智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport Systems，簡稱ITS）是國家在上世紀(jì)中期開始研究的交通系統(tǒng)。當(dāng)今世界，隨著汽車的發(fā)展普及，很多國家著手該系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，已經(jīng)取得了很多成果。
ITS是一個旨在克服道路、車輛和人三者之間相互矛盾的綜合技術(shù)解決方案。高度發(fā)展的信息技術(shù)和通訊技術(shù)，使得這個技術(shù)解決方案得以成立和實施，而此系統(tǒng)的應(yīng)用、推廣和發(fā)展又為安全、高效、環(huán)保的汽車社會提供了保障。
讓我們在回顧日本ITS的歷史后，再來觀察它的現(xiàn)狀，并展望其將來。
一、各自為戰(zhàn)的時代（1969年至1995年）
上世紀(jì)60年代中后期，小汽車、空調(diào)和彩色電視機替代洗衣機、冰箱和黑白電視機成為當(dāng)時日本百姓爭相競購的“新三種神器”。
小汽車迅速走進日本的千家萬戶，到70年代初，日本的一些大城市已經(jīng)車滿為患，擁擠不堪。
1969年，日本在一些城市開始導(dǎo)入交通管理系統(tǒng)，用道路信息通告牌和廣播，向行駛在路上的各種車輛提供擁堵信息。這種對道路和車輛進行管理的嘗試，涉及道路建設(shè)的不少基礎(chǔ)設(shè)施，比如在高速路的一些路段上設(shè)置感應(yīng)裝置和電子告示牌，開設(shè)全國統(tǒng)一的交通擁堵廣播波段（中波1620）等。到1978年這個交通工程告一段落時，其僅限于用廣播或告示牌將道路擁堵信息告訴行駛在路上的車輛，車輛駕駛者則根據(jù)這些信息，決定自己行駛的路線。而這種隨機應(yīng)變的判斷，對于一個不了解周圍道路狀況的駕車者來說好比瞎子摸象，所以大多數(shù)私家車主即使聽到了道路信息，往往也仍舊選擇忍受塞車的痛苦。
車載地圖和導(dǎo)航儀很大程度上就是為讓駕駛者了解周圍道路而開發(fā)的。1981年，本田汽車公司在日本首先開發(fā)了利用陀螺原理顯示自車位置的車載地圖，因為精度不夠，一直沒有推廣開來。1987年，日本電裝公司開發(fā)了將地圖信息刻錄于CD的車載地圖。1991年使用GPS信號測定自車位置，并可以自動引導(dǎo)車輛到目的地的導(dǎo)航儀面市。翌年，不用反復(fù)確認(rèn)畫面，只需聽著聲音提示的導(dǎo)航儀推出，贏得私家車主的喜愛，自此日本的車載導(dǎo)航儀得以迅速推廣開來。
伴隨著小汽車的迅速普及，交通死亡事故也頻頻發(fā)生。1970年，日本因交通事故而死亡的人數(shù)創(chuàng)下16，756人最高數(shù)字。這些事故既給家庭造成了無法挽救的痛苦，也給社會帶來了巨大的經(jīng)濟損失。根據(jù)日本有關(guān)方面的調(diào)查，車車事故中最大比例為追尾（31%），其次為相撞（26%）。為了提高日本車的被動安全性能，日本的汽車公司付出了不懈的努力，各種和安全帶相關(guān)的裝置，如防抱死剎車（ABS）、安全車體技術(shù)以及各種安全氣囊等都是在70年代至90年代初在日本小汽車上得到實施的。
到90年代初，盡管通過日本政府和企業(yè)將近30年的各自努力，交通情況得到了一定的改善，但是一個有效的人、車、路和諧共存的交通管理體系卻仍然沒有形成。1995年，日本的通產(chǎn)省、運輸省、郵政省、建設(shè)省和警察廳五部門制定道路、交通和車輛的信息化實施方針，拉開了ITS系統(tǒng)研究開發(fā)和實施的序幕。
二、ITS實施現(xiàn)狀（1996年至2008年）
