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  • 日本智能交通发展体系梳理及启示 —— 日本《ITS HANDBOOK 2019》解读

    2020-12-29 10:01:24 来源:深圳市城市交通规划设计研究中心”公众号 评论:
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          引言

          日本是世界上最早开展ITS研究的国家之一,经过几十年的发展,日本ITS走过了系统整合-广泛应用-重点攻关阶段,如今已发展成了一套较成熟的应用体系,这其中离不开政府部门和各大组织的努力。其中,日本道路新产业开发组织(Highway Industry Development Organization)每两年发布一次日本ITS手册,近期发布了《ITS HANDBOOK 2019》(以下简称《ITS 2019》),重点描述日本智能交通领域重点发展方向及关键举措。本文梳理总结日本ITS发展历程及技术体系,并深入解读《ITS 2019》,总结新时期背景下日本智能交通发展启示,期望为智能交通行业发展提供参考借鉴。

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    日本智能交通系统是如何走在时代前列的?

    日本依托国内汽车工业的发展红利,从20世纪50年代开始探索对汽车控制及通信技术的智能化应用,开启了智能交通的发展之路。但是初期的探索缺乏系统性指导和标准化规范,直到1996年日本四省一厅,即当时的警察厅、通商产业省、运输省、邮政省、建设省(现调整为警察厅、经济产业省、国土交通省、总务省四部委)联合制定《推进ITS总体构想》(以下简称《ITS总体构想》),明确提出了日本ITS发展的九大领域,初步实现ITS系统整合。当前日本ITS以解决社会问题为重点,通过车路协同前沿技术研发及大规模应用,推动交通管控及服务再升级,并计划在未来10-20年内建成交通最安全、环境最友好、通行最高效的社会。

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    图1 日本ITS发展三阶段(资料来源:ITS JAPAN)

    日本ITS在1996年前主要进行研究储备和组织合作,并以车载系统智能化为发展重点。从1950s开始,日本汽车企业大力发展自动化,开展诱导式自动驾驶(AGV)研究,1960-1970年代实现综合汽车交通控制系统(CACS)首次试用,到1989年实现汽车导航系统商业应用。1995年,四省一厅联合发布《公路、交通、车辆领域的信息化实施方针》,向国内外表明了日本政府对于推进开发ITS的积极姿态,同年开发的道路车辆和信息通信系统(VICS)是车路协同思想的雏形。此外,四省一厅还参与了高级信息和电信网络协会战略总部(IT战略总部)下的ITS的推广工作,并与ITS国际标准化委员会、大学等非营利组织机构合作,在ITS标准化方面促进ITS的推广。

    1.推动实用化(1996年-2003年):初步确定ITS战略导向,加强不同系统间的交互整合和研发

    日本在第一阶段初步确定了ITS发展战略路线,并通过促进不同技术和系统间的整合,推进技术实用化应用。1996年7月四省一厅联合制定的《ITS总体构想》为日本ITS建设奠定了基础,主要有三点贡献:一是提出了日本未来20年ITS的长期构想、ITS开发和实施计划以及ITS功能目标的确定;二是定义了ITS中先进的导航系统、不停车收费(ETC)、安全驾驶支援等九大领域的21项服务,制定发展应用和推广路线图;三是将ITS建设推广为工业-政府-学术界-私人合作下的国家项目,促进了汽车导航、VICS、ETC、先进安全车辆(ASV)等ITS单个技术的整合和研发,随着汽车导航市场的增长,这些技术在日本被誉为ITS的成功范例。

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    图2 日本《ITS总体构想》定义的9大领域(资料来源:ITS JAPAN)

    2.加速普及与社会贡献(2004年-2012年):大力开展交通基础设施建设,推广SmartWay系统

    日本在第二阶段加大了对智能交通基础设施的建设和技术推广,致力构建“安全、环保、舒适”的友好型社会。2006-2010年,日本发布了《New IT Reform Strategy》、《i-Japan strategy》、《New information strategy》等规划,将ITS定位为构建具有高可靠性和耐久性的交通安全系统、创建生态友好型社会、打造无处不在的网络环境。2007年,日本将VICS、ASV、ETC、专用短程通讯技术(DSRC)和自动公路系统(AHS)与基础设施一起整合,推出了“SmartWay”系统,并在全国范围内开展安全驾驶系统(DSSS)试验,同时大力开展路边基础设施(ITS Spot)建设,到2011年实现了ITS Spot覆盖整体日本高速公路网。

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    图3 日本全国ITS Spot点位布设图(资料来源:国土交通省,交通局)

