ITS:交通信息系统的普及和驾驶辅助系统的应用

~开始致力于自动驾驶的实用化~

2013/05/02

概 要

 ITS(智能交通系统:Intelligent Transport Systems),即将信息通信技术应用于交通领域,以解决道路交通中存在的诸多课题的机制总称。1980年代开始在日本、美国、欧洲研发,以减少交通事故和缓解交通拥堵为目的。

 日本的ITS技术,分别成立专门的组织,推进AHS(Advanced cruise-assist Highway System)及新交通管理系统的开发、构筑交通信息的收集・利用机制等,作为官民学一体的推进体制,由NPO法人ITS Japan主管。

 目前,导航系统的出货量累计达5,428万台以上、VICS(Vehicle Information and Communication System)车载器的出货量累计达3,653万台以上(均截至2012年12月底)、ETC设置件数为5,314万件以上、利用率达88.5%(均截至2013年3月),成为全球ITS实用化的领先国家(根据国土交通省的HP公布数据)。

 近年来,引进ITS的目的已由当初的“安全”扩大至“应对全球温室效应”等,正如在ITS Spot及DSSS等系统中看到的那样,ITS涉足领域不断扩大,系统的开发内容也由提供信息增加至涉足车辆控制的安全驾驶辅助系统,并进一步扩大至通过客车的排列行驶,达到节省燃耗效果的自动驾驶系统。

 本报告对ITS Japan提供的“新型移动社会的景象(参照下图)”中展示的各种机制进行了调查,并参考对参与多项自动驾驶项目的津川定之名城大学教授的采访内容,介绍ITS Spot等基础设置投资后信息提供服务的扩大情况及使用基础设施信息的安全驾驶辅助技术的扩大情况,同时对以车载传感器为主体的自律型驾驶辅助技术及自动驾驶的机制情况等ITS技术目前的实用化情况进行了整理。

 另外,将日本的情况与欧洲(作为EU第7次框架项目的一环,接受EU委员会研发支持,研发比日本更为积极)、及美国(通过DOT进行基础设施协调系统评价活动)的情况进行了比较。

 最后,总结了若干系统协调发展中存在的课题及将来自动驾驶普及中存在的非技术性课题等今后ITS扩大的相关课题。


 相关报告
车载摄像头应用系统的扩大使用及今后动向(2013年1月)



 (1) ITS技术概要

技术领域 技术内容 系统例 说明
交通流控制 信号灯控制 公共汽车优先系统
(PTPS)
通过控制信号灯,确保交通畅通。警察厅运用中。
收费处控制 ETC 自动收费。设置件数:5,314万件以上(2013年3月)
交通信息提供 车辆导航系统 避免交通拥堵的道路疏导系统 考虑到道路状况的路径探索・引导。利用下面的“信息收集・分析・发送系统”的信息。累计出货量:5,428万台以上(2012年12月)
信息收集・分析・发送系统 VICS 收集实时交通信息,发送。车载机累计出货量:3,653万台以上(2012年12月)
ITS Spot 在全国的高速道路网中设置1,600处。通过VICS发送全面的信息。
探针信息系统 丰田、本田、日产等厂家分别使用的远程信息处理系统。


控制
驾驶辅助 基础设施协调型 基础设施协调型警报・控制系统 使用ITS Spot信息的道路障碍物预警及使用一般道路信号浮标信号的预防迎头碰撞支持等(DSSS)
车车协调型 车车间协调型警报・控制系统 预防迎头碰撞支持等
自律型 FCW/ACC、LDW/LDP 等 使用摄像头、雷达等的障碍物识别・回避控制等
自动驾驶 自律型行驶控制 高速路的队列行驶 若干辆卡车的队列行驶(NEDO:能源ITS等)
市区道路的自律行驶 Google Car 等
展出:国土交通省的HP公布数据
PTPS: Public Transportation Priority System
ETC: Electronic Toll Collection system
VICS: Vehicle Information and Communication System
DSSS: Drivng Safety Support Systems
FCW: Forward Collision Warning
ACC: Adaptive Cruise Control
LDW: Lane Departure Warning
LDP: Lane Departure Prevention
探头信息: 根据车辆位置、速度等信息制作的实时交通信息
光浮标信号: 以红外线为载体的发送器