1996年7月，五部門又制定了更加詳細(xì)的ITS全體構(gòu)思，準(zhǔn)備用15到20年的時間讓日本的道路更加智能化，實現(xiàn)人、車、路三者的和諧互動。構(gòu)思的具體內(nèi)容有9項：高性能車載導(dǎo)航儀、自動收費系統(tǒng)、安全行車支援系統(tǒng)、交通管理智能化、道路管理效率化、公共交通支持系統(tǒng)、商用車效率化、步行者支持系統(tǒng)和緊急車輛運行支持系統(tǒng)。
(1)車輛信息通信系統(tǒng)（VICS）和高性能車載導(dǎo)航儀
1996年開始的VICS（Vehicle Information & Communication System），即車輛信息通信系統(tǒng)是這一時期的核心系統(tǒng)。該系統(tǒng)將從日本各地警察和道路管理部門收集的交通信息，進行整理、加工后，用三種方式傳播給各種車輛。首先是針對高速道路使用者，通過路上的電波裝置對經(jīng)過該裝置的車輛（信號接受直徑70米）提供前進方向200公里內(nèi)的道路信息。
針對非高速道路的使用者，應(yīng)用兩種媒體傳送信息。對行駛在主要干道上的車輛，通過路上的光波裝置對經(jīng)過圖1：日本ITS應(yīng)用的現(xiàn)狀
該裝置的車輛（信號接受直徑3.5公里）提供前進方向30公里和后方1公里的道路信息。這兩種信息的播送頻率為2.4GHz。對一般道路的車輛則使用 FM調(diào)頻廣播，在全縣（相當(dāng)于中國的?。┗蛳鄳?yīng)范圍內(nèi)播出。同以往的道路信息相比，VICS的信息精度大大提高。因為VICS的信息基于設(shè)置在道路邊上的各種感應(yīng)裝置，可以實時傳送各種很精確的圖像及聲音。駕車者可以利用這些精準(zhǔn)的信息，做出各種反應(yīng)。
和VICS相適應(yīng)的是可以接受此信號的高性能車載導(dǎo)航儀，VICS提供的道路信息可以直接在導(dǎo)航儀的屏面上和道路復(fù)合顯現(xiàn)，道路的擁堵情況以顏色區(qū)分，比如紅色表示非常擁堵，橙色表示擁堵，讓駕車者非常直觀地了解堵塞的整體狀況，比較周圍道路狀況，自覺躲避擁擠的道路。導(dǎo)航儀也可以根據(jù)駕車者的指令，回避擁堵道路，重新檢索新的行車路線。
VICS開通以前，如果駕車者沒有收聽道路廣播，就會對道路信息一無所知。而VICS則不僅可以自動將道路信息反映到熒屏，還可以將地震、山崩、事故等緊急信息直接插入熒屏，提高行車的安全系數(shù)。
隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展和信息儲存的硬盤化，車載導(dǎo)航儀已經(jīng)今非昔比，它不僅是駕車者的千里眼、順風(fēng)耳，還是安全行車的好助手。VICS會將需要注意或采取對策的各種信息，比如事故信息、并線車輛信息、會車信息、各個車道的前方信息等等及時插入熒屏提示車主，防止或減少事故發(fā)生。
同時，車載導(dǎo)航儀也已經(jīng)成為私家車中不可或缺的娛樂裝置。收看電視，播放碟片，連接iPod或其他音樂裝置等等，讓人們在車輛這個狹小空間內(nèi)的生活變得更加豐富多彩。
(2)ETC和ITS車載裝置
ETC（Electronic Toll Collection System）即電子收費系統(tǒng)，是ITS系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。該系統(tǒng)自 2001年3月投入使用后，短短6年間便累計售出1700多萬臺?，F(xiàn)在日本收費道路的通過車輛中，70%的車輛是安裝了電子收費系統(tǒng)的車輛，以前人工收費時，收費站前車輛排成長龍的景象基本消失，一駛而過的快感成為很多人選擇安裝ETC的理由之一。當(dāng)有ETC裝置的車輛進入自動收費口時，雙向大容量通信系統(tǒng)馬上就可以將車牌號、信用卡持有人、進入地點和時間等信息雙向留存，當(dāng)車輛駛出收費路口時，出口通訊系統(tǒng)便可以依據(jù)留存信息，瞬間結(jié)算費用。ETC裝置可以這么快地在日本推開，還有一個理由就是政府的價格優(yōu)惠政策，無論開始推廣，還是已經(jīng)安裝此裝置后，都有打折優(yōu)惠。最近日本巷間流傳的節(jié)假日高速道路一律收費1000日元，只是限于裝了ETC的車輛。
