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    智慧城市与智能交通运输系统之协同发展
    2013-12-19 14:05:46   来源:杨晓光       评论:0 点击:

      摘要 智慧城市发展方兴未艾,不少城市皆将智能交通运输系统建设纳入其中,究竟两者存在怎样的关系?如何最佳地整合资源实现两者的协调发展?本论文将在智慧城市与智能交通系统提出的背景及其内涵和外延归纳研究基础上,探索智慧城市对发展智能交通运输系统的基础作用,智能交通运输系统的新一轮发展方向和关键技术,以及发展智慧城市与智能交通运输系统的发展策略。

      一、引言

      城市的基本功能包括“居住、工作、游憩与交通”等(《雅典宪章》,1933)。交通是人和物的移动,是各种邮电通信的总称;而运输是用交通工具将人和物从一处运到另外一处。因此,交通与运输支撑着城市的基本功能与发展。

      随着人类经济与社会的发展,特别是工业化、信息化和城市化,以及交通与运输机动化的迅速发展,城市与交通运输系统发生了巨大的变化,在提升其功能和性能的同时,也带来了诸多的问题,正如《马丘比丘宪章》(1977年)所指出的那样“工业技术空前的进步,极大地影响着城市生活以及城市规划和建筑,无计划、爆炸性地城市化和对自然资源的滥加开发,使环境污染达到了空前的、具有潜在灾难性的程度。”

      经过三十年余年的发展,中国的城市化率(城镇人口与总人口的比值)已由1980年的19.8%, 发展到当前的52%,据预测至2020年将达到65%,特别是伴随着城镇化国策的推进,我国城镇化速度定将加快。现拥有不同规模的城市约有700个,以大城市为中心的城镇密集区逐步形成并扩大,城市群的互动发展已成趋势。

      与此同时,我国交通的机动化也以前所未有的速度在推进,截至去年底,我国机动车保有量已达2.23亿辆,其中汽车保有量达1.2089亿辆,大中城市中汽车保有量达到100万辆以上的城市数量达17个。根据国际通用的标准,每百户家庭拥有16辆小轿车,中国有许多城市已进入汽车社会。业内预计,2020年我国汽车保有量将突破2亿辆,亦即将用不到十年的时间又将增加1亿辆车。标志着交通现代化的高速公路里程,由1989年上海修建的十余公里的第一条高速公路(沪嘉高速公路),经过23年已发展至2012年底的9.8万公里。随着城际高速铁路、城市轨道以及航空港体系等的不断建设,我国综合交通运输体系正在逐步形成。然而,我国城市发展所面临的挑战同样是严峻的。城市功能不和谐;交通阻塞严重,其损失相超过中国当年GDP的百分之二;交通事故形势严峻,年死亡人数约为10万人;大城市空气污染中,约79%来自机动车尾气排放;能源与资源消耗也随着交通机动化发展在加大。

      人类社会为了对策城市与交通发展的问题,已走过了多个阶段。特别是上个世纪80年代后期分别由美国和欧洲以及日本提出了基于信息技术改善交通的智能交通运输系统(ITS,Intelligent Transport Systems)新概念和新技术,至今已在世界范围内取得了广泛的推广应用,为改善日趋尖锐的交通问题、发展高新技术产业,发挥了巨大的作用。进入二十一世纪,随着物联网、云计算、大数据等新一代信息技术以及维基、社交网络、Fab Lab、Living Lab等工具和方法的应用推广应用,智慧城市(Smart City,Intelligent City )的概念逐步形成,正在成为新一代城市的发展方向,如上海市提出了推进智慧城市建设的2011-2013行动计划。其中,智能交通运输系统(ITS)常作为智慧城市的主要实施项目。

      基于城市与交通的有机关系,以及智能交通运输系统与智慧城市皆是基于信息与通信技术等高新技术而发展的背景,如何实现智能交通系统与智慧城市的最佳整合,并进一步推进

      下一代城市与交通系统的发展,已是摆在我们面前的新课题。本文,将重点探讨智慧城市与智能交通的有机关系,特别提出智慧城市环境下智能交通运输系统的发展方向。

      二、城市与交通

      交通运输是因城市各种活动而产生,某种意义上交通具有其被动性。因此,城市的功能和性能直接决定着交通的需求(结构,需求量、出行时间和空间乃至交通方式的分布),进一步决定着交通系统的构成。另一方面,交通又可以引导城市的发展(Transit-Oriented Development,TOD),特别是轨道交通和大运量交通方式吸引着人们沿其站点和枢纽而居与活动,也就是说交通又有其主动性。所以,我们有必要进一步认识城市与交通的有机关系。

      交通及其系统与构筑。交通与运输的基本内涵,决定其系统是由“人和物、交通工具、交通设施、交通环境、交通规则与政策以及信息”等基本要素所构成,以实现人和物移动的安全、通畅、便捷、环保和效率化为基本功能。城市与人/物的移动、交通设施之间存在着正向的决定作用,同时交通设施也对交通系统又具有反作用(如图1)。