 ITS技术的使用系统分为“交通流控制”“交通信息提供”“车辆控制”3种,分别对其领域的开发・运用情况进行整理。

 所谓交通流控制,即一般道路的信号灯控制及高速路收费站的交通流控制的总称。目前采用警察厅的公共交通工具优先通行的交通管制系统,通过在高速路收费站设置ETC自动收费机,可改善收费拥堵的现象。

 交通信息提供方面,可通过向导航系统提供交通信息,实现安全、高效的道路疏导。交通信息利用表中“信息收集・分析・发送系统”中的“ITS Spot”等系统提供的信息。

 车辆控制除原来的“基础设施协调型警报・控制系统”等的“驾驶辅助”外,近年又增加了“队列行驶”等的“自动驾驶”机制,因此在表中分开整理。

 这些ITS技术中,
・利用提供的交通信息,在道路搜索/疏导功能方面取得显著进步的“车辆导航”
・实现交通信息品质提升的“信息收集・分析・发送系统”的“ITS Spot”和“DSSS”、
・近年来不断推进实用化的“驾驶辅助系统”
・为实现今后实用化而积极研发的“自动驾驶系统”
的相关开发状况见下一章节。

 

 



(2)主要的ITS技术的开发状况

1)车辆导航的道路搜索/疏导功能的高度化 (已实用化)

内置导航(含PND) 中心型导航

(含智能手机)
车载内存
(HDD/SD)
路车间通信 远程信息处理

G-Book
Internavi LINC
Carwings 等
VICS ITS Spot
固定信息 道路
设施
地形
特异点
统计交通信息
实时信息 交通繁忙 ○(广域)(注)
交通障碍 ○(广域)(注)
交通事故 ○(广域)(注)
施工・限制 ○(广域)(注)
新建道路(地图更新)
探针信息
路面状况

(注)“○(广域)”:VICS也提供广域的交通信息。


 车辆导航的道路搜索/疏导技术起初使用的是内置于车载内存的“道路信息・设施信息”及分储存数据得到的“特异点信息及统计交通信息(注)”。1996年4月开始VICS服务,将收集・解析的实时交通信息/道路信息通过路面设置的电波信号浮标/光信号浮标/FM多路广播3种手段提供给车载机,以提高道路搜索/疏导的精度。

 此外,汽车公司构筑自身的远程信息控制系统,2003年起本田通过利用探针信息等,开启完善・强化VICS信息的交通信息提供服务(Internave LINC)、2006年日产(Carwings)、2007年丰田(G-Book)也开始同样的服务,目前各公司均开展了更新地图数据及其他信息服务的各自服务。

 另外,2011年起通过ITS Spot,开始提供较VICS更为广域的交通信息/道路信息。

 利用近年来使用显著增加的智能手机等信息中心为驾驶者提供道路搜索结果的导航,也更多地使用了VICS信息等实时信息。


(注)统计交通信息:按照星期、时间带、天气等统计、处理过去的交通拥堵数据,
在道路搜索/疏导计算时加以利用的信息。

 

2)ITS Spot (2011年开始运用)

ITS Spot的概要  
推进主体  国土交通省
运用情况  以全国的高速道路为主设置约1,600处ITS Spot,2011年1~3月开始全国服务。
向车辆提供的服务  动态路径导引(发送广范围的交通信息数据)
 安全驾驶辅助(消除突发状况的事前提示)
 ETC(继承现行的ETC服务)
提供方式  5.8GHz DSRC (Dedicated Short Range Communication)
安全驾驶辅助的概要  事故多发地点的注意提示(拥堵末尾信息等)
 道路坠落物等障碍物的注意提示
 提供隧道内的图像信息

 

(国土交通省HP)


 国土交通省在全国高速路上设置的ITS Spot配置图。从路侧向车载器发送道路状况,由此除目前的ETC服务置换功能外,还为导航提供路线搜索・疏导功能及安全辅助的信息提供功能。