    3.解决诸多社会课题(2013年-至今):重点研发车路协同等新技术,交通管控及服务再升级

    日本在第三阶段重点开展车联网、自动驾驶等新技术研发,实现道路交通高度信息化,旨在解决社会环境、道路安全和交通拥堵等社会问题。2013年,日本在东京世界大会提出Cooperative-ITS,发布《创建世界上最先进的IT国家宣言》,次年发布《日本振兴战略》,以期解决出生率下降和人口老龄化、能源和环境问题、经济增长减速及安全保障四个社会挑战,构建安全、环保、便利的宜居社会。2015年日本提供ETC 2.0服务,通过车辆与道路设施双向通信协作实现不停车收费及道路实时路况分析预警等功能。2016年至今,日本先后发布《车路协同汽车道路测试指南》、《车路协同汽车安全技术指南》等政策,开展车路协同道路测试工作,大幅提升道路交通管控和服务能力。

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    图4 日本ITS目标:构建安全、环保、便利的宜居社会(资料来源:ITS JAPAN)

    日本ITS HANDBOOK 2019发布了哪些内容?

    《ITS 2019》主要总结了日本智能交通系统的发展成就和近期重点任务。从日本国家IT战略计划发展背景出发,重点介绍日本自动驾驶和车路协同技术发展趋势、战略计划及其应用,ETC2.0服务基本内容及不同于ETC所具备的功能,ITS相关子服务及智能交通技术应用示范,向公众表明日本近期ITS前沿技术研发和应用示范的重点领域。

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    图5 《ITS 2019》整体内容

    1.车路协同:技术研发与合作运营齐头并进,重点布局物流运输和弱势群体服务示范

    日本最初的自动化操作研究是在1960年代由机械工程实验室进行的,从2007年开始在冲绳县进行自动公交车示范试验,2013年开展了重型自动化卡车操作和能源ITS项目排放测试。在2014-2018年期间,政府以公私合作的方式推动跨部门创新促进战略计划(SIP)“车路协同系统”。从2018年起,政府开始在新成立的SIP二期“车路协同系统和服务拓展”下进行研发和示范试验等工作。

    (1)开展基础技术研发与合作运营

    SIP与私营企业主要在自动化操作系统的开发与验证、促进国际合作、提高基础技术减少交通事故和交通拥堵、发展新一代城市交通等四个方面开展基础技术研发和机构运营方面的合作。

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    图6 ip -adus研究开发主题的分类

    (2)开展车路协同应用示范

    一是推动基于车路协同车辆的物流运输示范。日本物流车辆编队系统主要在实现后续无人驾驶车辆编队系统商业化和基于无人驾驶车辆编队系统的扩散响应两个阶段展开研究,将在2021年实现“商业化后的高速公路载人车辆编队系统”,2022年之后发展“商业化的高速公路无人驾驶车辆编队系统”。

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    图7 无人驾驶车辆编队系统物流运输示范

    二是推动弱势群体车路协同服务示范。通过车路协同车辆自动化操作,保障丘陵地区的老龄化人群的交通安全及物流运输需求。国土交通省对有老龄化人群居住的丘陵地区进行测试,以“路侧基站”等区域为中心的自动化操作为例,在车路协同中增加光学导航系统来识别路面上的平整度折线,从而增强了丘陵道路的安全性,保障弱势群体出行安全和物流运输需求。

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    图8 基于“路侧基站”的丘陵地区车路协同服务示范

    2.ETC2.0服务:通过高容量双向通信,推动实时信息交互和最佳路径规划应用服务

    日本ETC2.0是世界上第一个通过DSRC实现高容量双向通信的车路协同系统,由车辆导航系统、VICS及ETC整合而成,通过车辆与道路协作提供更舒适的驾驶体验。截至2019年,日本ETC利用率已达92%,ETC2.0使用约175万台/日,利用率从2016年不到2%增加到2019年20.2%,并保持快速增长趋势。

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    图9 日本ETC及ETC2.0利用增长情况

    与此同时,为拓展ETC2.0服务领域,日本广泛采纳公众智慧,通过与用户数据相互应用和与其他交通相关数据进行组合,从而加强地区移动性服务。至今共采集到19条对ETC2.0服务方案的公众提案,包括在旅游区安装ETC2.0便携式路侧机,通过道路交通拥堵预测实现良好的停车诱导等服务。

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    图10 日本加强ETC2.0数据的有效利用

    与以往的ETC相比,日本的ETC2.0系统不仅可以实现自动收费,还能依托路侧机和车载器收发大量信息,实现道路信息实时交互、最佳出行线路规划等功能,同时为道路政策制定者对交通拥堵、交通安全、道路收费等政策制定提供支撑作用。

    (1)拥堵避免辅助功能

    通过费率调控车辆路径,为驾驶员提供实时道路交通信息,减少交通拥堵和交通事故,提高运输效率。例如在日本都市圈提供1000 km的广阔区域范围内的详细道路交通拥堵信息,提前掌握目的地附近的交通拥堵状况,使与ETC2.0兼容的车载设备能够灵活地选择最优出行路线。