      2.可持续发展城市与交通的基本原理。上个世纪七十年代(1972年),“既满足当代人的需求,又不损害后代人满足其需求”的可持续发展理念被提出。之后的1977年(我国改革开放初期),诞生了更为理性认识城市发展的马丘比丘宪章(charter of Machupicchu ,1977)。《宪章》在指出工业技术空前进步,极大地影响着城市生活以及城市规划和建筑,以及所带来问题的同时,特别强调应摒弃《雅典宪章》机械主义和物质空间决定论的思想,认为物质空间只是影响城市生活的一项变量,起决定性作用的应该是城市中各人类群体的文化、社会交往模式和政治结构;城市规划“必须对人类的各种需求作出解释和反应”。因此,关于城市及其交通的发展应走出唯“功能论”思路,应处理好交通与城市、社会、经济、资源及生态的协调。

      3.交通复杂性与改善交通的协同论特征。交通的系统性决定着交通的复杂性特征,其改善措施不可简单化。又由于交通与城市、经济、社会乃至文化密切相关,所以,基于协同学原理,影响交通系统状态的短时或微观措施可视为“快变量”;而长效的宏观性、规划性、政策性和深层性措施则是“慢变量”,更具关键性。因此,以往我国不少城市改善交通的措施更多的仅是试图改变交通系统的“快变量”,属于短效措施。若要真正意义地改善交通,不仅应调整快变量,更要采取可持续发展的长效措施(调整慢变量)。

      三、智慧城市与智能交通

      新技术的出现主要源于重大的需求和人类的好奇心以及不断挑战的追求。因此,智能交通运输系统形成之初便是以改善日益尖锐的交通问题为出发点的,其代表性的子系统主要包括:(1)先进的交通信息系统(ATIS,Advanced Travelers Information System),亦即智能交通运输基础信息系统,为出行者提供综合的出行前/出行中和目的地信息服务,从而为充实与改善交通系统的有机联系性提供可能;(2)先进的交通管理系统(ATMS,Advanced Transportation Management System),以充分利用系统时空资源,改善交通阻塞为目的,主要包含先进的交通需求管理(TDM)、交通系统管理(TSM)、停车管理系统(PMS)、不停车收费系统(ETC)等;(3)先进的公共交通系统(APTS,Advanced Public Transport System),以提高公共交通的便捷性和准时性为目的,提供公交信息服务,实施公交调度与绩效监管等;(4)新物流交通系统(AFTS,Advanced Freight Transport System),提供效率化的物流运输服务的新型物流交通系统;(5)先进的车路集成系统(AVIIS,Advanced Vehicle Infrastructure Integration System),以提高运载工具的安全性和效率性为目的,实现安全驾驶辅助与车车安全跟驶等;(6)紧急交通救援管理系统(ATISMS,Advanced Transport Incident Support Management System),以提高城市减灾能力为目的,实现快速发现事件和事故,提高系统的救援能力等。

      智慧城市的概念的出现晚于智能交通运输系统,其特征表现为以下四个方面:全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用以及以人为本的可持续创新(http://baike.baidu.com/view/3310078.htm)。亦即:

      (1)全面透彻的感知。通过传感技术,实现对城市管理各方面监测和全面感知。智慧城市利用各类随时随地的感知设备和智能化系统,智能识别且立体地感知城市环境、状态、位置等信息的全方位变化,对感知数据进行融合、分析和处理,并能与业务流程智能化集成,继而主动做出响应,促进城市各个关键系统和谐高效的运行。

      (2)宽带泛在的互联。各类宽带有线、无线网络技术的发展为城市中物与物、人与物、人与人的全面互联、互通、互动,为城市各类随时、随地、随需、随意应用提供了基础条件。宽带泛在网络作为智慧城市的“神经网络”,极大的增强了智慧城市作为自适应系统的信息获取、实时反馈、随时随地智能服务的能力。

      (3)智能融合的应用。现代城市及其管理是一类开放的复杂巨系统,新一代全面感知技术的应用更增加了城市的海量数据的集大成并成智慧。基于云计算,通过智能融合技术的应用实现对海量数据的存储、计算与分析,并引入综合集成法(综合集成研讨厅),通过人的“智慧”参与,大大提升决策支持的能力。基于云计算平台构成智慧城市的“大脑”。技术的融合与发展还将进一步推动“云”与“端”的结合,推动从个人通讯、个人计算到个人制造的发展,推动实现智能融合、随时、随地、随需、随意的应用,进一步彰显个人的参与和用户的力量。

    责任编辑:吕圣霞

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    [专栏文章:8 篇]人物简介
      杨晓光教授,现任同济大学交通运输工程学院交通工程系主任及智能交通运输系统(ITS)研究中心主任;上海防灾救灾研究所交通安全研究室主任;同济大学国家重点学科“交通信息工程及控制”及“交通运输规划与管理”两学科的主要学术带头人之一。