 下表对ITS Spot对应车载器的销售情况进行了整理。几乎所有的车载器均与车辆导航连动运行,但也有部分配套厂商销售通过安装发声装置或智能手机显示装置,无需与导航连动的车载器。

ITS Spot对应车载器的销售情况(截至2013年3月末) 摘自ITS服务推进机构网站
厂商名 标准装备/
工厂安装
选项
营销店安装
选项
发声型
ITS Spot
对应车载器
ITS Spot对应
导航连动型
整车厂 丰田 (注1)
日产
三菱汽车
马自达
铃木
富士重工
标致
奔驰 (注2)
大众 (注3)
奥迪 (注4)
菲亚特
配套厂 阿尔派
先锋
松下
三菱电机
三菱重工
歌乐
电装 (注5)
建伍
(注1):LS600h,LS460 / GS450h、RX450h、HS250h、Royal Touring 等
(注2):C-Class,CLS-Class,E-Class / A-Class,B-Class 等
(注3):Golf R, Scirocco R, Golf Touran, The Beetle Cabriolet 等
(注4):A3,TT,R8
(注5):智能手机合作型

 

3)DSSS (2011年开始运用)

DSSS的概要  Driving Safety Support System
突进主体  警察厅/UTMS
运用情况  开始在东京都及神奈川县内的事故多发路口运用(2011年7月)
向车辆提供的信息  信号灯信息、限制信息、道路形状信息、车辆・行人信息
提供方式  光信号浮标
车载机的运行  提示驾驶员注意
主要提示内容  防止迎头碰撞支持/防止汽车碰撞支持、
 防止漏看信号支持、防止漏看暂时交通限制信息支持、防止追尾支持
 防止右转・左转碰撞支持、防止漏看横穿马路行人的支持


 DSSS系统利用向车辆导航发送交通信息的光信号浮标,向驾驶者提供安全驾驶辅助信息,在6都道府县(东京都、神奈川县、枥木县、琦玉县、爱知县、广岛县)进行局部设置,并开始运用,今后计划在全国展开。

汽车公司的“DSSS对应车载器开发状况”见下表。

厂家名 搭载车型
搭载市售车 丰田汽车  皇冠、凯美瑞、普锐斯埃尔法Estima等50余款市售车均设定DSSS对应导航。
日产汽车  风雅、SkylineDualis、君爵、赛瑞纳Note等17款车型中设定DSSS对应导航。
开发试验车 本田  参加实证试验,技术开发还在继续。
马自达
三菱汽车

 

4)驾驶辅助系统 (已实用化/开发继续中)

信息获取方式

 

路车间通信 车车间通信
DSSS ITS Spot
协调型 防止迎头碰撞
防止右转・左转碰撞
防止漏看人行道行人
高速路障碍物警报
事故多发地带信息
图像信息提供等
防止迎头碰撞
会车辅助

 

摄像头/毫米波雷达/激光雷达 等
自律型 FCW/ACC
LDW/LDP/LKS
防撞转向
LKS: Lane Keep Support
路车间通信:路边通信器与 车载通信器之间的通信
车车间通信:自驾车与 周边车辆之间的通信


 驾驶辅助系统分为“协调型”和“自律型”2种。

 “协调型”有使用路车间通信(5.8GHz带)的“基础设施协调型”和使用车车间通信(700MHz带)的“车车协调型”,“基础设施协调型”已开始在一般道路上运用DSSS,在高速路上运用ITS Spot(参考上述(2)章的第2)项及第3)项)。使用车车间通信的辅助系统目前正在研发中。(注8)

 “自律型”系统利用摄像头/雷达等车载传感器认知行驶环境,支持安全行驶,多数始于搭载市售车。随着今后传感器技术/控制技术/执行器技术的进步,研发还将继续,预计更为高端的系统将实用化。(参考技术・市场调研报告No.1132 车载摄像头应用系统的扩大使用及今后动向 (2013.1.))