和很多國家的電子收費系統(tǒng)不一樣的是，日本的ETC采用機卡分離的形式。就是機器裝置固定在車輛上，而ETC卡則隨使用者走。使用者無論開什么車輛，只要將ETC卡插入該車的裝置，就可以結(jié)算。這種機卡分離形式的最大優(yōu)點就是具有很大的擴張性。ETC卡不僅可以用作道路使用費的支付，也可以支付停車費、汽車輪渡費（此兩項內(nèi)容還局限于局部地區(qū)）等。今后這種卡還可以支付各種消費費用，積累各種返點或折扣。
支撐高性能ETC卡和硬件系統(tǒng)的是高速大容量的通信手段DSRC (Dedicated Short Range Communication)，即專用短距離通信方式。DSRC使用5.8GHz，它使車輛和車輛、車輛和道路、車輛和各種設(shè)施、車輛和門戶網(wǎng)站之間的更大容量的雙向通信成為可能。
兼容DSRC的車載導(dǎo)航儀稱為ITS 車載裝置。2007年，日本有關(guān)部門發(fā)布了ITS車載裝置的標(biāo)準(zhǔn)，并在此裝置的基礎(chǔ)上試驗了今后將要推出的各種服務(wù)內(nèi)容。這些內(nèi)容有更加詳細(xì)和更加廣泛的道路信息和靜止圖像，行駛和停留時的無線上網(wǎng)，車輛和車輛之間的互動通信，以及各種公共設(shè)施的搜索、預(yù)約和自動結(jié)算等等。有關(guān)部門聯(lián)合生產(chǎn)廠家，準(zhǔn)備用 10年的時間積極普及ITS車載裝置，讓日本的智能運輸系統(tǒng)變得更加智能化。
(3)安全行車支持系統(tǒng)
這里講的安全行車支持系統(tǒng)ASV（Advanced Safety Vehicle）主要是指預(yù)防安全技術(shù)。和前期日本各小汽車生產(chǎn)廠家積極在車上配置被動安全裝置不同，預(yù)防安全技術(shù)主要是通過各種輔助裝置，提高安全行車系數(shù)。這些技術(shù)有些已經(jīng)在各小汽車廠商的高級車上采用。
比如最近換代的豐田皇冠車就有幾種支持安全行車的選裝件，比如瞌睡監(jiān)視裝置，通過監(jiān)視器監(jiān)視駕車者的眼皮，發(fā)現(xiàn)駕車者瞌睡時，及時報警提醒。比如防追尾裝置，用雷達(dá)不斷監(jiān)測同前車的距離，一旦距離縮短到可能追尾時，汽車就會發(fā)出警報；如果駕車者還不及時剎車的話，汽車就會自動剎車，避免或減輕事故。
日產(chǎn)風(fēng)雅車的安全行車裝置有車線自動跟蹤裝置，該裝置在汽車行駛中自動跟蹤車道的分離線，并自動保持車輛行駛在安全的區(qū)間。高速道路上該汽車還可以根據(jù)設(shè)定跟隨前車自動駕駛。諸如這樣可以減輕疲勞、預(yù)防事故的技術(shù)很多在日本已經(jīng)成為現(xiàn)實。
安全行車其實是一個相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，從道路方面看，AHS(Advanced Cruise－Assist Highway Systems)，即安全行車支持道路系統(tǒng)也是ITS的一個重要組成部分。其內(nèi)容由7個方面組成：比如彎道減速、車道監(jiān)控、行人保護、預(yù)防追尾和撞車等等，因為VICS和DSRC 的存在，把路面上的信息及時告知駕車者成為輕而易舉的事情。今天在日本，只要裝備了高性能車載導(dǎo)航儀的車輛，得到這些信息，提高安全行車系數(shù)已經(jīng)是非?，F(xiàn)實的事情。
