用不停车收费系统实现电子化运行管理。由于实现了不停车通过收费站,每年减少12亿次停车,仅仅这个过程每年可以减少二氧化碳排放38万吨以上;而且,ETC通道的通行效率是普通通道的4倍之多,大规模建设ETC通道,能够集约利用土地,节省了建设资金。

全国高速公路网运行监管与服务系统的建成不仅改善了人们的日常出行,在特殊突发事件中,它的力量更得到了完美的体现。在2008年冰冻雪灾、汶川地震、玉树地震以及舟曲特大泥石流等重大灾害应急救援中,全国公路网运行监管与应急处置系统都在救援中发挥了中枢神经的作用,使得救灾效率成倍提高。

从日常服务到应急需求,全国公路网的智能化建设发挥着越来越大的作用,也逐渐在使用中为人们所熟知。每个人都在享受它带来的便捷,每个人的生活也越来越离不开它。而这些身边悄然发生的变化,若离开了王笑京当年高屋建瓴的构架以及几十年如一日的坚持,如今也不过仍旧是个遥不可及的梦想。 

一个标准与三个反问 

在全国高速公路网的建设中,ETC标准是其中最重要也最艰难的一环。它起步于无休止的质疑,成长于不绝于耳的争论;它的相关产品缺乏统一的国际标准,也因此成为众多国外厂商争夺的目标。

事关全局,ETC国家标准的制定迫在眉睫。是跟着发达国家的技术标准走,还是博采众长、独辟蹊径,走一条自己的路?王笑京选择了后者。从试验场到工地,王笑京带领他的团队开展了ETC等相关智能交通应用需求和技术方案的考察和研究,最终确定了基于5.8GHz专用短程通信技术的ETC系列国家标准,创造性地提出了具有自主知识产权的“双片组合式”技术标准体系。

就在我国颁布ETC国家标准的这一年,王笑京赴美参加美国智能交通年会。令他意想不到的是,美国的ETC企业界代表专门为他召开了一次“圆桌会议”。“中国为什么要制定自己的ETC国家标准?为什么不采用美国或欧洲的标准?”面对美方咄咄逼人的质问,毫无准备的王笑京不卑不亢地提出了三个反问:“第一,美国的ETC有多种系统,各自有专利,互不通用。但中国要求的是互通互连,美国企业是否愿意放弃专利?第二,如果进入中国市场,ETC必须与中国现有的公路收费系统融合,美国公司是否愿意公开系统后台?第三,美国的ETC都是单片式系统,如果在封闭式收费公路上应用必须同时在所有的收费站上开通ETC车道,这在中国不现实。请问美方如何解决中国高速公路选择性安装ETC设备的问题?”

三个反问掷地有声,王笑京说:“中国的技术必须符合中国的需求。我国的路网建设都是按照现行的管理体制、现有的科技水平和技术装备实现的。即便是最顶尖的技术,但若不符合我国的需求,用不了又有什么用呢?”

如今,得益于ETC国家标准,截至2013年年底,符合全国统一标准的ETC系统建设已经在全国26个省(自治区、直辖市)全面开展,用户超过600万。随着ETC应用范围的不断扩大,ETC控制机、不停车收费感应器的研发和生产也随之发展起来。在智能交通领域尤其是ETC领域,中国市场上的ETC产品有80%来自于中国本土企业。

中国的智能交通民族产业在跬步的积累中一点点地发展壮大起来。或许,这才是王笑京最希望看到的结果。

 遇见智能的未来

王笑京说,回首智能交通发展这20年,这是一个真正的“科技引领发展”的典型。一边规划,一边试验,一边实现,智能交通的发展从不是纸上谈兵。在王笑京看来,智能交通的发展还存在着巨大的空间,未来才是智能交通大放异彩的舞台。

2010年,世界智能交通大会在韩国召开。相对于我国当时刚刚起步的3G网络技术,韩国的3G技术已得到普及应用。会上,韩国人提出,在韩国用户的智能手机上,有50%以上的应用与交通有关,其中涉及导航、打车、换乘交通、吃饭预订、飞机、火车等。如今,这种情况已经在我国得到验证。王笑京说,打车软件的大战恰恰说明了智能交通是一块潜能极大的市场。智能手机的普及再次革新了人机接口的方式,让智能交通离我们的生活更近一步。