 (注8)2008年~2009年总务省召开“ITS无线系统高度化研究会”,汽车公司、零部件公司、通信公司等参加,就2012年的“700MHz带高度道路交通系统”标准规格进行了探讨。丰田在2013年3月第4届国际汽车通信技术展的演讲中宣布“将致力于使用车车间通信的安全辅助系统的开发”。

 

5)自动驾驶系统 (开发中)

 关于自动驾驶,日美欧进行各种开发,大致可分类为
・主要针对卡车等商用车,通过队列行驶达到削减燃耗目的的系统
・主要针对乘用车,以在市区内自动行驶为目的的系统
(目的有实现车辆不碰撞、提高停车场的便利性、使残疾人/高龄者参与社会等多种)
2类开发目的。

 这些开发内容以行驶环境识别技术的观点分类如下。

行驶环境识别技术的分类 摄像头 雷达 360° 注3
传感器雷达
GPS 地图 车车间通信
障碍物识别 注1
自驾车位置识别 注1 注1 注1
其他车辆状态识别 注2
注1: 利用360°激光雷达生成周围地图,与GPS和地图的推定位置进行比较,锁定自驾车位置的技术。
被称为SLAM (Simultaneous Localization and Mapping )。
注2: 车辆间共享车辆运动信息及车辆操作信息。
注3: 美国加利福尼亚的Velodyne Lidar Inc.几乎垄断供应。


 自动行驶的关键在于提高行驶环境的识别精度,因此,结合多种识别手段,努力开发接近于人类的辨识水平。

 

5-1)卡车队列行驶(NEDO:能源ITS项目。开发结束)
能源ITS项目  NEDO 平成20年~24年 推进业务
 项目负责人: 津川定之 名城大学教授
达成性能  重卡3辆轻卡1辆的4辆队列行驶
 行驶车速80km.h、车间距4m
节能效果(期待值)  15%以上
环境识别技术 路面白线识别  摄像头/激光雷达的双重化
障碍物识别 毫米波雷达/激光雷达的双重化
车间距检验
车间距控制技术  通过车车间通信(5.8GHz、20ms周期),共享车间距、速度、加速度信息,
 使用各车辆速度控制模块,控制车间距
参加企业、大学  
卡车制造商  五十铃汽车、日野汽车、三菱扶桑、UD卡车
行驶控制担当厂家  大同信号
位置识别技术担当厂家  三菱电机、日本电气
行驶环境识别技术担当厂家  日产汽车、电装、日本电气
车车间通信技术担当厂家  冲电气、三菱电机、日本电气
参加大学  日本大学、神戸大学、庆应义塾大学、东京大学、弘前大学、金泽大学、东京工业大学
研究机构  日本汽车研究所、产业技术综合研究所

 

出处:NEDO信息


 为了提高技术的通用性,早日实现队列行驶的实用化,制造了4辆将使用车车间通信的车间距控制和前方障碍物识别技术用于4家日本大型车厂家重卡的CACC(Cooperative Adaptive Cruise Control)试验车,目前已完成行驶模拟。(2013年2月公布)

 

5-2)自律行驶(Self-Driving Car by Google)
Self-Drivng Car (Google)
达成性能 市区一般道路的自动行驶
环境识别技术 自驾车位置 利用360°激光雷达制作周边地图与
利用GPS和道路地图推测汽车位置相结合
障碍物识别 360°激光雷达
3台前方雷达和1台后方雷达
前方摄像头
信号灯识别 前方摄像头

出处:Google 信息


  召集斯坦福大学自动驾驶技术的研究者,开发出Self-Driving Car,并在美国的3个州取得公路行驶许可,正在进行行驶测试。丰田在2013年1月北美召开的家电展(CES)中也展出了系统构成相同的自动行驶车。(注3)

(注3)丰田公布的试验车中搭载了360°激光雷达、若干摄像头和若干毫米波雷达。


对包含Google、丰田在内的自动行驶车的开发状况进行整理。开发大致分为一般道路的行驶背景和即使行驶背景限定为高速道路,也可通过延长既存传感器技术,早期实现的开发。