(4)其他各子系統(tǒng)
除了上述內(nèi)容以外，ITS的其他子系統(tǒng)，比如交通管理智能化、道路管理效率化、公共交通支持系統(tǒng)、商用車效率化、步行者支持系統(tǒng)和緊急車輛運行支持系統(tǒng)，也都取得了相當(dāng)大的進展。
交通管理智能化和道路管理效率化，在前面已經(jīng)多少涉及，擁堵信息發(fā)布、車道前方信息通報等等車路互動屬于這些方面。信號燈優(yōu)化管理、特殊車輛通暢行駛的保障等等都早就已經(jīng)成為現(xiàn)實，公共交通運行信息在東京這樣的大城市已經(jīng)相當(dāng)準(zhǔn)確。
步行支持系統(tǒng)還停留在小范圍試驗狀態(tài)。該系統(tǒng)利用“泛在”理念，將IC芯片嵌入各種信息對象，步行者只要手持閱讀器就可以了解比如道路、盲道、樓層、交通等信息。盲人手持閱讀器就可以像正常人一樣在盲道上步行。該系統(tǒng)在人穿行橫道線時，進行人車間的互動通信，減少事故隱患。
商用車的配置和裝載信息因為涉及很多要素，它是ITS各子系統(tǒng)中進展最慢的部分。
三、ITS系統(tǒng)和嵌入式技術(shù)
ITS的研究、開發(fā)和實施涉及到各種技術(shù)，其中嵌入式技術(shù)是最不可或缺的。也正是由于ITS系統(tǒng)的研究和實施給日本的嵌入式技術(shù)帶來了有利的發(fā)展機會，在整個ITS系統(tǒng)中，我們可以看到大量的嵌入式技術(shù)的應(yīng)用。這些嵌入式系統(tǒng)可以按照很多種方法分類。為了便于理解，我們可以用比較直觀的方法分類描述。
汽車電子中的嵌入式系統(tǒng)。在對日本的ITS描述中我們可以看到許多汽車電子系統(tǒng)，如：導(dǎo)航儀、攝像裝置、車載收費裝置、雷達(dá)、制動控制系統(tǒng)等。這些嵌入式系統(tǒng)中，導(dǎo)航儀、攝像裝置等功能復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理量非常大，但實時性要求不一定很高，適合使用CISC指令集的CPU配合相關(guān)的硬件設(shè)計和實時性不是很高但開發(fā)方便的OS。制動控制系統(tǒng)等功能簡單，數(shù)據(jù)處理量低，實時性要求非常高，比較適合RISC指令集的CPU和實時性很高的嵌入式OS或不用OS。
地面上固定的嵌入式系統(tǒng)。這些嵌入式系統(tǒng)主要是相對車載的嵌入式系統(tǒng)而言的。如前文所述的通信系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、道路和建筑物的標(biāo)識等。通信和收費系統(tǒng)都是屬于比較復(fù)雜和龐大的系統(tǒng)。它們的最前端肯定是嵌入式系統(tǒng)，如：通信控制裝置、發(fā)送和接受裝置、收費系統(tǒng)中的車輛識別裝置、實時扣費裝置等。但是后端則不一定是嵌入式系統(tǒng)，大部分情況下是大型服務(wù)器和PC機組成的一個局域網(wǎng)絡(luò)。這些大型的計算系統(tǒng)和上層的更大型的計算中心通信形成一個龐大的計算網(wǎng)絡(luò)。
行人持有的嵌入式系統(tǒng)。行人是交通中的一個重要的環(huán)節(jié)。如前文所述，在日本手拿閱讀器可以識別道路、建筑物等。這個閱讀器將來可能是盲人手中的拐杖，也可以是正常人手中的手機。無論是什么樣子的，它都是一個有著復(fù)雜計算能力的嵌入式系統(tǒng)，可以計算出并找到行人要尋找的目標(biāo)。同時它也有可能被汽車識別，能夠保證你過馬路的絕對安全，也能夠告訴出租車你要打車去哪里。