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    图11 ITS日本都市圈提供1000 km范围内的道路交通拥堵信息

    (2)安全驾驶辅助功能

    收集车辆行驶信息,提供出行时间最短、费用最低、对环境影响最小的出行线路。例如大都会Sangubashi弯道或隧道出口的末端,通过与ETC2.0链接的汽车导航系统提前告知驾驶员道路交通拥堵信息,减少了将近60%的近距离、可见度较差区域事故的发生。

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    图12 大都会交通事故最严重的Sangubashi弯道交通事故减少60%

    3.ITS技术应用:利用先进技术和通信系统,实现路网运行效率最大和安全辅助驾驶

    《ITS 2019》在重点描述车路协同和ETC2.0的基础上,进一步阐述了交通诱导系统、辅助驾驶系统、逆向行驶预警等方面的ITS技术应用,旨在通过技术应用实现路网运行效率最大和安全辅助驾驶。

    (1)交通诱导系统将交通拥挤和交通管制等实时信息,以文字、简易图形、地图等方式动态发布,使驾驶员能及时接收到道路交通信息。车辆信息与通信系统是一项为汽车导航系统提供道路交通信息的服务,而ETC 2.0就是其中之一,传统的无线电信标2.4GHz频段将于2022年3月底停止服务,届时将使用5.8GHz频段并被集成到ETC2.0中。

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    图13 应用数字通信技术的交通信息图例

    (2)通过辅助安全驾驶系统的技术应用,为驾驶员提供驾驶信息以实现安全辅助驾驶。在全国部署驾驶安全辅助系统之前,2009年2月在东京新滨水副中心区实施了大规模的DSSS验证测试和演示。随后,部署的系统在东京、崎玉、枥木、爱知县和广岛的17个地点开始运行。2011年7月,下一代DSSS在东京和神奈川的15个地点开始运行。日本主要从以下八大方面展开安全辅助驾驶。

    表1 驾驶安全辅助系统(DSSS)部署范畴和作用机理

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    (3)通过应用高速公路对逆向行驶技术,实现到2020年高速公路逆向行驶零事故的目标。日本分别从道路运营方、驾驶员、车辆三个层面的硬件和软件实施针对逆向行驶的措施。企业从2018年开始研究针对高速公路对逆向行驶技术,包括路侧检测逆行并收集相关信息的技术、通过路侧设备给逆向行驶驾驶员提供警告、通过车载设备给逆向行驶驾驶员提供警告。

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    图14 针对高速公路逆向行驶的对策示例

    日本智能交通系统发展有哪些趋势和启示?

    随着日本高度信息化、老龄化、国际化发展特征日益凸显,人们对交通出行的需求更加多样化和复杂化,日本依托现有软硬件条件从国家战略角度对未来智能交通发展做出了新的部署。总结日本ITS发展得出以下启示。

    1.从顶层机构层面统筹布局,构建ITS战略组织机构

    日本ITS在IT战略总部的顶层统筹下,聚集四大部委、ITS标准委员会以及大学和公司等非营利组织机构,实现政府和官方共同建设日本ITS框架。未来将通过打造政府-企业-市民共建共治共享的合作模式实现制度创新,积极培育开放聚合的智能交通生态圈,共同推进智能交通产业发展。

    2.坚持以人为本的发展理念,打造全新出行服务体验

    日本是全球人口老龄化最严重的国家,65岁以上人口比例达到了27%,排名世界第一。同时,日本具备窄路密网特征和发达的高速公路、先进的通讯设施等条件,未来将注重ETC2.0、车路协同、MaaS等新的移动出行信息服务的推进,以提高现有公共交通的便利性、增强地区和旅游区交通、保障弱势群体轻松自如的出行,从整体上提升日本道路交通的安全和效率。

    3.以技术创新赋能产业发展,推进前沿技术应用示范

    日本非常注重前沿技术的研发和示范应用,不断加速推进智能基础设施建设、通信技术研发、ETC2.0系统升级,以及车路协同信息采集、分析和服务,加速私人使用无人驾驶汽车、物流服务及出行服务等领域市场化应用。未来更加重视以技术赋能产业发展,推动车路协同、自动驾驶、ETC2.0等前沿技术研发和应用示范,促进国际标准制定和车联网等产业发展。

    结语

    日本ITS发展体系整体上采取自下而上、单点功能突破、系统整合的模式,从各个系统之间的整合到车联网和车路协同技术的应用,向实现舒适移动的社会发展。聚焦近期发布的《ITS 2019》,解读日本车路协同技术及应用、ETC2.0服务亮点、ITS相关技术应用等发展重点。在此基础上,获得构建ITS顶层战略组织、打造全新出行服务体验、推动前沿技术应用示范等发展启示,为智能交通发展提供有益参考借鉴。



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