厂家 背景 特征 现状
Google 一般道路 周围环境识别
技术的突破为关键
 正在美国的3个州(内华达州佛罗里达、加利福尼亚)实施道路试验。
丰田  宣布开始在美国密歇根州进行道路试验。
Audi  宣布开始在美国内华达州实施道路试验。
Bosch  计划在欧洲实施道路试验。
GM 高速路 可通过延长既存传感器技术
实现
 表明将在2017年实用化。(仅限于高速路主道)
VW  EU项目“HAVE-it”实施行驶试验。
BMW  已在高速公路行驶1万公里。
Continental  已在美国亚利桑那州实施评价试验。
日产 停车场  停车空间自动识别、实施自动停车模拟。

 

 



(3)日美欧的情况比较

 日美欧的ITS技术开发/实用化情况不尽相同。

日本 ・交通信息提供及基础设施协调型驾驶辅助方面较其他国家更为先进。
・VICS、ETC的普及规模大。
・ITS Spot、DSSS开始运用。
・但是,关于各系统运用的官厅间壁垒的消除、民间及官方数据一体化等,建成更便于使用的系统还存在课题。
・关于自动驾驶,卡车队列行驶的开发已经结束。
・国土交通省主办的“新一代ITS学习会”召开,主要对自动驾驶在制度面及社会受容性等非技术方面的课题进行整理。
欧洲 ・得到EU委员会的研发支持,技术开发方面挑战最热门且具挑战性的课题。
・特别是关于自动驾驶/队列行驶,HAVE-it和SARTRE等项目还探讨实用化技术以外的课题,现行于日本的研发。
・相反,建设路车间通信等基础设置所需的系统,各国的独自性成为壁垒,实用化的推进较慢。
・eCall 及路车间通信系统等的现场测试已经开始。
美国 ・活动最为低调。(各个州对ITS的关心度存在差异)
・政府(DOT)活动的中心为路车间/车车间通信系统的效果/受容性评价。
Safety Pilot : 2013年评价结果为继续使用5.9GHzDSRC。
・但民间(与大学合作)已开始竞相开发自动驾驶。
・以Google的Self-Driving car为开端,GM及北美丰田公布已开始进行行驶试验。

 

HAVE-it Highly Automated Vehicles for Intelligent Transport 项目
项目时间: 2008年~2011年
实施以一般道路卡车为对象的前方车辆尾随行驶及
高速路上乘用车高度驾驶辅助(速度控制及变道控制)的研发。
主要参加企业: VW, Volvo, Continental
SARTRE Safe Road Trains for the Environment 项目
项目时间: 2009年~2012年
实现一般道路主道的队列行驶(先头车:卡车、后续车:3辆乘用车)。
主要参加企业: Ricardo(英国的汽车技术研究机构)、Volvo
Safety Pilot   美国DOT推进的Connected Vehicle Technology 的有效性实证实验项目

 

 



(4)今后的发展预期及课题

 对今后发展方向进行设想的“国家/汽车公司动向”整理如下。

国家、汽车公司 技术领域 活动内容
国家 道路新产业
开发机构
信息提供 实施使用ITS车载器的汽车快餐实证试验(2012年3月)
・ITS Spot服务普及尝试。
在筑波科学城的麦当劳实施。
国土交通省 自动驾驶 公布自动驾驶实用化的道路图(2012年3月)
・计划2020年初实用化。