值得一提的是，在日本的ITS系統(tǒng)當(dāng)中，有許多系統(tǒng)用的實時操作系統(tǒng)是iTRON。這種操作系統(tǒng)是日本本土自產(chǎn)，在日本有大量應(yīng)用。當(dāng)然在硬件系統(tǒng)當(dāng)中，日本有許多自產(chǎn)的芯片在各個嵌入式系統(tǒng)中工作。
在日本已初顯規(guī)模的ITS系統(tǒng)可以理解成普適計算的一個子集。在這個系統(tǒng)當(dāng)中，為了獲得實施的道路交通信息和順暢通行，將各個車載導(dǎo)航設(shè)備、車載電子收費裝置、收費卡等作為一個個終端節(jié)點參與計算。它們通過不同頻率的電磁波和道路旁的通信裝置以及收費道口的收費系統(tǒng)進行實時雙向通信并參與計算，而這些路旁通信裝置和收費系統(tǒng)又作為整個大系統(tǒng)中的一個個計算節(jié)點參與更大的計算。
同樣，為了車輛、駕駛員和行人的安全，將人、車輛作為一個個終端節(jié)點參與計算。車載電子系統(tǒng)通過圖像處理技術(shù)（數(shù)據(jù)采集技術(shù)的一種）來獲得駕駛員的實時狀態(tài)的計算。汽車與汽車之間、汽車與行人之間可以通過雷達(dá)等技術(shù)進行位置的計算。即使是仍然不成熟的步行支持系統(tǒng)中，已經(jīng)能夠把行人、道路、建筑物作為計算對象，參與整個ITS的運算。我們完全可以這樣描述ITS系統(tǒng)：在ITS系統(tǒng)內(nèi)有各種各樣的節(jié)點（人、建筑、道路、車輛等），他們無時無刻不作為一個相對獨立的單元參與整個ITS系統(tǒng)的計算，能夠滿足交通系統(tǒng)的信息需要。
四、問題和展望
ITS系統(tǒng)在自動收費、路車互動、有效導(dǎo)航等方面已經(jīng)涵蓋日本主干道以上的所有道路，今后的主要課題是繼續(xù)深化和普及。比如因為歷史的原因，日本高速道路的各個出入口的間隔距離很大，如何低成本就近駛?cè)敫咚倩驅(qū)Ｓ玫缆烦蔀榱詈芏嗟胤秸^痛的課題，自動收費系統(tǒng)的出現(xiàn)，可以在高速道路的停車場和服務(wù)站邊上設(shè)立自動收費的出入口，為解決這樣的課題提供了現(xiàn)實基礎(chǔ)。這樣的試驗也已經(jīng)在小范圍內(nèi)成功。
深化普及工作涉及方方面面，比如停車場、大百貨公司或超級市場的停車費是可以根據(jù)購物的總額，打折或免費的。如何讓ETC系統(tǒng)也適應(yīng)這種因商店而異、千變?nèi)f化的收費規(guī)定其實是相當(dāng)復(fù)雜的工程。還有采用此系統(tǒng)需要一筆不小的設(shè)備投資，此費用應(yīng)該由誰負(fù)擔(dān)也是頗費思量的難題。
另外，道路信息的提供頻度，也會因為駕車者的喜好而不同，有些人歡迎的信息插入頻度，會讓另一些人感到煩躁，這種眾口難調(diào)的現(xiàn)實，實在很難找到解決的好方案。
將來的ITS肯定會是一種安全、高效、環(huán)保的系統(tǒng)。人車互動、車車互動的比例將會增加很多?，F(xiàn)在讓駕車者可以“看到”視線難及的障礙物后的車輛或行人，已經(jīng)成功。人車互動、車車互動將會給行車安全提供很大的保障。而通暢的道路，又會帶來環(huán)保和高效的結(jié)果。
DSRC已經(jīng)成為國際通過的標(biāo)準(zhǔn)，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，日本的ITS系統(tǒng)將會融入亞洲各國的智能道路系統(tǒng)，為全球范圍的安全、高效和環(huán)保發(fā)揮更大的作用。
ITS系統(tǒng)的下一步發(fā)展應(yīng)該是更龐大的海陸空三位一體的現(xiàn)代交通系統(tǒng)。相對ITS而言那將是更大的挑戰(zhàn)，有更多的問題等待我們?nèi)ソ鉀Q。
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