“以后,不停车收费还会延伸到商务领域,比如去麦当劳买东西,只要把车开到专用车道上便可以在专用窗口上购买,买完无需付款,因为不停车收费系统已经刷掉了你应付的金额。未来私家车会和公共交通实现无缝换乘,你在路上便可预订停车位和车票,到达目的地后就可以坐上选定的车次。”王笑京兴奋地描述着智能交通未来的情景。对于行业未来的发展,他充满了憧憬。

“第一要花心思,第二要做产业联盟,第三要抓标准化和知识产权,第四要加强信息整合和数据传输系统。”在去年的某个智能交通会议上,王笑京对行业的发展提出了这样的建议。同时,他也指明了未来智能交通的去向。

王笑京说,我国未来智能交通的发展将更加注重车与车之间、车与路之间的信息交换,智能化车辆控制系统是主要发展方向之一。比如,如果离前车太近,控制系统会自动调节与前车的安全距离;前车紧急刹车时,会自动通知周边的车辆,后车可以尽可能避免追尾;道路上出现交通事故时,事故车辆会发出警告,通过车与车或者车与路之间的高速通信,使其他车辆几乎在发生事故的同时就得到信息,便于其他车辆及时采取措施或选择另外的路线;当车辆处于非安全状态时,即使驾驶员实施并线或超车操作,汽车也可以自动启动安全保护功能,并线和加速不能实现。

以上内容的实现与信号控制系统、智能化车辆控制系统以及相关通信和传感器技术研发水平密切相关,这些正是我国智能交通与一些发达国家的差距之所在,也正是我国智能交通领域未来的发展方向。

对于国外的发展成果,王笑京实时跟踪、烂熟于心;对于我国与国外的差距,他也常常思量、时时放在心上。

据王笑京介绍,上世纪90年代,美国就开始研究无人自动驾驶技术,从一开始关注车辆本身的自动驾驶,再到引入车路集成系统,关注车路通信,目前无人自动驾驶系统已趋向成熟。无人驾驶车辆可以根据路侧系统感知红绿灯,实现自行停车、起步;感知前车和对向车辆的行驶状态,并随之调整自己的车速。

日本现在推行的smartway(智能公路系统)则是人、车、路系统集成的典型。在smatway中,有VICS(车载导航系统)、ASV(安全驾驶系统)和ITS-spots(在高速公路热点区域安装监控和传感器),人、车、路高度合作和协调,可以为出行者提供安全路况、拥堵以及高速公路和停车场的收费等信息。实施这项试验以后,日本的交通事故发生率大幅度降低。

与发达国家的差距让我们看到了发展的目标,认识不足正是追赶的动力。如果从王笑京踏入公路院大门那一刻算起,王笑京已为智能交通筹谋了30年,如今,他还在关注着更长远的未来。

2012年,在第19届ITS世界大会上,王笑京被授予“世界智能交通杰出成就奖”,成为中国获此殊荣的第一人。然而获得“成就奖”的王笑京并没有就此“功成名就”。如今,站在技术积累的高塔之上,王笑京对未来充满了信心:他认为,智能交通的发展一靠科技、二靠产业,按照党的十八大指明的方向以及信息技术应用的特点,ITS的市场将会有更大的发展。一是不依赖道路基础设施的应用会越来越多,这将给信息产业界带来更多的投资积极性和获取利润的可能性;二是随着无线互联网和超高速无线局域网的发展,依托智能终端(如智能手机)的交通服务会越来越多,这给个人和中小投资者提供了机遇;三是国家和公共服务单位在ITS领域的投资会加大,这给设备供应商和集成商提供了更大规模的市场。

“十二五”交通规划颁布以来,政府也从政策、资金、项目等多方面对智能交通行业给予了更多的支持,企业应争取抓住这一发展机遇获得更广阔的市场空间。

这些利好信号让王笑京兴奋不已,未来的智能梦似乎离中国人越来越近了。

梦想,每个人都可以拥有,然而实现梦想最难的却往往是那迈出去的第一步和看上去永无止尽的坚持。王笑京迈出了这艰难的第一步,也坚持了30年,在青丝变白发的同时,他在与智能交通的梦想贴近,我们的生活也在因他的梦想而改变。

责任编辑:佚名

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