丰田 信息提供 扩大路车间通信对应导航的搭载。
・2011年开始搭载,目前搭载于50余款车型。
扩大缓解交通拥堵技术的适用范围。
・2013年在北京市实施交通流模拟的实证试验。
驾驶辅助 公布使用760MHz带的路车/车车间通信技术。(2012年11月)
・路车间和车车间通信通过一个车载器实现。
・提高对反向行驶车、行人的认知度,防止碰撞。
自动驾驶 宣布开始在美国实施一般公路的自动行驶试验。(2013年1月)
本田 信息提供 宣布远程信息处理在全球60多个国家展开(2013年3月)
・基于Internavi的资产,构筑信息中心。
・提供在日本展开的智能手机应用。
扩大Internavi的功能
・公布标明急刹车多发地点等信息的“SAFETY MAP”(2013年3月)
・开始强化社会功能的“dots”项目。(2011年12月)
开始以控制交通拥堵为目的的拥堵预兆检测技术,开始道路试验。(2012年4月)
・在印尼的道路试验中确认了控制拥堵和改善燃效的效果(2013年3月)
日产 信息提供 扩大路车间通信对应导航的搭载。
・2009年开始搭载,目前扩大至17款车型。
实施动态路径引导的交通分散效果的实证试验。
・北京市12,000人进行了为期8个月的大规模实证试验。(2011年12月)
自动驾驶 在停车场实施自动驾驶演示行驶。(2012年10月。试验车名:NSC2015)
在美国开设研发基地。(2013年2月)
・研究领域: 自动驾驶车辆、与外部环境连接的车辆


 根据上述活动情况,ITS技术开发/实用化今后在各领域的发展预测如下。但发展中存在诸多课题。下面对主要课题也进行了整理。

发展预测 课题
交通流控制 利用广域・合并的信号机控制,扩大交通流通畅化控制。 对应车载器的普及
扩大高速路收费处ETC功能的附加价值。 内容提供母体的协调・运营的统一化
交通信息提供 提供更广域、更实时的信息。
・扩大路径选择的多样性。
(燃耗、时间、舒适 等)
需要扩大若干信息收集手段的合作
・探针信息的统一化、
警察和道路管理者数据的统一 等
扩大安全驾驶辅助信息提供 道边设施的维修、信息提供母体的运营统一化
・需要提高可信度、实时性
需要统一车载器的规格



驾驶辅助 扩大自律型安全驾驶辅助系统的搭载 需要降低行驶环境辨识传感器的成本
通过路车间・车车间通信,完善自律型驾驶辅助功能 提高信息的可信度、实时性
扩大对应车载器的搭载(低成本化、内容扩大)
路车间和车车间通信器的统一・低成本化
自动驾驶 商用车队列行驶/自动行驶(自动驾驶仪)的扩大 道路基础设施配套(专用道的建设等)
对自动驾驶功能等人体工学研究的进步
事故发生时解决责任问题的法律完善
其他 推进若干系统的相互合作,扩大无缝服务。
(ex. 一般道路和高速路的信息传递内容的统一、探针信息的统一等。)
需要省厅间合作的推动。
需要整车厂之间信息公开・协调。
需要ITS技术和道路环境完善的合作/协调。
以对应车载器搭载车和非搭载车混在环境为前提的系统开发・运用


 各系统都将呈现扩大的趋势,但作为所有系统共通的课题,收集・加工・发送数据的管理母体的统一化需求问题丞待解决。省厅间数据的相互流通及格式的共通化备受瞩目,民间也期望公开数据,推进信息的相互利用。另外,若扩大发送数据在驾驶辅助中的使用,确保该数据的可靠性就成为课题。因此需要构筑确保数据更新、设备维护等的机制。

 关于驾驶辅助及自动驾驶,不仅是自动驾驶技术,自动驾驶适用时和非适用时以及互相切换时对驾驶员的影响等人体工学的研究也需要进步。另外,不仅技术方面的进步,事故发生时的责任问题及社会受容性等非技术问题也需要解决。基于此观点,驾驶辅助及自动驾驶功能在商用车的推广将比在乘用车中的推广更为快速。原因为基于商用车以专业驾驶为前提,以及ITS技术搭载成本回收效果对于商用车的运行管理者来说更易估算。

 2013年10月第20届ITS全球会议将在东京召开。预计来自全球60个国家的8000人将参加该会议,会议将对现在及今后的ITS技术开发/实用化进行总结。召开国日本将作为展例,对新一代协调型系统(ITS Green Safety)、信息提供高度化(新一代VICS及ITS Spot完善等)及自动驾驶、安全驾驶辅助等未来ITS进行介绍。由此,ITS今后的发展设想及课题攻克情况将趋于明了。


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